DE2219027A1

DE2219027A1 - Verfahren zur Herstellung einer Textilfaserschicht

Info

Publication number: DE2219027A1
Application number: DE19722219027
Authority: DE
Inventors: Dimitri P Zafiroglu
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1394604A; CA972937A; NL172259B; NL7205274A; DE2219027B2; FR2133943B1; FR2133943A1; JPS6132426B1; NL172259C; DE2219027C3; IT969194B

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington·, Delaware I9898, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung einer Textilfaserschicht

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit Luft arbeitendes Ablegeverfahren und eine Vorrichtung zur Anordnung von Textilfasern in Schichten, und insbesondere Verbesserungen in der Verteilung und dem Transport von Textilfasern in einem Luftstrom zwecks Sammlung auf einem bewegten Sieb zur Bildung von Schichten, die sich zur Verwendung in der Herstellung von Vliesstoffen hoher Qualität eignen. , ~

Faserviiesstoffe werden aus Faserschichten erzeugt-, indem die Fasern gebunden oder ineinander verschlungen werden, damit Haltbarkeit und Festigkeit erhalten werden. Die Fasern der Schicht können durch Behandlung mit Flüssig-r keitsströmen hoher Energie hydraulisch ineinander verschlungen werden, wie dies in der USA-Patentschrift 3 485 7O6 (Evans ), die am 25. Dezember 1969 veröffentlicht wurde, beschrieben ist. Bei der Herstellung von verhältnismässig schweren Textilstoffen wird geiaäss der USA

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Patentschrift 2 910 763 (Lauterbach), die am 3. November 1959 veröffentlicht wurde, ein Ineinanderverschlingen der Fasern durch die Behandlung mit einem Nadelstuhl eingeleitet und durch Kräuseln oder Schrumpfen der Fasern abgeschlossen. Die Herstellung von gebundenen Vliesstoffen kann gemäss der USA-Patentschrift 2 765 247 (Graham) durchgeführt werden, die am 2. Oktober 1956 veröffentlicht wurde. Die Qualität der durch diese Verfahren hergestellten Stoffe hängt von der Qualität und Gleichmässigkeit der verarbeiteten Schicht ab.

Schichten, die sich zur Herstellung von Faservliesstoffen hoher Qualität unter Verwendung von Verfahren der vorausgehend genannten Art eignen, können durch eine mit Luft arbeitende Ablage der Textilfasern arbeiten. Bekannte mit Luft arbeitende Ablageverfahren und Vorrichtungen sind in folgenden Patentschriften beschrieben: USA-Patent 2 451 915 (Buresh), bekanntgemacht am 19. Oktober 1948; USA-Patent 2 676 363 (Plummer et al.) bekanntgemacht am 27. April 1954; und USA-Patent 3 381 069 (Simison), bekanntgemacht am 30. April 1968. Stapelfasern werden als kompakte Masse versandt. Schlag- und Kardiervorgänge bekannter Art werden zur Trennung der Fasern verwendet. Der erhaltene, lose geöffnete Faserstrang wird einer mit Zähnen versehenen Verteilerwalze zugeführt und ein Lüftstrom wird über die Walze angesaugt oder geblasen. Die Verteilerwalze läuft mit hoher Geschwindigkeit um, um die Fasern dem Luftstrom zuzuführen, wobei angestrebt wird, einzelne Fasern und nicht Klumpen oder Fasergruppen zuzuführen. Die Fasern werden durch den Luftstrom als sich verbreiternde Wolke durch einen Kanal zur Sieboberfläche einer Ablagewalze oder eines Förderers getragen, wo die Fasern über einen verhältnismässig grossen Oberflächenbereich abgelegt werden, um auf den bewegten Sieb eine Schicht zu bilden. Die USA-Patentschrift 2 676 363 erörtert die Wichtigkeit einer Luftturbulenz zur Erzeugung

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einer im wesentlichen gleichmässigen Faserverteilung über verhältnismässig grosse Flächenbereiche im Kanal. Die Turbulenz wird in den Luftstrom durch die Änderung der Richtung des Luftstromes im Bereich der Verteilerwalze erzielt, indem ein enger, an der Walze vorbeiführender Luftkanal in einen erweiterten Kanal mündet und indem Unregelmässigkeiten in dem zur Ablagewalze führenden Kanal vorgesehen werden.

Eine im Handel erhältliche Ausfuhrungsform einer bekannten zur Herstellung einer Schicht dienenden Vorrichtung ist in den Fig. 38 und 40 der USA-Patentschrift 5 485 7O6 (Evans) beschrieben. In der Spalte 20 wird in Zeile 65 ausgeführt, dass die schichtbildende Vorrichtung eine gegegebene Gewichtsmenge an Material mit verhältnismässig langsamer Geschwindigkeit verarbeitet, während die mit einem Strahl arbeitende Vorrichtung sich für hohe Betriebsgeschwindigkeit eignet. Gleichmässige; keine Flecken aufweisende Schichten mit einem Gewicht von etwa 34 g/m wurden mit einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 5»5 m/Min, erzeugt, oder etwa 112 g /cm Breite der Verteilerrolle pro Stunde. Eine Herstellung von Schichten hoher Qualität mit wesentlich höherer Geschwindigkeit erscheint nicht möglich, wenn nicht in dieser Vorrichtung zur Herstellung der Schicht grundlegende Abänderungen vorgenommen werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein mit Luft arbeitendes Ablageverfahren und eine Vorrichtung zur Verfugung, die sich zur Herstellung von gleichmässigen Schichten ausgezeichneter Qualität mit hoher Geschwindigkeit eignen, ausgehend von Partien von Stapelfasern. Das neue mit Luft arbeitende Ablageverfahren macht die Herstellung solcher Schichten in einer Menge von über 555 g/cm Schichtbreite pro Betriebsstunde möglicht, selbst wenn Schichten mit geringem Gewicht von I.7 bis 68 g/m aus feinen,- langen

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Stapelfasern von beispielsweise 1,25 denier und 3,8 cm Länge hergestellt werden. Schichten hoher Gleichförmigkeit mit einem Gewicht von 1J6 bis 340 g/m oder mehr können in Mengen von über 1785 g/cm Stunde hergestellt werden und in einigen Fällen sogar in Mengen über 2680-3570 g/cm Stunde. Die Erfindung stellt Schichten hoher Qualität zur Verfügung,, wenn als Kriterium die Fleckenbildung (d. h. kleine Ungleichmässigkeiten, welche beispielsweise durch die Ablagerung von Faserklumpen erzeugt werden), Streifenbildung (d. h. linien unterschiedlicher Faserdichte, die beispielsweise durch örtliche Änderungen in der Geschwindigkeit des Luftstroms verursacht sein können) und andere sichtbare Mangel zu Grunde gelegt werden. Die Erfindung stellt ferner eine wirksame mit Luft arbeitende Ablagevorrichtung zur Erzeugung der Schichten hoher Qualität zur Verfügung. Weitere Vorteile ergeben sich aus der anschliessenden Beschreibung und Ansprüchen.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Textilfaserschicht zur Verfügung gestellt, in welcher Stapelfasern in einem Luftstrom verteilt und anschliessend auf einem bewegten Sieb gesammelt werden, um eine regellose Faserschicht zu bilden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stapelfasern mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit (V₀) von mindestens 915 m/Min, unter einem Winkel von weniger als mit der Richtung des Luftstroms in eine geregelte Luftströmung zur Bildung eines dünnen Faserstroms geschleudert werden, wobei der Luftstrom so geregelt wird, dass die Fasern in einen Bereich stabiler Luftströmung geschleudert werden, in welcher (a) eine Durchschnitts-Luftgeschwindigkeit (V) zwischen dem 0,5- und 3,5fachen der Faseranfangsgeschwindigkeit vorhanden ist, (b) eine durchschnittliche Geschwindigkeitsänderung in jedem

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0,254 cm umfassenden dicken Bereich über die Diqke der iSchicht vorhanden ist, mit Ausnahme der ersten an jeder Vand anliegenden 0,25²J- cm, welche geringer ißt als -15 % d^er genannten Geschwindigkeit (V), (c) über die Breite der Schicht eine Geschwindigkeitsänderung vorliegt, die in jedem Abschnitt von 30,5 cm kleiner ist als i*lO %₉ und (d) eine durchschnittliche Änderung der Turbulenzstärke von nicht mehr als 15 % vorliegt, wobei die Steuerung der Lüftstromes zum Transport der Fasern an das Ablagesieb als dünner Pas er strom in einem gleichmassigen Luftstrom erfolgt, (e) dessen Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen dem 0,25- "bis ^fachen der Geschwindigkeit (V) liegt, und (f) im Faserstrom eine durchschnittliche Turbulenzstärke-Abweichung von nicht mehr als 15 % vorliegt, wobei anschliessend die Fasern vom Luftstrom zur Bildung einer gleichförmigen Schicht auf dem bewegten Sieb abgetrennt werden. Vorzugsweise werden die Fasern mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit von 305O-6IOO m/min, weggeschleudert, um einen Faserstrom mit einer Anfangsdicke zu ergeben, die geringer ist als 0,64 cm. Ferner werden die Fasern vorzugsweise in einer Menge von 535-3570 g/cm. Strombreite pro Betriebsstunde weggeschleudert. Vorzugsweise werden die Fasern unter einem Winkel mit der Richtung des Luftstroms weggeschleudert, der kleiner als 12° ist. Ferner wird die Luftströmung vorzugsweise so geregelt, dass eine Durchschnittsgeschwindigkeit (V) erhalten wird, die zwischen dem Q<i$- und 1,2fachen der Fa^r-Anfangsgeschwindj$£it im stabilen Strömungsbereich unmittelbar stromaufwärts der Faserströmung erhalten wird, und eine Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen dem 0,4- und i,2fachen der Geschwindigkeit (V), nachdem sich die Faserströmung ausgebildet hat.

a) Die durchschnittliche Turbulenzstärke im stabilen Strömungsbereich unmittelbar stromaufwärts des Faserstroms und nach Ausbildung des Faserstroms schwankt vorzugsweise veniger als 7$ und b) die durchschnittliche Geschwindigkeitsänderung im stabilen Strömungsbereich unmittelbar stromaufwärts des Faserstroms, gemessen.über die Dicke des stabilen Strömungsbereichs

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ist kleiner als - 10 % der Geschwindigkeit (V), während die Geschwindigkeitsänderung über die Breite des Fliessbereichs kleiner als -5 % ist. Vorzugsweise ist das Gewicht der durch-, ~sT;iiömenden Luft mindestens 25nial so gross wie das Gewicht der in dem Luftstrom eingeführten Fasern und der Faserstrom besitzt eine Dicke von etwa 1,27 bis 2,54 cm im Bereich des schichtbildenden Siebes.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Anordnung von Textilfasern in einer Schicht, indem Stapelfasern in einer Luftströmung verteilt werden und die Schicht auf einem bewegten Sieb gebildet wird, und ist gekennzeichnet durch eine Leitungsanordnung zur Förderung von Fasern in eine gesteuerte Luftströmung, durch eine Faserverteileranordnung zum Einschleudern von Fasern in die Leitungsanordnung zwecks Ausbildung eines dünnen Faserstroms in Luft, durch eine Luftzufuhreinrichtung zum Einleiten einer Luftströmung geringer Turbulenz durch die Leitungsanordnung, und durch eine Ablageeinrichtung zum Trennen der Fasern von der Luft zwecks Bildung eines Schicht, wobei die Leitungsanordnung Seitenwände und Stirnwände aufweist, welche einen rechfceekförmigen Querschnitt von einer Breite bilden, die mindestens der Schichtbreite entspricht, und eine der Seitenwände eine Öffnung aufweist, durch welche die Fasern geschleudert werden, die genannten Wände ferner im wesentlichen geradlinig und parallel zur^nannten öffnung hin verlaufen, um die Luft über der öffnung in einem gleichförmigen Fluss zu halten, und wobei die Faserverteileranordnung eine mit Zähnen verseheneVerteilerwalze aufweist, welche mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 915 m/min, umläuft, wobei diese Umfangsgeschwindigkeit der Faser-Anfangsgeschwindigkeit (Vo) entspricht, und eine stationäre Verteilerplatte vorhanden ist, welche eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die zwischen der Stelle, an welcher die Fasern von Zähnen der Walze auf-

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genommen werden, und der Stelle, an welcher die Fasern in den Luftstrom geschleudert" werden gegenüber den Zähnen der Walze einen_Abstand von mindestens 0,52 cm aufweist, um einen engen Schlitz zu bilden, an welchem die Fasern durch Trägheit durch die öffnung in die Leitungsanordnung geschleudert werden. Vorzugsweise besitzt die Verteilerwalze einen Durchmesser zwischen 12,7 und 127 cm und

ο weist zwischen 1 und 54- Zähne je cm Fläche auf, wobei die Zähne kürzer als 0,64- cm sind und ein Abstand zwischen 0,025 und 0,076 cm zwischen den Zähnen und der Verteilerplatte vorhanden ist. Vorzugsweise ist in der Leitungsanordnung vor der genannten Öffnung eine Grenzschicht-Regel vorrichtung vorgesehen, um die Luftgrenzschlßht, durch weMie die Fasern in die geregelte Strömung eingeschleudert werden, zu verbessern. Die Grenzschicht-Steuervorrichtung besteht vorzugsweise aus einem dünnen» auf die Grenzschicht einwirkejnäen Hindernis, welches sich zwischen den Wänden der Leitungsanordnung erstreckt, um eine in Strömungsrichtung ausgerichtete Wirbelbildung im Luftstrom der Grenzschicht zu beseitigen, oder eie besteht aus einem Saugschlitz, welcher in der Nähe der öffnung in der Wand der Leitungsanordnung zur Beseitigung einer turbulenten Grenzschicht-Luftströmung ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Luftfördereinrichtuhg einen Windkanal mit hoher Strömungsgleichmässigkeit und gröss er er Querschnittsfläche als die Leitungsanordnung und mit einem als Strömungsdüse ausgebildeten Anschlussstück zur Erzeugung einer gesteuerten Strömung» welche bis zu der Stelle, an welcher der Faserström eintritt, eine im wesentlichen gleichförmige Geschwindigkeit aufweist, abgesehen von Grenzschichten, die ausserhalb des Faserstroms liegen. Vorzugsweise besitzt die Leitungsanordnung längs der Bahn des Faserstroms bis zur Ablagevorrichtung einen im wesentlichen rechtförmigen Querschnitt. Die Leitungsanordnung hat vorzugsweise bis zur Verteilerwalze einen im wesentlichen gleichen Querschnitt und ist

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anschliessend konvergierend ausgebildet, um den Luftstrom, welcher die Pasern an die Ablagevorrichtung heranführt, zu beschleunigen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Leitungsanordnung bis zur Verteilerwalze einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt auf und ist anschliessend bei der Annäherungs der Leitungsanordnung an die Ablagevorrichtung divergierend ausgebildet.

Vorzugsweise ist die Leitungsanordnung im wesentlichen geradlinig ausgebildet. Ferner erstreckt sich vorzugsweise eine Wirbelgeneratoranordnung vor der Verteilereinrichtung in die Leitungsanordnung.

Die Fasern werden vorzugsweise in zentrifugaler Richtung von einer mit Zähnen versehenen Verteilerwalze abgenom- ■ men, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 915 m/min, umläuft. Eine Vorratsquelle liefert eine im wesentlichen gleichförmige Faserschicht auf die umlaufende Verteilerwalze und eine im engen Abstand angeordnete, gekrümmte Verteilerplatte hält die Fasern nahe an der Verteilerwalze, bis eine Faserabnähmestellung am Ende der Verteilerplatte erreicht ist. An dieser Stelle wird der Faserstrom durch einen tangentieilen Auswurf von der Verteilerwalze durch eine öffnung in die Leitungsanordnung geschleudert, um die Fasern in einen Luftstrommitzufuhren. Die Verteilerwalze ist ausεerhalb und neben einer. Wand der Leitungsanordnung angeordnet, wobei ein schmaler Oberflächenbereich der Walze innerhalb der Leitungsanordnung liegt und die Öffnung ausfüllt, ohne merklich den durch die Wände der Leitungsanordnung gebildeten Querschnittsbereich zu verkleinern.

Durch eine Luftfördereinrichtung wird ein Luftstrom gleichmassiger Geschwindigkeit, gleichmässiger niedriger Turbulenz und niedriger Wirbelbildung durch die Leitungsanordnung in Bewegungsrichtung der Walzenoberfläche ge-

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leitet, so dass die Fasern in die Strömung mit einem kleineren Winkel als etwa 25° und vorzugsweise als etwa 12° geschleudert werden. Dieser Schleuderwinkel wird zwischen einer Tangente an der Verteilerwalze an einem neben dem Ende der Verteilerplatte liegenden Punkt und einer Linie gemessen, welche mit der allgemeinen Eichtung der Luftströmung durch die Leitungsanordnung zusammenfällt. In der Leitungsanordnung kann stromaufwärts der freiliegenden Walzenoberfläche eine Grenzschicht-Steuereinrichtung vorgesehen werden, um einen gesteuerten niedrigen Turbulenzwert in der Luftschicht zu erhalten, durch welche die Fasern gleichförmig geschleudert werden müssen, um den Bereich des Luftstroms'zu erhalten, welcher eine gleicll·- mässige Strömung mit niedriger Turbulenz und niedriger Wirbelbildung aufweist. Die Ausbildung der Leitungsanordnung stromabwärts der Verteilerwalze ist derart.getroffen, um eine Grenzschicht-Ablösung und eine mit dieser einhergehende Bildung von Wirbeln zu vermeiden; im all- · gemeinen sind plötzliche Änderungen im Querschnitt oder der Richtung der Leitungsanordnung vermieden. Eine Ablagevorrichtung trennt die Fasern vom Luftstrom, um Schichten zu bilden, welche ein Gewicht zwischen 3,4 und 340 g/n aufweisen.

Zum Einschleudern der Fasern in die gleichmässige Luftströmung eignet sich eine handelsübliche Ausführung einer gezahnten Verteilerwalze. Die- gekrümmte Fläche einer Verteilerplatte ist im geringen Abstand zur umlaufenden Oberfläche der Verteilerwalze angeordnet, um einen engen Durchtrittsspalt zu bilden, in welchem die Fasern bis . zu der Stelle geführt werden, an der sie5n die Leitungsanordnung geschleudert werden. Der Abstand zwischen der stationären Verteilerplatte und den Enden der Zähne der Verteilerwalze sollte zwischen der Stelle, an welcher die Fasern von den Zähnen erfasst werden, bis zu der Stelle, an welcher sie in den Luftstrom geschleudert werden, d. h.

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am Ende der Verteilerplatte, weniger als 0,52 cm "betragen. Die Zähne der Verteilerwalze sind üblicherweise kürzer als 0,64 cm. und weisen vorzugsweise eine Länge .von .0,32 cm auf. Der in den Luftstrom geschleuderte Faserstrom ist in einem Ausmass dicker als der Abstand zwischen den Enden der Zähne und der Verteilerplatte, welches dem Eindringen der Fasern zwischen die Zähne entspricht;, vorzugsweise beträgt dieser Abstand zwischen 0,025 und 0,076 cm. Die Verteilerwalze besitzt eine Umfangsgeschwindigkeit zwischen 915 m/min, und einem Maximalwert, welcher durch die Geschwindigkeit gegeben ist, bei welcher die Fasern beschädigt werden oder starke Schwingungen erzeugt werden; vorzugsweise liegt die Umfangsgeschwindigkeit zwischen etwa 3050 bis 6100 m/min. Der Durchmesser der Verteilerwalze soll nicht zu gross gewählt werden, da die Fasern tangential nur ein kurzes Stück weggeschleudert werden, bevor sie ihren Impuls verringern·, es kann jedoch ein Durchmesser von mindestens 41 cm erforderlich sein, um auf einer breiten Maschine Schwingungen zu verkleinern. Vorzugsweise ist der Abschnitt der Verteilerplatte, welcher der Walze gegenüberliegt, mit einer Oberfläche geringer Reibung versehen, um das Abschleudern der Fasern zu erleichtern.

Die Leitungsanordnung zur Förderung der Fasern bildet einen Kanal, durch welchem ein Luftstrom gleichmässiger Geschwindigkeit und niedriger Turbulenz an der freiliegenden Oberfläche der Verteilerwalze und an der Faserabi agevorrichtung vorbeigeleitet wird. Die Ausbildung der Leitungsanordnung ist derart, dass im wesentlichen alle von der Verteilerwalze abgeschleuderten Fasern in der Strömung als dünner Faserstrom, beispielsweise von einer Anfangsdicke, die kleiner als 0,64 cm und vorzugsweise kleiner als 0,32 cm ist, aufgenommen werden, welcher im wesentlichen von Schichten hoher Turbulenz und ungleich-

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förmiger Strömung oder getrennter Strömung freigehalten wird. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte der Querschnitt der Leitungsanordnung so gross gehalten werden, wie es für die Durchführung sdes Verfahrens unbedingt notwendig ist.

Die Leitungsanordnung besitzt vorzugsweise einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt. Der Querschnittsbereich kann sich erhöhen oder verringern, wenn sich die Leitungsanordnung der Ablagevorrichtung nähert, vorausgesetzt, dass die Querschnittsänderungen den Faserstrom nicht beeinträchtigen. Die nachteiligen Wirkungen einer Grenzschicht-Ablösung in einem zu schnell divergierenden Kanal (beispielsweise in einem Diffusor, in welchem die Wände unter einem Winkel von mehr als 30° divergieren) werden vermieden. Eine Kanalkrümmung längs der Leitungsanordnung sollte so gering wiemöglich gehalten werden, jedoch kann eine geringfügige Krümmung zur Zentrierung des Faserstroms in der Leitungsanordnung nützlich sein. Die Länge der Leitungsanordnung sollte ausreichen, um ausreichend Platz für die verschiedenen Bauteile der Vorrichtung zu ergeben.

Die stromaufwärts gelegene Seite der Leitungsanordnung ist mit einer üblichen Luftquelle, wie sie beispielsweise in Windkanälen verwendet wird, verbunden, um eine Luftströmung niedriger Turbulenzstärke und möglichst geringer Wirbelgrösse zu liefern. Der erforderliche Luftstrom kann durch Gebläse geliefert werden, welche Luft in einen weitgehend gleich massig en Kanal blasen, welcher mit Verteilereinrichtungen, wie beispielsweise Schaufeln, perforierten Platten, Gitterabschnitten und Sieben zur Verringerung der Turbulenz versehen ist, welche ebenfalls zur Beseitigung von Wirbeln dienen. Normalerweise wird die Luft durch eine Vielzellen-Anordnung mit gleichmässigen Zellen von regelmässigem Querschnitt gefördert. Jede Zelle besitzt eine Diagonale von etwa 1,27 cm maximaler

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Länge und vorzugsweise etwa 0,32 cm maximaler Länge, sowie einer maximalen Wandstärke von 0,16 cm und einer bevorzugten Wandstärke von 0,025 cm, wobei die Zellenlänge mindestens 25 Zellenbreiten umfasst. Andere äquivalente Systeme zur Ausschaltung von Wirbeln sind bekannt. Der Luftkanal hat normalerweise die gleiche Breite wie die Leitungsanordnung, in welche die Fasern eingeschleudert werden und ist um ein Mehrfaches grosser in seiner anderen Querschnittsabmessung. Daher ist die Luftgeschwindigkeit in dem-grösseren Luftkanal, in welchen die Siebe, die Zellen und die perforierten Platten angeordnet sind, um vieles geringer als die Luftgeschwindigkeit in der ver~ hältnismässig schmalen Leitungsanordnung. Der Übergang zwischen dem grossen Luftkanal und der schmalen Leitungsanordnung erfolgt in einer allmählichen Krümmung im Einklang mit den Entwurfsgrundsätζen bei Strömungsdüsen, um die Luftströmung geringer Turbulenz und im wesentlichen gleichmässiger Geschwindigkeit, die von der Düse zur Leitungsanordnung strömt, zu beschleunigen.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Zustand der Strömung unmittelbar stromaufwärts der in der Leitungsanordnung vorgesehenen Öffnung, durch welche die Fasern eingeschleudert werden, von entscheidender Bedeutung. Der Bereich des Luftstromes, welcher sich in die Bahn der Pasern erstreckt, wird sorgfältig überwacht. Die Luftgeschwindigkeit in diesem Bereich ist gleichförmig sowohl über die Dicke, der Bereichs als auch über einzelne Breitenabschnitte des Bereiches. Über die Stärke des Be-. reiches liegt die Geschwindigkeit in jeder 0,254 cm starken Schicht mit Ausnahme der ersten 0,254- cm in Anlage an der Wand, innerhalb ^15 % und vorzugsweise innerhalb -10 % der Durchschnittsgeschwindigkeit im Bereich und wird anschliessend mit-A. V/V bezeichnet. Werte von A V/V, welche ^15% überschreiten, liefern eine aussergewöhnlich

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starke Vermischung zwischen den einzelnen Schichten, welche zu Wirbeln führt, durch die der Paserstrom gestört und erweitert wird. Dies verursacht eine Verringerung der Dicke des Faserstroms und eine "Verschlfichfcerung der BahniUhrung, zu einer Fleckenbildung in der erhaltenen Schicht führt. Die Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines jeden Bereichs von 30»5 cm über die Breite des LuftStrombereichs, welcher in den Faserstrom vorrückt, ist geringer als -10% und vorzugsweise geringer als £5 %» ^urKl wird anschliessend als Λ V/W bezeichnet. Werte von Δ V/W, welche grosser als ^10 % sind, führen zu Wirbeln, welche die Dicke des Faserstroms und die Faserbahn nachteilig beeinflussen und damit zu einer Fleckenbildung in " der erhaltenen Schicht führen. Die Durchschnitts-Turbulenzstärke, d. h. die mittlere Abweichung der Geschwindigkeitsänderung über die Zeit, im Bereich der Luftströmung ist kleiner als 15 %, vorzugsweise kleiner als 7 %. Diese Zahlenwerte beziehen sich nur auf den Teil des Luftstromes, der in die Faserbahn vorrückt und betreffen nicht den Grenzschichtsbereich innerhalb eines Abstandes von 0,254 cm von der Wand. Durchschnitts-Turbulenzstärken von mehr als 15 % in diesem Bereich wie auch in der anschliessenden Bahn der Faserströmung, oder grosse Wirbel, wie sie durch grosse Geschwindigkeitsänderungen und instabile örtliche Turbulenzstärken angezeigt werden, verhindern die Bildung eines dünnen Faserstromes, verursachen eine Verteilung der Fasern als sich erweiternde Wolke und erzeugen eine sehr grosse Fleckenbildung in der erhaltenen Schicht. Die Luft, welche durch die Leitungsanordnung ausserhalb des Bereiches strömt, welcher in die Bahn der Faserströmung vorrückt, braucht bezüglich der Turbulenzstärke oder der Geschwindigkeitsverteilung keinen Einschränkungen zu unterliegen, so lange als ihr Einfluss auf den Luftstrom, welcher die Fasern zur Ablagevorrichtung fördert, derart ist, dass die Durchschnittsturbulenzstärke in irgendeinem Querschnitt der Faserbahn von der

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Verteilerwalze zur Ablagevorrichtung kleiner als 15 % und vorzugsweise kleiner als 7 % ist. Turbulenzstärken, welche in diesem Bereich der Faserbahn 15 % übersteigen, liefern ebenfalls eine sehr starke Fleckenbildung in der erhaltenen Schicht.

Es ist bekannt, dass Turbulenz durch Fluidreibung mit den Wänden der Leitungsanordnung erzeugt wird. Durch die Verwendung von glatten, stromlinienförmig ausgebildeten Wänden der Leitungsanordnung und durch die Zufuhr der Luftströmung in die Leitungsanordnung in günstiger Weise wie vorausgehend beschrieben, kann diese Reibung auf eine an den Wänden anliegende Grenzschicht beschränkt werden. Die Leitungsanordnung ist ferner so ausgebildet, dass der Faserstrom im wesentlichen in dem Bereich gleichmassigen Flusses und niedriger Turbulenz zentriert wird, so dass die Turbulenz der Grenzschichtlagen die Fasern nicht beeinträchtigt, nachdem sich die Faserströmung ausgebildet hat. Jedoch müssen die Fasern durch die Turbulenz der Grenzschicht an der Verteilerwalzenseite der Leitungsanordnung hindurchgeschleudert werden. Deshalb sollten schwerwiegende Ungleichmässigkeiten in dieser Grenzschicht vermieden werden. Eine beträchtliche Schwierigkeit bezüglich der Gleichmässigkeit kann durch die Erscheinung der in Strömungsrichtung ausgerichteten Wirbelbildung hervorgerufen werden, d. h. durch kleine schraubenzieh er förinig angeordnete Wirbel hoher Energie. Diese Wirbel können durch Abtastung der Strömung mit einem Heissdraht-Anemometer längs einer Linie ermittelt werden, die senkrecht zu den Seitenwänden der Leitungsanordnung in der Ebene eines Strömnngsquerschnitts verläuft. Ein Wirbel zeigt ein örtliches Ansteigen in Turbulenzstärke und eine entsprechende Verringerung in örtlicher Luftgeschwindigkeit. Fasern, welche durch derartige Wirbel geschleudert werden, werden von ihren beabsichtigten Bahnen abgelenkt. Dies ergibt eine ungleichmässige Vertei-

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lung der Pasern im Luftstrom, wodurch, wiederum Streifen in der erhaltenen Schicht erzeugt werden. Ein Saugschlitz kann dazu verwendet werden, eine turbulente Grenzschicht stromaufwärts der Verteilerwalze zu entfernen. Um wirksam zu sein, ist der Schlitz in der Wand nahe der Verteilerwalze angeordnet. Wirbel können sich . ferner in einer Übergangszone von laminarer zu turbulenter Strömung in der Grenzschicht ausbilden, die sich in der Leitungsanordnung geringfügig stromabwärts der Stelle entwickelt, in welcher die Luft aus der gewölbten Strömungsdüse eintritt, oder auch in einer neu entstehenden Grenzschicht stromabwärts des Saugschlitzes. Man hat gefunden, dass eine Streifenbildung in der Schicht als Folge der Wirbel verhindert werden kann, wenn ein sehr dünnes Hindernis, welches häufig als "Grenzschicht-Stolperstreifen" bezeichnet wird, wie beispielsweise ein Streifen aus Schmirgelpapier oder glattem, rundem Draht von etwa lmm Durchmesser, in der Grenzschicht über die Wand der Leitungsanordnung gelegt wird, und zwar gerade stromabwärts der Übergangsζone von laminarer zu turbulenter Strömung. Der Übergang zur Turbulenz wird dann gleichmässig in eine gleinförmige, stabile, turbulente Grenzschicht beschleunigt, welche gleichmässig von den Fasern durchquert wird. Die durch diese Hindernisse zusätzlich erzeugte Turbulenz ist üblicherweise klein und erhöht im allgemeinen nicht merklich eine Strömungsvermischung oberhalb der Verteilerwalze oder eine Fleckenbildung in der erhaltenen Schicht. Eine Kombination eines Saugschlitzes zur Entfernung der Grenzschicht in Verbindung mit einem sehr feinen Grenzschicht-Stolperstreifen zur Verhinderung einer ungleichmassigen Rückbildung der Grenzschicht wird in solchen Fällen bevorzugt, in welchen der Schlitz infolge der Raumverhältnisse nicht ausreichend nahe an der Verteilerwalze angeordnet werden kann.

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Grosse Wirbel, welche infolge einer ungenügenden Aufbereitung der Luftströmung zur Leitungsanordnung entstehen, können ebenfalls dazu führen, dass sich die Fasern in unkontrollierbarer Weise als Wolke verbreitern anstelle als dünner Strom zu fliessen, sobald die Fasern die Verteilerwalze verlassen. In diesem Fällen ist die Luftturbulenz an einem gegebenen Punkt der Leitungsanordnung instabil. Diese Instabilität ist durch regellose, grosse, plötzliche Steigerungen in der Turbulenzintensität auf Werte gekennzeichnet, die 1,5— bis 2mal grosser als die Durchschnittsturbulenz-Intensität an jenem Punkt sind, obgleich die Durchschnittsturbulenz-Intensität gut unterhalb des gewünschten 15 %-Niveaus bleiben kann. Diese grossen, plötzlichen Anstiege der Turbulenz bewirken einen Verlust der Kontrolle über die Faserstromdicke und -bahn. Diese instabilen Strömungen sind üblicherweise auch von grossen, eine verhältnismässig niedrige Frequenz aufweisenden Ungleichförmigkeiten der Luftgeschwindigkeit begleitet. Bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung wird eine stabile, im wesentlichen gleichförmige Geschwindigkeit über die Breite der Leitungsanordnung längs Linien aufrechterhalten, die parallel zum Schlitz und unmittelbar oberhalb des Schlitzes verlaufen, an dem die Fasern in die Luftströmung geschleudert werden. Die Geschwiniigkeitsänderung innerhalb einer Entfernung von 30 cm längs dieser Linien (ausschliess-. lieh von endseitigen oder Wandwirkungen), die anschliessend als Λ V/W im Einklang mit dem vorausgehenden Text be~ zeichnet werden, ist kleiner als ^10 % des Durchschnittswertes innerhalb der gleichen Entfernung von JO,5 cm und. liegt vorzugsweise innerhalb ~ 5 %.

Die Fasern werden zu einer Ablagevorrichtung gefördert, welche üblicherweise zum Trennen von Fasern von einem Luftstrom in Form'einer regellosen Faserschicht verwendet wird. Die Fasern werden aufeinanderfolgend in überlappen-

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den Bereichen gleichmässig abgelegt, etwa analog der Art, in weicher Schindeln gelegt werden. Die Schindellänge ist . der Breite des Faserablagebereichs unmittelbar proportional wie auch der Dicke des Faserstroms. Ein dünner . Strom geringer Turbulenz mit einer stationären (nicht hin- und herschwingenden) Bahn ergibt eine Schindellänge von etwa 1,27 cm. Eine vergrösserte Faserablageflache kann erreicht werden, indem das Ablagesieb in einem stärker geneigten Winkel zur Faserbahn angeordnet wird. Gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird eine äquivalente Wirkung mittels einer Vorrichtung zur Steuerung des Luftstromes zur Erzielung einer erhöhten effektiven Faserablagefläche erreicht. Eine Mischstrom-G-eneratoreinrichtung zur steuerbaren Herstellung von sich allmählich vergrössernden Wirbeln mit geringer Turbulenzstärke kann in der Leitungsanordnung zwischen dem Eingang derselben und der Lage der Verteil erwalz e vorgesehen v/erden. Beispielsweise wurde gefunden, dass ein Metallstreifen von 1,90 cm Länge, welcher mit Löchern von 0,32 cm Durchmesser perforiert war und eine Durchlassfläche von 42 % aufwies und welcher an den Endwänden der Leitungsanordnung befestigt war und sich über den Mittelabschnitt der Leitungsanordnung erstreckte, zu einer Erhöhung der Breite der effektiven Faserablagefläche von 1,27 cm auf etwa 3,2 cm führte, womit ein Stromverbreiterungseffekt erzielt wurde. Als alternative Ausführungsform können·Stäbe mit kreisförmigem oder rechteckförmigen Querschnitt, welche verschiedene Durchmesser oder Grossen aufweisen, beispielsweise Stäbe mit einer Grosse von 0,16 bis 0,64 cm Durchmesser, abhängig von der gewünschte Strömungsmischung und Schindellänge, zur Erreichung des genannten Effektes verwendet werden. Durch Sperrung der oberen Hälfte der Strömung am Düsenabgabebereich mit einer massiven oder perforierten Platte kann der Ablagebereich sogar noch mehr erhöht werden. Diese Mischstromgeneratoren erzeugen stabile Wirbel grosser Dimension,

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während der Bereich des Luftstromes, der in den Faserströmungspfad eintritt, im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemässen Mischstromgeneratoren liefern stabile Durchschnittsturbulenz-Intensitätswerte in der F as er Strömungsbahn, die kleiner als 15 % und vorzugsweise kleiner als 7 % sind. Durch die Verwendung von Mischstromgeneratoren und langen Leitungsanordnungen, die beispielsweise 1,8 cm lang sind, kann die wirksame Faserablagefläche bis zu etwa 30*5 om. vergrossert werden. Alle derartigen Mischstromgeneratoren verursachen eine gewisse seitliche Mischung innerhalb der Faserströmung, die zur Beseitigung von feinen Streifen in der erzeugten Schicht als Folge geringer Ungleichmässigkeiten im Faserabgabepunkt wünschenswert sein können. Diese positiven Wirkungen müssen jedoch gegen das Ansteigen der Fleckenbildung aufgewogen werden, die als Folge eines begleitenden Ansteigens der Turbulenz, die durch den Mischstromgenerator hervorgerufen wird, entsteht.

Anschliessend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen} es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausf uhrungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 einen vergrösserten schematischen Längsteilschnitt des Faserverteilbereichs der Vorrichtung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. J einen vergrösserten schematischen Längsteilschnitt des oberen Teils des Faserverteilerbereichs gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4- und 5 vertikale Längsschnitte eines Teils der Vorrichtung gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfindung und

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Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 4-, welcher eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.

In Fig. 1 ist eine Faserfördervorrichtung dargestellt, welche in dieser Ausführungsform aus einem Förderband 2, einer Förderwalze 3» einer Druckwalze 4- und einem Schuh zur Zuführung der Faser 1 zur Verteilerwalze 8 besteht. Die Faserfördereinrichtung ist. zur Förderung einer Partie von Stapelfasern mit einem Gewicht in g/m ausgelegt, welches etwa das 3- bis 15Ofache des Gewichts der zu erzeugenden Schicht aufweist. Die Verteilerwalze trennt die Fasern und fördert"sie vermischt mit der neben der Walzenfläche befindlichen Luft durch den Raum zwischen der Walze und der Verteilerplatte 10, und liefert diese Mischung zentrifugal im Bereich A in die Leitungsanordnung 20. Die Verteilerwalze ist ausgehend von der unteren Kante des Abnehmerstabs 12 bis zur Förderwalze 3 von einem Gehäuse 9 umschlossen. Die von der Verteilerwalze weggeschleuderten Fasern bilden einen dünnen Faserstrom 22, in der durch die Leitungsanordnung fliessenden Luft und werden dann von der Luft als Schicht 24 auf dem Ablagesieb 26 abgetrennt.

Die Luft wird von einem Luftkanal 14 zugeführt, welcher eine grössere Querschnittsabmessung als die Leitungsanordnung 20 aufweist. Die parallelen Wände 16 des Luftkanals 18 sind mit den Wänden der Leitungsanordnung durch einen konvergierenden Bereich 18 in Art einer Strömungsdüse verbunden. Siebe 38 und 4-2 und eine Zellenstruktur 40 liefern eine gleichförmige, im wesentlichen von Turbulenzwirbelbildung freie Strömung. Die Luft wird in den Luftkanal durch ein oder mehrere Gebläse 36 über ein Leitungssystem 33» welches, schematisch dargestellt ist, eingeblasen.

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Die Fasern werden zur Bildung einer Schicht auf einem kontinuierlichen bewegten Sieb 26 abgelegt, welches über Hollen 28 und 30 angetrieben und gehalten wird. Die Luft strömt durch das Sieb und wird mittels einer Vakuumlei-•ftang 34 abgezogen. Die Luft kann zur Entfernung von jeglichen Teilchen, welche am Sieb 26 hindurchtreten gefiltert und anschliessend zum Gebläse 36 rezirkuliert werden. Es können auch mehrere Gebläse in Reihe eingesetzt werden oder ein offenes Luftsystem, wobei ein oder mehr Gebläse die Luft liefern und ein oder mehrere Gebläse die Luft abziehen. Das Sieb 26 ist gegenüber der Leitungsanordnung 20 und der Vakuumleitung 34 durch eine Dichtungsvorrichtung 3^ beispielsweise eine Platte aus Polyäthylen, abgedichtet.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Abnehmerstabes 12, welcher ein abgerundetes Ende 13 uncL eine obere Fläche 15 aufweist, die geneigt angeordnet ist. Das Ende der Abnehmerstabes 13 sollte weniger als 0,32 cm von den Zähnen der Verteilerwalze entfernt sein und vorzugsweise einen Abstand von etwa 0,025 bis 0,038 cm aufweisen.

Die Fig. 2 zeigt ferner eine weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäss welcher die Verteilerplatte 10 mit einem Schlitz 44 versehen ist, welcher durch eine Leitung 46 mit einer Vakuumleitung 48 und einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. In der gezeigten Anordnung dienen die Wände 50 der Vakuumleitung 48 zur Halterung der Verteilerplatte 10. Der Schlitz kann eine Breite zwischen 0,05 his 0,30 cm aufweisen. Der Saugschlitz 44 dient zur Verringerung oder zur vollständigen Beseitigung einer jeglichen turbulenten Grenzschicht in der Luftströmung, die sich an der unteren Seite der Luftleitung bilden kann. Ein Vakuum zwischen 2,5 bis 51 cm Wassersäule ist zweckmässig.

209845/1²?f6

In Fig. 3 wird die Tangente zur. äusseren Kante der Zähne 7 der Verteilerwalze durch die gestrichelte Linie 58 dargestellt. Die obere Kante 54- der Verteilerplatte 10 kann an der Tangente 58 angeordnet sein oder auch etwas unterhalt» dieser Tangente liegen, beispielsweise 1,27 cm darunter. Das Ende 52 der Verteilerplatte ist vorzugsweise abgerundet und weist einen Krümmungsradius 'von mindestens 0,038 cm auf, welcher jedoch kleiner als etwa 0,15 cm ist. Die Vorderseite 56 der Verteilerplatte ist im wesentlichen konzentrisch zur Verteilerwalze ausgebildet. Der Abstand zwischen der Vorderseite 56 und den Zähnen 7 soll kleiner sein als 0,32 cm, um eine zu frühe turbulente Mischung von Luft und Fasern unter der Platte zu vermeiden,die zu einer Faserklumpenbildung führen würde. Vorzugsweise wird ein Abstand zwischen etwa 0,025 und. 0,076 cm vorgesehen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. durch die Anordnung der Grenzschicht-Stolpereinrichtung 62 dargestellt. Diese Einrichtung besteht aus einem sehr dünnen Hindernis, beispielsweise einem runden Draht von etwa 18 Gauge oder einem 1,27 cm breiten Streifen von Schleifpapier 60, welches an der Oberfläche 54- eier Verteilerplatte in einem Abstand von etwa 2,54· bis 25 cm stromabwärts des Beginns der Leitungsanordnung in Abhängigkeit von den jeweiligen Verfahrensbedingungen angeordnet ist. Die erhaltene turbulente Grenzschicht, welche in der Grössenordnung von 0,64- cm Dicke liegt, ist über die Breite der Leitungsanordnung verhältnismässig gleichförmig.

Die Mittellinie der Leitungsanordnung 20 kann geradlinig parallel zur Oberseite der Verteilerplatte gemäss Fig. verlaufen oder aber gemäss Fig. 4 gekrümmt sein. Der Winkel zwischen der Obers'eite der Verteilerplatte und der Mittellinie der' Faserströmung im Ablagebereich wird

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als Biegungswinkel bezeichnet. Der Biegungswinkel sollte kleiner als 30° und vorzugsweise zwischen 0° bis 10° sein. Fig. 4 zeigt eine Verringerung der Querschnittsfläche der Leitungsanordnung über dem Abnehmerstab 12 zwecks Erzeugung einer Luftbeschleunigung und zwecks Erzielung einer flacheren Geschwindigkeitsverteilung nach Ausbildung des Faserstroms.

Die Fig. 4 und 6 stellen eine weitere Abänderungsform dar, wobei eine Wirbelgenerator-Vorrichtung 66 vor dem Faserabnahmepunkt im Luftstrom angeordnet ist. Der Generator 66 besteht aus einer perforierten Platte oder einem Sieb, welches etwa das mittlere Drittel der Luftleitungsanordnung 20 einnimmt. Die in Fig. 6 dargestellte Platte ist mit einer versetzten Anordnung von Löchern, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,32 cm₍ ausgestattet und ein Durchlassbereich von etwa 42 % ergibt einen Stromverbreiterungseffekt, wenn die Fasern auf dem rotierenden Ablagesieb 26 abgelegt werden. Eine massive Platte im oberen Teil der Luftleitungsanordnung und massive Stäbe mit geringem Durchmesser, die in der Mitte des Luftstroms stromaufwärts des Faserabnahmepunkts angeordnet sind, eignen sich ebenfalls als Wirbelgenerator-Vorrichtung.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform einer geeigneten Vorrichtung, wobei die Verteilerwalze 8 oberhalb der Faserströmung angordnet ist. Die Fig. 5 zeigt ferner die Verwendung eines Ablagesiebes, welches sich in einem Winkel von 45° zum Faserstrom bewegt.

Die. Verteilerwalze 8 ist handelsüblich ausgeführt und weist üblicherweise einen Durchmesser zwischen etwa 12,7 und 127 cm auf$ sie ist gewöhnlich als Hohlwalze ausgebildet. Die zylindrische Aussenfläche der Walze wird zumeist mit einem niedrige Rechen bildenden, feinen Metalldrahtüberzug 7 (Fig. 3) versehen, welcher durch das

- 22 209845/1116

HP8-19-E

spiralförmige Umwickeln einer oder mehrerer mit Sägezähnen versehenen Streifen und Verankerung derselben um die EqIIe erhalten wird. Die scharfen Enden der Zähne sind derart angeordnet, dass sie im wesentlichen längs eines echten Zylinders um die Drehachse der Walze 8 angeordnet sind. Übliche Anordnungen weisen folgende Daten auf:

Z ahrianordnung: Zahnlänge: Zahnenden: Zahndichte:

Flankenwinkel innerhalb etwa 8 gegenüber der Eadialrichtung

Kürzer als 0,64- cm und vorzugsweise etwa 0,32 cm

Breite der Zahnspitze kleiner als 0,076·cm

Zwischen 1,2 bis 54 Zähne/cm Walzenfläche,

Walzen-Durchmesser (cm)

40,6 61,0 81,3

Umfangsgeschwindigkeit

(m/min.)

915 ~ 6,100 1,100 - 7s3OO 1,280 - 9,150

Beschleunigung (mal Schwerkraft)

117 bis 5200 112 bis 5000 116 bis 5700

Die Verteilerplatte 10 und der Abnehmerstab 12 können aus beliebigem Werkstoff, wie beispielsweise Kunststoff oder Metall, hergestellt werden, welcher bei den hohen verwendeten Geschwindigkeiten die Einhaltung des engen Abstands gegenüber der Verteilerwalze 8 gestattet. Die Verteilerplatte sollte eine ,Länge besitzen, die mindestens der Hälfte der Länge der verwendeten Stapelfasern entspricht, kann jedoch aus Gründen der Zweckmässigkeit in mechanischer Hinsicht eine Länge besitzen, die zwischen 45° bis 90° oder mehr des Umfangs der Verteilerwalze entspricht. Obgleich in den Fig. 1 und 2 einteilige Verteilerplatten und-Abnehmerstäbe gezeigt sind, können beide aus einer Anzahl von Abschnitten mit geeigneten Verbindungselementen aufgebaut sein.

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09845/1116

In allen der vorausgehend genannten Ausführungs formen der Erfindung schleudert die Verteilerwalze 8 die Fasern in den Luftstrom unter einem Anfangswinkel von weniger als 12° zur allgemeinen Richtung der Luftströmung. Obgleich geringere Schleuderwinkel bevorzugt werden, können in einigen Fällen Schleuderwinkel bis zu 25° verwendet werden. Bei Schleuderwinkeln über 25° ragt die Verteilerwalze ungewöhnlich weit in die Leitungsanordnung hinein, so dass sich unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze stabile Wirbel ausbilden. Dies verursacht einen instabilen und ungleichmässigen Luftströmungsbereich, der in den Faserstrom von der Verteilerwalze eingeschleuderten Faserstrom vorrückt, wodurch eine dicke Faserwolke anstelle eines dünnen verteilten Strom erhalten wird. Damit wird wiederum eine mit Flecken und Streifen versehene Schicht erhalten. Darüberhinaus können bei Schleuderwinkeln von mehr als 25° die Fasern gegen die gegenüberliegende Wand der Leitungsanordnung geschleudert werden, was zu einer Verdichtung der Faserverteilung und zur Ausbildung einer fleckigen Schicht führt.

Eine Luftfördereinrichtung, welche eine gleichmässige, stabile Luftströmung geringer Turbulenz und Wirbelbildung liefert, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Innenflächen der Leitungen sollen stromlinienförmig und glatt ausgebildet sein, insbesondere jener Bereich zwischen dem letzten Sieb J8 und der Verteilerwalze 8. Der konvergierende Bereich 18 sollte glatt und allmählich gekrümmt verlaufen. Ein Entwurf gemäss dem in "-Fan Engnineering", 6. Ausgabe, Seite 89 (Buffalo Forge Co., 1961) beschrie-' benen ASME Richtlinien für Strömungsdüsen mit langem Radius ist zufriedenstellend, aber ein bevorzugt verwendeter Entwurf ist von Rouse und Hassan in "Mechanical Engineering", Band 71, Nr. 5, vom März 1949 beschrieben, welcher näherungsweise in Fig. 1 wiedergegeben ist. Diese

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Luftförderanordnung liefert eine gleichförmige Luftströmung am Ausgang der Düse. Abgesehen von den Grenzschichten , d. h. den Schichten innerhalb eines Abstandes von etwa 1,27 cm von den Wänden der Leitungsanordnung, weist die Strömung eine Gesamtgeschwindigkeitsanderung über den Querschnittverlauf auf, sowohl vertikal und seitlich, die geringer als -10 % ist und welches üblicherweise und vorzugsweise geringer als -5 % ist, sowie eine stabile Turbulenzstärke von weniger als etwa 15 %·> aber gewöhnlich und vorzugsweise von gut unter 7 %- Die Umfangsgeschwindigkeit (V ) der Verteilerwalze beträgt mindestens 915 m/min. Ein geeigneter Bereich der Luftgeschwindigkeit (V) am Rande der Verteilerplatte in der Zone A liegt zwischen dem 0,5- und. dem 3>5f^achen Wert von V_Q und vor- zugsweise zwischen etwa dem 0,5- bis 1,2-fachen Wert von V . Ein geeigneter Bereich der maximalen Luftgeschwindigkeit in der Zone A (d. h. über der Stelle, wo die Verteil erwalze am weitesten in die Leitung hineinragt) liegt zwischen etwa, dem 0,5- bis 3fachen des Wertes von V und vorzugsweise zwischen dem 0,7- und 1,7fachen Wert von V . Geeignete Verhältnisse zwischen dein Gewicht der Luftströmung und der Faserströmung liegen bei mindestens 25 :

Messsung der Luftgeschwindißkeit und Turbulenzstärke

Die Geschwindigkeit der Luftströmung wird an den verschiedenen Stellen mittels eines handelsüblichen Heissdraht-Anemometers bestimmt. Ein zu diesem Zweck geeignetes Instrument, welches für die vorausgehend genannten Messungen verwendet wurde, ist ein Heissdraht-Anemometer Modell 1050 B-4 von.Thermal Systems, Inc., in St. Paul, Minnesota. Andere derartige Geräte sind bekannt. Wird der Ausgang des Anemometers auf ein Wechselstrom Voltmeter gegeben, welches den quadratischen Mittelwert anzeigt, beispielsweise auf ein Modell 3400A von Hewlett Packard, Inc. in Loveland, Colorado, so wird der quadra-

- 25 -209845/1116

tische Mittelwert der Geschwindigkeitsänderung in Richtung der Luftströmung abhängig von der Zeit gemessen. Für die angegebenen Werte wurden die quadratischen Mittelwerte über eine Durchschnittszeit von etwa 5 bis 10 Sekunden erhalten. Die quadratischen Mittelwerte der Geschwindigkeitsänderung, multipliziert mit 100 und geteilt durch die Durchschnittsgeschwindigkeit an der jeweiligen Stelle, werden in diesem Zusammenhang als örtliche Turbulenzstärke bezeichnet. Veiter Einzelheiten über die Verwendung von Heissdraht-Anemometern zur Messung von Geschwindigkeits- und Turbulenzstärken sind aus zahlreichen Literaturstellen verfügbar, beispielsweise aus dem Bulletin 53 "Das Heissdraht-Anemometer", welches von der Flow Corporation of Cambridge, Massachusetts, herausgegeben wurde. Eine theoretische Erörterung der Turbulenzstärke ist in dem Buch von H. Schlichting, "Boundary Layer Theory", 6. Ausgabe, McGraw Hill Book Company, New York, 1968, Seiten 455 bis 457, 538 bis 539, 558 und weitere zu entnehmen.

Die Geschwindigkeits- und Turbulenzstärken, welche von überragender Bedeutung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind, sind jene der Luftschichten, die sich längs der Paserbahn bewegen und die Fasern zur Ablagevorrichtung tragen. Die Bestimmung der Faserbahn beim erfindungsgemässen Verfahren ist verhältnismässig einfach, da das Verfahren einen festabgegrenzten Faserstrom liefert. Eine Möglichkeit besteht darin, die Faserbahn optisch mittels durchsichtiger Wände der Leitungsbanordnung zu bestimmen. Zur Vereinfachung kann der Faserstrom von oben beleuchtet und seine Dicke gut beobachtet und von der Kante des transparenten Bereiches der Leitungsanordnung gemessen werden. Eine dauernde Aufzeichnung von der Faserbahn"kann mittels Polaroid-Aufnahmen normaler Belichtungszeit oder mit Pol-aroid-Aufnahmen hoher Empfindlichkeit (Belichtungszeit etwa 10 Sekunden)

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erfolgen. Die Aufnahmen mit sehr kurzer Belichtungszeit zeigen die augenblickliche Stellung einzelner Pasern in der Leitungsanordnung. Sobald die Faserbahn bestimmt wurde, werden Geschwindigkeits- und Turbulenzstärke-Nessungen ohne Faserströmung vorgenommen. Die erhaltenen Messungen ohne Faserstrom werden bei sonst gleichen Umständen als charakteristisch für eine Strömung mit Faserströmung angesehen, da das minimale Gewichtsverhältnis von Luft zu Fäserströmung sehr hoch ist. und beispielsweise mindestens. 25 : 1 beträgt.

Die Geschwindigkeits- und Turbulenzstärken werden an mindestens drei Schlüsselpositionen gemessen: (1) in den Strömungsschichten, welche über das Ende der Verteilerplatte in die Faserbahn unmittelbar stromaufwärts der Verteileiwalze eindringen; (2) in der Faserströmung Untermittel stromabwärts der Verteilerwalze oberhalb des Endes des Abnehme,?stabs5 und (3) in der Faserströmung am Ende des Abnehmerstubes unmittelbar stromaufwärts der Ablagevorrichtung= Die Geschwindigkeits- und Trubulenzstärken v/erden an jeder dieser di*ei Stellen gemessen, und zwar in einer charakteristischen Strömungslage, · d. h. im Abstand von den Seitenwänden, in Intervallen von 0,254- cm, ausgehend von einer Stelle, die 0,254- cm von der Wand der Leitungsanordnung entfernt liegt, welche die Verteilerwaizen-öffnung enthält und weiter über die Dicke der Faserbahn. Aus den an jeder Stelle erhaltenen Abmessungen wird bezüglich der Dicke der Bahn ein Mittelwert errechnet, welcher eine mittlere Geschwindigkeit und Turbulenzstärke angibt. Falls die Faserbahn sehr breit ist, so sollte die Bahn an weiteren Punkten über die Bahnbreite an den drei vorausgehend genannten Stellen abgetastet werden. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung beträgt die durchschnittliche Turbulenzstärke an jeder dieser Stellen längs der Faserbahn nicht mehr als

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etwa 15 %. Durchschnittliche ^Turbulenzstärken, die grosser als 15 %■ sind, ergeben fleckige Schichten.

Die Messungen der Geschwindigkeit über die Breite der Paserbahn an den gleichen vorausgehend genannten drei Stellen (ohne Faserströmung) ergeben ferner ein Mass für grössere Geschwindigkeits-Ungleichmässigkeiten niedriger Frequenz. Unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze ist die Geschwindigkeitsänderung in einem Strombereich von 50}5 cm Breite, der in die Faserbahn vorrückt, für die erfindungsgemässen Ausführungsformen kleiner als -10 % und vorzugsweise kleiner als -5 %. Die Geschwindigkeitsänderung für Schichtdicken von 0,254 cm dieses vorrückenden Stromes ist mit Ausnahme der ersten, ausgehend von der Wand gemessenen 0,254- cm, innerhalb von 15 %> ¹¹¹¹Cl- vorzugsweise innerhalb von 10 % der im jeweiligen Bereich gemessenen Durchschnittsgeschwindigkeit.

Falls die Faserbahn von der Verteilerwalze bis zur Ablagevorrichtung eine grössere Länge aufweist, so sollten mehr als die vorausgehend genannten drei Messtellen für die Turbulenzstärke verwendet werden, um die Turbulenz zu bestimmen, welcher die Faserströmung bei ihrer Bewegung zur Ablagevorrichtung ausgesetzt ist. Es wird empfohlen, dass die Messtellen im wesentlichen den gleichen Abstand voneinander aufweisen.

Die folgenden Beispiele, welche einzelne besondere Ausführungsformen der Erfindung kennzeichnen, sind nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen.

Beispiel 1

Gemäss diesem Beispiel wird eine Vorrichtung verwendet, die ähnlich der Vorrichtung der Fig. 1 aufgebaut ist, um mit den folgenden Daten eine 91,5 cm breite Schicht hoher Qualität zu erhalten:

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KP8-19-R	m/min.
	50
Herstellunprsdaten	71
g/cm. Std.	62
1160
1620
2160

Schi chtgewi cht.

37 37 54

In jeden der vorausgehend genannten Durchläufe besteht die Einspeisung zur .Verteilerwalze aus Polyäthlyenterephthalat-Stapelfasern von 1,25. denier pro Faser und einer Länge von 1,90 cm in Form einer lose geöffneten Partie mit einem Gewicht von 3390 g/m . Diese Partie wird einer Verteilerwalze mit einem Durchmesser von 61 cm zugeführt,

welche 6 Zähne pro cm aufweist, wobei jeder Zahn eine Höhe von 0,23 cm und eine Dicke von 0,023 cm besitzt. Der Abstand zwischen den Enden der Zähne der Walze 8 und der gekrümmten Platte 10 wird auf 0,064 cm gehalten. Die Walze lauft, mit 3000 Umdrehungen/min um und schleudert einen gleichmässigen dünnen Faserstrom in die Leitungsanordnung mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit von 5750 m/min. . Die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit am Austritt der in den rechteckförmigen Kanal 20 übergehenden Düse beträgt 2740 m/min bei einer Turbulenzstärke von etwa 0,4 %. Der Geschwindigkeitsgradient über die Breite der Leitungsanordnung beträgt an dieser Stelle weniger als 1 % pro 30,5 cm. Die ungefähren Höhenmasse der 91»5 cm breiten rechteckförmigen Leitungsanordnung 20 und die durchschnittlichen Luftgeschwindigkeiten weisen an verschiedenen Stellen der Leitungsanordnung folgende Werte auf:

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Stelle Dicke Geschwindigkeit

(cm) . (m/min.)

Unmittelbar stromabwärts 5»08 2740 der Düse (d. h. am Eingang zur rechteckförmigen Leitungsanordnung)

Über der Platte 10 unmittel- 3Λ9 3960 bar stromaufwärts der Verteilerwalze

An der Stelle des maxi- 2,72 6J00 malen Eindringens der
Verteilerwalze in die
Leitungsanordnung

Über der Platte 12 un- 2,86 " 4-900 mittelbar stromabwärts
der Verteilerwalze

Unmittelbar stromaufwärts 4,76 2930 des Ablagesiebs 26·

Die Entfernung zwischen den Stellen X und 1 beträgt etwa 23 cm, zwischen 2 und 3 etwa 21,5 cm und zwischen J und 4- etwa 48 cm. Die Fasern werden in die Leitungsanordnung mit einem Anfangswinkel zur Strömungsrichtung der Luft von etwa 9° eingeschleudert und werden dann anschliessend im Luftstrom in einer schmalen geradlinigen Bahn an das Ablagesieb geführt. An keiner Stelle längs der Faserbahn ist die Turbulenzstärke grosser als etwa 2 %. Der Luftstrom ah der Stelle 1 weist folgende Daten auf: AV/V ist kleiner als + 10# von V₁, Δν/W ist kleiner als + .5$ und I, kleiner als 2 %. Die Faserströmung, welche anfangs eine kleinere Dicke als 0,64 cm aufwies, besitzt in der Nähe der Ablagevorrichtung eine Dicke von etwa 1,2 cm.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der Turbulenzstärke längs der Paserbahn auf den Ausstoss von fehlerfreier Schich ten hoher Qualität.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, die ähnlich wie jene gemäss Fig. 1 aufgebaut ist, um eine 178 cm breite Schicht zu ergeben, welche 34 g/m wiegt und welche mit einer Ge-

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NP8-19-R

schwindigkeit von 55 m/min, hergestellt v.'irc.. Die 2-ugeführte Faserpartie besteht aus Fasern von 1,5 denier pro Faser von 1,90 cm Stapellänge aus Rayon, welche durch Kardieren in einen lose geöffneten Faserstrang überführt wird. Dieser wird in einer Menge von 1115 g/cm.Std. adf ¹^ eine Verteilerwalze mit einem Durchmesser von 40,6 cm —a gegeben, welche mit einer Umfangsgeschwindigkeit von _ο 3820 m/min umläuft. Die Luft wird durch die Leitungsan- ^iNJ Ordnung mit einer Geschwindigkeit von 1520 m/min derart zugeführt, dass die Turbulenzstärke in der die Düse verlassenden Luftströmung etwa 0,4 % beträgt..Es wird eine gleichmässige Schicht hoher Qualität erhalten. Wird die Turbulenzstärke der die Düse verlassenden Strömung von -0,4 auf 0,7 % erhöht, so kann eine äquivalente Fleckigkeit in der Schicht mit Produktionsgeschwindigkeiten von nur 37 m/min- oder weniger erhalten werden. Die Luftströmung über der Platte 1 unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze weist folgende Kenndaten auf: eine Durchschnittsgeschwindigkeit (V) innerhalb eines Bereiches zwischen 0,5 bis 1,0 V_g, Av/V kleiner als + 10$ von V, Δ V/W kleiner als + % und I kleiner als 2 %. Die Luftströmung in jenem Bereich, der sich an die Ausbildung des Faserstroms anschliesst, besitzt eine mittlere Geschwindigkeit innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 0,6 bis 1,3 V, und I ist kleiner als 3#.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die günstigen Wirkungen, welche durch die Verwendung eines Saugwirkung zur Steuerung der Grenzschicht erzielt werden können.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, welche ähnlich wie jene gemäss Fig. 1 ausgebildet ist, aber welche eine Saugvorrichtung zur Entfernung der Grenzschichtturbulenz gemäss der Fig. 2 aufweist, um eine Schicht mit einer Breite von 91,5 cm und einem Gewicht von 34 g/m bei einer Bahngeschwindigkeit von 73 m/min- zu erhalten. Eine Partie Polyäthylenterephthalat-Stapelfaser von 1,5 denier pro Faser und 1,90 cm Länge wird in einer Menge von 1480 g/cm.Stunde auf eine Vert ei ler walze mit einem Durchmesser von 61 cm eingegeben, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4570 m/min umläuft. Luft wird· durch die Leitungsanordnung mit 2440 m/min unter solchen Bedingungen hindurchgeführt, dass die maximale Turbulenzstärke in der Faserbahn etwa

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NP8-19-R

0,5 % beträgt. Es wird eine gleichförmige Schicht erhalten, welche eine hohe Qualität aufweist und frei von Streifen ist. Werden die vorausgehend genannten Bedingungen ohne Saugwirkung zur Entfernung der Grenzschichtturbulenz wiederholt, so werden einige Streifen als Folge von Ungleichmässigkeiten der Grenzschicht erhalten.

Die Luftströmung an der Platte 1 unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze weist folgende Daten auf: eine durchschnittliche Geschwindigkeit (V) kleiner als etwa 0,8 V_Q, AV/V kleiner als + 10$ von V, Δ V/W kleiner als + 5$ und I kleiner als 0,5$· Die Luftströmung in dem Bereich, der sich an die Ausbildung des Faserstromes anschliesst, weist eine durchschnittliche Geschwindigkeit innerhalb eines Bereichs von etwa 0,7 bis 1,3 V auf. Die Dicke der Paserströmung schwankt zwischen einem Anfangswert von weniger als 0,64 cm bis etwa 1,2. cm in der Nähe der Ablagevorrichtung.

Beispiel 4

Gemäss diesem Beispiel wird eine Reihe von Schichten bei unterschiedlichen Turbulenzstärken längs der Faserbahn erzeugt.

Es wird dabei eine Vorrichtung verwendet, welche ähnlich wie jene gemäss Fig. 1 ausgebildet ist, um eine Anzahl von 28 cm breiten Schichten mit einem Gewicht von 34 g/m und einer Geschwindigkeit von 890 g/cm.Std. zu erzeugen.

Der Verteilerwalze 8 werden Partien von 2370 g/m aus einer Polyäthylenterephthalat-Stapelfaser mit 1,25 denier

pro Faser und 1,90 cm Länge zugeführt, die aus einer

ο Vielzahl von Schichten ,von 68 g/m auf einem Rando-

Webber hergestellt wurden. Die Verteilerwalze besitzt.

einen Durchmesser von 40,6 cm und weist 12 Zähne pro

2 ·

cm auf, wobei jeder Zahn 0,23 cm hoch ist und an seiner

Spitze eine Dicke von 0,023 cm aufweist. Ein Abstand von ^ 0,051 cm wird zwischen den Zahnspitzen und der Platte 10 ⁰ aufrechterhalten. Die Verteilerwalze schleudert einen

dünnen Faserstrom in die Leitungsanordnung unter einem Jj₁ Anfangswinkel von 11° mit der allgemeinen Richtung der ^ Luftströmung und mit einer Anfangsgeschwindigkeit (V ) -* von 3540 m/min. Die Abmessungen der rechteckförmigen o> Leitungsanordnung sind an bestimmten Stellen stromabwärts der Düse durch die folgenden Werte gegeben:

- 32 -

Stelle Abmessungen der Leitungsanordnung

Höhe Breite

(cm) (cm)

Eingang zur rechteck- 4-»29 28

förmigen Leitungsanordnung

Über der Platte 10 3,4-9 28

unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze ·

An der Stelle maxi- 2,22 28

malen Eindringend der Verteilerwalze in die Leitungsanordnung

Über der Platte 12 un- 3,18 28

mittelbar stromabwärts der Verteilerwalze

Unmittelbar stromauf- 4,13 · . 28

wärts des Ablagesiebs 26

In dieser Vorrichtung unterbricht das bewegte Sieb 26 den Luft-Faserstrom unter einem Winkel von 45°. Die Entfernung zwischen den angegebenen Stellen X und 1, 1 und 3, und 3 und 4 beträgt jeweils 2O₅ 28 und 30 cm..

Zur Kontrolle der Turbulenzstärke in der Faserbahn ist eine Anzahl von Strömungsmisch-Vorrichtungen an der Stelle X angeordnet. Die mit diesen Vorrichtungen und unter den vorausgehend genannten Bedingungen erhaltenen Schichten wurden anschliessend in Ordnung steigender Fleckigkeit angeordnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Bezeichnungen V^, Vp, V^ und Y₂L bezeichnen die durchschnittlichen Luftgeschwindigkeiten an den vorausgehend genannten Stellen 1, 2, 3 und 4. Eine Turbulehzstärkemessung (l) wurde in der beschriebenen Weise an den Stellen 1, 3 und 4 vorgenommen. Die Geschwindigkeitsänderungen im Bereich der Luftströmung, welche in die Faserbahn vorrückt, wurden ferner

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3f

an der Stelle 1 gemessen ( .4 V/V).

Ohne die Vornahme von Änderungen im Betrieb der Vorrichtung mit Ausnahme der Verringerung der Geschwindigkeit des zur Schichtablage verwendeten Siebes wurde ferner eine Anzahl von Schichten mit einem Gewicht von 102, g/cm hergestellt.

ρ ρ

Die Fleckigkeit der Schichten mit 34 g/m und 102 g/m wird mittels eines * Papierbildungsprüfgeräts gemessen (siehe M. N. Davis et al., Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Technical Papiers, Reihe 18, 386-391, Jahrgang 1935). Als Standard für die Bestimmung der Bildungswertes (I¹V) wird eine entsprechende Anzahl von Blättern aus Papier verwendet, welches aus Zwiebel-

häuten hergestellt ist und ein Gewicht von 34- g/m aufweist, um ein Einheitsgewicht zu ergeben, welches den zu prüfenden Schichtproben entspricht. Die in der Tabelle angegebenen Daten sind Mittelwerte von drei Messungen einzelner Schichtproben.

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Tabelle

Durch- Mischstrom-1auf-Nr. generator

Ankommender Luftstrom

A ν/ν

a Keiner

b Draht* mit

einem Durchmesser v.
0,16 cm

c Draht* mit
0,24 cm

Durchmesser

d Draht* mit. 0,32 cm
Durchmesser

e Stab* mit
0,48 cm
Durchmesser

f Stab* mit
0,64· cm
Durchmesser

g Toröffnung+ 2500 von 1,54 cm

g Toröffnung + 2440 von 1,90 cm

2650 2650

2650 2620 2620 2590

Oberhalb
des Ver
tellers

Bahn zum Sammler Bildungwert

^V3 V \ h 3^- SM² 102 -^²

4 0,75 1,4 4-150 1,17 3570 1,7 2740 1,2 4 0,75 2,6 4150 1,17 3570 2,0 2740 1,8

3 0,75 2,9 4150 1,17 3570 2,8 2740 2,0

3 0,74 3,3 4110 1,16 5540 3,3 2710 2,2

2 0,74 6,2 4110 1,16 3540 4,5 2710 4,2

3 0,73 8,3 4080 1,15 3510 5,6 2680 4,8

7 0,71 3,3 3900 1,10 3380 13,5 2590 7,2

0,69 25,1 3840 1,08 3320 19,5 253Ο 12,1

98	129	to
94	128
89	127	Oj

91	111
89	100
74	94

73 66

•Anmerkung;

* Der aus einem Draht oder Stab bestehende Mischstromgenerator ist über der Mitte des 7. ankommenden Luftstroms an der Stelle X angeordnet. ^

+ Das Tor befindet sich an der Stelle X an d:er Seite der Leitungsanordnung, die der ^iN Verteilerwalze'gegenüberliegt (d. h. die Toröffnung fet auf der Verteilerwalzenseite ^ der Leitungsanordnung

Anmerkungen (Fortsetzung);

V = Anfängliche Schleudergeschwindigkeit der Fasern (m/min.)

V^. = Durchschnittsgeschwindigkeit des ankommenden Luftstroms (m/min.) oo

ÄY/\J = Geschwindigkeitsänderung über dieBreite des Luftstrombereichs, der in die ^ Faserströmung vorrückt X+ %/3O,5 cm Breite) W

/pi/V = Geschwindigkeitsänderung im Bereich des in die Faserströmung vorrückenden Luftstroms, + %·

£J I = Turbulenzstärke,· ± %

oo Die tiefgestellten Indexzahlen beziehen sich.auf die jeweiligen Stel len

Ji 1, 2, 5 und 4. «^

BP8-19-R OT

Die unter den in der Tabelle angegebenen Bedingungen erhaltenen Schichten für die Durchläufe a, b, c, d und e wiesen eine ausgezeichnete bis gute Qualität mit sehr geringer Fleckigkeit auf. Die Schichten des Durchlaufe f waren zwar noch zufriedenstellend, wiesen aber eine grössere .ileckigkeit auf. Die Schichten des Durchlaufs g, welche zwar noch innerhalb des Rahmens der Erfindung lagen, waren noch fleckiger und besassen Randqualität. Der Durchlauf h lieferte die fleckenreichste und streifenreichste Schicht in dieser Serie und wird im Rahmen der Erfindung als unbefriedigend angesehen.

Aus diesen und anderen Durchlaufen wird geschlossen, dass geringe, stabile Turbulenzstärken von weniger als 15 °/° und vorzugsweise weniger als 7 °/° längs des Paserstroms notwendig sind, um Schichten hoher Qualität mit hohen Geschwindigkeiten zu erzeugen. Ferner ist eine Geschwindigkeitsänderung von weniger als ~Λ5 % im Bereich der Luftströmung, die in den Faserstrom vorrückt, erforderlich und eine Änderung von weniger als ^10% ist bevorzugt.

In einer zweiten Reihe von Durchläufen ohne Verwendung von Mischstromgeneratoren wurden die Geschwindigkeitsverhältnisse V^/V und Tp/V jeweils zwischen 0,4 und 2,0 sowie zwischen 0,6 und 3>1 verändert. Diese Prüfreihe zeigte neben anderen, dass ein geeigneter Bereich für ν,,/V zwischen etwa 0,5 und 3>5 liegt, wobei ein Bereich zwischen 0,5 bis 1,2 bevorzugt wird, und dass ein geeigneter Bereich für V p/V zwischen 0,5 und 3,0 liegt, wobei ein Bereich von 0,7 bis 1,7 bevorzugt wird, um die gleichmäs-· sigsten Schichten bei den höchsten Herstellungsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Darüberhinaus zeigten diese Versuche, dass der geeignete Bereich für die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit an jedem Querschnitt stromabwärts der Stelle, wo sich die dünne Faserbahn ausbildet, zwischen

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dem O,25fachen und dem 3fachen der durchschnittIieh.en Anfangsluft geschwindigkeit (V) liegt, und vorzugsweise zwischen dem 0,4- und 1,2fachen von (V).

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Claims

19. Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Textilfaserschicht, "bei dem Stapelfasern in einem Luftstrom verteilt und dann auf einem bewegten Sieb gesammelt werden, um eine regellose Faserschicht zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelfasern mit einer gleichmassigen Anfangsgeschwindigkeit (V₀) von mindestens 915 m/min unter einem Winkel von weniger als 25° mit der Richtung der Luftströmung in eine gesteuerte Luftströmung zur Ausbildung einer dünnen Faserströmung geschleudert werden, und dass die Luftströmung derart gesteuert wird, dass die Fasern in einem Bereich stabilen Luftstromes mit (a) einer Durchschnittsgeschwindigkeit (V) zwischen dem 0,5- und 3>5-fachen der genannten Faseranfangsgeschwindigkeit geschleudert werden, wobei (b) eine durchschnittliche Geschwindigkeitsänderung in jeder 0,254 cm dicken Schicht über die Dicke des genannten Bereichs der stabilen Luftströmung vorliegt, abgesehen von der ersten an jeder Wand liegenden Schicht von 0,254- cm Dicke, welche kleiner ist als ii5 % der genannten Geschwindigkeit (V), und (c) über die Breite des genannten Bereichs eine Geschwindigkeitsänderung vorhanden ist, Vielehe in Jedem Intervall von 30»5 cm kleiner ist als ^iO %, und ferner (d) die durchschnittliche Turbulenzstärke nicht mehr als 15 % beträgt, und dass die Luftströmung gesteuert wird, um die Fasern als dünne Faserströmung zum Ablagesieb hin zu fördern, wobei die Luftströmung eine durchschnittliche Geschwindigkeit aufweist, die zwischen dem 0,25fachen und dem Jfachen der genannten Geschwindigkeit (V) liegt und ferner (f) in der Faserbahn eine durchschnittliche Turbulenzstärke von nicht mehr als 15 % vorliegt, und dass anschliessend die Fasern von der Luftströmung zur Bildung einer gleichförmigen Schicht auf dem bewegten Sieb getrennt werden.

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19-R φ)

2. Verfahren nacli Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass die Fasern mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit von 3050 bis 6100 m/min, abgeschleudert werden, um eine Faserströmung mit einer Anfangsdicke von weniger als 0,64 cm zu bilden,

J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einer Menge von 535 bis 3750 g/cm Strömungsbreite und Betriebsstunde abgeschleudert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern unter einem Winkel von weniger als 12° mit der Richtung der Luftströmung abgeschleudert werden.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gkkennzeichnet, dass die Luftströmung derart gesteuert wird, dass eine durchschnittliche Geschwindigkeit (V) erhalten wird, die zwischen dem 0,5- und 1,2fachen der Faseranfangsgeschwindigkeit unmittelbar stromaufwärts des Faserstroms liegt, ' "■ und ferner nach der Ausbildung des Faserstromes eine Durchschnittsgeschwindigkeit erhalten wird, die zwischen dem 0,4- und 1,2fachen der Geschwindigkeit (V) liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschnitts-Turbulenzstärken kleiner als 7 % sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Geschwindigkeitsänderungen über die Dicke des stabilen Strömungsbereiches kleiner als -Λ0 % der Geschwindigkeit (V) sind und dass die Geschwindigkeitsänderung über die Breite des Bereiches kleiner als -5 % ist.

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NP8-19-R »ι j 221902?

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der zugeführten Luftströmung mindestens 25mal so gross ist, wie das Gewicht der in die Luftströmung eingeschleuderten Fasern.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pas er strömung "bei Annäherung an das zur Ausbildung der Schicht dienende Sieh eine Dicke von etwa 1,27 bis 2,54- cm aufweist.

10. Vorrichtung zur Anordnung von Textilfasern in einer Schicht durch Verteilung von Stapelfasern in einer Luftströmung und Ausbildung der Schicht auf einem bewegten Sieb, gekennzeichnet durch eine Leitungsanordnung zur Förderung von Fasern in einer gesteuerten Luftströmung, durch eine Faserverteileranordnung zum Einschleudern von Fasern in die Leitungsanordnung zwecks Ausbildung eines dünnen Faserstroms in Luft, mit einer Luftfördereinrichtung zur Ausbildung einer Luftströmung geringer Turbulenz durch die Leitungsanordnung, und mit einer Ablagevorrichtung zur Trennung der Fasern von der Luft zwecks Ausbildung einer Schicht, wobei die Leitungsanordnung ' Seitenwände und Stirnwände aufweist, welche einen rechteckförmigen Querschnitt von mindestens der Breite der Schicht bilden, und eine der Seitenwände eine Öffnung aufweist, durch welche die Fasern eingeschleudert werden, und die Wände bis zur genannten Öffnung im wesentlich geradlinig und parallel verlaufen, um eine stabile Luftströmung über der Öffnung zu erzielen, und ferner die genannte Faserverteiler-Vorrichtung eine gezahnte Verteilerwalze aufweist, welche mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 915 m/min, umläuft, und eine stationäre Verteilerplatte mit einer im Abstand von den Zähnen der Verteilerwalze angeordneten gekrümmten Oberfläche vor-

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gesehen ist, welche von der Stelle, an welcher die Fasern von den Zähnen aufgenommen werden, bis zu der Stelle, an welcher sie in den Luftstrom geschleudert werden, in einer Entfernung von weniger als 0,32 cm angeordnet ist, um einen engen Schlitz zu bilden, an dem die Fasern durch die Öffnung unter Trägheitswirkung in die Leitungsanordnung eingeschleudert werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerwalze einen Durchmesser zwischen

12,7 und 127 cm aufweist und zwischen 1 bis ^A- Zähne

ρ
pro cm Oberfläche besitzt, wobei die Zähne kürzer als 0,64 cm sind und zwischen den Zähnen und der Verteilerplatte ein Abstand zwischen 0,025 und 0,076 cm vorhanden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzschicht-Steuervorrichtung in der Leitungsanordnung vor der genannten Öffnung angeordnet ist, um die Luftgrenzschicht zu verbessern, durch welche die Fasern in die gesteuerte Strömung eingeschleudert werden.

13 Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht-Steuervorrichtung aus einem dünnen Hindernis besteht, welches sich über die Wände der Leitungsanordnung erstreckt, um eine mit der Strömungsrichtung fluchtende Virbelbildung in der Luftgrenzschichtströmung zu beseitigen.

14·. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht-Steuervorrichtung aus einem Saugschlitz besteht, welcher nahe an der Öffnung in der Wand der Leitungsanordnung angebracht ist, um

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eine turbulente Luftgrenzschichtströmung zu beseitigen.

15· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung aus einem Windtunnel hoher Gleichmässigkeit besteht, v/elcher eine grössere Querschnittsfläche als die Leitungsanordnung aufweist, und dass ein Strömungsdüsenanschluss vorgesehen ist, um eine gesteuerte Strömung zu ergeben, welche bis zu der Stelle, wo der Faserstrom gebildet wird, eine im wesentlichen gleichförmige Geschwindigkeit besitzt, abgesehen von Grenzschichten, die ausserhalb der Faserströmung liegen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung längs der Bahn der Faserströmung bis zur Ablagevorrichtung eine im wesentlichen gl ei chmäs si ge rechteckförmige Querschnittsausbildung aufweist.

17· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung bis* zur Verteilerwalze eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsabmessung aufweist, und anschliessend konvergiert, um die Luftströmung zu beschleunigen, welche die Fasern zur Ablagevorrichtung fördert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung bis zur Verteilerwalze eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsabmessung aufweist, und dann bei Annäherung der Leitungsanordnung an die Ablagevorrichtung divergiert«

19· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung im wesentlichen geradlinig verläuft.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich vor der Verteileranordnung eine Wirbeigener at ο ranor dnung über die Leitungsanordnung erstreckt.

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L θ e r s e i f e