DE3541128C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Vlieses aus Endlosfäden gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Außerdem befaßt sich die Erfindung
mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Durch die DE-OS 22 00 782 ist
bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung der
eingangs vorausgesetzten Gattung bekannt. Dabei wird
aus einer Schmelze und aus Spinndüsen eine Fadenschar
durch eine Fadenabzugsvorrichtung geführt, welche an
ihrem oberen Ende eine Fadenabzugsdüse besitzt. Letztere
wird mit hoch verdichteter Preßluft beschickt.
An den engsten Ringspalt der Fadenabzugsdüse schließt
sich die sogenannte Lavalerweiterung an, an deren Austritt
ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck
stellt sich über ein inneres fadenführendes Röhrchen
auch am Eintritt der Fadenabzugsdüse ein und ermöglicht
das Einfädeln der Fadenschar.
Der Lavalerweiterung schließt sich ein Fadenabzugsrohr
mit dem inneren Durchmesser der Lavalerweiterung
an, in welches Luft mit Überschallgeschwindigkeit einströmt.
Etwa nach der halben Länge des Fadenabzugsrohres
von einer Gesamtlänge von beispielsweise 250 mm
tritt ein Verdichtungsstoß mit anschließender Unterschallströmung
ein, die sich in einem folgenden Fadenführungsrohr
mit vier- bis sechsfachem Querschnitt
weiter verlangsamt.
In der das Fadenabzugsrohr und das Fadenführungsrohr
umfassenden Fadenabzugsvorrichtung erfolgt also eine
Verstreckung der Fäden, die dadurch dünner werden.
Der wesentliche Anteil der Fadenabzugskraft zur Verstreckung
der Fäden wird vom Fadenabzugsrohr aufgebracht.
Das Fadenführungsrohr hat lediglich die Aufgabe,
die Fadenschnur zu einer Spreizdüse und gegebenenfalls
zu Coandaschalen zu transportieren,
um die Fäden gleichmäßig zu verteilen und zu spreizen,
bevor sie auf eine Unterlage zur Bildung des Vlieses
treffen.
Zur Erzielung großflächiger Vliesbahnen ist es üblich,
eine Vielzahl von Fadenabzugsvorrichtungen nebeneinander
anzuordnen, wobei die einzelnen Fadenabzugsdüsen
jeweils mit der hochverdichteten Preßluft als gas
förmiges Treibmittel beschickt werden. Das soweit beschriebene
und bekannte Verfahren hat sich in der
Praxis zwar bewähren können, dennoch ist es nicht frei
von Nachteilen. Die zur Verstreckung der Fäden erforderliche
Preßluftenergie stellt nämlich einen erheblichen
Kostenfaktor dar, was sich zwangsläufig im
Endpreis des Vlieses niederschlagen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche
unter Beibehaltung der benötigten Fadenabzugskraft
eine Kostenverringerung hinsichtlich des
benötigten Energiebedarfs sowie eine Steigerung der Qualität des Vlieses
durch bessere Verteilung bei geringem Energiebedarf
ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 3.
Durch die DE-PS 17 85 158
ist zwar schon eine Runddüse zum Abziehen und Ablegen von
Fäden zu einem Fadenvlies bekannt, jedoch befindet sich die
Runddüse nur oben, also nicht im Bereich des Ausganges der
Fadenabzugsvorrichtung.
Die Erfindung beschreitet den überraschenden Weg,
zusätzlich eine Schubdüse zur Einspeisung mit Preßluftenergie
vorzusehen. Obwohl dadurch scheinbar ein
Mehraufwand betrieben wird, liegt der Erfindung die
Erkenntnis zugrunde, daß gleichzeitig eine Verringerung
der der Fadenabzugsdüse zugeführten Preßluftenergie
vorgenommen werden kann, und zwar unter Beibehaltung
der ursprünglichen Fadenabzugskraft. Die Energieeinsparung
an der Fadenabzugsdüse ist dabei größer
als die zusätzlich an der Schubdüse benötigte Energie,
so daß ingesamt eine Energieersparnis und Kosteneinsparung
erzielt wird. In Versuchen konnte festgestellt
werden, daß sich eine beachtliche Energieersparnis
von immerhin knapp 30% erreichen läßt. Ein weiterer
gravierender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
diese Energieersparnis vorrichtungsmäßig in einfacher
Weise dadurch erzielt wird, daß zwischen dem unteren
Ende des Fadenführungsrohres und der Spreizdüse lediglich
lich ein Bauteil - nämlich eine Schubdüse - eingesetzt
wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
die Schubdüse eine Verkürzung des Fadenführungsrohres
ermöglicht, dessen Durchflußwiderstand damit herabgesetzt
wird. Bei Einhaltung des Gesamtdurchflußwiderstandes
der Abzugsvorrichtung lassen sich somit die
weiter oben schon erwähnten Längen/Durchmesserverhältnisse
durch Verlängerung des Fadenabzugsrohres
realisieren.
Damit sind aber die positiven Auswirkungen der bei
der Erfindung vorgesehenen Schubdüse noch nicht erschöpft.
Überraschend hat sich nämlich gezeigt, daß
die Zuführung der zusätzlichen Preßluftmenge unter
dem relativ geringen Druck vor einer mit Coandaschalen
versehenen Spreizdüse in vorteilhafter Weise
dazu beiträgt, daß die Verteilung der Fadenschar gleichmäßiger
wird. Dadurch wird die Qualität des Vlieses
- bei dem es auf eine gleichmäßige Verteilung ankommt -
erhöht. Der Spreizwinkel an den Coandaschalen wird
nämlich mit zunehmender Luftmenge größer, wodurch die
Verteilung der Fadenschar gleichmäßiger wird.
Andere zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand des in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zur Herstellung
eines Vlieses aus Endlosfäden,
und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer
Schubdüse.
Bei der in Fig. 1 zu erkennenden Vorrichtung werden
Endlosfäden 10 in Richtung des Pfeiles A von einer
an sich bekannten Fadenabzugsdüse 12 angesaugt. Die
Endlosfäden 10 werden in üblicher Weise aus einer
Schmelze gewonnen und durch in der Zeichnung nicht
dargestellte Spinndüsen geführt.
Die Fadenabzugsdüse 12 besitzt einen Preßluftanschluß
14 zur Zuführung einer Preßluftmenge V₁ unter dem Druck
p₁. An die Fadenabzugsdüse 12 schließt sich ein Fadenabzugs
rohr 16 an, und über einen Übergangskonus 18
ist ein Fadenführungsrohr 20 angeschlossen.
Die oben abgezogenen Endlosfäden 10 treten unten aus
einer Spreizdüse 26 aus, welche mit Coandaschalen 28
versehen ist. Hier wird der sogenannte Coanda-Effekt
ausgenutzt, um die Fäden 30 zu spreizen, bevor sie
auf ein luftdurchlässiges unter Vakuum stehendes Siebförderband
32 aufschlagen, wodurch das Vlies gebildet
wird.
Die Fadenabzugskraft wird vorwiegend im Fadenabzugsrohr
16 erzeugt, welches in der ersten Hälfte mit Überschallgeschwindigkeit
und nach dem Verdichtungsstoß
mit Unterschallgeschwindigkeit durchströmt wird. Die
Fäden erreichen dabei Geschwindigkeiten von 30 bis
100 m/s je nach Größe des Fadentiters. Durch den
zwischen dem Fadenabzugsrohr 16 und dem Fadenführungsrohr
20 befindlichen Übergangskonus 18, der einen
Kegelwinkel von kleiner als 8° besitzt, wird der Durch
flußwiderstand gering gehalten. Die soweit beschriebene
Vorrichtung ist bekannt.
Das Fadenführungsrohr 20 fördert die Fadenschar zu
einer bei der neuen Vorrichtung vorhandenen Schubdüse
22, die zwischen dem Fadenführungsrohr 20 und der Spreizdüse
26 angeordnet ist und einen Preßluftanschluß 24
besitzt, über welchen unter einem geringen Druck p ₂
eine Luftmenge V₂ zugeführt wird. Das Fadenführungsrohr
20 ist so dimensioniert, daß der Durchflußwiderstand
weniger als 1 kPa beträgt.
In Fig. 2 ist der nähere Aufbau der Schubdüse 22 dargestellt,
die mit dem Fadenführungsrohr 20 verschweißt
ist. Die Schubdüse 22 umfaßt ein erstes Gewindeteil
34, welches mit einem zweiten Gewindeteil 38 verschraubt
und durch einen Zylinderstift 36 gegen Verdrehen gesichert
ist. Insgesamt bilden das erste Gewindeteil
34 und das zweite Gewindeteil 38 eine Rohrverlängerung
40.
Weitere Bestandteile der Schubdüse 22 sind ein dreh
barer Verstellring 42, welcher durch Drehung in axialer
Richtung bewegt werden kann, sowie ein Mantel 48
und ein konisches Übergangsstück 50, welches mit dem
Eingang der Spreizdüse 26 verschweißt ist.
An den in Fig. 1 schon gezeigten Preßluftanschluß 24
schließt sich eine Vorkammer 52 an, welche über Bohrungen
54 mit einem Stauraum 56 verbunden ist. Die
Innenwandung des Verstellringes 42 bildet von dem
Stauraum 56 zu dem Fadenführungsraum 60 eine Zuführung
in Form einer Lavalerweiterung 46 mit einem Luftaustritt
44.
Der engste Querschnitt ist mit der Bezugsziffer 58
bezeichnet, und L gibt die Länge der Lavalerweiterung
46 an. Zur Einstellung des Luftdruckes am Luftaustritt
44 kann die Länge L der Lavalerweiterung 46 durch Verdrehen
des Verstellringes 42 beeinflußt werden.
Zu diesem Zweck sind der Mantel 48 sowie das erste
Gewindeteil 34 axial und radial fixiert. Die Preßluft
V₂; p₂ strömt durch den Preßluftanschluß 24 in
die Vorkammer 52 und über die Bohrungen 54 in den
Stauraum 56 und anschließend durch den engsten Querschnitt
58 zum Luftaustritt 44 bzw. zur Lavalerweiterung
46. Um den Durchflußwiderstand der Schubdüse 22 gering
zu halten, ist das zweite Gewindeteil 38 an seinem
Ende bzw. Austritt konisch erweitert und das Übergangsstück 50 verjüngt sich
an seinem Eintritt.
In Fig. 1 sind der Durchmesser des Fadenabzugsrohres
16 mit d₁ und die Länge mit l₁ bezeichnet, während
d₂ und l₂ den Durchmesser bzw. die Länge des Fadenführungsrohres
20 angeben. Durch die Einschaltung der
Schubdüse 22 müssen die Längen/Durchmesserverhältnisse
variiert werden.
Das Verhältnis l₁/d₁ beträgt zur Erzielung einer optimalen
Fadenabzugskraft etwa 110. Das Fadenführungsrohr
20 bestimmt maßgeblich den Durchflußwiderstand,
und hier wird das Verhältnis l₂/d₂ so gewählt, daß
sich der weiter oben schon genannte Durchflußwiderstand
von kleiner als 1 kPa ergibt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend
ein an einer Versuchsanordnung ermitteltes Zahlenbeispiel
gegeben, und es sei darauf hingewiesen, daß sich
die Versuchsanordnung auf das eingangs vorausgesetzte
bekannte Verfahren bezieht. Gemessen wurde dabei die
Fadenabzugskraft - ermittelt an einem 0,13 mm dicken
Kupferdraht - einer üblichen Fadenabzugsdüse mit einem
engsten Querschnitt bzw. Ringspalt von 5 mm² und einem
Fadenabzugsrohr mit einem Längen/Durchmesserverhältnis
von 43. Bei einer Preßluftmenge V₀ = 72 m³/h (Normzustand) und einem
Preßluftdruck (Düsenvordruck) p₀ = 2100 kPa beträgt die
Fadenabzugskraft ca. 0,18 N (Newton). Diese Fadenabzugskraft
ist beispielsweise erforderlich, wenn ein
Polypropylenvlies mit einem Fadentiter von 2 dtex
hergestellt werden soll.
Die genannten Werte für die Preßluftmenge V₀ und den
Preßluftdruck p₀ stellen in der Praxis übliche Größen
dar, und an Hand dieser Zahlen soll nachfolgend unter
Verwendung der Formel für die isotherme Verdichtungs
leistung
die durch die Erfindung erzielbare Energieersparnis
verdeutlicht werden. Mit den genannten Werten V₀ und
p₀ beträgt die isotherme Verdichtungsleistung bei dem
bekannten Verfahren N = k×219,2 (k ist eine Konstante;
von Bedeutung ist hier lediglich der Zahlenwert 219,2).
Ausgehend von den obigen Zahlenwerten liegen die Verhältnisse
bei der Erfindung wie folgt: an der Fadenabzugsdüse
werden die Preßluftmenge und der Preßluftdruck
auf V₁ = 52,4 m³/h und p₁ = 1600 kPa verringert.
Daraus ergibt sich eine Verdichtungsleistung von N₁
= k×145,3.
An der Schubdüse am unteren Ende des Fadenführungsrohres
werden folgende Werte zugrunde gelegt: V₂
= 19,6 m³/h und p₂ = 190 kPa. Daraus errechnet sich
eine isotherme Verdichtungsleistung von N₂ = k×12,6.
Wie man sieht, ergibt die Addition von V₁ und V₂ wieder
den eingangs vorausgesetzten Wert V₀ = 72 m³/h. Die
Verringerung der Preßluftmenge an der Fadenabzugsdüse
kann also für die Preßluftmenge an der Schubdüse
verwendet werden. Entscheidend ist nun die Energiebilanz,
denn der Summe von N₁ und N₂ = k×157,9 steht
der oben bei dem ohne Anwendung der Erfindung beim bekannten
Verfahren errechnete höhere Wert von N = k×219,2
gegenüber. Daraus ergibt sich eine Energieersparnis
von etwa 28%, und zwar - was ein wichtiger
Aspekt ist - unter Beibehaltung der Fadenabzugskraft.
Ausgehend von den physikalischen Gesetzmäßigkeiten
der isothermen Verdichtungsleistung, der Fadenabzugskraft,
dem Durchflußwiderstand der Fadenabzugsvorrichtung
un dem Erfordernis, daß am Saugmund der
Fadenabzugsdüse ein Unterdruck von 60 bis 80 kPa
herrschen sollte, um die Fadenschar in die Fadenabzugsdüse
einfädeln zu können, und ausgehend davon,
daß die Fadenabzugskraft zur Erzielung eines bestimmten
Fadentiters nicht verringert werden darf, hat sich
ein Längen/Durchmesserverhältnis des Fadenabzugsrohres
je nach Polymer und Titer von 1/d = 80 bis 180 bewährt.
Dabei ist das Fadenführungsrohr in den Dimensionen und
seinen Abmessungen frei wählbar, so lange der Durchflußwiderstand
von 1 kPa nicht überschritten wird.
Bei größeren Durchflußwiderständen steigt der Druck
am Saugmund der Fadenabzugsdüse nämlich unzulässig
an, so daß abgerissene Fäden - verursacht von Fehlstellen
im Polymer - nicht mehr eingefangen werden
können. Wenn sich die Fadenrisse summieren, kann es
zu erheblichen Betriebsstörungen kommen.
Bei dem voranstehenden Zahlenbeispiel ermöglicht die
Erfindung bei gleicher Fadenabzugskraft eine Verringerung
des Preßluftdruckes p₁ vor der Fadenabzugsdüse
von 2100 auf 1600 kPa sowie eine Verringerung der Luftmenge
V₁ von 72 auf 52,4 m³/h. Hierbei beträgt das
Längen/Durchmesserverhältnis des Fadenabzugsrohres
in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung l/d =
110.
Die an der Schubdüse bei gleichzeitiger Verringerung
der Preßluftmenge an der Fadenabzugsdüse vorgesehene
Zusatzluft wird bei der Erfindung auf einem relativ
niedrigen Druckniveau von p₂ = 190 kPa zugeführt. Insgesamt
ist die isotherme Verdichtungsleistung für die
Luftmenge an der Schubdüse bei dem niedrigen Vordruck
so gering, daß die beschriebene beachtliche Energieersparnis
erzielt werden kann.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung eines Vlieses aus
Endlosfäden, die unter Einfluß eines gasförmigen Treibmittels
mit hoher Geschwindigkeit als Fadenschar aus
Spinndüsen abgezogen und nach Durchlauf einer rohrförmigen
Fadenabzugsvorrichtung und einer Spreizdüse auf
einer Unterlage zur Bildung des Vlieses abgelegt werden,
wobei einer am Eingang der Fadenabzugsvorrichtung
befindlichen Fadenabzugsdüse zur Erzielung einer gewünschten
Fadenabzugskraft das gasförmige Treibmittel
unter einem bestimmten Eingangsdruck (Preßluftdruck)
und mit einem bestimmten Eingangsvolumenstrom (Preßluftmenge)
zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß auch im Bereich des Ausganges der Fadenabzugs
vorrichtung (16; 20) ein gasförmiges Treibmittel mit
erheblich geringerem Druck (p₂) und Volumenstrom (V₂)
mittels einer zusätzlichen Schubdüse (22) zugeführt
wird, und daß gleichzeitig der Eingangsdruck (p₂) und
der Eingangsvolumenstrom (V₁) verringert werden, wobei
die Summe der Volumenströme (V₁, V₂) nicht kleiner als
der ohne die Schubdüse (22) benötigte Eingangsvolumenstrom
(V₁) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Preßluftdruckverhältnis des absoluten
Eingangsdruckes (p₁) an der Fadenabzugsdüse (12)
zum Druck (p₂) an der Schubdüse (22) größer als der
Wert 3 gewählt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
der Spreizdüse (26) zugewandten Ende des Fadenführungsrohres
(20) eine Schubdüse (22) mit einem Anschluß
(24) für die Zuführung von Treibmittel angeordnet ist,
und daß die Schubdüse (22) in die Spreizdüse (26) ein
mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längen-Durchmesserverhältnisse (l₁/d₁;
l₂/d₂) des die Fadenabzugsvorrichtung bildenden Fadenabzugsrohres
(16) und des Fadenführungsrohres (20) so
gewählt sind, daß die ohne die zusätzliche Treibmittelzuführung
vorhandene Fadenabzugskraft erhalten bleibt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3
und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Längen-Durchmesserverhältnisse (l₁/d₁) des Fadenabzugsrohres
(16) zwischen 80 und 180 liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubdüse (22) eine längenverstellbare
Lavalerweiterung (46) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubdüse (22) mittels Schraubverbindungen
zwischen dem Fadenführungsrohr (20) und der
Spreizdüse (26) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sich an den Preßluftanschluß (24) eine
Vorkammer (52) anschließt, die über Bohrungen (54) mit
einem Stauraum (56) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stauraum (56) über einen verengten
Querschnitt (58) in einen rohrförmigen Fadenführungsraum
(60) einmündet, an welchen sich die Spreizdüse
(26) anschließt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fadenführungsraum (60) über ein
sich konisch verjüngendes Übergangsstück (50) in die
Spreizdüse (26) einmündet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubdüse (22) einen inneren, durch
Drehung in axialer Richtung
verschiebbaren Verstellring (42) besitzt, wodurch die
Länge (L) der Lavalerweiterung (46) veränderbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 3-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Längen-
Durchmesserverhältnis (l₂/d₂) des Fadenführungsrohres
(20) so gewählt ist, daß der Durchflußwiderstand
kleiner als 1 kPa ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 3-12, dadurch gekennzeichnet, daß im An
schluß an die Spreizdüse (26) Coandaschalen (28) ange
ordnet sind.
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Owner name: J.H. BENECKE AG, 3000 HANNOVER, DE COROVIN GMBH, 3 |
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