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B a r m a g
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Barmer Maschinenfabrik Aktiengesellschaft Remscheid.- Lennep Spinnverfahren
zum Spinnen von Fasern zu einem Faserverbund. ~ Durch die DT-OS 24 49 583 ist ein
Spinnverfahren zum Spinnen textiler Fasern bekannt, bei dem die Fasern in dem Zwickel
zwischen zwei gleichsinnig rotierenden achsparallelen Siebtrommeln zu einem Faserverbund
zusammengedreht werden. In jeder der Siebtrommeln sind Luftabsaugeinrichtungen angeordnet,
deren Mündungen gegen den Zwickelbereich, in dem der Faden gebildet wird, ausgerichtet
sind.
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Durch die entsprechenden Luftströme werden die Fasern an die Siebtrommelwände
in diesem Zwickelbereich gedrückt.
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Hierbei hat sich als nachteilig herausgestellt, daß der Faden unter
Umständen mit zu hohen Fadenspannungen abgezogen werden muß, wodurch sich je nach
Spinnbedingungen eine unerwünschte Streckung des Fadens oder aber auch Fadenbruch
ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Offenend-Spinnen eines
Fadens zwischen zwei in gegenläufiger Richtung bewegten Oberflächen, von denen zumindest
eine Oberfläche von einer Luftströmung in einer definierten Durchdringungsfläche
durchströmt
wird, wobei die Zwirnlinie durch eine Begrenzungslinie
der Durchdringungsfläche bestimmt wird, so auszubilden, daß geringe Fadenspannungen
ermöglicht werden Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des
ersten Anspruchs. Zwar ist durch die GB-PS 936 628 ein Verfahren zur Erzeugung eines
Fadens aus Stapelfasern bekannt, bei dem die Mündung des Stapelfaserzuführungskanals
und des Luftabfuhrkanals geneigt zur Bewegungsrichtung eines einzigen bewegten Bandes
oder einer gedrehten Scheibe angeordnet sind, so daß eine Bewegungskomponente in
Förderrichtung des zu bildenden Fadens wirkt. Es hat sich hier als nachteilig herausgestellt,
daß sowohl die Verzwirnung der Stapelfasern als auch die Förderung unzulänglich
sind, und daß sich kein stabiler Betriebspunkt erreichen läßt, wenn bei stabilem
Spinnpr9zeß auch eine ausreichende Förderung gewährleistet werden soll.
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Der Kreuzungswinkel zwischen den Bewegungsvektoren in dem engsten
Spalt ist als der Winkel definiert, den der eine Bewegungsvektor überstreicht, wenn
er in die Tangentialebene des anderen Bewegungsvektors projiziert und in dessen
Richtung gedreht wird.
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Vorrichtungsmäßig steht für diese Lösung vorzugsweise eine Anordnung
von Rotationshyperboloiden nach Anspruch 2 zur Verfügung.
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Dabei s1n4 die Rotationshyperboloide so einander zugeordnet, daß sie
lit je einer ihzer geradlinigen Erzeugenden einen ja wesentlichen rechteckigen engsten
Spalt bilden, in dessen Zvickelbereich die Fadenbildungslinie (Zwirnlinie) liegt.
Es
sei erwähnt, daß Rotationshyperboloide die Idealkörper für die
Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, da sie einen geradlinig begrenzten
engsten Spalt ausbilden. Den technischen Erfordernissen werden indes auch Rotationskörper
gerecht, die einen Kreisabachnitt oder Parabelabschnitt oder sonstigen, zur Rotationsachse
hin konkaven Kurvenabschnitt, der einer Hyperbel ausreichend angenähert ist, als
Mantellinie benutzen.
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Der zwischen den beiden die Zwirnlinie bestimmenden parallelen Erzeugenden
bestehende Spalt ist durch Änderung des Achsabstandes der Syperbbloide einstellbar.
Dabei kann es auch vorteilhaft sein, den Spalt konisch einzustellen, mit abnehmender
Spaltbreite zum Fadenausgang. Dies kann dadurch geschehen, daß der Winkel, mit dem
die Achsen -projiziert auf eine Ebene - gegeneinander verschränkt sind, geringfügig
verändert undfoder ein Hyperboloid parallel verschoben wird.
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Die Geschwindigkeiten der Hyperboloide sind im wesentlichen gleich;
Unterschiede und Toleranzen um- einige Prozent können zugelassen werden. Die Rotationshyperboloide
können unterschiedli-ch aufgebaut, d.h. die Lage der geradlinigen Erzeugenden zu
den Rotationsachsen muß nicht für beide Hyperboloide identisch sein. Ebensowenig
ist es notwendig, daß die Hyperboloide denselben kleinsten und größten Durchmesser
haben. Vorteilhaft ist es unter Umstanden auch, wenn die Rotationshyperboloide unterschiedliche
Reibbeiwerte haben.
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Diese Hyperboloide können je nach betrieblichen Gegebenheiten vorteilhafter
Weise auch als Hyperboloidstümpfe, d.h. als Mäntel von in Achsrichtung asymmetrischen
Syperboloiden ausgebildet
werden. Diese Rotationshyperbloidstümpfe
haben.
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sodann keine senkrecht zu. ihrer Achse gelegene Symmetrieebene. Dabei
ist es: möglich, eine derartige Vorrichtung so zu betreiben, daß der zu bildende
Faden von den dicken Enden. der Hyperboloidstümpfe zu den dünnen Enden läuft.
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Ein derartiger Betrieb ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine
Streckung des zu. bildenden Fadens. durch Ausübung einer Zugkraft vermieden werden
soll. Das umgekehrte Verfahren, bei dem der Faden im Entstehungszustand von dem
dünnen Ende der Hype,rboloidstümpfe zu den dicken Enden läuft, ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn der Faden mit möglichst geringer Fadenspannung die Spinneinrichtung
verlassen und aufgewickelt werden soll.
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Schließlich wird durch das Verfahren und die Vorrichtungen nach der
Erfindung auch die Einstellung einer optimalen Fadenspannung bei vorgegebener Zwirnung
ermöglicht, wobei erfindungsgemäß ein weiterer und ein engerer Betriebsbereich ermittelt
werden konnte. Die Lösung hierfür ergibt sich aus dem Kennzeichen der Ansprüche
8 und 9 und gewährleistet eine hinsichtlich Zwirnung und Fadenspannung optimierte
Oberflächengeschwindigkeit der Hyperboloide. Es sei erwähnt, daß als Oberflächengeschwindigkeit
der Hyperboloide die Umfangsgeschwindigkeit am Fadenausgang der Hyperboloide definiert
ist.
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Die Luftströmungen werden vorzugsweise durch Absaugeinrichtungen
erzeugt, die in den Rotationshyperboloiden oder sonstigen Drehkörpern, in jedem
Falle auf der von der Fadenbildungss.eite abgewandten Seite der Oberflächen angerordnet
sind. Um eine ausreichend starke Strömung bei geringem Luftverbrauch zu erhalten,
sind die den luftdurchlässigen
Oberflächen bzw. Mäntel benachbarten
Mündungen der Absaugeinrichtungen möglichst klein dimensioniert.
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Funktionswesentlich ist, daß zumindest einer der Oberflächen eine
Absaugeinrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung, die auf die Oberfläche gerichtet
ist, zugeordnet ist. Die Mündungsfläche dieser Absaugeinrichtung ist - in Bewegungsrichtung
dieser Oberfläche gesehen - vor dem engsten Spalt, angeordnet und zwar so, daß die
dem engsten Spalt zugewandte Begrenzungslinie der Mündungsfläche zwischen Fadenbildungslinie
und engstem Spalt und parallel zu diesem liegt. Durch diese Anordnung der Mündungsfläche
der Absaugeinrichtung wird gewährleistet, daß sich kurz vor oder allenfalls in dem
engsten Spalt eine stabile Fadenbildungslinie (Zwirnlinie) einstellt.
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Sofern auch der zweiten Oberfläche eine Luftströmung, d.h.
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Absaugeinrichtung zugeordnet wird, wird die Mündungsfläche - in Bewegungsrichtung
dieser Oberfläche gesehen - sorzugsweise so angeordnet, daß sie die Mündungsflache
der anderen Oberfläche geringfügig bis zu 10-mal Fadendurchmesser überlappt. Der
Fadendurchmesser ist hierbei definiert als
mit g als dem spezifischen Gewicht des Fadens in ~R3 und Nm als die Garnnummer in
m/g. cm3 Der Bereich der Uberlappung liegt vorzugsweise vor dem engsten Spalt, wiederum
in Bewegungsrichtung der Oberfläche gesehen, welche auf der Faserzufuhrseite des
Hyperboloidenpaares in den engsten Spalt fördert.
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Diese Art der Überlappung trägt insbesondere zur Stabilisierung der
Fadenbildungslinie bei.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und der dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1: ein Schemabild des Spinnverfahrens in der Seitenansicht;
Fig. 2: ein Schemabild des Spinnverfahrens in der Draufsicht; Fig. 3: ein Schemabild
einer Spinnvorrichtung, die aus Rotationshyperboloiden mit luftdurchläasigen Mänteln
gebildet ist.
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In Fig. 1 sind schematisch die Siebbänder 1 und 2 dargestellt, die
sich gegensinnig mit den Bewegungsrichtungen 11 und 12 bewegen. Mittels der Absaugeinrichtung
14 wird eine Luftströmung gegen das Siebband 2 gerichtet. Die - in Bewegungsrichtung
des Siebbandes 2 gesehen - hintere Begrenzungskante 15 der Mündung der Absaugeinrichtung
14 bestimmt die Zwirnlinie bzw. Fadenbildungslinie 3 für den Faserverbund 8.
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Der Faserverbund wird aus Einzelfasern 5 gebildet, welche einem oder
beiden Siebbändern zugeführt werden. Sobald die Einzelfasern in den Bereich der
durch die Absaugeinrichtung 14 erzeugten Luftströmung gelangen, werden sie gegen
das Siebband 2 gedrückt und an der hinteren Begrenzungskante 15 der Mündung der
Absaugeinrichtung aufgehalten und zu einem Faserverbund 8 gedreht. Siebband 1 und
Siebband 2 bilden
im Bereich der Fadenbildungslinie einen engen
Spalt, dessen Breite dem Durchmesser des in der Entstehung begriffenen Faserverbundes
8 angepaßt ist. Zur Unterstützung des Spinnvorgangs und insbesondere zur Stabilisierung
der Fadenbildung auf der Zwirnlinie ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
zweite Absaugeinrichtung 13 vorgesehen, die eine auf das Siebband 1 gerichtete Luftströmung
erzeugt. Für die Anordnung der Mündungsfläche ist im Stand der Technik vorgeschlagen
worden, daß sich die Mündungsflächen der Absaugeinrichtungen 13 und 14 vollständig
überdecken. Hier dargestellt und zur Stabilisierung der Zwirnlinie bevorzugt ist
jedoch, daß die-in Bewegungsrichtung der jeweiligen Siebbänder gesehen ~ jeweils
hinteren Begrenzungskanten 15 bzw. 16 der Mündungen aufeinander liegen oder sich
geringfügig überlappen. Die max. Uberlappungsbreite beträgt 10-mal Fadendurchmesser.
Der Fadendurchmesser ist hierbei auf den fertig verzwirnten Faden bezogen und wird
nach der bereits zuvor (Seite 5) zitierten Formel berechnet.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kreuzen sich die Siebbänder - in der Draufsicht
gesehen -, so daß die Siebbänder auch eine Vorschubkomponente in Fadenrichtung4haben.
In der Draufsicht gesehen, bilden die Siebbänder einen Kreuzungswinkel 2 oc . Die
Mündung der Absaugeinrichtung 13 ist mit ihrer hinteren Begrenzungskante 15 auf
der Winkelhalbierenden des Winkels 2 OL angeordnet, bzw. mit geringfügigem Versatz
parallel zu dieser. Per Versatz gegenüber der Winkelhalbierenden kann ebenfalls
bis zu 10 d betragen, wobei d der Fadendurchmesser ist.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei welcher die Oberflächen als Mäntel von
Rotationshyperboloiden
ausgebildet sind. Die Rotationshyperboloide sind so angeordnet, daß jede von ihnen
eine erzeugende Gerade hat, welche parallel zu der Fadenbildungslinie 3 liegt. Das
bedeutet, daß bei Projektion der beiden Achsen auf eine Ebene der Winkel zwischen
ihnen doppelt so groß ist, wie der Winkel /3 , unter dem jede erzeugende Gerade
ihre jewcilige Hyperboloidachse schneidet. Die Bewegungsvektoren der Oberflächengeschwindigkeiten
der Hyperboloidmäntel in dem zwischen den parallelen erzeugenden Geraden gebildeten
engsten Spalt schneiden sich unter dem Winkel 2 X , der bereits zuvor definiert
wurde.
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Die Hyperboloiden sind weiterhin so angeordnet, daß der engste Spalt,
den die benachbarten erzeugenden Geraden bilden, im wesentlichen rechteckig ist.
Da der Hyperboloidkörper 1 mit seiner Lagerung 21 auf Support 22 verschiebbar und
um eine Achse 24 schwenkbar ist, ist es möglich, die Spaltbreite einzustellen und/oder
den Hyperboloidkörper 1 derart zu neigen, daß der engste Spalte zum Fadenausgang
hin enger wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Friktionskräfte, welche die Siebtrommeln
auf den sich zu einem Faden verdichtenden Faserverbund ausüben, mit dessen Verdichtung
zunehmen. Dabei kann einerseits vermieden werden, daß der Faserverbund zu hohen
Torsionsmomenten bzw. Zugkräften ausgesetzt wird, die den Faserverbund zum Zerreißen
bringen.
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Zum anderen wird durch die zum Fadenausgang hin enger werdende Spaltzustellung
gewährleistet, daß auf den die Spinneinrichtung verlassenden Faden so hohe Torsionsmomente
ausgeübt werden können, daß eine ausreichende Zwirnung erfolgt.
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Die Rotationshyperboloid-Siebtrommeln 1 und 2 werden durch die Antriebsmotoren
18, 19 mit der Bewegungsrichtung 11, 12 angetrieben. In ihrem Inneren befinden sich
die Saugeinrichtungen
13, 14, deren Mündungen sich über einen Teil
des Innenumfangs der Hyperboloid-Siebtrommeln 1,2 erstrecken und kurz vor, auf oder
kurz hinter der Fadenbildungslinie 3 enden. Bevorzugt ist wiederum eine geringfügige
Überlappung, wobei der ttberlappungsbereich auf der Faserzufuhrseite (vgl. Fasern
20) vor dem engsten Spalt liegt. Die Faserzufuhreinrichtung ist in Fig. 3 nicht
dargestellt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt sie auf Siebtrommel 1 in Richtung des
Pfeils 20. Der fertige Faden wird durch Aufwickeleinrichtung 23, eventuell unter
Zwischenschaltung eines Lieferwerks mit der Abzugsgeschwindigkeit Va abgezogen.
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In Betrieb wird die Oberflächengeschwindigkeit der Hyperboloide auf
die einzustellende Zwirnung einerseits und auf die einzustellende Fadenabzugsgeschwindigkeit
andererseits sorgfältig abgestimmt, wobei ein Kompromiß auch mit/ 9 ragbarer Fadenzugkraft
herbeigeführt werden muß. Die Abzugsgeschwindigkeit ist insbesondere dadurch begrenzt,
daß der Faden einerseits nicht zu hohen Fadenzugkräften ausgesetzt werden noch andererseits
verschlappen darf. Durch die Vorrichtung nach der Erfindung gelingt es, bei wesentlich
höheren Abzugsgeschwindigkeiten zu spinnen, als dies mit zylindrischen Siebwalzen
möglich ist.
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Versuche mit einer erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung,bei der zwei
Absaugeinrichtungen mit geringer Uberlappung verwandt wurdew,ergaben folgendes:
Zwei Hyperboloide größter Durchmesser: 85 nun Spaltbreite: 0,3 nun Uberlappung der
Absaugeinrichtungen: 0,9 mm
Kreuzungswinkel der Bewegungs- O vektoren
2 aL = 140 Faden: Baumwolle, Nennstapel 28 mm γ= 1,54 g/cm3 Nm = 24 m/9 Sollwert
für α metrisch = metrischer Drehungskoeffizient = 120 (αm ist ein im
wesentlichen anwendungsspezifischer Koeffizient, durch den Zwirnung des Fadens nach
der Formel
berechnet wird) Abzugsgeschwindigkeit Va = 300 m/min.
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Variiert wurde die Drehzahl der Hyperboloide und zwar so, daß beide
Hyperboloide im Punkt des Fadenausgangs jeweils dieselbe Umfangsgeschwindigkeit
hatten. Gemessen wurde: die Fadenzugkraft, mit der der Faden aus der Spinnvorrichtung
abzuziehen war, sowie für den fertigen Faden'die tatsächlich erzielten Drehungen
T/m ,und die Festigkeit(Reißkilometer = Rkm).@wurde berechnet in den nach den folgenden
Formeln ermittelten Optimalbereichen
als weiterem Bereich und
als engerem Bereich.
Es ergab sich mithin, daß in folgenden Bereichen
günstige Werte für die Oberflächengeschwindigkeit u zu erzielen waren.
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132 m/min <220 m/min ( u <746 m/min <833 m/min.
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Die folgende Tabelle zeigt die Versuchsergebnisse.
| U m/min 100 200 400 600 800 900 |
| P (p) 55 32 28 22 19 15,7 |
| T (I/m) 375 505 630 680 730 795 |
| Festigkeit 5,7 9,2 11,8 11, 10,2 8,4 |
| (Rkm) . |
| CCmetrisch 76,5 103 128,6 138 149 162 |
Aus den Versuchsergebnissen ist abzulesen, daß zu hohe Umfangsgeschwindigkeiten
einerseits zu hohe Drehungvandererseits eine Abnahme der Festigkeit bewirken. Beides
ist für die Weiterverarbeitung nachteilig. Im unteren Grenzbereich werden lediglich
so niedrige Drehungen bewirkt, daß eine ausreichende Festigkeit nicht zu erhalten
ist.
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Die Hyperboloidmäntel können z.B. in den Normalebenen entlang den
Linien 6,7 abgeschnitten und demgemäß asymmetrisch ausgebildet sein.
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Eine derartige Ausbildung wäre günstig, wenn auf die entstehenden
Fäden keine Zugkräfte ausgeübt werden sollen.