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Gebiet auf dem die Erfindung
liegt
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Diese
Erfindung befasst sich allgemein mit Kardiergarnituren, und betrifft
im Besonderen die Verbesserung der Effizienz der Faserübergabe
auf Abnehmertrommeln oder Arbeitstrommeln während des Kardierens von Textilien.
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Hintergrund der Technik
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Ein
besonders wichtiger Aspekt beim Kardieren ist die Effizienz der
Faserübergabe
von der Hauptwalze oder Haspel auf die Abnehmertrommel. Eine geringe Übergabeeffizienz
führt zu
einem übermäßigen Rücklauf von
Fasern um die Haspel, was wiederum zu einer Minderung der Qualität des Produkts
durch einen Anstieg von Faserbruch und zum Vorkommen von Nissen
im Gewebe führt.
Bei der Kammgarnverarbeitung führt
der Anstieg von Faserbruch zu einer Reduktion der durchschnittlichen
Faserlänge
oder Hauteur in dem gekämmten
Wollprodukt. Der Abnehmertrommeldraht ist speziell so gestaltet
und hergestellt, dass er die Übergabeeffizienz maximiert,
indem sichergestellt wird, dass die Verarbeitungswinkel optimiert
sind und die Spitzen der Zähne
scharf sind. Die Lebenszeit des Drahts wird durch passende Metallurgie
und Hitzebehandlung des Drahtes während seiner Herstellung maximiert.
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Die
Arbeitstrommeln auf Kardiermaschinen funktionieren auf die selbe
Weise wie Abnehmertrommeln, und die hier beschriebene Technik, so
weit sie sich auf Abnehmertrommeldrähte bezieht, wird genauso auch
bei Arbeitstrommeldrähten
angewendet.
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Offenlegungen
von Metallkardiergarnituren sind in den
US Patenten 4964195 ,
5581848 und
5755012 zu finden.
US Patent 4964195 beschreibt einen
Kardierdraht, bei dem zur Verbesserung des Kardiervorgangs, die
Zähne so
geformt sind, dass sie hakenförmigen
Spitzen haben, um damit Nissen aufzumachen. Diese hakenförmige Spitze
ist oben flach und an der Unterseite auf die gerade Innenkante des Zahns
zu konvex geformt, obwohl bei dem entsprechenden kommerziellen Produkt
die Unterseite des Zahns flach oder nahezu flach und zur Basis des Drahts
hin geneigt ist. Das flache obere Ende ist dazu gedacht, als eine
Fasern umlenkende Oberfläche
zu wirken, und verringert so die gesamte Öffnung, die zwischen den Zähnen für die Aufnahme
der Fasern zur Verfügung
steht. Das
US Patent 5581848 beschreibt
einen Kämm-
oder Kardierzahn mit einer zweiten Spitze in der kämmenden
Vorderkante.
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WO 94/24348 beschreibt einen
Kardiergarniturdraht, der eine Vielzahl von Zähnen beinhaltet, worin jeder
Zahn eine leitende Oberfläche,
die zur Einstellung deren Rauheit behandelt wurde, hat.
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Ein
anderer bekannter Draht für
den Einsatz beim Kardieren verfügt über längliche
Rillen, die in beide Seiten der Zähne eingeschnitten sind. Dieser Draht
wird "geriffelter" Draht genannt, und
sein Zweck ist es, das Abnehmen von glatten Fasern dadurch zu verbessern,
dass er eine Grube in den Zahnseiten bereitstellt, welche das Abgleiten
der Fasern von den Stiften verhindert. Tests durch den gegenwärtigen Antragsteller
haben gezeigt, dass das für
diesen Zweck von eingeschränktem
Nutzen ist, selbst dort, wo die Rillen einen rechteckigen Querschnitt
haben und relativ tief sind.
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1 veranschaulicht
die aufeinanderfolgenden Stadien bei der Übergabe einer langen Faser 8 von
einer Haspel 4, die links angedeutet ist, auf eine Abnehmertrommel 6.
Die aufeinanderfolgenden Positionen der Faser 8 sind bildlich
bei a bis g dargestellt. Die Pfeile 4a, 6a zeigen
die Richtungen der Drehung an. Sobald eine Faser sich um einen Abnehmertrommelzahn 7 schlingt,
wird sie anschließend
daran gestreckt (Position a) und von dem Zahn 5 der Haspel 4 auf
Grund der weitaus höheren
Oberflächengeschwindigkeit
der Haspel sowie des Vorwärtswinkels
des Zahns unter Spannung gehalten. Vorausgesetzt dass die Faser
auf der Abnehmertrommel gespannt ist, entwickelt sich die Position
zu einer Position weiter, in welcher die Faser senkrecht zur Oberfläche der
Abnehmertrommel steht, unter der Bedingung, dass der Abnehmertrommelzahn
die Faser festhalten kann.
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Der
tatsächliche
Winkel, der eingenommen wird, hängt
von der Größenordnung
des Koeffizienten der Reibung zwischen der Faser und den entsprechenden
Metalldrähten
ab.
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Frühere Analysen
der Effizienz von Abnehmertrommeldrähten haben die Effektivität der Faseraufnahme
betont und den Effekt des Faserverlusts von den Stiften, was letztendlich
den Level der Übertragungseffizienz
bestimmt, ignoriert. Bei einer Abnehmertrommel, die unter Betriebsbedingungen
im Gleichgewicht arbeitet, gilt, je kleiner die Übergabeeffizienz zur Abnehmertrommel
ist, desto dicker ist die Schicht zurückgelaufener Fasern auf der
Haspel, und desto geringer ist der Griff der Zähne auf der Haspel auf die
Faser, die von der Abnehmerrolle festgehalten wird. Andersherum
verringert dies die Spannung in der Faser und erhöht die Chance,
dass die Faser von der Abnehmertrommel zurückgehalten wird. In der Tat
sind Abnehmertrommeln auf zurückgelaufene
Fasern angewiesen, welche den Griff der Stifte der Haspel verringern,
so dass die Übergabe von
der Haspel stattfinden kann. Somit ist die Effizienz der Abnehmertrommel
eine dynamische Funktion des Designs des Abnehmertrommeldrahts und der
Natur der verarbeiteten Faser.
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Ein
Zweck dieser Erfindung, zumindest in einer Anwendung, ist die Steigerung
der Effizienz, mit welcher Fasern von der Haspel auf die Aufnehmertrommel übertragen
werden. Die Erfindung findet auch Anwendung beim Design der Arbeitstrommeldrähte, weil
Arbeitstrommeln auf die selbe Weise arbeiten wie Abnehmertrommeln.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung hat im Wesentlichen das Konzept zur Folge, dass eine erhöhte Effizienz
der Faserübergabe
erreicht werden kann, indem einer oder mehrere Unterschnitte auf
der nach vorne gerichteten oder auf der inneren Vorderseite der
hervorstehenden Zähne
von Kardierdraht, der sich auf der Aufwickelkomponente für ein Übergabestadium
beim Kardieren befindet, ausgebildet sind. Der oder jeder Unterschnitt
enthält
vorzugsweise einen Teil, der im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung
des Drahts verläuft,
d. h. der peripheren Oberfläche
der zylindrischen Struktur, um welche der Draht gewickelt ist.
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Folglich
stellt die Erfindung eine Kardiergarnitur bereit, welche einen Profildrahtstreifen
mit einer Basis und einer Vielzahl von in Längsrichtung angeordneten Zähnen umfasst,
von denen jeder eine hervorstehende Spitze sowie eine Wiedereintrittskantenvorderseite,
die unter der hervorstehenden Spitze liegt, aufweist; worin die
Kantenvorderseite eines jeden Zahns wenigstens einen Unterschnittkantenabschnitt
umfasst, welcher längs
der Kantenvorderseite von der Spitze aus, in einem Abstanden angeordnet liegt,
wobei der Unterschnitt wenigstens einen Teil beinhaltet, welcher
im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung
des Profildrahts verläuft,
wodurch der Rückhalt
der Fasern durch die besagte Kantenvorderseite während des Kardierens erhöht wird.
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Vorzugsweise
sind eine Vielzahl der besagten Kantenabschnitte in Abständen voneinander
und von der besagten Spitze aus entlang der besagten Kantenvorderseite
angeordnet. Der oder jeder Unterschnittkantenabschnitt enthalten
wenigstens einen Teil, der im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des
Profildrahts verläuft.
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Noch
bevorzugter bildet dieser Teil das meiste oder den gesamten Unterschnittkantenabschnitt.
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Vorteilhafterweise
befinden sich viele Unterschnittkantenabschnitte in der besagten
Kantenvorderseite und der Abstand dieser Kantenabschnitte steigt
in einer Richtung an, die von der Spitze des Zahns fort weist. In
einer Ausführungsform
liegt der äußerste Endpunkt
eines jeden Kantenabschnitts in der Fluchtlinie der besagten Kantenvorderseite,
dort wo die Kantenabschnitte nicht vorhanden sind.
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In
einer Anordnung liegen die zurückgesetzten
Teile der besagten Kantenvorderseite zwischen den Unterschnittkantenabschnitten
generell parallel zu der Fluchtlinie der besagten Kantenvorderseite, dort
wo die Kantenabschnitte nicht vorhanden sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
sind der oder jeder Unterschnittkantenabschnitt mit einer Kerbe
oder einer gezackte Aussparung in der besagten Kantenvorderseite
versehen.
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Die
Erfindung stellt auch eine Kardiertrommel bereit, z. B. eine Abnehmertrommel
oder eine Arbeitstrommel, die mit einer Kardiergarnitur gemäß der Erfindung
belegt ist, sowie eine Kardiermaschine, welche eine oder mehrer
solcher Trommeln enthält.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird jetzt nur als Beispiel weiter beschrieben, mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen Folgendes dargestellt ist:
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1 stellt
die aufeinanderfolgenden Stadien bei der Übergabe einer Faser von einer
Haspel auf eine Abnehmertrommel dar, und wird detailliert in "Hintergrund der Technik" weiter oben besprochen;
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2 ist
eine vergrößerte, isometrische
Ansicht von drei benachbarten Zähnen
eines Profildrahts gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, welche geeignet für
die Verwendung als Arbeitstrommeldraht ist;
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3 ist
das Diagram einer Seitenansicht eines der in 2 gezeigten
Zähne;
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4 bis 6 sind ähnliche
Ansichten wie 3 von entsprechenden, alternativen
Ausführungsformen;
und
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7 und 8 sind
Graphen, welche die Leistung von Abnehmertrommeldraht der Form,
wie sie in den 2 und 3 gezeigt
ist, anschaulich darstellen.
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Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen
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Der
Zahn eines konventionellen Abnehmertrommeldrahts hat eine innere
oder abgeschrägte Wiedereintrittskantenvorderseite,
wodurch eine hervorstehende Gesamtform erzeugt wird. Das erfinderische
Konzept liegt darin, dass die signifikante Steigerung der Effektivität des Abnehmertrommeldrahts dadurch
realisiert werden kann, dass die innere oder Wiedereintrittskantenvorderseite
des Zahns, d. h. die Kantenvorderseite unter dem Vorstand, so parallel wie
möglich
zu der Basis des Drahts gemacht wird. Auf den ersten Blick bedingt
dies, dass die Zähne
als stark verlängerte,
stark abgestumpfte Elemente ausgeformt werden, wodurch der Griff
auf die Faser während
aller Stadien der Übergabe
von der Haspel auf die Abnehmertrommel verbessert wird.
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Dieses
verlängerte
Profil ist jedoch nicht das Praktischste, weil erstens die Zähne zu schmal
sein könnten,
um robust genug zu sein, und weil zweitens dort der Platz, der für die Aufnahme
der gesammelten Fasern zur Verfügung
steht, stark verringert ist. Die vorliegende Erfindung widmet sich
dieser Schwierigkeit, hält
aber das Hauptkonzept bei, indem sie vorsieht, dass ein oder mehrere,
vorzugsweise eine Vielzahl von Unterschnittkantenabschnitten, welche
vorzugsweise parallel zu der Basis und der Längsrichtung des Drahts verlaufen,
auf der innen liegende oder Wiedereintrittskantenvorderseite eines jeden
Zahns ausgebildet werden. Eine einfache Ausführungsform dieses Ansatzes
ist in den 2 und 3 veranschaulicht. 2 stellt
anschaulich einen 3-Zahn-Abschnitt eines Profildrahts dar, welcher geeignet
für die
Verwendung als Abnehmertrommeldraht ist, und in welchem die innere
Kantenvorderseite 112 eines jeden Zahns 110 so
gestanzt ist, dass ein gestuftes Profil in kleinem Maßstab, bestehend aus
drei Stufen 114 und zurückgesetzten
Teilen oder Steigungen 118 bereitgestellt wird. Die Stufen 114 stellen
Unterschnittkantenabschnitte dar und sind allgemein flach und parallel
zu der Basis 113 des Drahts sowie zu der Längsrichtung
des Drahts. Es wird vermutet, dass dieses gestufte Profil der Tendenz
der Fasern, während
der kritischen Stadien des Abnehmens, z. B. an Position c in 1,
von dem Zahn abzugleiten, entgegenwirkt. Es muss angemerkt werden,
dass die Stufen 114 nicht störend in das Abstreifen von
der Abnehmertrommel selber einwirken, vorausgesetzt der Winkel der
Stufe ist so bemessen, das der resultierende Unterschnitt keinen Haken
bildet, worin sich Fasern verfangen können.
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Der
Pfeil 120 in 3 zeigt die Richtung der Abstreifbewegung
an (wohingegen der Pfeil 122 die allgemeine Richtung des
Zugs an der Faser durch die Haspel ist). Es muss jedoch angemerkt
werden, dass eine Steigerung des Winkels der Stufe den Festhaltewinkel
des Drahts erhöht,
und für
manchen besondere Zwecke können
die damit verbundenen Vorteile die größeren Schwierigkeiten beim
Abstreifen wettmachen.
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Die
Spitzenregion 111 ist oben leicht angeschnitten, wie es
bei 111a veranschaulicht ist. Jede der Steigungen 118 ist
zu der Lage der originalen, geneigten Kantenvorderseite 112 gewinkelt,
welche unverändert
bei 112a angrenzend an die Basis 113 verbleibt.
Auf diese Weise bleibt das äußerste Ende
einer jeden Stufe 115 auf der Linie der originalen Kantenvorderseite 112.
Die Steigung 118 kann senkrecht zu der Basis 113 stehen,
neigt sich aber vorzugsweise in einem kleinen Winkel zu der Kantenvorderseite 112 hin.
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Eine
mögliche
Schwierigkeit mit dem Profil, das in den 2 und 3 dargestellt
ist, liegt darin, dass die vertikalen Teile, d. h. die Steigungen 118, zwischen
den Stufen den Widerstand gegen das Aufnehmen einer Faser von der
Haspel steigern können. Das
kommt daher, dass die Kraft, die nötig ist, um die Faser an den
steiler geneigten Steigungen 118 nach unten zu drücken, größer als
bei dem normalen Zahn ist. Um diese Schwierigkeit zu vermieden und
ein unbehindertes Sammeln von Fasern sicherzustellen, sind bei der
modifizierten Ausführungsform 210,
die in 4 dargestellt ist, die Steigungen oder zurückgesetzten
Teile 218 parallel zu der Lage der originalen Kantenvorderseite 212.
Bei diesem Arrangement ist es vorteilhaft, dass der Abstand der
nachfolgenden Unterschnittkantenabschnitte oder Stufen 214 voneinander
in der Richtung von der Spitze 211 fort zunimmt. Ohne dies,
könnte
die Dicke des Zahns auf die Spitze zu stark gefährdet sein, was eventuell seine
Haltbarkeit verkürzen
würde.
Es wird auf jeden Fall einzusehen sein, dass das exakte Profil der
inneren Kantenvorderseite durch vorsichtige Gestaltung optimiert
werden kann, und dass innerhalb des Konzepts der Erfindung viele
verschiedene Profile möglich
sind.
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In
einer anderen Variante können
die Stufen sukzessive tiefer werden, d. h. längs des Drahtes weiter.
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Das
Profil aus 4 hat den Vorteil, dass dadurch
sowohl das Sammeln als auch das Zurückhalten von Fasern durch die
Abnehmertrommel maximiert wird. Alternative Technologien, wie etwa
gesägter
Draht oder das Aufrauen der inneren Vorderseite durch Abtragen oder
durch das Aufbringen von körnchenartigen
Partikeln, stellen keine ähnliche
Kombination von Vorteilen bereit. Ein Nachteil dieser alternativen
Technologien liegt darin, dass Fasern dazu neigen, sich an den Spitzen
der Stifte anzusammeln, weil es für Fasern genauso schwer ist,
die Stifte nach unten wie nach oben zu rutschen, was die weitere Übergabe
der Faser auf die Abnehmertrommel behindert. Dieser Nachteil wird
von den Profilen aus den 3 und 4 ganz klar
vermieden.
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Jede
der Ausführungsformen,
die in den 2 bis 4 anschaulich
dargestellt ist, hat drei Stufen 114, 214. 5 stellt
ein alternatives Design 310 dar, in welchem die Vorderkante 312 so
gestanzt ist, dass sie viele Stufen 314 bereitstellt, die
in engem Abstand zueinander liegen und von vertikalen (d. h. senkrecht
zur Oberfläche
der Basis 313) Steigungen 318 getrennt sind. Obwohl
dieses Design viele Unterschnitte bereitstellt, um damit Fasern
einzufangen, sind etwa drei Stufen vermutlich ausreichend.
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Obwohl
Studien gezeigt haben, dass die Faserdichte an den Walzenspalten
der Faserübergabe bei
einer Faser pro Zahn liegt, was nahe legt, dass nur ein bis zwei
Stufen nötig
sind, kann die Faserdichte lokal stark schwanken: Falls ein gegebener Zahn
nur eine oder zwei Stufen 314 hat, könnten Fasern auf Grund des
nicht ausreichenden Stufenabstandes nicht festgehalten werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Profildrahtzahns 410 ist in 6 dargestellt.
Hier werden die Unterschnittkantenabschnitte 414 durch
eine Reihe von ausgestanzten Kerben oder gezackten Aussparungen 430 entlang
der inneren Kantenvorderseite 412 bereitgestellt. Es sollte
auf jeden Fall einleuchtend sein, dass die im Allgemeinen halbkreisförmige Form
der Kerben 430, die in 6 anschaulich
dargestellt ist, der Einfachheit halber verwendet wurde, und dass
viele andere Formen möglich
sein können. Vorzugsweise
ist irgendein Teil des Unterschnitts im Wesentlichen horizontal
oder parallel zu der Basis und zu der Längsrichtung des Drahts. Der
Winkel der Steigungen 418 muss ebenfalls optimiert werden,
um ein effizientes Sammeln von Fasern zu gewährleisten.
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Anfängliche
Versuche haben gezeigt, dass die Vorzüge des Drahtprofils der Erfindung
bei niedrigem Haspel-Abnehmertrommel-Verzug besonders offensichtlich
werden, d. h. bei relativ hohen Geschwindigkeiten der Abnehmertrommel.
Das kommt daher, dass im Gegensatz zu konventionellen Abnehmertrommeldrahtzähnen, wo
bei höheren
Rotationsgeschwindigkeiten die Fasern zurück auf die Haspel gleiten,
hier die Unterschnitte der Erfindung das Zurückhalten der Faser erleichtern
und so das Zurückstreifen
von der Walze verringern, d. h. die Effizienz der Übergabe
steigern. In Modellversuchen mit Draht, der die Profile aus den 2 und 3 hat,
wurde die Übergabeeffizienz
auf etwa 20 % höher
bewertet als diejenige eines konventionellen Drahts, was durch eine
schnellere Abnahmerate von Fasern auf der Haspel, die gemessen wurde,
angezeigt wurde. Dieser Effekt ist in dem Graphen von 7 dargestellt.
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Es
gab einen entsprechenden, zu beobachtenden Anstieg in der Hauteur,
welcher in 8 dargestellt ist, und welcher
das geringe Zurückhalten
auf der Haspel sowie eine Reduktion des Faserbruchs wiederspiegelt.
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Die
gesteigerte Effizienz des Drahts der Erfindung kann auf zwei Weisen
eingesetzt werden: entweder um einen Anstieg der Hauteur, oder um eine
gesteigerte Produktionsrate zu liefern. Mit anderen Worten ausgedrückt, Bekleidungshersteller
können
entweder einen längeren
Wollfaden oder eine höhere
Produktionsrate erzielen.
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Eine
andere Weise, auf welche Vorteil aus der Erfindung gezogen werden
kann, liegt darin, den Durchmesser der Abnehmertrommel gegenüber den konventionellen
Maßen
zu verringern. Zum Beispiel liegt der Durchmesser der Abnehmertrommel
von Kardiermaschinen für
Kammgarn mit einer einzelnen Abnehmertrommel üblicherweise bei 1000 mm. Es
ist gedacht, dass der Durchmesser auf 300 mm oder so ähnlich reduziert
werden kann, wenn die Abnehmertrommel gemäß der Erfindung übernommen
wird. Bei Kardiermaschinen mit Doppelabnehmertrommeln wäre die Reduktion ähnlich.
Obwohl die obige Diskussion in erster Linie in Bezug auf Abnehmertrommeln
geführt
wurde, können
die veranschaulichten oder andere, geeignete Ausführungsformen
von Profildraht auch in Metallgarnituren für Arbeitstrommeln verwendet
werden, aber in diesem Fall gibt es einige andere Optionen, die übernommen
werden könnten. Da
eine Kardiermaschine viel mehr Arbeitstrommeln hat, gibt es zunächst die
Option, das Ausmaß des
Zugriffs auf die Faser durch die Kardiermaschine zu staffeln. Das
kann auf ganz einfache Weise erfolgen, z. B. dadurch dass mit Arbeitstrommeln
begonnen oder aufgehört
wird, welche mit dem neuen Draht umwickelt sind; verschiedene Mischungen
von konventionellem und neuem Draht sind ebenfalls möglich.
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Die
Verwendung des Drahts ist nicht auf Kardiermaschinen für Kammgarn
beschränkt.
Er kann auch Verwendung beim Kardieren von Vlies finden, insbesondere
unter Umständen,
wo Nissen ein signifikantes Problem sind, oder wo der Reibungskoeffizient
der Faser sehr niedrig ist, z. B. beim Kardieren von PTFE-(Teflon)
Fasern. Die Erfindung könnte auch
beim Kardieren von Baumwolle verwendet werden, wo die Erfindung
in der Lage sein könnte,
die Praxis des automatischen Schärfens
des Abnehmertrommeldrahts zu ersetzten, um das vorzeitige Entfernen
der Fasermasse vom Grund der Abnehmertrommel zu verhindern.
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Profildraht
gemäß der Erfindung
kann durch im Wesentlichen konventionelle Mittel hergestellt werden,
z. B. durch das Ausstanzen von zunächst einheitlichem Draht in
einer Laufrichtung.