DE2219027C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wirrfaservlieses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaservlieses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der US-PS 26 76 364 bekannt Obwohl nach dem bekannten Verfahren Luft mit konstantem Durchsatz durch einen Kanal gesaugt wird, sind keine Mittel zur Unterdrückung der Wirbel vorgesehen, die sich unvermeidlich bilden, wenn Luft durch einen derartigen Kanal strömt Da sich diese Wirbel über den ganzen Kanalquerschnitt erstrecken und über die gesamte Länge des Kanals, werden die in den Luftstrom geschleuderten Stapelfasern nicht gleichförmig in dem Luftstrom verteilt und folglich nicht gleichförmig auf dem Sieb abgelegt, auf dem die Stapelfasern gesammelt werden. Dies führt zu Wr.-rfaser-»I:ssen mit unerwünschten Streifen und Flecken.

Ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung sind auch aus der FR-PS 13 96 940 bekannt, wobei nach der Zeichnung die Stapelfasern unter einem Winkel von weniger als 25° zur Richtung des Luftstroms in diesen geschleudert werden. Jedoch sind in dieser Patentschrift keine Abmessungen oder Werte für diesen Winkel angegeben, noch wird ihm eine Bedeutung beigemessen.

Aus der DE-PS 9 22 877 ist eine Maschine zum Auflösen von Fasergut bekannt, bei der sämtliche auf die Strömungsverhältnisse einen Einfluß ausübenden Teile so ausgebildet sind, daß sich in dem sogenannten Flugkanal eine möglichst laminare Strömung ausbildet. Eine laminare Strömung ist nur bei sehr kleinen Luftgeschwindigkeiten möglich, so daß die Herstellungsgeschwindigkeiten niedrig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines gleichförmigen Wirrfaservlieses bei hohen Herstellungsgeschwindigkeiten zur Verfüpng zu stellen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausgestaltungen der Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7 weisen

Einrichtungen zur Verhinderung einer ungleichförmigen Entwicklung der Grenzschicht auf, die in der Nähe der Kanaloberfläche unmittelbar stromauf der Stelle existiert, an der die Stapelfasern in den Luftstrom geschleudert werden. Die Einrichtungen enthalten ein Grenzschichthindernis, das die Grenzschicht aufbricht (Anspruch 6) oder einen Saugschlitz, durch den ein Teil der Grenzschicht abgesaugt wird (Anspruch 7). Übermäßig dicke oder ungleichförmige Grenzschichten führen zu unerwünscht großen Wirbeln, die ihrerseits die Gleichförmigkeit des Wirrfaservlieses beeinträchtigen. Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 8 wird in dem mittleren Drittel des Luftstroms eine gesteuerte, stabile Schicht etwas höherer Turbulenz eingeführt, die den zu dem Sieb getragenen Faserstrom gleichförmig aufweitet

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung gleichmäßiger Wirrfaservliese mit einem Produktionsausstoß von mehr als 535 g/cm Vliesbreite/Betriebsstunde, und zwar sogar wenn Vliese von sehr niedrigem Flächengewicht z. B. 17 bis 68 g/m², aus feinen, langen Stapelfasern, z. B. 138 dtex und 3,8 cm lang, hergestellt werden. Gleichförmige Wirrfaserviiese hoher Qualität können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mit höheren Flächengewichten, z.B. 136 bis 340g/m², und mit einem Ausstoß von mehr als 1785 und in bestimmten Fällen sogar von 3570 oder mehr g/cm Vliesbreite/Betriebsstunde hergestellt werden. Nach der vorliegenden Erfindung werden diese hohen Produktionsgeschwindigkeiten für die gleichförmigen Wirrfaserviiese hoher jo Qualität dadurch erreicht, daß keine Turbulenzen zugelassen werden, die über die gesamte Breite des Luftstroms übergreifen. Die Stapelfasern werden so vielmehr in einer gesteuerten, relativ schmalen Bahn zu dem Ablagesieb getragen.

Die Stapelfasern werden auf einem Sieb aufeinanderfolgend in überlappenden Bereichen gleichmäßig abgelegt, etwa analog der Art, in welcher Schindeln gelegt werden. Die Schindellänge ist der Breite des Faserablagebereichs und der Dicke des Faserstroms proportional. Ein dünner Strom geringer Turbulenz mit einer stationären (nicht hin- und herschwingenden) Bahn ergibt eine Schindellänge von etwa 1,3 cm. Eine vergrößerte Faserablagefläche kann erreicht werden, indem die Ablageeinrichtung in einem stärker geneigten Winkel zum Faserstrom angeordnet wird. Die gleiche Wirkung kann durch Steuerung des Luftstromes zur Erzielung einer erhöhten effektiven Faserablageflänhe erreicht werden. Eine Strömungsmischeinrichtung zur Auslösung von sich allmählich vergrößernden Wirbeln geringer Turbulenzstärke kann in dem Kanal zwischen dessen Eingang derselben und der Verteilerwalze vorgesehen werden. 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 Seitenwänden des Kanals befestigt war und sich über dessen Mittelabschnitt erstreckte, führte z. B. zu einer Erhöhung der Breite der effektiven Faserablagefläche von 1,3 cm auf etwa 3,2 cm, womit eine Verbreiterung des Faserstroms erzielt wurde. Es können auch Stäbe mit kreisförmigem oder rechteckförmigen Querschnitt, welche verschiedene Durchmesser oder Größen aufweisen, beispielsweise Stäbe mit einer Größe von 0,16 bis 0,64 cm Durchmesser, abhängig von der gewünschten Strömungsmischung und Schindellänge, zur Erreichung des genannten Effektes verwendet werden. Durch Sperrung der oberen Hälfte der Strömung am Kanaleingang mit einer massiven oder perforierten Platte kann der Ablagebereich sogar noch mehr verbreitert werden. Diese Strömungsmischeinrichtungen erzeugen stabile Wirbel großer Dimension, während der Luftstrom im Bereich des Faserstroms nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Derartige Strömungsmischeinrichtungen verursachen eine gewisse seitliche Mischung innerhalb des Faserstroms, die zur Beseitigung von feinen Streifen in dem Wirrfaservlies 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 entsteht

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 im Schnitt die Verteilerwalze, die Verteilerplatte und den Abr.ehmerstab,

F i g. 3 in starker . Vergrößerung die gegenseitige Anordnung der Verteilerwalze w.i der Verteilerplatte,

F i g. 4 und 5 im Längsschnitt Vorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung und

F i g. 6 einen Schnitt nach 6-6 der F i g. 4.

In F i g. 1 ist eine Faserfördereinrichtung dargestellt wek.he in dieser Ausführungsform aus einem Förderband 2, einer Förderwalze 3, einer Druckwalze 4 und einem Schuh 5 zur Zuführung der Faser 1 zur Verteilerwalze 8 besteht Die Faserfördereinrichtung ist zur Förderung eines Vlieses von Stapelfasern mit einem Flächengewicht ausgelegt welches etwa das 3- bis 15Ofache des Gewichts des herzustellenden Wirrfaservlieses aufweist Die Verteilerwalze 8 trennt die Fasern und fördert sie vermischt mit Luft durch den Raum zwischen der Verteilerwalze 8 und der Verteilerplatte 10, und fördert diese durch Zentrifugalkraft in den Bereich A des Kanals 20. Die Verteilerwalze 8 ist ausgehend von der Unterseite des Abnehmerstabs 12 bis zur Förderwalze 3 von einem Gehäuse 9 umschlossen. Die von der Verteilerwalze 8 weggeschleuderten Fasern 1 bilden einen dünnen Faserstrom 21 in der durch den Kanal 20 strömenden Luft und werden dann als Bahn 24 durch eine Ablageeinrichtung, wie ein Sieb 26, von der Luft abgetrennt

Die Luft wird von einem Durchlaß 14 zugeführt, welcher eine größere Querschnittsabmessung als der Kanal 20 aufweist. Die parallelen Wände 16 des Durchlasses 14 sind mit den Wänden des Kanals 20 durch einen konvergierenden Abschnitt 18 in Art einer Düse verbunden. Siebe 38 und 42 und eine Wabenstruktur 40 liefern eine gleichförmige, im wesentlichen von Turbulenz freie Strömung. (Die Wabenstruktur 40 ist typischerweise ein vielzelliger Aufbau gleichförmiger Z'.il>;n von regelmäßigem Querschnitt Jede Zelle mißt in der Diagonale nicht mehr als 1,27 cm und vorzugsweise erwa 032 cm und besitzt eine Wandstärke von nicht mehr als 0,16 cm vorzugsweise 0,025 cm und eine Zeilenzahl entsprechend wenigstens 25 Zellen in Diagonalen, z.B. 25 χ 1,27 cm oder etwa 30 cm.) Die Luft wird in den Durchlaß 14 durch ein oder mehrere Gebläse 36 über ein Leitungssystem 33₍ welches schematisch dargestellt ist, eingcblasen.

Die Fasern 1 werden zur Bildung einer Bahn 24 eines Wirrfaservlieses auf einem kontinuierlichen bewegten Sieb 26 abgelegt, weiches über Rollen 28 und 30 angetrieben und gehalten wird. Die Luft strömt durch das Sieb 26 und wird mittels einer Vakuumleitung 34

abgezogen. Die Luft kann zur Entfernung von jeglichen Teilchen, die durch das 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 dem Kanal 20, und der Vakuumleitung 34 durch eine Dichtungseinrichtung 32, beispielsweise eine Platte aus Polyäthylen, abgedichtet.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Abnehmerstabes 12, welcher ein abgerundetes Ende 13 und eine obere Fläche 15 aufweist, die geneigt angeordnet ist. Das Ende des Abnehmerstabes 12 sollte weniger als 0,32 cm von den Zähnen 7 der Verteilerwalze 8 entfernt sein und vorzugsweise einen Abstand von etwa 0,025 bis 0,038 cm aufweisen.

Die F i g. 2 zeigt ferner eine weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher die Verteilerplatte 10 mit einem Saugschlitz 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 Saugschlitz 44 kann eine Breite zwischen 0,05 bis 0,30 cm aufweisen und dient zur Verringerung oder zur vollständigen Beseitigung einer jeglichen turbulenten Grenzschicht in der Luftströmung, die sich an der unteren Seite des Kanals 20 bilden kann. Ein Vakuum zwischen 2,46 · 10-³und50 · 10~³ bar ist zweckmäßig.

In F i g. 3 ist die Tangente 58 zur äußeren Kante der Zähne 7 der Verteilerwalze 8 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Oberfläche 54 der Verteilerplatte 10 kann an der Tangente 58 angeordnet sein oder auch etwas unterhalb davon liegen, beispielsweise 1,27 cm darunter. Das Ende 52 der Verteilerplatte 10 ist vorzugsweise abgerundet und weist einen Krümmungsradius zwischen etwa 0,038 cm und 0,15 cm auf. Die Vorderseite 56 der Verteilerplatte 10 ist im wesentlichen konzentrisch zur Verteilerwalze 8 ausgebildet. Der Abstand zwischen der Vorderseite 56 und den Zähnen 7 soll kleiner sein als 032 cm, um eine zu frühe turbulente Mischung von Luft und Fasern unter der Verteilerplatte IU zu vermeiden, die zu einer Faserklumpenbildung führen würde. Vorzugsweise wird ein Abstand zwischen etwa 0,025 und 0,076 cm vorgesehen.

Als Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht ist in F i g. 3 ein dünnes Grenzschichthindernis 62 dargestellt, das beispielsweise ein runder Draht von etwa 0.5 mm Dicke oder ein 1,27 cm breiten Streifen von Schleifpapier Nr. 60, welches an der Oberfläche 54 der Verteilerplatte 10 in einem Abstand von etwa 234 bis 25 cm stromabwärts des Anfangs des Kanals 20 in Abhängigkeit von den jeweiligen Verfahrensbedingungen angeordnet ist Die erhaltene turbulente Grenzschicht, deren Dicke in der Größenordnung von 0,64 cm liegt, ist über die Breite des Kanals 20 verhältnismäßig gleichförmig.

Die Mittellinie des Kanals 20 kann geradlinig parallel zur Oberseite der Verteilerplatte 10 gemäß Fig. 1 verlaufen oder aber gemäß F i g. 4 gekrümmt sein. Der Winkel zwischen der Oberseite 54 der Verteilerplatte 10 und der Mittellinie des Faserstroms 22 im Ablagebereich wird als Biegungswinke! bezeichnet Der Biegungswinkel sollte kleiner als 30^c und vorzugsweise zwischen 0° und 10^c sein. Fig.4 zeigt eine Verringerung der QuerschnittsHäche des Kanals 20 über dem Abnehmerstab 12 zur Luftbeschleunigung und zur Erzielung einer flacheren Geschwindigkeitsverteilung nach Ausbildung des Faserstroms 22.

Die Fig.4 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel mil einer Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht 6C ■-> in Form einer perforierten Platte 66 oder eines Siebes welche etwa das mittlere Drittel des Kanals 20 einnehmen. Die in Fig.6 dargestellte Platte 66 ist mil einer versetzten Anordnung von Löchern, beispielsweise mit einem Durchmesser von 032 cm ausgestattet und

in ein Durchlaßbereich von etwa 42% ergibt einer Stromverbreiterungseffekt, wenn die Fasern auf derr rotierenden Sieb 26 abgelegt werden. Eine massiv« Platte im oberen Teil der Luftleitungsanordnung unc massive Stäbe mit geringem Durchmesser, die in dei Mitte des Luftstroms stromaufwärts des Faserabnahme punkts angeordnet sind, eignen sich ebenfalls al; Wirbelgenerator-Vorrichtung.

Die Fig.5 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Verteilerwalze 8 oberhalb des Faserstroms 22 angeord

2n net ist. Die F i g. 5 zeigt ferner die Verwendung eine; Siebes 26, welches sich in einem Winkel von 45° zurr Faserstrom 22 bewegt.

Die Verteilerwalze 8 ist handelsüblich ausgeführt unc weist üblicherweise einen Durchmesser zwischen etw?

2) 12,7 und 127 cm auf; sie ist gewöhnlich als Hohlwalze ausgebildet. Die zylindrische Außenfläche wird zumeis mit einem feinen Metalldrahtüberzug versehen, welchei durch das spiralförmige Herumwickeln einer odei mehrerer mit Sägezähnen versehenen Streifen unc

in Verankerung derselben erhalten wird. Die scharfer Enden der Zähne 7 sind derart angeordnet, daß sie irr wesentlichen längs eines zentrierten Zylinders um di< Drehachse der Verteilerwalze 8 angeordnet sind Übliche Verteilerwalzen 8 weisen folgende Daten auf:

^!> Zahnanordnung:

Flankenwinkel innerhalb etwa 8° gegenüber dei Radialrichtung

Zahnlänge:
Kürzer als 0,64 cm und vorzugsweise etwa 0.32 cm

Zahnenden:

Breite der Zahnspitze kleiner als 0.076 cm

Zahndichte:
Zwischen 1 und 54 Zähne/cm² Walzenfläche.

Walzen-Durchmesser

(cm)

Umfangsgeschwindigkeit

(m/min.)

Beschleunigung
(Erdbeschleunigung)

40.6	915-6.100	117 bis 52C .
61.0	1.100-7.300	112 bis 5000
81.3	1.280-9.150	116 bis 5700

Die Verteilerplatte 10 und der Abnehmerstab W können aus beliebigem Werkstoff, wie beispielsweise Kunststoff oder Metall, hergestellt werden, welche be hohen Geschwindigkeiten die Einhaltung des engei Abstands gegenüber der Verteilerwalze 8 gestattet Dii Verteilerplatte 10 sollte eine Länge besitzen, dii mindestens der Hälfte der Länge der verwendete! Stapelfasern entspricht kann jedoch aus Gründen de

_b5 mechanischen Zweckmäßigkeit eine Länge besitzen, dii 45⁼ bis 90° oder mehr des Umfangs der Verteilerwalze I entspricht Obgleich in den F i g. 1 und 2 einteiligi Verteilerplatten 10 und Abnehmerstäbe 12 gezeigt sine

21)

können beide aus einer Anzahl von Abschnitten mit geeigneten Verbindungselementen aufgebaut sein.

In allen vorausgehend genannten Ausführungsbeispielen schleudert die Verteilerwalze 8 die Fasern 1 in den Luftstrom unter einem Anfangswinkel von weniger als 12° zur allgemeinen Richtung der Luftströmung. Obgleich kleine Winkel bevorzugt werden, können in einigen Fällen Winkel bis zu 25° verwendet werden. Bei Winkeln über 25° ragt die Verteilerwalze 8 ungewöhn-1·/·; weit in den Kanal 20 hinein, so daß sich unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze 8 stabile Wirbel ausbilden. Dies verursacht eine instabile und ungleichmäßige Luftströmung, wodurch eine dicke Faserwolke anstelle eines dünnen Faserstroms 22 erhalten wird, sowie ein Flecken und Streifen aufweisendes Wirrfaservlies. Darüber hinaus können bei Winkeln von mehr als 25° die Fasern gegen die gegenüberliegende Wand des Kanals 20 geschleudert werden, was zu einer Verdichtung der Faserverteilung und zur Ausbildung eines fleckigen Wirrfaservlieses führt.

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ge, stabile Luftströmung geringer Turbulenz und Wirbelbildung liefert, ist in Fig. I dargestellt. Die Innenflächen der Leitungen sollen stromlinienförmig und glatt ausgebildet sein, insbesondere der Abschnitt zwischen dem letzten Sieb 38 und der Verteilerwalze 8. Der konvergierende Abschnitt 18 soll glatt und weich gekrümmt sein. Ein Aufbau gemäß den in »Fan Engineering«, 6. Ausgabe, Seite 89 (Buffalo Forge Co., 1961) beschriebenen ASME Richtlinien für Strömungsdüsen mit langem Radius ist zufriedenstellend. Ein zweckmäßiger Aufbau ist ferner von Rouse und Hassan r »Mechanical Engineering«, Band 71, Nr. 3, März 1949, S. 213-216 beschrieben, welcher näherungsweise in Fig. 1 wiedergegeben ist. Diese Luftzufuhreinrichtung 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 des Kanals 20, weist die Strömung eine Gesamtgeschwindigkeitsänderung über den Querschnitt auf, sowohl vertikal als auch seitlich, die geringer als ±10% ist und vorzugsweise geringer als ±5% ist. sowie eine stabile Turbulenzintensität von weniger als etwa 15%, aber gewöhnlich und vorzugsweise von gut unter 7%. Die Umfangsgeschwindigkeit (V₀) der Verteilerwalze 8 beträgt mindestens 915 m/min. Die Luftgeschwindigkeit (V) am Rande der Verteilerplatte 10 in der Zone A liegt zwischen dem 0,5- und dem 3,5fachen Wert von Vo und vorzugsweise zwischen etwa dem 0,5- bis l,2fachen Wert von V₀. Die maximale Luftgeschwindigkeit in der Zone A (d. h. über der Stelle, wo die Verteilerwalze 8 am weitesten in den Kanal 20 hineinragt) liegt zwischen etwa dem 0,5- bis 3fachen des Wertes von V₀ und vorzugsweise zwischen dem 0,7- und 1,7fachen Wert von Vo- Das Verhältnis zwischen dem Gewicht der Luftströmung und dem Faserstrom beträgt mindestens 25 :1.

Messung der Luftgeschwindigkeit
und der Turbulenzintensität

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 t>5 Heißdraht-Anemometer Modell 1050 B-4 von Thermal Systems, Ine, in St. Paul. Minnesota. Wird der Ausgang des Anemometer^ auf ein Wechseistrorn-Voitmeier gegeben.welches den quadratischen Mittelwert anzeigt, beispielsweise auf ein Modell 3400A von Hewlett Packard, Inc. in Loveland, Colorado, so wird der quadratische 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 Turbulenzintensität bezeichnet. Weitere Einzelheiten über die Verwendung von Heißdraht-Anemometern zur Messung von Geschwindigkeits- und Turbulenzstärken sind aus zahlreichen Literaturstellen verfügbar, beispielsweise aus dem Bulletin 53 »The Hot Wire Anemometer«, welches von der Flow Corporation of Cambridge, Massachusetts, herausgegeben wurde. Eine theoretische Erörterung der Turbulenzintensität ist in dem Buch von H. Schlichting, «RnunHnrv L?^vpr Th^pO!*^v", 6.

b0 Oraw Hil

book Company, New York, 1968, Seiten 455 bis 457. 538 bis 539,558 und weitere zu entnehmen.

Die Geschwindigkeit und die Turbulenzintensität, welche von Bedeutung für die vorliegende Erfindung sind, sind jede der Luftschichten, die sich längs des Faserstroms 22 bewegen und die Fasern zur Ablageeinrichtung tragen. Die Bestimmung des Faserstroms 22 ist verhältnismäßig einfach, da ein festabgegrenzter Faserstrom vorliegt. Eine Möglichkeit besteht darin, den Faserstrom optisch mittels durchsichtiger Wände des Kanals 20 zu bestimmen. Zur Vereinfachung kann der Faserstrom von oben beleuchtet werden, damit seine Dicke gut beobachtet und von der Seite gemessen werden kann. Eine dauernde Aufzeichnung des Faserstroms kann mittels Polaroid-Aufnahmen normaler Belichtungszeit oder mit Polaroid-Aufnahmen hoher Empfindlichkeit (Belichtungszeit etwa 10~⁶ Sekunden) erfolgen. Die Aufnahmen mit sehr kurzer Belichtungszeit zeigen die augenblickliche Stellung einzelner Fasern in dem Kanal 20. Sobald der Faserstrom bestimmt wurde, werden Geschwindigkeits- und Turbulenzintensität-Messungen ohne Faserstrom vorgenommen. Die erhaltenen Messungen ohne Faserstrom werden unter sonst gleichen Umständen als charakteristisch für eine Strömung mit Faserstrom angesehen, da das Gewichtsverhältnis von Luft zu Faserstrom sehr hoch ist und mindestens 25 :1 beträgt.

Die Geschwindigkeit und die Turbulenzintensität werden an mindestens drei Schlüsselpositionen gemessen: (i) in den Strömungsschichten, welche über das Ende der Verteilerplatte 10 in den Faserstrom unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze 8 eindringen; (2) in dem Faserstromuntermittel stromabwärts der Verteilerwalze 8 oberhalb des Endes des Abnehmerstabs 12; und (3) in dem Faserstrom am Ende des Abnehmerstabes 12 unmittelbar stromaufwärts der Ablageeinrichtung. Die Geschwindigkeit und die Turbulenzintensität werden an jeder dieser drei Stellen gemessen, und zwar an einer charakteristischen Stelle der Strömung, d. h. im Abstand von den Seitenwänden, und in Intervallen von 0.254 cm, ausgehend von einer Stelle, die 0.254 cm von der Wand des Kanals 20 entfernt liegt, welche die Verteilerwalzen-Öffnung enthält, und weiter über die Dicke des Faserstroms. Aus den an jeder Stelle erhaltenen Werten wird über der Dicke des Faserstroms ein Mittelwert errechnet, welcher είπε mittlere Geschwindigkeit bzw. eine

mittlere Turbulenzintensität angibt. Falls der Faserstrom sehr breit ist, soll er an weiteren Punkten über seine Breite hin an den drei vorausgehend genannten Stellen abgetastet werden. Durchschnittliche Turbulenzintensitäten, die größer als 15% sind, ergeben fleckige Wirrfaservliese.

Die Messungen der Geschwindigkeit über die Breite des Faserstroms an den vorausgehend genannten drei Stellen (ohn" Faserstrom) ergeben ferner ein Maß für größere Gesehwindigkeits-Ungleichmäßigkeiten niedriger Frequenz. Unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze 8 ist die Geschwindigkeitsänderung in einem Strömungsabschnitt von 30,5 cm Breite kleiner als ±10% und vorzugsweise kleiner als ±5%. Die Geschwindigkeitsänderung in einer Schicht von 0,254 cm Dicke mit Ausnahme der ersten an die Wand angrenzenden 0,254 cm dicken Schicht beträgt weniger als 15%, und vorzugsweise weniger als 10% der im jeweiligen Bereich gemessenen Durchschnittsgeschwindigkeit.

Falls der Faserstrom 22 von der Verteilerwalze 8 bis zur Ablageeinrichtung eine größere Länge aufweist, so sollen mehr als die vorausgehend genannten drei Meßstellen für die Turbulenzintensität verwendet werden. Die Meßstellen sollen im wesentlichen gleichen Abstand voneinander aufweisen.

Beispiel 1

Gemäß diesem Beispiel wird eine Vorrichtung verwendet, die ähnlich der Vorrichtung der F i g. 1 aufgebaut ist, um mit den folgenden Daten ein 91,5 cm breites Wirrfaservlies hoher Qualität zu erhalten:

Herstellungsdaten
g/cm · h

m/min.

Vliesgewicht
g/m²

1160	50	37
1620	71	37
2160	62	54

in In jeden der vorausgehend genannten Durchläufe werden Polyäthylenterephthalat-Stapelfasern von 1,37 dtex pro Faser und einer Länge von 1,90 cm in Form eines lose geöffneten Vlieses mit einem Gewicht von 3390 g/m² der Verteilerwalze 8 mit einem Durchmesser von 61 cm zugeführt, welche 6 Zähne pro cm² aufweist, wobei jeder Zahn 7 eine Höhe von 0,23 cm und eine Dicke von 0,023 cm besitzt. Der Abstand zwischen den Enden der Zähne 7 der Verteilerwalze 8 und i!er Verteilerplatte 10 wird auf 0,064 cm gehalten. Die Verteilerwalze 8 läuft mit 3000 Umdrehungen/min um und schleudert einen gleichmäßigen, dünnen Faserstrom mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit von 5750 m/min in den Kanal 20. Die durchschnittliche

2ί Luftstromgeschwindigkeit am Ende des in den rechteckförmigen Kanal 20 übergehenden Abschnitts 18 beträgt 2740 m/min bei einer Turbulenzintensität von etwa 0,4%. Der Geschwindigkeitsgradient über die Breite der Leitungsanordnung beträgt an dieser Stelle weniger als

ίο 1% pro 30,5 cm. Die ungefähre Höhe des 91,5 cm breiten rechteckförmigen Kanals 20 und die durchschnittlichen Geschwindigkeiten weisen an verschiedenen Stellen des Kanals 20 folgende Werte auf:

Stelle

X Unmittelbar am Eingang zum rechteck

förmigen Kanal 20

1 Über der Verteilerplatte 10 unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze

2 An der Stelle des maximalen Eindringens der Verteilerwalze 8 in den Kanal 20

3 Über dem Abnehmerstab 12 unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze

4 Unmittelbar stromabwärts des Siebs

Die Entfernung zwischen den Stellen X und 1 beträgt etwa 23, cm, zwischen 2 und 3 etwa 21,5 cm und zwischen 3 und 4 etwa 48 cm. Die Fasern werden in den Kanal 20 mit einem Anfangswinkel zur Strömungsrichtung der Luft von etwa 9° eingeschlcudert und werden dann anschließend im Luftstrom in einer schmalen geradlinigen Bahn an das Sieb 26 geführt An keiner Stelle längs des Faserstroms ist die Türbulenzintensität größer als etwa 2%.

Der Luftstrom an der Stelle 1 weiist folgende Daten auf: 4 VTVlst kleiner als ± 10% von Vi.AV/Wist kleiner als ±5% und I\ kleiner als 2%. Der Faserstrom, welcher anfangs eine kleinere Dicke als 0,64 can aufwies, besitzt in der Nähe der Ablageeinrichtung eine Dicke von etwa !,2 cm. (Siehe Anmerkung zu der Tabelle wegen der Abkürzungen.)

Dicke	Geschwindigkeit
(cm)	(m/min.)
5,08	2740
3,49	3960
2,72	6300
2,86	4900
4,76	2930
	Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Bedeutung der Turbulenzintensität für die Qualität des Wirrfaservlieses.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, die ähnlich wie jene gemäß Fi g. 1 aufgebaut ist, um ein 178 cm breites und 34 g/m² schweres Wirrfaservlies mit einer Geschwindigkeit von 55 m/min herzustellen. Das zugeführte Vlies besteht aus Rayon-Fasern von 1,65 dtex und 1,90 cm Stapellänge, welche durch Kardieren in einen lose geöffenten Faserstrang überführt wird. Dieser wird in einer Menge von 1115 g/cm · h auf eine Verteilerwalze 8 mit einem Durchmesser von 40,6 cm gegeben, weiche mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 3820 m/min umläuft Die Luft wird durch den Kanal 20 mit einer Geschwindigkeit von 1520 m/min derart

■zugeführt, .!aß die Turbulenzintensität in der den Abschnitt 18 lassenden Luftströmung etwa 0,4% beträgt. Es wird ein gleichmäßiges Wirrfaservlies hoher Qualität erhalten. Wird die Turbulenzstärke der den Abschnitt 18 verlassenden Strömung von 0,4 auf 0,7% erhöht, so kann eine gleich geringe Fleckigkeit .iur mit Produktionsgeschwindigkeiten von 37 m/min oder weniger erhalten werden. Die Luftströmung über der Platte 1 unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze weist folgende Kenndaten auf: Durchschnittsgeschwindigkeit (V) zwischen 0,5 bis 1,0 V₂, Δ V/V kleiner als ±10% von V, Δ V/W kleiner als ±% und /kleiner als 3%. Die Luftströmung in jenem Bereich, der sich an die Ausbildung des Faserstroms anschließt, besitzt eine mittlere Geschwindigkeit innerhalb eines Bereichs zwischeii etwa 0,6 bis 1,3 V, und /ist kleiner als 3%.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die günstigen Wirkungen einer Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, weiche ähnlich wie jene gemäß Fig. 1 ausgebildet ist und einen Saugschlitz 44 zur Entfernung der Grenzschichtturbulenz gemäß F i g. 2 aufweist und ein Wirrfaservlies mit einer Breite von 91,5 cm und einem Gewicht von 34 g/m² bei einer Bahngeschwindigkeit von 73 m/min hergestellt Eine Vlies aus Polyäthylenterephthalat-Stapelfaser von 1,65 dtex pro Faser und 1,90 cm Länge wird mit 1480 g/cm · h einer Verteilerwalze 8 mit einem Durchmesser von 61 cm zugeführt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit vo.i 4570 m/min umläuft. Luft wird durch den Kanal 20 mit 2440 m/min so zugeführt, daß die maximale Turbulenzintensität in dem Faserstrom etwa 0,5% beträgt. Es wird ein gleichförmiges Wirrfaservlies erhalten, das eine hohe Qualität aufweist und frei von Streifen ist. Wird das Beispiel ohne Saugschlitz 44 zur Entfernjng der Grenzschichtturbulenz wiederholt, so werden einige Streifen als Folge von Ungleichmäßigkeiten der Grenzschicht erhalten.

Die Luftströmung an der Platte 1 unmitteloar stromaufwärts der Verteilerwalze weist folgende Daten auf: durchschnittliche Geschwindigkeit (V) kleiner als etwa 0,8 V₀, Δ V/V kleiner als ±10% von V Δ V/W kleiner als ±5% und / kleiner als 0,5%. Die Luftströmung in der Schicht, die sich an c'ie Ausbildung des Faserstromes anschließt, weist eine durchschnittliche Geschwindigkeit innerhalb eines Bereichs von etwa 0,7 bis 1,3 V auf. Die Dicke des Faserstroms schwankt zwischen einem Anfangswert von weniger als 0,64 cm bis etwa 1,2 cm in der Nähe der Ablageeinrichtung.

Beispiel 4

Gemäß diesem Beispiel werden mehrere Wirrfaservliese bei unterschiedlicher Turbulenzintensitäten längs des Faserstroms hergestellt.

Es wird dabei eine Vorrichtung ähnlich der von F i g. 1 verwendet, um eine Anzahl von 28 cm breiten Bahnen mit einem Gewicht von 34 g/m² bei einer Geschwindigkeit von 890 g/cm · h zu erzeugen. Uer Verteiierwaize 8 werden Vliese von 2370 g/m² aus Polyäthylenterephthalat-Stapelfasern mit 1,37 dtex pro Faser und 1,90 cm Länge zugeführt, die aus einer Vielzahl von Schichten von 68 g/m² auf einem Rando-Webber hergestellt wurden. Die Verteilerwalze 8 besitzt einen Durchmesser von 40,6 cm und weist 12 Zähne pro cm² 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 Verteilerplatte 10 eingehalten. Die Verteilerwlaze 10 schleudert einen dünnen Faserstrom unter einem Anfangswinkel von 11 ° mit der allgemeinen Richtung der Luftströmung und mit einer Anfangsgeschwindigkeit (Vo) von 3540 m/min in den Kanal 20. Die Abmessungen des rechteckförmigen ■ Kanals 20 sind an bestimmten Stellen stromabwärts des Abschnitts 18 durch die folgenden Werte gegeben:

Stelle

Abmessungen des Kanals

Höhe Breite

(cm) (cm)

2 3 4

Anfang des rechteckförmigen Kanals

Über der Verteilerplatte unmittelbar stromaufwärts der Verteilerwalze

An der Stelle maximalen Eindringens der Verteilerwalze 8 in den Kanal

Über dem Abnehmerstab 12 unmittelbar stromabwärts der Verteilerwalze Unmittelbar stromaufwärts des Siebs

4,29	28
3,49	28
2,22	28
3,18	28
4,13	28

Bei 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 20, 28, und 30 cm.

Zur Steuerung der Turbulenzintensität in dem Faserstrom ist eine Anzahl von Strömungsmisch- Einrichtungen an der Stelle X angeordnet Die mit diesen Einrichtungen und unter den vorausgehend genannten Bedingungen erhaltenen Wirrfaservüesbahnen wurden anschließend in Ordnung steigender Fleckigkeit angeordnet Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Bezeichnungen Vi, V₂, V₃ und V₄

bo bezeichnen die durchschnittlichen Luftgeschwindigkeiten an den vorausgehend genannten Stellen 1,2,3 und 4. Die Turbulenzintensität (I) wurde in der beschriebenen Weise an den Stellen 1, 3 und 4 gemessen. Die Geschwindigkeitsänderungen der Luftströmung wurden ferner an der Stelle 1 gemessen (id V/V).

Ohne die Vornahme von Änderungen im Betrieb der Vorrichtung mit Ausnahme der Verringerung der Geschwindigkeit des Siebes 26 wurde ferner eine

Anzahl von Bahnen mit einem Gewicht von 102 g/cm hergestellt.

Die Fleckigkeit der Wirrfaservliesbahnen mit 34 g/m² und 102 g/m² wird mittels eines Papierbildungsprüfgeräts gemessen (siehe M. N. Davis et al, Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Technical Papers, Reihe 18, 386-391, Jahrgang 1935). Als

Standard für die Bestimmung des Bildungswertes (FV) wird eine entsprechende Anzahl von Blättern aus Papier verwendet, welches aus Zwiebelhäuten hergestellt ist und ein Gewicht von 34 g/m² aufweist, um ein Einheitsgewicht zu ergeben, welches den zu prüfenden Bahnproben entspricht Die in der Tabelle angegebenen Daten sind Mittelwerte von drei Messungen.

Tabelle \ ersuch

Siromungsmiseh-Hinrichtung	Ankomm	ender Luftstrom	J VlV	V1IV1,	'■	Oberhalb der	V2IV11	Auf dem	Weg zur	1,7	Abliigeeinrichtung	/-.	1,2	Bildungswert	102 g/m2	Ul	K)
			4	0.75	1,4	Verteilervvalze	1,17			2,0		1,8		129		NJ
	V,	.1 VIW	4	0.75	2,6	V2	1,17	I';	h		K1		34 g/nr	128		—i.
Keiner	2650	I				4150		3570	2,8	2740	2,0	98			CD
Draht*) mit einem Durch	2650	I	3	0.75	2,9	4150	1,17	3570		2740		94	127		O
messer von 0,16 cm									3,3		2,2				K)
Draht*) mit 0.24 cm	2650	-	3	0.74	3.3	4150	1,16	3570		2740		89	111
Durchmesser									4.5		4,2
Draht*) mit 0,32 cm	2620	I	2	0,74	6,2	4110	1,16	3540		2710		91	100
Durchmesser									5,6		4,8
Stab*) mit 0,48cm	2620	-	3	0,73	8.3	4110	1,15	3540		2710		89	94
Durchmesser									13,5		7,2
Stab "l mit 0,64 cm	2590	3	7	0,71	3.3	4080	1,10	3510	19,5	2680	12,1	74	73
Durchmesser			14	0,69	25,1		1,08				66
roröltnung ) von 1,54 cm	2500	-			3900	3380	2590	72
TorrilTnurm ) von 1.90cm	2440	S			3840	3320	2530	65

Anmerkung:

•ι Die JUN einem Draht oder Stab besiehende Ströniungsniisch-Hinrichlung ist über der Mitte des ankommenden Lul'tstroms an der Stelle X angeordnet, ι Das IDr befindet sich an der Stelle X an der Seite des Kanals, die der Ver'.eilerwal/e gegenüberliegt (d. h. die Türöffnung ist auf der Vertcilerwnlzcnscitc des Kanals, I Vnf.mgsgewhwindigkeit der Fasern (m/min.)

I Durchschnittsgeschwindigkeit des ankommenden l.uftstroms (m/min.]

! 1 /11 (ic*ch\nndi;gkeilsanderung über die Breite des Luftstroms in dem l^;aserstrom (±%/30,5 cm Breite) I l/l Geschwindigkeitsänderung des L.uftstroms im Bereich des Riserstroms + "/„

' I urhulen/imtensität^"'.

Die iielgesteliten Indexzahlen beziehen sie ι aiii die jeweiligen Stellen 1, 2, 3 und 4.

(Ti

Die unter den in der Tabelle angegebenen Bedingungen erhaltenen Bahnen in den Versuchen a, b, c, d und e wiesen eine ausgezeichnete bis gute Qualität mit sehr geringer Fleckigkeit auf. Die Bahnen des Versuchs f waren zwar noch zufriedenstellend, wiesen aber eine größere Fleckigkeit auf. Die Bahnen des Versuchs g, waren noch fleckiger und nur gerade noch tragbar. Der Versuch h lieferte die fleckenreichsten und streifenreichsten Bahnen und liegt außerhalb der Erfindung. ·

Aus diesen und anderen Versuchen wird geschlossen, daß geringe, stabile Turbulenzintensitäten von weniger als 15% und vorzugsweise weniger als 7% längs des Faserstroms notwendig sind, um Wirrfaservliese hoher Qualität mit hohen Geschwindigkeiten zu erzeugen. Ferner ist eine Geschwindigkeitsänderung von weniger als ±15% der Luftströmung im Bereich des Faserstroms erforderlich und eine Änderung von weniger als ± 10% ist bevorzugt.

In einer zweiten Reihe von Versuchen ohne Verwendung von Strömungsmischeinrichtungen wurden die Geschwindigkeitsverhältnisse V\/V_n und IA/ V_n jeweils zwischen 0,4 und 2,0 sowie zwischen 0,6 und 3,1 ι verändert. Diese Versuchsreihe zeigte neben anderen, daß ein geeigneter Bereich für Vi/ Vn 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 Vj/ Vo zwischen 0,5 und 3,0 liegt, wobei ein Bereich von

in 0,7 bis 1,7 bevorzugt wird, um die gleichmäßigsten Wirrfaservliese bei den höchsten Herstellungsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Darüber hinaus zeigten diese Versuche, daß die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit an jedem Querschnitt stromabwärts der Stelle,

υ wo sich der dünne Faserstrom ausbildet, zwischen dem 0,25fachen und dem 3fachen der durchschnittlichen Anfangsluftgeschwindigkeit (V) liegt, und vorzugsweise zwischen dem 0,4- und l,2fachen von (V).

Hierzu 2 HhUt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaservlieses, bei dem Stapelfasern mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwindigkeit von mindestens 915 m/min unter spitzem Winkel in einen sich bewegenden Luftstrom geschleudert werden und durch den Luftstrom zu einem bewegten Sieb getragen und auf diesem gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet,

daß der Luftstrom vor dem Kontakt mit den Fasern derart gesteuert wird, daß ein Bereich stabiler Luftströmung gebildev wird, in den die Stapelfasern dann geschleudert werden, wobei der Bereich stabiler Luftströmung über seine Dicke in jeder 0,254 cm dicken Schicht, abgesehen von der an eine Wand angrenzenden Schicht von 0,254 cm Dicke, eine durchschnittliche Geschwindigkeitsänderung von weniger als ±15%, über seine Breite in jedem Abschnitt von 30,5 cm Breite eine Geschwindigkeitsänderung von weniger als ±10% und eine durchschnittliche Turbulenzintensität von nicht mehr als 15% besitzt;

daß das Gewichtsverhältnis von Luft zu Fasern mindestens 25 :1 beträgt;

daß die Stapelfasern in den Luftstrom unter einem Winkel von weniger als 25° zu dessen Richtung geschleudert werden und

daß der die Fasern zu dem Sieb tragende Bereich des Luftstromes eine durchschnittliche Turbulenzintensität von weniger als 15% besitzt

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern h einer Menge von 535 bis 3750 g/h pro Zentimeter Strombreite, unter einem Winkel von weniger als P° zu der Richtung des Luftstromes und mit einer Geschwindigkeit von 3050 bis 6100 m/min in den Luftstrom geschleudert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Geschwindigkeitsänderung über die Dicke des Bereiches stabiler Luftströmung kleiner als ± 10% ist, daß die Geschwindigkeitsänderung über die Breite des Bereiches kleiner als ± 5% ist, daß die durchschnittliehe Turbulenzintensität in dem Bereich und entlang des Luftstromes zu dem Sieb kleiner als 7% ist

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Kanal von rechteckigem Querschnitt zur Förderung von Stapelfasern in einem Luftstrom, mit einer Luftzufuhreinrichtung zur Ausbildung eines Luftstromes durch den Kanal, mit einer rotierenden, gezahnten Verteilerwalze und einer damit zusammenwirkenden Verteilerplatte zum Einschleudern der Stapeifasern durch eine Öffnung in dem Kanal zur Bildung eines Faserstromes in dem Luftstrom und mit einer Ablageeinrichtung zur Trennung der Fasern von dem Luftstrom unter Bildung einer Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhreinrichtung einen Durchlaß (14) hoher Gleichförmigkeit mit einer größeren Querschnittsfläche als der Kanal (20) besitzt, wobei der Durchlaß (14) unmittelbar mit den^Kanal (20) durch einen konvertierenden Abschnitt (18) in Form einer glatten, allmählich ansteigenden Kurve verbunden ist, sowie Siebe (38,42) und eine Wabenstruktur (40), die in dem Luftdurchlaß (14) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Öffnung eine Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht an der Öffnung vorgesehen ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht ein dünnes Grenzschichthindernis (62) ist, das sich über die Kanalwand erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht ein Saugschlitz (44) ist, der stromauf und nahe der Öffnung in der tCanalwand zur Entfernung von Grenzschichtströmungen vorgesehen ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß im mittleren Drittel des Kanals (20) eine perforierte Platte (66) oder ein Sieb angeordnet ist