Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verbindung eines Endlosfadens mit einem oder mehreren
Stapelfasergarnen oder von zwei oder mehreren Stapelfasergarnen durch Luftverwirbelung.
Solche Verbindungen von Garnen, die teilweise auch unter anderen Bezeichnungen, wie beispielsweise
Blasen oder Luftumwirbelung, bekannt sind, werden für die Herstellung elastischer
Garne verwendet, deren Einsatzmöglichkeiten sich in letzter Zeit stark vergrössert haben (z.B.
Unterwäsche, Sportbekleidung, Oberbekleidung, Shirts, Pullover). Elastische Garne werden in
steigendem Mass als Verbundgarne verarbeitet, und zwar in Form von Umwindegarnen (Umwindezwirnen),
Doppeldrahtzwirnen und umsponnenen Garnen (core Garnen).
Mit Ausnahme des AC-Verfahrens (Air-covering) wird das Elastomergarn bei allen anderen Verfahren
umwunden, umzwirnt oder umsponnen. Obwohl diese mechanischen Verfahren sehr
langsam sind, hat sich das wesentlich schnellere und bezüglich der Produktionskosten billigere
AC-Verfahren bisher nur in Teilbereichen durchsetzen können. Es war bisher ausschliesslich
auf Filamentgarne beschränkt und konnte für reine Stapelgarne nicht eingesetzt werden.
Beim klassischen AC-Verfahren entsteht durch die aerodynamische Verwirbelung des Filamentgarns
mit dem Elastan eine Art von Schlingengarn. Das verwirbelte Garn zeigt grosse Volumenunterschiede,
wobei die Elastankomponente mit dem Filamentgarn nur punktförmig verbunden
und das Elastan teilweise sichtbar ist. Bei den Umwindegarnen hingegen ist die Elastankomponente
je nach dem gewählten Dehnungsbeiwert weitgehend umhüllt und praktisch unsichtbar,
und das umzwirnte Garn zeigt eine relativ gleichmässige Struktur.
Zur Ermöglichung der Anwendung des AC-Verfahrens auf Stapelgarne wurde vor kurzem vorgeschlagen
(europäische Patentanmeldung Nr. 99 106 310.8), zur Verwirbelung eine Gruppe
von drei hintereinander angeordneten Düsen zu verwenden, wobei in den beiden äusseren Düsen
eine Verdrehung des Garns in der einen und in der inneren Düse eine Verdrehung in der
anderen Richtung erfolgt. Die kontinuierliche Verwirbelung ermöglicht die Verarbeitung von
Stapelgarnen und die Anordnung mit den drei Düsen liefert eine relativ stabile Verbindung zwischen
den Garnen, wobei die mittlere Düse zur Fixierung der Drehungen im Garn dient.
Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des AC-Verfahrens wurde in der europäischen Patentanmeldung
Nr. 99 109 917.7 vorgeschlagen, nur zwei Düsen vorzusehen und in Garnlaufrichtung
vor der ersten und nach der zweiten Düse und zwischen diesen je einen Drallstopper anzuordnen.
Mit dem durch Druckluft erzeugten Drall werden die Enden der Stapelfasern als Bindemittel
benutzt, indem sich die abstehenden Enden der Spapelfasern um den ganzen Endlos-Elastanfaden
oder um das ganze Stapelfasergarn herumlegen, wodurch das umwirbelte Garn eine
gleichmässige Struktur zeigt und das gebildete Umwindegarn eine hohe Stabilität besitzt und
sehr gut weiterverarbeitet, beispielsweise verzwirnt, gedreht (Gegendraht oder Aufdraht) oder
gestrickt werden kann.
Bei der Vorstufe des Zwirnens oder Drehens dient diese Vorrichtung als Begleitfunktion für das
Fachen zur Bildung des elastischen Garns mit einem oder mehreren Stapelgarnen und ermöglicht
das einwandfreie "Zwirnen" von elastischen Garnen aus reiner Baumwolle auf Doppeldrahtmaschinen,
was bisher nicht möglich war.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Steuerung der Luftzufuhr zu den
Düsen einer Luftverwirbelungsvorrichtung zur kontinuierlichen Verwirbelung von mindestens
zwei Garnen, welchen in den Düsen ein Drall aufgeprägt wird.
Durch die Erfindung sollen die bekannten Vorrichtungen bezüglich Qualität des mit diesen hergestellten
Garns und bezüglich Minimierung des Luftverbrauchs weiter verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Ventil, welches Mittel zur Steuerung der
Luftzufuhr in Abhängigkeit von mindestens einem Spulparameter aufweist. Dieser mindestens
eine Spulparameter ist vorzugsweise die Garngeschwindigkeit, der Spulendurchmesser, das
Spulengewicht oder die Länge des aufgespulten Garns.
Die Steuerung der Luftzufuhr in Abhängigkeit von der Garngeschwindigkeit ist für die Qualität
des hergestellten Garns von wesentlicher Bedeutung, weil die bei maximaler Garngeschwindigkeit
zugeführte Luftenergie ein langsam laufendes Garn zerstören oder zumindest beschädigen
würde. Es ist daher wichtig, dass die Luftzufuhr beim Anlaufen des Garns nicht schlagartig mit
voller Stärke eingeschaltet, und dass sie beim Auslaufen oder Anhalten langsam reduziert wird.
Die Steuerung der Luftzufuhr in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser, vom Spulengewicht
oder von der Garnlänge ermöglicht eine Steuerung des Luftverbrauchs und der Garnqualität
über die Grösse der Spule. Da bei gewissen textilen Nachfolgeprozessen beim Garnabzug von
der Spule bei grossem Spulendurchmesser eine maximale Garnqualität erforderlich ist, welche
bei geringerem Spulendurchmesser durchaus geringer sein kann, wird man bei grossem Spulendurchmesser
mehr Luftenergie zuführen als bei kleinerem. Das hat zusätzlich den Vorteil,
dass der maximale Luftverbrauch und damit auch die maximalen Energiekosten nur bei grossem
Spulendurchmesser auftreten, wogegen bei kleinerem Spulendurchmesser Energiekosten
eingespart werden können. Ein grosser Spulendurchmesser entspricht einem grossen Spulengewicht
und einer grossen Länge des aufgespulten Garns.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventil ein motorisch antreibbares Organ für die Steuerung des Volumenstroms
und einen Sensor für die Überwachung der dem maximalen Volumenstrom entsprechenden
Stellung dieses Organs aufweist.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist
das genannte Organ durch einen Schrittmotor antreibbar. Vorzugsweise ist der dem maximalen
Volumenstrom entsprechenden Stellung des Organs eine bestimmte Anzahl von Schritten des
Schrittmotors zugeordnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert; es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Luftverwirbelung eines Stapelgarns
mit Elastan; und
- Fig. 2
- ein Detail von Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Verwirbelungsvorrichtung V besteht im wesentlichen aus einer als Luftreservoir
dienenden, schachtelförmigen Kammer 1 mit drei an der Kammer montierten und aus
dieser mit Druckluft gespeisten Düsen 2, 2' und 2
und mit an der Kammer fixierten Lagerarmen
(nicht dargestellt) mit Garnführungsrollen 3 und Umlenkrollen 4. Die Kammer 1 weist ausserdem
zwei Druckluftanschlüsse 5 sowie eine Druckluftzuleitung 6 auf. Die Vorrichtung V ist zum
Einbau in eine AC(Air-Covering)-Maschine vorgesehen, in welcher der Vorrichtung V mindestens
ein Stapelgarn F und ein Elastangarn E zur Verwirbelung zugeliefert werden und das bei
der Verwirbelung entstandene Kombinationsgarn U von der Vorrichtung V zu einer Aufwicklung
AW geführt ist. Die Fadenlaufrichtung ist mit einem Pfeil A bezeichnet.
Wie in der Zeichnung angedeutet ist, wird sowohl das Stapelgarn F als auch das Elastan E von
einem Lieferwerk 7 bzw. 8 geliefert, wobei das Lieferwerk 8 für das Elastan seitlich des Fadenlaufs
angeordnet und im Fadenlauf eine Umlenkwalze 9 für das Elastan E vorgesehen ist. Es ist
möglich, auf die Lieferwerke 7 und 8 zu verzichten, wobei aber in diesem Fall in Fadenlaufrichtung
A vor der Vorrichtung V ein ausreichend langer Fadeneinlauf vorgesehen sein muss, welcher
zum Ausgleich von Spannungsschwankungen erforderlich ist.
Die Düsen 2, 2' und 2
, durch die das Stapelgarn F um das Elastan E herumgedreht wird, liegen
auf einer gemeinsamen Achse und sind so ausgebildet, dass durch die beiden äusseren Düsen
2 und 2
eine Drehung des Stapelgarns in der einen und durch die mittlere Düse 2' in der anderen
Richtung erfolgt. Vorzugsweise erhält das Garn durch die mittlere Düse 2' eine Z-Drehung
und durch die äusseren Düsen 2 und 2
eine S-Drehung. Die Düsen 2, 2' und 2
sind voneinander
gleich weit beabstandet, wobei der Abstand von Düsenmitte zu Düsenmitte etwa 40 bis 50
mm beträgt.
Die Druckluftanschlüsse 5 der Kammer 1 sind symmetrisch angeordnet und liegen in der Mitte
zwischen den Düsen 2, 2' und 2', 2
, so dass im Bereich der Zuleitungen zu den Düsen gleiche
Druck- und Strömungsverhältnisse herrschen und an allen Düsen ein gleichmässiger Luftdurchsatz
erfolgt. Die ausserhalb der äusseren Düsen 2 und 2
angeordneten Garnführungsrollen 3
sind gegen die Achse der Düsen 2, 2' und 2
versetzt, so dass die Garne F und E und das Kombinationsgarn
U leicht aus der Achse der Düsen 2, 2' und 2
ausgelenkt werden und an den
Garnführungsrollen 3 nicht nur tangential anliegen, sondern diese mit einem bestimmten Winkel
umschlingen. Dadurch ist gewährleistet, dass die von den äusseren Düsen 2 und 2
bewirkte
Garndrehung, die von diesen Düsen zu den Garnführungsrollen 3 läuft, an den Garnführungsrollen
blockiert wird und sich nicht weiter fortsetzen kann.
Der Abstand zwischen den äusseren Düsen 2, 2
und den Garnführungsrollen 3 beträgt die
Hälfte des Abstands zwischen den Düsen. Die Grösse dieses Abstands hat einen wesentlichen
Einfluss auf die Qualität der Verwirbelung und damit auf die Qualität des Kombinationsgarns.
Die seitliche Versetzung der Garnführungsrollen 3 relativ zur Düsenachse ist relativ gering und
beträgt einige, vorzugsweise etwa 2 bis 10 mm. Diese Versetzung ermöglicht eine höhere Fadengeschwindigkeit.
Jeder Garnführungsrolle 3 ist eine Umlenkrolle 4 zugeordnet, welche zur
Achse der Düsen in der Gegenrichtung versetzt angeordnet ist. Die Umlenkrollen 4 sind zur
Einstellung der Fadenspannung auf ihrem Träger verstellbar befestigt. Sowohl die Garnführungsrollen
3 als auch die Umlenkrollen 4 sind kugelgelagert.
Die Druckluftzuleitung 6 enthält ein Ventil 10, durch welches eine Steuerung der Luftzufuhr in
die Kammer 1 und damit zu den Düsen 2, 2
und 2
in Abhängigkeit von einem Spulparameter
erfolgt, wobei dieser Spulparameter die Garngeschwindigkeit, der Spulendurchmesser, das
Spulengewicht oder die Länge des aufgespulten Garns sein kann.
Mit der Druckluft aus den Düsen 2, 2
und 2
wird einem Garnabschnitt pro Zeiteinheit eine bestimmte
Luftenergie zugeführt, die für die angestrebte Garnqualität erforderlich ist, wobei die
pro Zeiteinheit zugeführte Luftenergie auf die maximale Garngeschwindigkeit der Vorrichtung V
abgestimmt ist. Wenn nun die Garngeschwindigkeit unterhalb des Maximalwerts liegt, was bei
jedem Anfahren und Abstellen der Vorrichtung der Fall ist, erhält jeder Garnabschnitt pro Zeiteinheit
wesentlich mehr Luftenergie, wodurch das Garn zerstört oder zumindest beschädigt
oder in seiner Struktur negativ beeinflusst werden kann. Aus diesem Grund ist es im Hinblick
auf die Qualität des Garns und auf einen möglichst störungsfreien Betrieb der Vorrichtung V
wichtig, dass bei geringen Garngeschwindigkeiten die Luftzufuhr entsprechend reduziert ist.
Dies wird dadurch erreicht, dass durch das Ventil eine Steuerung der Luftzufuhr in Abhängigkeit
von der Garngeschwindigkeit erfolgt.
Die Garnqualität ist unter anderem für den störungsfreien Abzug des Garns von der auf der Aufwicklung
AW hergestellten Spule in den nachfolgenden Verarbeitungsprozessen von wesentlichem
Einfluss, wobei dieser Einfluss mit steigendem Spulendurchmesser zunimmt. Da bei einer
gegebenen Garngeschwindigkeit die Garnqualität mit steigender Luftzufuhr zunimmt (bis zu
einem Maximalwert, oberhalb von welchem sie dann wieder abnimmt), ist es wichtig, zumindest
im Bereich grosser Spulendurchmesser, das Garn mit der entsprechend grossen Luftenergie zu
beaufschlagen. Da aber andererseits Druckluft relativ teuer ist, ist es aus wirtschaftlichen Gründen
vorteilhaft, die Luftzufuhr im Bereich kleiner Spulendurchmesser, wo der Einfluss der Garnqualität
auf die Abzugseigenschaften nicht so stark ist, geringer zu halten und dadurch die
Energiekosten zu senken. Dies wird dadurch erreicht, dass durch das Ventil 10 eine Steuerung
der Luftzufuhr in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser oder vom Spulengewicht oder von der
aufgespulten Garnlänge erfolgt.
Gemäss Fig. 2 besteht das Ventil 10, das eine Art von Drosselventil ist, im wesentlichen aus
einem Ventilkörper 11 mit einem Anschlussstutzen 12, einer Auslassöffnung 13 mit einem Anschluss
14 zur Druckluftzuleitung 6 der Kammer 1 (Fig. 1) und mit einem drehbaren Ventilschieber
15. Der letztere ist auf der Achse eines an den Ventilkörper 11 angeflanschten Motors 16
befestigt. Der Ventilschieber 15 weist an seiner dem Anschlussstutzen zugewandten Stirnseite
im Niveau der Auslassöffnung 13 eine schnecken- oder spiralförmige Abstufung 17 auf, welche
sich über einen Teil des Umfangs des Ventilschiebers von vorzugsweise etwa 270° erstreckt.
Der Ventilschieber 15 weist also im Bereich der Auslassöffnung einen abgestuften Umfangsteil
mit zunehmender Tiefe und einen zylindrischen Umfangsteil auf. Wenn die Auslassöffnung 13
durch den zylindrischen Umfangsteil abgedeckt ist, ist das Ventil geschlossen, wenn sich der
abgestufte Umfangsteil 17 im Bereich der Auslassöffnung 13 befindet, ist das Ventil offen, wobei
der Luftdurchsatz von der Drehstellung des Ventilschiebers 15 abhängig ist.
Der Motor 16 ist vorzugsweise ein Schrittmotor, so dass zwischen der Anzahl der Schritte des
Motors 16 und der Drehstellung des Ventilschiebers 15 ein eindeutiger Zusammenhang besteht.
Insbesondere ist bekannt, wie viele Schritte des Motors 16 von der Geschlossenstellung
bis zur vollständigen Öffnung des Ventils 10 erforderlich sind. Die Air-Covering-Maschine, in
welcher die Vorrichtung 1 eingebaut ist, enthält eine Steuerung mit einem Rechner, welchem
von verschiedenen Sensoren ständig alle relevanten Spul- und Maschinenparameter zugeführt
sind. Der Rechner, der somit die Garngeschwindigkeit, den Spulendurchmesser, das Spulengewicht,
die aufgespulte Garnlänge, usw. kennt, liefert an den Motor 15 Steuersignale zur Verstellung
des Ventilschiebers 15 und damit zur Steuerung des Luftdurchsatzes entsprechend zu den
genannten Spulparametern. Dabei kann diese Steuerung anhand von einem oder mehreren der
genannten Spulparameter erfolgen.
Das Ventil 10 ist mit einem Sensor S für die Überwachung der Position des Ventilschiebers 15
bei der vollständigen Öffnung des Ventils ausgerüstet. Der Sensor S ist durch einen Näherungsschalter
gebildet, der beispielsweise aus einem im Ventilschieber 15 fixierten Geber und
aus einem relativ zum Ventilschieber 15 ortsfest angeordneten Aufnehmer besteht.
Gemäss Fig. 2 besteht der Geber aus einem Plättchen 18 aus magnetischem Material, welches
in der Nähe der Achse des Motors 16 in den Ventilschieber 15 eingelassen ist, und aus einer
metallischen Schraube 19, mit welcher der Ventilschieber 15 auf der Motorachse fixiert ist; zwischen
Plättchen 18 und Schraube 19 besteht ein magnetischer Fluss. Der Aufnehmer 20 ist im
Niveau der Schraube 19 angeordnet und zur Messung dieses magnetischen Flusses ausgerüstet.
Die gegenseitige Lage von Schraube 19 und Aufnehmer 20 ist so gewählt, dass die
Schraube 19 bei vollständig offenem Ventil unmittelbar vor dem Aufnehmer 20 liegt, der in dieser
Position die maximale magnetische Feldstärke registriert. Da bekannt ist, wie viele Schritte
des Motors 16 von der Geschlossenstellung bis zum Erreichen dieser Position erforderlich sind,
ist eine einfache Kontrolle der Offenstellung des Ventils möglich.
Die Beschreibung des Ventils 10 in Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung
zur Luftverwirbelung mindestens eines Stapelgarns mit Elastan mittels dreier hintereinander
angeordeneter Düsen ist nicht als Beschränkung der Anwendung des Ventils 10 auf diesen Maschinentyp
zu verstehen. Das Ventil 10 ist vielmehr vielseitig verwendbar und kann auf jeder Art
von Air-Covering-Maschine und auch auf Lufttexturier- und ähnlichen Maschinen eingesetzt
werden.