DE60003081T2

DE60003081T2 - Vorrichtung zu hydraulischer vernadelung von bahnförmigen materialen

Info

Publication number: DE60003081T2
Application number: DE60003081T
Authority: DE
Inventors: Frederic Noelle; Bruno Roche
Original assignee: Rieter Perfojet SAS
Current assignee: Rieter Perfojet SAS
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: US6668436B2; CN1411519A; US20020179744A1; JP2003517112A; DE60003081D1; AU1867401A; EP1238133B1; ATE241716T1; WO2001044553A1; EP1238133A1; FR2802553A1; FR2802553B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an Anlagen, die die Behandlung von flächigen Materialien mittels Druckwasserstrahlen gestatten, die nadelartig auf das Material einwirken, und insbesondere zur Behandlung von Strukturen aus Vliesstoff verwendet werden, um ihnen Kohäsion zu verleihen und/oder ihr Aussehen zu ändern.
Eine solche seit Jahrzehnten bereitgestellte Technik, wie zum Beispiel aus den US-Patenten 3 214 819 und 3 485 706 hervorgeht, besteht darin, die flächige Struktur der Wirkung von Wasserstrahlen auszusetzen, die von einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Leisten stammen, wobei die Fläche oder das Flächengebilde von einem porösen oder perforierten Förderband oder Drehzylinder gestützt wird, das bzw. der von einer Saugquelle beaufschlagt wird, um eine Rückgewinnung des Wassers zu gestatten.
Eines der wesentlichen Elemente solcher Anlagen ist das System zur Bildung der Wasserstrahlen oder -nadeln, das häufig mit dem Begriff "Injektor" bezeichnet wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine neue Art von perforierter Platte, mit der solche Injektoren versehen sind und die eines der wesentlichen Elemente zur Bildung der Wasserstrahlen oder -nadeln sind.

Stand der Technik

Die heutzutage verwendeten Injektoren weisen eine solche allgemeine Konstruktion auf, wie sie in Fig. 9 des Patents US-A-3 508 308 sowie des Patents US-A-3 613 999 dargestellt ist.
In jüngerer Zeit ist in der EP 400249 (die der US 5 054 349 entspricht) ein verbesserter Injektor vorgeschlagen worden, der nicht nur das Einspritzen von Wasser unter sehr hohem Druck (über 100 bar) gestattet, sondern der auch eine Konstruktion aufweist, die es gestattet, die perforierte Platte, durch die die Mikrostrahlen passieren, zum Beispiel zwecks Reinigung leicht anzubringen und auszubauen.
Die beigefügte Fig. 1 zeigt auf allgemeine Weise den Aufbau eines Injektors.
Unter Bezugnahme auf diese Figur weist eine solche Anordnung somit die Form einer durchgehenden Leiste auf, die sich quer zur Bewegungsrichtung des zu behandelnden flächigen Materials (F), zum Beispiel Vliesstoff, erstreckt und deren Länge auf die Breite des Materials abgestimmt ist.
Diese Leiste besteht aus einem Hauptkörper (1), der jeglicher Verformung durch den Wasserdruck widerstehen kann und in dessen Oberteil eine allgemein zylindrisch ausgebildete Kammer (2) vorgesehen ist, die durch eine (nicht dargestellte) Pumpe durch ein Leitungssystem (3) mit druckbeaufschlagtem Wasser versorgt wird.
Im Inneren der Kammer (2) ist ein Einsatz (4) angeordnet, der zum Beispiel durch einen perforierten Zylinder gebildet wird, der beispielsweise mit einem Filtertuch ausgekleidet ist, das nicht nur die Funktion eines Filters erfüllt, sondern auch als Verteiler dient.
Das in das Innere der Kammer (2) eingeleitete Druckwasser fließt danach durch zylindrische Bohrungen (5), die in einem gleichmäßigen Abstand über die gesamte Breite des Injektors angeordnet sind, wobei der Durchmesser dieser Löcher im Allgemeinen zwischen 4 mm und 10 mm liegt und die Dicke der Wand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Löchern bei ca. 3 bis 5 mm liegt.
Diese zylindrischen Bohrungen (5), deren Auslassende möglicherweise konisch ausgebildet sein kann, münden danach in einer unteren Kammer (6), an deren Basis eine Platte (7) angeordnet ist, die Mikroperforationen aufweist, deren Durchmesser zwischen 50 und 500 um und vorzugsweise zwischen 100 und 200 um liegen kann, was die Bildung von Wasserstrahlen oder -nadeln (8) gestattet, die direkt auf die Fläche des zu behandelnden Materials (F), zum Beispiel des Flächengebildes aus Vliesstoff, einwirken.
Die perforierte Platte (7) wird zum Beispiel gemäß den Lehren der EP 400249 mittels Längsspannbacken (9) an dem Hauptkörper des Injektors gehalten, auf welche Hydraulikzylinder wirken, die die Ausübung einer Klemmwirkung mit Hilfe eines entlang dem Injektor angeordneten Querträger- und Zugstabsystems gestatten.
Zwischen der perforierten Platte (7) und der Basis des Hauptkörpers (1) ist eine (nicht dargestellte) Dichtung angeordnet.
Derzeit werden die die Erzeugung von Strahlen gestattenden perforierten Platten (7) durch Bohren und Stanzen von dünnen Streifen aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Die Dicke dieser Streifen liegt zwischen 0,6 und 1,2 mm.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer derzeit verwendeten perforierten Platte.
Bei solchen Platten werden die die Bildung der Strahlen gestattenden Kapillaren (10), wie oben erwähnt, durch Bohren oder Stanzen erhalten und weisen eine solche allgemeine Form auf, dass sie, wenn man der Bewegungsrichtung der Strahlen folgt, einen zylindrischen Eintrittsbereich (11) aufweisen, der durch eine divergierende Wand verlängert wird.
Obgleich solche Platten bei einem Wasserdruck im Injektor von unter 200 bar zufriedenstellend sind, so gestatten sie dennoch keinen industriellen Betrieb bei höheren Drücken zum Erhalt einer höheren Fluidgeschwindigkeit, die 300 m/sec erreichen kann.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die Durchschnittslebensdauer solcher aus rostfreiem Stahl hergestellten perforierten Platten 24 Stunden nicht überschreitet, wenn mit Drücken von 400 bar gearbeitet wird.
Des Weiteren gestatten die zur Herstellung der Kapillaren verwendeten Bohr- und Stanztechniken weder den Erhalt eines perfekten Oberflächenzustands der Innenwand noch die Herstellung einer scharfen Kante auf genaue und gleichmäßige Weise am Eintritt jeder Kapillare, was bei hohen Fluidgeschwindigkeiten durch die Entstehung von Turbulenzen im Strom zu einer Beeinträchtigung der Qualität der Strahlen führt.

Kurzdarstellung der Erfindung

Es ist nun eine neue Art von perforierter Platte gefunden worden, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und die Lösung der oben genannten Probleme gestattet und die Zuführung von unter hohem Druck stehendem Wasser gestattet, der 400 bar oder mehr erreichen kann, ohne dass die Platte nach einer Benutzungsdauer, die mehrere Hundert Stunden erreichen kann, beeinträchtigt wird.
Des Weiteren gestattet die erfindungsgemäße neue Plattenart den Erhalt von Strahlen mit einer hohen Geschwindigkeit, die 300 m/s oder sogar mehr erreichen kann und über die gesamte Länge der Platte eine sehr große Homogenität und Gleichmäßigkeit besitzen.
Darüber hinaus ist festgestellt worden, dass die mit der erfindungsgemäßen Platte erhaltenen Strahlen bezüglich des Stands der Technik über eine größere Länge kohärent bleiben.
Allgemein betrifft die Erfindung somit eine als "Injektor" bezeichnete Vorrichtung, die die Behandlung eines flächigen Materials (Vliesstoff, Textilverbundmaterial, Folie, Papier usw.) mittels Wasserstrahlen/-nadeln gestattet und Folgendes umfasst:
- einen Körper zur Zuführung von Druckwasser mit einer sich über die gesamte Länge des Körpers erstreckenden Zufuhrkammer, in die durch einen Filter das Druckwasser zugeführt wird;
- einen Verteilungsbereich, der das Druckwasser über die gesamte Behandlungsbreite verteilt und eine Platte aufweist, die mit Mikroperforationen versehen ist, deren Löcher gegen die Fläche des zu behandelnden Materials gerichtete Wassernadeln definieren,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mikroperforationen oder Kapillaren im Inneren von Einsätzen aus hartem Material jener Art aus Zirkoniumdioxid, Rubin, Saphir, Keramik oder anderen Materialien mit gleichwertiger Härte hergestellt sind, die in zuvor über die gesamte Dicke der Platte eingearbeitete Löcher eingepasst sind.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einsätze vorzugsweise eine Dicke auf, die kleiner ist als die Tiefe der in die Platte eingearbeiteten Löcher.
Obgleich die Einsätze in einer einzigen Reihe über die gesamte Länge der Platte angeordnet sein können, ist es auch möglich, sie in zwei parallelen Reihen anzuordnen, wobei die Kapillaren oder Mikroperforationen zueinander von einer Reihe zur nächsten versetzt sind.
Die Kapillare oder Mikroperforation jedes Einsatzes weist einen zylindrischen Eintrittsbereich auf, dessen Durchmesser zwischen 50 und 500 um und vorzugsweise 100 und 200 um wie bei den Mikroperforationen der Platten nach dem Stand der Technik liegt. Dieser zylindrische Teil kann durch einen divergierenden Bereich in Form einer Kuppel oder eines Kegels oder durch eine plötzliche Erweiterung, die durch einen Auslassbereich größeren Durchmessers als der Eintrittsbereich erhalten wird, verlängert sein.
Vorteilhafterweise liegt die Dicke der Platte zwischen 1 und 3 mm, wobei die maschinell hergestellten Löcher selbst, in die die Einsätze eingepasst sind, einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen.
Die Unterseite der Einsätze kann bezüglich der Unterseite der Platte zurückspringend sein.
Dank einer solchen Ausführung der perforierten Platte können Strahlen erzeugt werden, deren Anzahl und Durchmesser denen der Platten nach dem Stand der Technik entspricht, mit dem Vorteil der Bildung jedes Strahls in einer Düse, deren Geometrie, Oberflächenzustand und Härte außergewöhnlich sind.
Neben einer erhöhten Lebensdauer gestatten diese neuen perforierten Platten mit Einsätzen aus Zirkoniumdioxid, Saphir, Rubin oder anderen Materialien mit gleichwertiger Härte, wie zum Beispiel Keramik, den Betrieb bei hohen Drücken, wobei eine sehr hohe Gleichmäßigkeit der Strahlen bei einer erhöhten Lebensdauer der Platten vorliegt, und überraschenderweise führen solche Platten bei der Behandlung von Vliesstoffen zu einer Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Produkte.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung und die Vorteile, die sie mit sich bringt, werden jedoch durch die nachfolgend beispielhaft, aber nicht einschränkend, angeführten Ausführungsbeispiele, die durch die beigefügten schematischen Darstellungen veranschaulicht werden, besser verständlich; es zeigen darin:
- wie oben erwähnt, Fig. 1 auf schematische Weise als Schnittansicht entlang ihrer vertikalen Symmetrieebene die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Injektors, wobei Fig. 2 wiederum ebenfalls als Schnitt die Konstruktion der mit Mikroperforationen versehenen Platten zeigt, die in den Injektoren nach dem Stand der Technik verwendet werden;
- Fig. 3 als Schnitt und stark vergrößert die Konstruktion einer erfindungsgemäß hergestellten perforierten Platte;
- Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsvarianten von Einsätzen, die zum Erhalt einer erfindungsgemäßen perforierten Platte verwendet werden können.

Durchführungsweise der Erfindung

Auf die beigefügte Fig. 3 Bezug nehmend, besteht die erfindungsgemäße mit Mikroperforationen versehene Platte somit, wie die bereits bekannten Platten (7), aus einem Streifen aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke zwischen 1 und 3 mm, in dem Löcher (12) mit zylindrischem Querschnitt maschinell hergestellt worden sind.
Zur Erzeugung der Mikrostrahlen werden aus Zirkoniumdioxid, Saphir, Rubin oder anderen Materialien mit gleichwertiger Härte hergestellte Einsätze (13) in das Innere jedes Lochs (12) eingepasst.
Der Außendurchmesser solcher Einsätze (13) entspricht dem Durchmesser der Löcher (12) und liegt somit zwischen 0,5 und 2 mm.
Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke der Einsätze kleiner als die Dicke der Platte (7), so dass sie bezüglich der Unterseite (14) der Platte zurückspringen, wenn die Einsätze (13) angeordnet worden sind.
Jeder Einsatz weist über seine Dicke eine Kapillare oder Mikroperforation (15) mit einem Durchmesser zwischen 100 und 200 um auf, die an ihrer Basis durch einen divergierenden Bereich (16) in Form einer Kuppel oder eines Kegels verlängert wird.
Das Vorhandensein solcher divergierenden Bereiche (16) sowie die Tatsache, dass die Einsätze (13) bezüglich der Unterseite (14) der Platte (7) zurückspringend sind, führt dazu, dass die Kapillare (15) in dem Hohlraum im Inneren jedes Lochs (12) mündet.
Überraschenderweise führt eine solche Konstruktion zu einer besseren Strahlenbildung.
Zur Darstellung der durch die Erfindung gebotenen Vorteile, sind auf einer Maschine des Typs "Jetlace 2000" der Anmelderin, die mit nach dem Stand der Technik hergestellten Injektoren, wie in Fig. 2 dargestellt, sowie mit Injektoren ausgestattet ist, die mit einer erfindungsgemäß hergestellten perforierten Platte (7) für eine zweite Versuchsreihe, die unter den gleichen Wasserdruckbedingungen durchgeführt wurde, versehen ist, Vergleichsversuche durchgeführt worden.
In diesen Vergleichsversuchen weisen die Injektoren, die einen Aufbau nach der Darstellung von Fig. 1 aufweisen, die folgenden Merkmale auf:
- Durchmesser der oberen Kammer (4): 50 mm
- Durchmesser der Leitungen (5): 6 mm
- Achsabstand zweier aufeinanderfolgender Leitungen (5): 10 mm
- Höhe der Leitungen (5) 35 mm
- Höhe der unteren Kammer (6) 10 mm.
Bei der ersten Versuchsreihe (Versuche Nr. 1) weist die gemäß dem Stand der Technik mit Mikroperforationen hergestellte Platte zwei Reihen von 120 um-Mikroperforationen auf, die in jeder Reihe mit einem Abstand von 1,2 mm zueinander angeordnet und von einer Reihe zur nächsten versetzt sind, wobei jede Reihe 833 Mikroperforationen aufweist, die somit zu einer Platte führen, die 1666 Mikroperforationen aufweist.
Die Dicke des Streifens aus rostfreiem Stahl, aus dem die Platte hergestellt ist, beträgt 1 mm.
Die andere Versuchsreihe (Versuche Nr. 2) wird an Platten durchgeführt, die gemäß der Erfindung aus einem ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellten Streifen hergestellt sind, der aber eine Dicke von 2 mm aufweist.
In einer solchen Platte sind die Mikroperforationen in Einsätzen (13) hergestellt worden, die in Löcher (12) mit einem Durchmesser von 0,7 mm eingelassen sind.
Jeder Einsatz (13) weist eine Dicke von 0,2 mm auf und enthält in seinem mittleren Teil eine Kapillare (15), die ebenfalls einen Durchmesser von 120 um aufweist, die durch einen divergierenden Bereich (16) verlängert ist.
Diese Einsätze sind aus Zirkoniumdioxid hergestellt und sind wie bei der gemäß dem Stand der Technik mit Mikroperforationen hergestellten Platte in zwei Reihen angeordnet, wobei jede Reihe ebenfalls 833 Löcher enthält, die jeweils einen Durchmesser von 120 um besitzen und in jeder Reihe in einem Abstand von 1,2 mm angeordnet sind, was somit zu einer Platte führt, die ebenfalls 1666 Löcher pro Meter enthält.
In den beiden folgenden konkreten Beispielen, wird der Versuch Nr. 1 an einer herkömmlichen perforierten Platte durchgeführt und der Versuch Nr. 2 an einer perforierten Platte mit Einsätzen aus Zirkoniumdioxid gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

Unter den oben genannten Bedingungen wird ein Vliesstoff auf Basis von Viskosefasern 1,7 dtex/40 mm mit einem Gewicht von 150 g/m² behandelt.
Die Behandlungsbedingungen sowie die Eigenschaften des erhaltenen Produkts gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor.

Beispiel 2

Es wird eine zweite Versuchsreihe durchgeführt, und zwar an einem Vliesstoff auf Basis von Polyesterfasern 1,7 dtex/38 mm mit einem Gewicht von 330 g/m².
Die Behandlungsbedingungen (Druck) und Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.
Es wurde festgestellt, dass man bei den beiden Vergleichsversuchsreihen bei den erfindungsgemäß hergestellten Platten eine verbesserte Festigkeit des behandelten Produkts sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung erhält.
Des Weiteren hat man während des Gebrauchs festgestellt, dass die erfindungsgemäß hergestellten Platten eine längere Lebensdauer aufweisen als die Platten nach dem Stand der Technik.
Darüber hinaus hat man festgestellt, dass das gemäß Beispiel 1 erhaltene Produkt, das somit auf Viskosefasern basierte, nach der Behandlung im Rahmen einer erfindungsgemäßen Behandlung einen viel gleichmäßigeren Oberflächenzustand aufwies, während auf dem von einer herkömmlichen Platte hergestellten Produkt Strahlenspuren auftraten.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen, die einen leichteren Austausch eines Einsatzes (13), der während des Gebrauchs beeinträchtigt werden könnte, gestatten und des Weiteren alternative Formen der Kapillaren zeigen.
Somit ist der Einsatz (13) bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform nicht direkt im Inneren der Leitung (12) angebracht, sondern mittels einer Zwischenstütze (20), die in die Leitung (12) eingepasst ist, die deshalb einen größeren Durchmesser aufweist als die in Fig. 3 dargestellte.
Diese Stütze weist eine geringere Härte auf als die des Einsatzes (13) und kann aus rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Bei dieser Ausführungsform ist die Kapillare (15) über ihre gesamte Länge zylindrisch und mündet in einer Leitung (21) mit einem größeren Durchmesser, was zu einer plötzlichen Erweiterung führt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante ist der Einsatz (13) ebenfalls aus Zirkoniumdioxid hergestellt und weist an seinem oberen Teil einen Rand (22) auf, der an der Oberseite der Platte (7) anliegt.
Die Kapillare besteht ebenfalls aus einer zylindrischen Leitung (15), die durch einen Bereich (23) größeren Durchmessers verlängert ist, wodurch ebenfalls eine plötzliche Erweiterung bewirkt wird.
Eine solche Ausführung kann das Entfernen eines Einsatzes zwecks seines Austausches erleichtern.
Obgleich die Einsätze in den dargestellten Beispielen bezüglich der Unterseite der Platte zurückspringend angeordnet sind, könnte schließlich auch vorgesehen werden, dass sie mit dieser auf einer Höhe liegen.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle im Rahmen des gleichen Gedankens ausgeführten Varianten.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung von flächigem Material mittels Wasserstrahlen/-nadeln, die Folgendes umfasst:

- einen Körper zur Zuführung von Druckwasser mit einer sich über die gesamte Länge des Körpers erstreckenden Zufuhrkammer, in die durch einen Filter das Druckwasser zugeführt wird;

- einen Verteilungsbereich, der das Druckwasser über die gesamte Behandlungsbreite verteilt und eine Platte (7) aufweist, die mit Mikroperforationen versehen ist, deren Löcher gegen die Fläche des zu behandelnden Materials gerichtete Wassernadeln definieren,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroperforationen (15) im Inneren von Einsätzen (13) aus hartem Material hergestellt sind, die in zuvor über die gesamte Dicke der Platte eingearbeitete Löcher (12) eingepasst sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass.die Einsätze aus Zirkoniumdioxid, Rubin, Saphir, Keramik oder anderen Materialien mit gleichwertiger Härte hergestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (13) eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die Tiefe der in die Platte (7) eingearbeiteten Löcher (12).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare oder Mikroperforation jedes Einsatzes (13) einen zylindrischen Eintrittsbereich (15) aufweist, wobei dieser zylindrische Teil durch einen divergierenden Bereich (16) in Form einer Kuppel oder eines Kegels verlängert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maschinell hergestellten Löcher (12), in denen die Einsätze (13) eingepasst sind, einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen, wobei die Kapillare oder Mikroperforation jedes Einsatzes einen Durchmesser zwischen 50 und 500 um und vorzugsweise zwischen 100 und 200 um aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) an einer in das Loch (12) eingepassten Zwischenstütze (20) angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Leitung (15) in einer Leitung (21-23) größeren Durchmessers mündet, wodurch es zu einer plötzlichen Erweiterung kommt.