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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung für Anlagen,
die es ermöglichen,
Schichtmaterial mit Hilfe von Wasserstrahlen unter Druck zu behandeln,
die auf die Struktur wie Nadeln einwirken, die insbesondere für die Behandlung
von Vliesstrukturen verwendet werden, um ihnen Kohäsion zu
verleihen und/oder ihr Aussehen zu verändern.
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Eine
solche Technik, die seit Jahrzehnten vorgeschlagen wird, wie dies
insbesondere aus den Patenten
US
3 214 819 und
3 485
706 hervorgeht, besteht darin, die Schichtstruktur der
Wirkung von Wasserstrahlen, die von einer oder mehreren aufeinander
folgenden Einspritzleitungen stammen, zu unterziehen, wobei die
Materialschicht von einem Förderband
oder einer porösen
oder perforierten Drehwalze getragen wird, die einer Ansaugquelle
unterworfen ist, die die Rückgewinnung
des Wassers ermöglicht.
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Eines
der wesentlichen Elemente solcher Anlagen ist das System der Bildung
der Wasserstrahlen oder -nadeln, üblicherweise mit dem Ausdruck „Spritzdüse" (Injektor) bezeichnet.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere diesen neuen Typ von Spritzdüse.
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STAND DER TECHNIK
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Die
heute verwendeten Spritzdüsen
können
konkret gemäß den Lehren
aus Figur 42 des Patents US-A-3 485 706 und den entsprechenden Passagen
der Beschreibung dieses Dokuments hergestellt werden, sowie gemäß den wesentlich
detaillierteren konkreten Ausführungen,
die insbesondere aus dem Patent
US
3 613 999 und
EP 400249 (entsprechend
US 5 054 349 ) hervorgehen,
wobei letztgenanntes Dokument einen Typ von Spritzdüse beschreibt,
der nicht nur eine Wasserzuleitung unter sehr hohem Druck (höher als
100 bar) ermöglicht,
sondern auch eine derartige Struktur aufweist, dass er die Anbringung
und Entfernung der perforierten Platte, durch die die Mikrostrahlen
erzeugt werden, auf einfache Weise ermöglicht.
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Unter
Bezugnahme auf die beiliegende 1 weisen
solche Spritzdüsen
allgemein somit die Form einer durchgehenden Einspritzleitung auf,
die sich quer zur Ablaufrichtung des zu behandelnden Schichtmaterials
(F), beispielsweise eines Faservlieses, erstreckt und deren Länge an die
Breite dieses Materials angepasst ist. Diese Einspritzleitung kann
entweder aus einem einzigen Elementarmodul oder aus einer Vielzahl
von nebeneinander angeordneten Modulen bestehen.
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Eine
solche Einspritzleitung setzt sich aus einem Hauptkörper (1)
zusammen, der es ermöglicht,
jeder Verformung unter dem Druck des Wassers zu widerstehen, an
dessen oberen Teil eine Kammer (2) ausgeführt ist,
die im Allgemeinen zylindrische Form aufweist und durch ein Rohr
(3), das von einer Pumpe (nicht dargestellt) gespeist wird,
mit Druckwasser versorgt wird.
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Innerhalb
der Kammer (2) ist ein Einsatz (4) angeordnet,
der beispielsweise von einem perforierten Zylinder gebildet ist,
der mit einem Filtergewebe versehen ist und der nicht nur die Rolle
eines Filters spielt, sondern auch als Verteiler dient.
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Das
in das Innere der Kammer (2) eingeleitete Druckwasser fließt dann
durch zylindrische Bohrungen (5), die mit einem regelmäßigen Abstand über die
gesamte Breite der Spritzdüse
verteilt sind, wobei der Lochdurchmesser im Allgemeinen zwischen
4 mm und 10 mm liegt und die Dicke der Wand zwischen zwei aufeinander
folgenden Löchern
ungefähr
3 bis 5 mm beträgt.
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Diese
zylindrischen Bohrungen (5), deren Austrittsende gegebenenfalls
konische Form aufweisen kann, münden
dann in eine untere Kammer (6), an deren Basis eine Platte
(7) angeordnet ist, die mit Mikroperforationen versehen
ist, deren Durchmesser zwischen 50 und 500 μm und vorzugsweise zwischen
100 und 200 μm
liegen kann und die es ermöglichen,
Wasserstrahlen oder -nadeln (8) zu bilden, die direkt auf
die Oberfläche
des zu behandelnden Materials (F), beispielsweise einer Faservliesbahn,
einwirken.
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Der
Halt der perforierten Platte (
7) am Hauptkörper der
Spritzdüse
wird beispielsweise gemäß den Lehren
aus
EP 400249 mit Hilfe
von Längsspannbacken
(
9) erzielt, die der Wirkung von Hydraulikzylindern unterworfen
sind, die es ermöglichen,
eine Klemmwirkung mit Hilfe einer Anordnung von entlang der Spritzdüse angeordneten
Zangenbalken und Spannstangen auszuüben.
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Eine
Dichtung (nicht dargestellt) ist zwischen der perforierten Platte
(7) und der Basis des Hauptkörpers (1) angeordnet.
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Ein
solches Verteilungssystem für
das Druckwasser gegen die Platte mit Mikroperforationen, die dazu bestimmt
ist, die Wassernadeln zu bilden, das somit Bohrungen (5)
verwendet, die in eine untere Kammer (6) münden, ermöglicht es,
das Wasser ordnungsgemäß über die
gesamte Länge
der Spritzdüse
zu verteilen, wobei durch jede Öffnung
dieselbe Wassermenge fließt.
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Jedoch
wurde festgestellt, dass eine solche Lösung, insbesondere im Falle
einer Behandlung von Faservliesbahnen, zu Fehlern in dem behandelten
Produkt führen
konnte, wenn der Wasserdruck in der Spritzdüse 50 bar überschritt.
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2 stellt
schematisch die Ursachen für
solche Fehler dar.
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Unter
Bezugnahme auf diese Figur wurde festgestellt, dass, wenn der Wasserversorgungsdruck
innerhalb der zylindrischen Bohrung (2) erhöht wurde,
was erforderlich ist, wenn die Produktionsgeschwindigkeiten erhöht und/oder
schwere Produkte behandelt werden sollen, sich Turbulenzzonen in
der unteren Kammer (6) im Bereich der Zonen (10)
bildeten, die unmittelbar unter den Wänden angeordnet sind, die zwei
aufeinander folgende Bohrungen (5) trennen. Diese Turbulenzen übertragen
sich auf die Wasserstrahlen, was zu einem erheblichen und raschen
Verlust ihrer Energie führt,
wobei die Strahlen (J1) unterhalb der Turbulenzzonen diffus und
weißlich
werden, während
unter den Bohrungen (5) das Ausströmen der Strahlen (J2) undirektional, stabil
und turbulenzfrei bleibt.
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Bei
der Behandlung der Faservliesbahnen wirkt sich eine solche Ungleichheit
im Ausströmen
unmittelbar auf die Wirksamkeit bei der Bindung der Fasern aus und
führt auf
dem Produkt zu einer Heterogenität der
Verflechtung der Fasern insbesondere mit einer Dichtevariation.
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Folglich
werden, wie schematisch in 1 dargestellt,
auf dem Endprodukt Bänder
(B) von geringer Dichte und großer
Oberflächenunregelmäßigkeit erhalten,
die genau mit den turbulenten Ausströmzonen zwischen den Bohrungen
zusammenfallen.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wurde nun, was auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine
Verbesserung für
einen solchen Typ von Spritzdüse
gefunden, die es ermöglicht,
dieses Problem zu lösen,
und die eine Versorgung mit Wasser unter hohem Druck gestattet,
der bis zu 400 bar und mehr erreichen kann, und die es ermöglicht,
ein stabiles, turbulenzfreies Ausströmen des Druckwassers zwischen
der Kammer zur Druckwasserversorgung und der perforierten Platte
zur Bildung von Behandlungsstrahlen/-nadeln zu erhalten, wobei diese
Strahlen perfekt homogen sind und alle eine identische Wirkung auf
das zu behandelnde Produkt ausüben.
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Ganz
allgemein setzt sich die erfindungsgemäße Spritzdüse, die also die Behandlung
eines Schichtmaterials (Faservlies, Textilkomplex, Folie, Papier,...)
mit Hilfe von Wasserstrahlen/-nadeln ermöglicht, zusammen aus:
- – einem
Körper
zur Druckwasserversorgung, umfassend eine Versorgungskammer, die
sich über
die gesamte Länge
des Körpers
erstreckt und in deren Inneres durch einen Filter das Druckwasser
eingeleitet wird;
- – einer
Verteilungszone, die das Druckwasser über die gesamte Behandlungsbreite
gegen eine mit Mikroperforationen versehene Platte verteilt, deren
Löcher
Wassernadeln definieren, die gegen die Oberfläche des zu behandelnden Materials
gerichtet sind, wobei das Material von einem Förderelement (Trommel oder Band)
getragen wird, das einer Ansaugquelle unterworfen ist, die die Ableitung
des Behandlungswassers ermöglicht,
und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitung des Wassers
von der Versorgungskammer zu der perforierten Platte mit Hilfe eines
Kanals mit rechteckigem Querschnitt verwirklicht ist, der sich über die
gesamte Länge
der Spritzdüse
von der Peripherie der Versorgungskammer bis zur Oberfläche der
perforierten Platte erstreckt, wobei der Abstand zwischen den Seitenwänden dieses
Kanals sowie seine Höhe
ein unidirektionales, stabiles und turbulenzfreies Ausströmen des
Wassers bewirken.
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Um
ein solches laminares Ausströmen
des Druckwassers zu erzielen, beträgt der Zwischenraum zwischen
den beiden Seitenwänden,
die den Verteilungskanal definieren, vorzugsweise zwischen 2 mm
und maximal 10 mm, wobei die Höhe
der Wände
ihrerseits zwischen 5 mm und 100 mm liegt, wobei die durch die Mikroperforationen
erzeugten Strahlen dank einer solchen Struktur am Austritt eine
identische Energie, und zwar über
die gesamte Behandlungsbreite, besitzen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung und die Vorteile, die sie mit sich bringt, werden allerdings
mit Hilfe des nachstehenden Ausführungsbeispiels,
das hinweisenden, aber nicht einschränkenden Charakter hat und durch
die beiliegenden Figuren dargestellt ist, besser verständlich,
wobei:
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wie
vorher angeführt, 1 schematisch
in Schnittansicht entlang ihrer vertikalen Symmetrieebene die Struktur
einer Spritzdüse
nach dem Stand der Technik darstellt, wobei 2 ihrerseits
schematisch die Turbulenzen und unregelmäßigen Strahlenbildungen darstellt,
die hierdurch bewirkt werden, wenn der Druck des in den Körper der
Spritzdüse
eingeleiteten Wassers erhöht
wird;
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3 ebenfalls
schematisch in Perspektive und im Schnitt entlang ihrer vertikalen
Symmetrieebene die allgemeine Struktur einer erfindungsgemäß ausgeführten Spritzdüse darstellt;
und
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4 eine
schematische Ansicht des Ausströmens
des Druckwassers im Inneren einer erfindungsgemäß ausgeführten Spritzdüse ist.
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AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die beiliegende 3 und Verwendung
derselben Bezugszeichen für
die gemeinsamen Elemente mit den für die Beschreibung des in 1 dargestellten
Standes der Technik verwendeten, setzt sich die erfindungsgemäße Spritzdüse ähnlich wie
in diesem Stand der Technik aus einem Hauptkörper (1) aus Stahl
mit einer Länge
von 3500 mm, einer Gesamtbreite von 200 mm und einer Höhe von 200 mm
zusammen.
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Im
oberen Teil dieses Körpers
ist eine zylindrische Kammer (2) mit einem Durchmesser
von 70 mm verwirklicht. Diese Kammer wird durch eine Leitung (3)
mit Druckwasser versorgt.
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In
der beiliegenden Figur ist die Wasserzuleitung seitlich dargestellt,
aber sie könnte
auch von oben oder von hinten zum Körper erfolgen.
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Im
Inneren der Bohrung (2) ist eine Kartusche (4)
angeordnet, die von einem perforierten Zylinder gebildet ist, der
mit einem Filtergewebe überzogen
ist.
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An
der Basis (20) dieses oberen Körpers ist beispielsweise mit
Hilfe von seitlichen Spannbacken (9) eine Platte (7)
mit Mikroperforationen befestigt, die im vorliegenden Fall aus einem
Stahlband mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 25 mm ausgeführt ist
und mindestens eine Reihe von Öffnungen
umfasst, deren Durchmesser vorzugsweise zwischen 100 und 200 μm beträgt und die
um einen Achsabstand von im Allgemeinen 0,6 bis 1,2 mm voneinander
entfernt sind.
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Mittel
zur Abdichtung, beispielsweise Dichtungen (23), sind natürlich zwischen
der Basis (20) des oberen Körpers und der Oberfläche der
Platte (7) mit Mikroperforationen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Weiterleitung des Druckwassers zur Platte (7) zur Bildung
der Wasserstrahlen durch einen Kanal (22), der sich von
der Peripherie der Kammer (2) bis zur Oberfläche der
Platte (7) mit Mikroperforationen erstreckt. Dieser Schlitzkanal
ist aus zwei parallelen, einander gegenüber liegenden Wänden (21)
gebildet, die voneinander um einen Abstand zwischen 1 mm und maximal
10 mm entfernt sind, wobei die Höhe
ihrerseits zwischen 5 mm und 100 mm liegt. Dieser Schlitzkanal ist
seitlich geschlossen.
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Dank
dieser neuen Ausführungsform,
wie auch in 4 dargestellt, wird ein gänzlich turbulenzfreies laminares
Ausströmen
des Druckwassers, wie dies aus 4 hervorgeht,
erzielt, wobei die durch die Öffnungen
der Platte (7) erzeugten Strahlen (8) alle dieselbe
Energie besitzen.
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Um
die durch die Erfindung bewirkten Vorteile darzustellen, wurden
Vergleichstests auf einer Maschine des Typs „Jetlace 2000" des Anmelders durchgeführt, die
für eine
Testreihe mit Spritzdüsen
nach dem Stand der Technik, wie in 1 dargestellt,
und mit erfindungsgemäßen Spritzdüsen für eine zweite
Testreihe, die unter denselben Wasserdruckbedingungen durchgeführt wurde,
ausgestattet war.
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In
diesen Vergleichstests weisen die Spritzdüsen nach dem Stand der Technik,
wie in
1 dargestellt, die folgenden Merkmale auf:
| Durchmesser
der oberen Kammer (4): | 50
mm |
| Durchmesser
der Leitungen (5): | 6
mm |
| Achsabstand
zweier aufeinander folgender Leitungen (5): | 10
mm |
| Höhe der Leitungen
(5): | 35
mm |
| Höhe der unteren
Kammer (6): | 10
mm |
wobei die Platte mit Mikroperforationen nur eine
Reihe von Mikroperforationen von 120 μm umfasst, die voneinander 0,6
mm entfernt sind.
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Die
andere Testreihe wurde auf derselben Maschine mit erfindungsgemäß ausgeführten Spritzdüsen durchgeführt, deren
obere Kammer denselben Durchmesser wie die herkömmlichen Spritzdüsen hat
und die in Bezug auf diese letztgenannte einen Schlitzkanal (22)
auf einer Höhe
von 36 mm aufweist, der sich von der Zuleitungskammer (4)
bis zu der Platte (7) mit Mikroperforationen erstreckt
und dessen parallelen Wände
voneinander 3 mm entfernt sind.
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Die
Platte mit Mikroperforationen ist auch von einer Platte gebildet,
die Öffnungen
von 120 μm,
die in einem Abstand von 0,6 mm zueinander angeordnet sind, umfasst.
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In
diesen Vergleichstests wird ein Faservliesschleierstoff mit einem
Gewicht von 250 g/m2 auf Basis von Polyesterfasern
mit einem Titer von 1,7 dtex und einer Breite von 38 mm behandelt.
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Dieser
Schleierstoff wird der Wirkung von zwei Spritzdüsen ausgesetzt, die nacheinander
auf die beiden Seiten des Schleierstoffes einwirken.
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Das
Wasser wird in das Innere der oberen Kammer jedes Typs von Spritzdüse zugeführt, indem
nach und nach der Versorgungsdruck erhöht wird.
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Es
ist festzustellen, dass bei einer selben Durchgangsgeschwindigkeit
des Faservliesschleierstoffes unterhalb der Behandlungsstrahlen
bis zu einem Druck von ungefähr
50 bar die mit jedem Typ von Spritzdüse erhaltenen Produkte eine
gute Homogenität
und vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Über 50 bar
hingegen, wenn eine herkömmliche
Spritzdüse,
wie in 1 dargestellt, verwendet wird, kommt es zu Bindungsfehlern
auf dem gebildeten Produkt, Fehler, die zunehmen, wenn der Druck
erhöht
wird, und die zur Bildung von unregelmäßigen parallelen Bändern, wie
in 1 dargestellt, führen.
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Die
erfindungsgemäße Spritzdüse ermöglicht es
hingegen, eine perfekt gebundene Bahn ohne sichtbaren Fehler bei
einem Versorgungsdruck, der 400 bar erreichen kann, zu erhalten.
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Folglich
kann dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen werden, entweder die Produktionsgeschwindigkeiten zu
erhöhen,
ohne die Eigenschaften des Produktes zu beeinträchtigen, oder viel dickere Schichten
oder auch verschiedene Typen von Komplexen zu behandeln, für die die
herkömmlichen
Spritzdüsen
nicht verwendet werden können.