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EP0880611B1 - Verfahren zum aerodynamischen texturieren, texturierdüse, düsenkopf sowie verwendung - Google Patents

Verfahren zum aerodynamischen texturieren, texturierdüse, düsenkopf sowie verwendung Download PDF

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Publication number
EP0880611B1
EP0880611B1 EP97901514A EP97901514A EP0880611B1 EP 0880611 B1 EP0880611 B1 EP 0880611B1 EP 97901514 A EP97901514 A EP 97901514A EP 97901514 A EP97901514 A EP 97901514A EP 0880611 B1 EP0880611 B1 EP 0880611B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yarn
passage
nozzle
texturing
accelerating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Revoked
Application number
EP97901514A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0880611A1 (de
Inventor
Gotthilf Bertsch
Erwin Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heberlein AG
Original Assignee
Heberlein Fasertechnologie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7785523&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0880611(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Heberlein Fasertechnologie AG filed Critical Heberlein Fasertechnologie AG
Publication of EP0880611A1 publication Critical patent/EP0880611A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0880611B1 publication Critical patent/EP0880611B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/16—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics using jets or streams of turbulent gases, e.g. air, steam
    • D02G1/161—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics using jets or streams of turbulent gases, e.g. air, steam yarn crimping air jets
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/16—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics using jets or streams of turbulent gases, e.g. air, steam

Definitions

  • the invention relates to a method for aerodynamic texturing of yarn with a Texturing nozzle with a continuous yarn channel, at one end of which the yarn is fed and is discharged at the other end as a textured yarn, with a middle Section compressed air with a feed pressure of more than four bar fed into the yarn channel and in a widening acceleration channel the blast air jet to supersonic is accelerated.
  • the invention further relates to a texturing nozzle, a nozzle core Nozzle head and its use, with a continuous, a compressed air supply having yarn channel, on one side of the yarn can be fed, and on the other side the texturing is feasible.
  • Two types of texturing nozzles have largely become available in air-jet texturing technology enforced. These can be differentiated according to the type of compressed air supply to the yarn channel become.
  • One is the air-jet texturing nozzle based on the radial principle. Doing so the compressed air is supplied via one or more, mainly radially arranged air channels, e.g. according to EP-A-0 088 254. Texturing nozzles according to the radial principle have their Area of application above all for yarns that tend to have lower overdeliveries of less than 100% require. In special cases, with so-called fancy yarns, up to 200% tradition are allowed.
  • the second type has the axial principle. The Compressed air is fed into an expanded chamber of the yarn channel via axially directed channels guided.
  • EP-A-0 441 925 Such a solution is shown in EP-A-0 441 925. Texturing nozzles after up to 300% of the axial principle are used, especially with very high traditions even used up to 500% successfully. Differentiate between the two corresponding practical solutions also particularly due to the configuration of the nozzle opening in the area of the nozzle outlet.
  • the solution according to EP-A-0 441 925 has a nozzle opening before the exit end corresponding to a Laval nozzle.
  • the Laval nozzle is characterized by a very small opening angle of about 8 ° to a maximum of 10 °.
  • the air speed in the nozzle opening can be raised bump-free above the sound limit, provided the air pressure is on the narrowest part of the Laval nozzle above a critical pressure ratio.
  • Laval already had recognized that when the air pressure is reduced, even in an ideal nozzle, the border zone the speed increase in the nozzle. It can be a bump front form with the known shock waves. In most fields of fluid engineering compression shocks are avoided if possible.
  • the texturing process is more complex in that not only a supersonic flow with a gas is required, but at the same time, the yarn is fed through the middle of the nozzle and processed through the butting front becomes.
  • GB-A 839 493 proposes a very special nozzle structure with at least two Pipe inserts.
  • the first tube insert has a slightly smaller diameter than the inside diameter of the second one, such that one between the two pipe inserts Inlet gap for the compressed air is created.
  • the second tube insert extends up to one expanding occasion. This will make the transition between the second pipe insert and the expanding outlet creates an abrupt cross-sectional expansion and a Supersonic flow prevented.
  • the supersonic speed would be one at this point condition continuous course.
  • the pressure of approx. 2 bar is very low and would also question reaching supersonic flow.
  • the tensile force on the yarn is preferred after Texturing (in cN, or mean cN) as well as the percentage deviation of the current one Traction (sigma%) selected.
  • the two values can be recorded separately or as a total (AT value).
  • AT value the ATQ measurement and evaluation principle of Applicant in cooperation with the company Retech AG, Switzerland. Yarn speeds below 400 m / min. don't pose any difficulties today. At individual practical applications is at yarn speeds of 400 to 600 m / min. still get a qualitatively accepted texturing.
  • the object of the invention was now either the texturing quality at a increase the given speed or the production speeds e.g. in the range from 400 to 900 m / min. and increase more and also at higher ones Production speeds that are equally good or at least approximately equally good To achieve quality, such as at lower production or yarn speeds.
  • Another aspect of the task was to create existing systems with minimal effort, be it in terms of quality and / or performance.
  • the method according to the invention is characterized in that the yarn tension at a product speed of over 400 m / min. increases and the thread tension ratio is optimized to yarn speed in that the blown air jet in the Acceleration channel is accelerated to a speed greater than Mach 2, with the yarn tension of a given yarn quality over a large production speed range is about constant.
  • the invention further relates to a texturing nozzle, a nozzle core or nozzle head with a continuous yarn channel with an accelerating channel widening on the outlet side and a compressed air supply (P) into the yarn channel, on one side of which yarn can be fed and on the other side of which textured yarn can be drawn off, and is thereby characterized in that the acceleration-effective section adjoining the compressed air bores of the acceleration channel is designed continuously as a supersonic channel, and a length (l 2 ) of more than 11 ⁇ 2 times the diameter (d) at the start of the acceleration channel and a total opening angle ( ⁇ 2 ) greater than 10 ° and less than 40 °.
  • the texturing quality is at a higher production speed compared to the texturing quality at lower Production speed with one designed for the lower mach area Supersonic duct at least the same or better.
  • the texturing process is at Air speeds in the shock front of over Mach 2, e.g. at Mach 2.5 to Mach 5 so intense that almost at the highest yarn throughput speeds without exception, all loops are sufficiently gripped and well integrated in the yarn.
  • the Generation of an air speed in the high Mach range within the Acceleration channel does two things. First, the individual filaments become stronger opened and torn into the nozzle with greater force. The texturing breaks up to maximum speeds no longer together. Second, the whole Filament composite evenly and directly into the inside of clear outer channel boundaries Frontal zone led.
  • the new invention also allows for both the method and the device whole number of particularly advantageous configurations. It will also refer to the Claims 2 to 10 and 12 to 17 referenced.
  • the acceleration channel that is Yarn from the accelerating air jet over the corresponding distance drawn in and opened, and handed over to the subsequent texturing zone.
  • An essential point in texturing technology is that the end processor once for well-received quality can be maintained unchanged in further production. The constancy the same quality is often the top priority. This will be particularly good with the new solution achieved because the factors determining the texturing are more manageable than in the state of the art.
  • the main point for this is mastering the yarn tension especially with regard to the constancy of the thread tension and the constancy of the Texturing quality.
  • the compressed air is preferably in the acceleration channel via a Length of at least 1.5, preferably at least 2 times the narrowest diameter accelerated, the ratio of outlet to inlet cross section of the Acceleration channel is greater than 2.
  • the total opening angle of the blowing air jet should be larger than 10 °, i.e. larger than the ideal Laval angle. So far the best The result is achieved when the acceleration of the blast air jet has been steady. There were but also examined different variants with different accelerations. The Results were almost as good as steady acceleration with one continuous conical acceleration channel. The blow air jet is then connected to the Acceleration channel without redirection, through a discontinuous and strongly expanding Section led.
  • the blowing air is particularly preferably guided from the feed point into a cylindrical section of the yarn channel directly in an axial direction at an approximately constant speed up to the acceleration channel, the compressed air being introduced into the yarn channel via one or more, preferably three or more, bores or channels is such that the compressed air is blown in at an angle ( ⁇ ) with the delivery component in the direction of the acceleration channel.
  • the compressed air is preferably introduced into the yarn channel via three bores, such that the compressed air is blown in at a corresponding angle with the conveying component in the direction of the supersonic channel.
  • the new solution can also be used to texturize one or more yarn threads with a wide variety of traditions.
  • the entire theoretically effective expansion angle of the supersonic channel should be from the smallest to the largest diameter above 10 °, but below 40 °, preferably within 12 ° to 30 °, particularly preferably 12 ° to 25 °. According to the current roughness values, there is an upper limit angle (total angle) of 35 ° to 36 °, above which there is always one to prevent the supersonic flow from breaking off.
  • the compressed air is accelerated essentially continuously.
  • the nozzle channel section immediately upstream of the supersonic channel is preferably approximately cylindrical, with the delivery component being blown into the cylindrical section in the direction of the acceleration channel.
  • the pulling force on the yarn is increased with the length of the acceleration channel.
  • the expansion of the nozzle or the increase in the Mach number results in the intensity of the texturing.
  • the acceleration channel should have at least a cross-sectional expansion range of 1: 2.0, preferably 1: 2.5 or greater. It is further proposed that the length of the acceleration channel is 3 to 15 times, preferably 4 to 12 times larger than the diameter of the yarn channel at the start of the acceleration channel.
  • the acceleration channel can be completely or partially continuously expanded, have conical sections and / or have a slightly spherical shape. However, the acceleration channel can also be formed in stages and have different acceleration zones, with at least one zone with high acceleration and at least one zone with low acceleration of the compressed air jet.
  • the exit area of the acceleration channel can also be cylindrical or approximately cylindrical and the entry area can be greatly expanded, but expanded less than 36 °. If the boundary conditions for the acceleration channel have been complied with according to the invention, the aforementioned variations of the acceleration channel have proven to be almost equivalent or at least equivalent.
  • the yarn channel then has a strongly convex, preferably trumpet-shaped, more than 40 ° widened yarn channel mouth, the transition from the supersonic channel into the yarn channel mouth preferably being discontinuous.
  • a decisive factor was found in the fact that the impact conditions in the texturing space can also be positively influenced and kept stable with an impact body.
  • a preferred embodiment of the texturing nozzle according to the invention is characterized in that it has a continuous yarn channel with a central cylindrical section into which the air supply opens, and in the thread running direction a preferably conical acceleration channel directly adjoining the cylindrical section with an opening angle ( ⁇ 2 ) greater than 10 ° , and has a subsequent extension section with an opening angle ( ⁇ ) greater than 40 °, the extension section being conical or trumpet-shaped.
  • the invention further relates to a nozzle head with a texturing nozzle with a yarn channel, which has an inlet section in the yarn conveying direction, a cylindrical central section with the compressed air supply, and an expanded air acceleration section and a preferably deliverable impact body on the outlet side, and is characterized in that the acceleration-effective section subsequently adjoins the compressed air bores (15) of the acceleration channel are continuously designed as supersonic channels, and have a length (l 2 ) of more than 11 ⁇ 2 times the diameter (d) at the beginning of the acceleration channel and a total opening angle ( ⁇ 2 ) greater than 10 ° and less than 40 ° .
  • the yarn channel is preferably formed with the central section and the air acceleration section in a nozzle core that can be installed and removed.
  • the invention was also based on the object of improving the quality and / or the production speed in an existing system.
  • the solution according to the invention is characterized by the use of a nozzle core, as a replacement for an existing nozzle core (or an entire nozzle head with a nozzle core) for increasing the production speed and / or for improving the texturing quality according to claim 21.
  • the nozzle core or the entire nozzle head have identical fitting dimensions as the nozzle cores or the nozzle heads of the prior art.
  • the new replacement nozzle core has an air acceleration section with a length (l 2 ) of more than 1.5 times the diameter (d) at the beginning of the acceleration channel (11) and a total opening angle ( ⁇ 2 ) greater than 10 °.
  • FIG. 1 represents only the area of the nozzle mouth of a known texturing nozzle, in accordance with EP-A-0 088 254.
  • the corresponding texturing nozzle 1 has a first cylindrical section 2, which at the same time also has the same corresponds to the narrowest cross section 3 with a diameter d.
  • the yarn channel 4 begins to expand in a trumpet shape, the shape being able to be defined with a radius R.
  • a corresponding impact front diameter DAs can be determined.
  • the detachment or tear-off point A 1 can be determined relatively precisely, which is slightly larger than the clear diameter of the nozzle.
  • the acceleration range of the air can also be defined by the length l 1 from the point of the narrowest cross-section 3 and the tear-off point A 1 . Since it is a real supersonic flow, the air speed can be roughly calculated from this.
  • VDa is the highest air speed.
  • Vd is the speed of sound at the narrowest point 3. In the present example, the following values were calculated: The d ⁇ 1.225; FA F3 ⁇ 1.5; l 1 d ⁇ 1.0;
  • FIG. 2 now shows an example of an embodiment of the acceleration channel 11 according to the invention, which corresponds to the length l 2 .
  • the texturing nozzle 10 according to the invention corresponds in the example shown up to the narrowest cross section 3 to the nozzle core according to FIG. 1, but is then different.
  • the opening angle ⁇ 2 is specified at 20 °.
  • the drainage point A 2 is located at the end of the supersonic duct, where the yarn duct merges into a discontinuous, strongly conical or trumpet-shaped extension 12 with an opening angle ⁇ > 40 °. Due to the geometry, there is a butt front diameter DAE which is significantly larger than in FIG. 1.
  • an extension of the acceleration channel 11 with a corresponding opening angle increases the butt front diameter D AE .
  • Various studies have shown that the previous assumption, for example according to textile practice, that the texturing is a result of multiple knock-out penetrations of the yarn is at least partially incorrect.
  • Immediately in the area of the shock front formation is the largest possible compression shock front 13 with subsequent abrupt pressure increase zone 14.
  • the actual texturing takes place in the area of the compression shock front 13.
  • the air moves about 50 times faster than the yarn.
  • Many tests have shown that the detachment point A 3 , A 4 can also migrate into the acceleration channel 11, namely when the feed pressure is reduced.
  • FIG. 3 is a preferred one Embodiment of an entire nozzle core 5 shows in cross section.
  • the outer fit is preferably adapted exactly to the nozzle cores of the prior art. This affects before all the critical installation dimensions, the bore diameter BD, the total length L, the Nozzle head height KH, as well as the distance LA for the compressed air connection P '.
  • the attempts have show that the previous optimal injection angle ⁇ can be maintained, as can the Location of the corresponding compressed air bores 15.
  • the yarn channel 4 has in the inlet area of the yarn, arrow 16, a yarn insertion cone 6.
  • By in the yarn transport sense (Arrow 16) directed compressed air via the oblique compressed air bores 15, after backward exhaust air flow reduced.
  • the dimension "X" indicates that the Air drilling preferably at least about the size of the diameter of the narrowest Cross section 3 is set back. Seen in the direction of transport (arrow 16), the Texturing nozzle 10, or the nozzle core 5 a yarn insertion cone 6, a cylindrical middle section 7, a cone 8, which is simultaneously the acceleration channel 11 corresponds, as well as an expanded texturing space 9.
  • the texturing room becomes transverse to Flow limited by a trumpet shape 12, which is also an open conical funnel can be trained.
  • FIG. 4 shows an entire texturing head or nozzle head 20 with a built-in one Nozzle core 5.
  • the unprocessed yarn 21 is fed to the texturing nozzle via a feed mechanism 22 fed and transported as textured yarn 21 '.
  • An impact body 23 for a texturing nozzle In the exit area 13 of the There is an impact body 23 for a texturing nozzle.
  • a compressed air connection P ' is on the side of the Nozzle head 20 arranged.
  • the textured yarn 21 ' runs at a transport speed VT via a second delivery unit 25.
  • the textured yarn 21 ' is via a quality sensor 26 led e.g.
  • ATQ HemaQuality
  • the Appropriate quality measurement is a prerequisite for optimal monitoring of the Production. Above all, the values are also a measure of the yarn quality. in the Air bubble texturing process is difficult to determine quality in that no defined one Loop size exists. There is much better deviation from that of the customer as good quality. This is possible with the ATQ system because the Yarn structure and its deviation determined via a thread tension sensor 26 evaluated and the AT value can be displayed by a single key figure.
  • the thread tension sensor 26 detects in particular the analog electrical signal Thread tension after the texturing nozzle.
  • the mean and variance are the Thread tension measured values continuously calculated the AT value.
  • the size of the AT value is from The structure of the yarn depends on the user and his own Quality requirements determined.
  • the thread tension changes during production or the variance (uniformity) of the thread tension, the AT value also changes. Where the upper and lower limits can be with yarn mirrors, knitting or Tissue samples can be determined. They differ depending on the quality requirements.
  • the A very special advantage of the ATQ measurement is that different types of interference from the Process can be recorded simultaneously. E.g. Equality of texturing, Thread wetting, filament breaks, nozzle contamination, impact ball spacing, hotpin temperature, Air pressure differences, POY plug-in zone, thread pattern, etc.
  • Figure 4a is a Display pattern for the course of the AT value during a short measurement time.
  • Figures 5 and 6 show a multiple magnification compared to the actual size of the nozzle cores; 5 shows a nozzle core of the prior art, FIG. 6 shows a nozzle core according to the invention. Since the new invention succeeded in solving the problem inside the nozzle core, the new nozzle core could be designed as an exchange core for the previous one.
  • the dimensions B d , E L as the installation length, L A + K H and K H are therefore preferably not only produced in the same way, but also with the same tolerances.
  • the trumpet shape in the outer exit area is also preferably produced in the same way as in the prior art, with a corresponding radius R.
  • the impact body can have any shape: spherical, spherical flat or even in the form of a spherical cap (FIG. 8a).
  • the exact position of the impact body in the exit area is maintained by maintaining the outer mass, corresponding to an equal withdrawal gap S p1 .
  • the texturing space 18, which is denoted by 17 in FIG. 5, remains unchanged on the outside, but is now defined in the backward direction by the acceleration channel 11 according to the invention.
  • the texturing space can also be enlarged into the acceleration channel, as indicated by two arrows 18 in FIG. 6.
  • the nozzle core is made from a high-quality material such as ceramic, hard metal or special steel and is actually the expensive part of a texturing nozzle. It is important with the new nozzle that the cylindrical wall surface 21 and the wall surface 22 are of the highest quality in the area of the acceleration channel. The nature of the trumpet extension is determined with regard to the yarn friction.
  • FIG. 7 shows differently designed supersonic channels. Sometimes only that Opening angle specified for a section of the supersonic duct. Against everyone The variations between the test results were not very large. As The best forms were obtained from purely conical acceleration channels with an opening angle over 12 ° between 15 ° and 25 ° (far left in the picture).
  • the vertical column a shows pure Cone shapes, for rows b and c a combination of cone shape and short cylindrical sections, whereas the row d a parabolic acceleration channel according to the invention having.
  • the minimum total opening angle of the acceleration channel is defined here as the angle between the tangents to the parabola at the transition to the straight-line part of the nozzle channel.
  • Row c shows a combination of cone and trumpet shapes.
  • FIG. 8 shows an entire nozzle head 20, with a nozzle core 5 and one Impact body 14, which is anchored via an arm 23 in a known housing 24 is.
  • the compressed air is from a housing chamber 27 through the Compressed air holes supplied.
  • the nozzle core 5 is a clamp 28 on the Housing 24 firmly clamped.
  • the impact body can also be a Dome shape 31 have.
  • FIG. 8a shows the combination of a texturing nozzle according to the invention with some variations in the shape of the impact body 14.
  • the impact ball 14 easily penetrates into the trumpet-shaped opening of the nozzle.
  • a normal working position is shown with a dashed line in FIG. 6, dash-dotted lines, the impact ball touching the trumpet shape 12.
  • the dash-dotted position can be used as a starting position for the exact position in the working position. Due to the trumpet shape 12 on the one hand and that of the impact body 14 on the other hand, there is an internal texturing space 18, as well as a free gap Sp 1 for the flowing texturing air and for the removal of the textured yarn.
  • the gap Sp 1 is determined empirically based on the yarn quality, optimized and determined for production.
  • the texturing space 18 is given a shape and size that can be influenced, depending on the ball diameter and shape of the impact body.
  • the inventor has determined that the pressure ratios for the acceleration channel can be set primarily with the size of the trigger gap.
  • the discharge gap Sp 1 By reducing the discharge gap Sp 1 , the flow resistance and the static pressure in the texturing space change. Gap width changes on the order of tenths of a millimeter are decisive for the pressure setting.
  • circular cross sections and supersonic channels formed symmetrically in the longitudinal section were used.
  • the new solution can also be used for asymmetrical cross-sections that differ from the circular shape, for example with regard to the supersonic duct. be formed with a rectangular cross section or with an approximate rectangle or approximately oval shapes. It is also possible to design a nozzle so that it can be opened for threading.
  • PCT / CH96 / 00311 which is explained for the technical content as an integral part of the present application.
  • FIG. 9 shows the texturing of the prior art in a purely schematic manner at the bottom left. Two main parameters are highlighted. An opening zone Oe-Z1 and a butt front diameter DAs, starting from a diameter d, corresponding to a nozzle as shown in FIG. 1. In contrast, the new texturing is shown in the top right. It is very clear that the values Oe-Z2 and DAE are significantly larger. Another interesting aspect was also identified.
  • the yarn opening begins before the acceleration channel in the area of the compressed air supply P, that is to say already in the cylindrical section, which is denoted by V 0 as the pre-opening.
  • the dimension Vo greater than d is preferably selected.
  • FIG. 9 The essential statement of FIG. 9 lies in the diagrammatic comparison of the State-of-the-art yarn tension (curve T 311) with Mach ⁇ 2 and one Texturing nozzle according to the invention (curve S 315) with Mach> 2.
  • the vertical of the The diagram is the thread tension in cN.
  • Pspeed shown in m / min.
  • Curve 311 leaves this clear The yarn tension collapses at a production speed of 500 m / min. detect. Above about 650 m / min. the texturing broke down.
  • curve S 315 shows with the nozzle according to the invention that the yarn tension is not only is much higher, but in the range of 400 to 700 m / min. is almost constant and also falls slowly in the higher production area.
  • Increasing the Mach number is one of the main "secrets" for progress with the new invention.
  • FIG. 10 shows a printout of an ATQ quality test.
  • the top table gives that mean tensile stress (cN), the mean the percentage deviation of the current Tensile force (sigma%) and the table below shows the corresponding AT values.
  • cN mean tensile stress
  • sigma% percentage deviation of the current Tensile force
  • the table below shows the corresponding AT values.
  • On the first horizontal line of each table are the values of a standard T nozzle, that is a texturing nozzle of the prior art. Are from top to bottom then the values of S nozzles according to the invention with different Opening angles from 19 ° to 30.6 °. All of the nozzles according to the invention had the same Length of the supersonic duct. The values 0.00 indicate that either the texturing is not was possible or the experiment was not carried out.
  • Figures 11 and 11a show a visual comparison using textured yarn.
  • Figure 11 (right half of the picture) shows a texturing with a nozzle of the state of the Technology, at 400, 600 and 800 m / min. Production speed. At 800 m / min. has been also increased the pressure to 12. The result can be up to 400 m / min. as well and at 600 m / min. can be described as conditionally good.
  • Figure 11a On the left half of the picture ( Figure 11a) are the results of 5 experiments with a nozzle according to the invention are shown accordingly. It can be seen that even at 800 m / min. Production speed still on conditionally good result is achieved.
  • the comparative example (right besides) rejected by the customer according to the state of the art, although a feed pressure of 12 bar was used.
  • FIGS. 11 and 11a there was an identical yarn quality and the same conditions tested.
  • Core PA dtex 78f66x1; Effect: PA dtex 78f66x1; OF 12/30%.
  • Figure 12 shows the Test arrangement for the comparative tests according to FIG. 11. The following were found Measured values determined (setting data and measurement data): (see table state of the art / new Invention)
  • FIGS. 13, 13a On the left in the picture is a graphic representation of a large number of threads each with the individual force F cN / dtex (vertical) over the elongation E in% (horizontal).
  • Figure 13 belongs to Table 12a, Figure 13a to 12b and Figure 14 to Table 12c.
  • the graphical representation is a single force / Elongation curve.
  • the best texturing nozzle to date has a continuous yarn channel with one on the outlet side, the acceleration channel and a compressed air supply (P) into the yarn channel one end of which can be fed with yarn and at the other end of which textured yarn can be removed is on and is characterized in that it has a continuous yarn channel with a middle, cylindrical section, into which the air supply opens, and in
  • Thread running direction has a conical acceleration channel preferably directly adjoining the cylindrical section with an opening angle ( ⁇ 2 ) greater than 10 ° and a subsequent extension section with an opening angle greater than 40 °, the extension section being conical or trumpet-shaped.
  • the texturing nozzle can be used as a nozzle core, which can be installed and removed in a nozzle head, and forms a nozzle head when installed, or as a nozzle head with built-in nozzle core can be formed, with an outlet side, deliverable on the nozzle core arranged impact body through which the texturing space can be limited.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Fluid Mechanics (AREA)
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  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aerodynamischen Texturieren von Garn mit einer Texturierdüse mit durchgehendem Garnkanal, an dessen einem Ende das Garn zugeführt und an dessen anderem Ende als texturiertes Garn abgeführt wird, wobei in einem mittleren Abschnitt Druckluft mit einem Speisedruck von mehr als vier bar in den Garnkanal zugeführt und in einem sich erweiternden Beschleunigungskanal der Blasluftstrahl auf Überschall beschleunigt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Texturierdüse, einen Düsenkern einen Düsenkopf sowie dessen Verwendung, mit einem durchgehenden, eine Druckluftzufuhr aufweisenden Garnkanal, an dessen einer Seite Garn zuführbar, und an dessen anderer Seite die Texturierung durchführbar ist.
Stand der Technik
In der Luftblastexturiertechnik haben sich zwei Typen von Texturierdüsen weitgehend durchgesetzt. Diese können nach der Art der Druckluftzufuhr in den Garnkanal unterschieden werden. Die eine ist die Luftblastexturierdüse nach dem Radialprinzip. Dabei wird die Druckluft über ein oder mehrere, vorwiegend radial angeordnete Luftkanäle zugeführt, z.Bsp. gemäss der EP-A-0 088 254. Texturierdüsen nach dem Radialprinzip haben ihr Einsatzgebiet vor allem bei Garnen, die eher niedere Überlieferungen von unter 100 % erfordern. In Sonderfällen, bei sogenannten Effektgarnen können kurzzeitig bis zu 200 % Überlieferung zugelassen werden. Die zweite Type weist das Achsialprinzip auf. Die Druckluft wird hier über achsial gerichtete Kanäle in eine erweiterte Kammer des Garnkanales geführt. Eine solche Lösung ist in der EP-A-0 441 925 gezeigt. Texturierdüsen nach dem Achsialprinzip werden vor allem bei sehr hohen Überlieferungen bis zu 300 % teils sogar bis zu 500 % mit Erfolg eingesetzt. Die beiden entsprechenden Praxislösungen unterscheiden sich besonders auch durch die Ausgestaltung der Düsenöffnung im Bereich des Düsenaustrittes. Die Lösung gemäss EP-A-0 441 925 hat vor dem Austrittsende eine Düsenöffnung entsprechend einer Lavaldüse. Die Lavaldüse ist charakterisiert durch einen sehr kleinen Öffnungswinkel von etwa 8° bis maximal 10°. Ist der Öffnungswinkel gleich oder kleiner als der sogenannt ideale Lavalwinkel, so kann in der Düsenöffnung die Luftgeschwindigkeit stossfrei über die Schallgrenze gesteigert werden, vorausgesetzt der Luftdruck ist an der engsten Stelle der Lavaldüse über einem kritschen Druckverhältnis. Bereits Laval hatte erkannt, dass bei Absenkung des Luftdruckes auch in einer idealen Düse sich die Grenzzone der Geschwindigkeitssteigerung in die Düse hinein verschiebt. Es kann sich eine Stossfront mit den bekannten Verdichtungsstössen bilden. In den meisten Fachgebieten der Strömungstechnik werden wenn irgend möglich Verdichtungsstösse vermieden. Der Texturierprozess ist insofern komplexer, als nicht nur eine Überschallströmung mit einem Gas benötigt, sondern gleichzeitig auch das Garn mitten durch die Düse geführt und durch die Stossfront bearbeitet wird. Um alle Strömungsverluste zu kompensieren, wird beim Luftblastexturieren mit Luftdrücken von über 4 bar meistens über 6 bar gearbeitet. Die theoretisch maximale Geschwindigkeit der Luft (bei einer Temperatur von 20°C, einem gegen unendlich gehenden Vordruck und einem idealen Lavalwinkel von unter 10°) liegt bei etwa 770 m/sec. In der Realität liegt die maximal mögliche Luftgeschwindigkeit bei 12 bar zwischen 500 und 550 m/sec., also unter Mach 2. Hierzu wird auf eine wissenschaftliche Untersuchung in "Chemiefasern/ Textilindustrie Mai 1981" verwiesen. Die GB-A 2 287 256 zeigt einen älteren Lösungsvorschlag der Anmelderin insofern, als ein Mischgarn, bestehend aus Stapelfasern sowie einem Filament erzeugt wird. Dabei wurde von an sich bekannten Düsenausgestaltungen ausgegangen, welche durchwegs als Lavaldüsen konzipiert waren, also mit Winkel < 10°. Die Möglichkeit einer Leistungssteigerung wurde nicht festgestellt. Gemäss der am meisten verbreiteten Fachmeinung wird der Texturierprozess als solcher auf die Wirkung der Verdichtungsstösse zurückgeführt, welche ein Phänomen der Überschallströmung sind. Das mit einer Texturierdüse, mit idealem Lavalwinkel, von höchstens 10° Öffnungswinkel texturierte Garn galt lange als Qualitäts-Massstab. Auf Grund dieser gegebenen Qualität konnte nach anderen Düsenformen gesucht werden. Der Anmelderin gelang es, entsprechend der EP-A-0 088 254, tatsächlich eine alternative Düsenform mit einer trompetenförmigen Düsenmündung, der sogenannten Hemajet-Düse zu entwickeln. Die Trompetenform scheint nur auf den ersten Blick ausserhalb der Lavalgesetze zu liegen. Eine zweite Untersuchung (International Textil-Bulletin Garnherstellung 3/83) ergab, dass auch mit der Trompetenform eine Überschallströmung erzeugt wird, wobei maximale Luftgeschwindigkeiten in dem Bereich von etwa 400 m/sec. gemessen wurden. Die Praxis der Garnveredelung hat ferner gezeigt, dass in besonderen Anwendungsbereichen die Trompetenform vorteilhafter ist. Die Hemajet-Düse basiert auf einer konvex gewölbten Austrittsöffnung, die mit einem einfachen Radius beschreibbar ist. Überprüft man die Erweiterung unmittelbar anschliessend an die engste Stelle, so ergibt sich, dass diese anfänglich ein ganz kurzes Stück in dem Bereich des idealen Lavalöffnungswinkels liegt. Dies ist ein wesentlicher Grund, weshalb beide Düsentypen teils ähnliche Texturierresultate ergeben. Beide haben sich in verschiedenen Anwendungen als Standarddüsen durchgesetzt.
Die GB-A 839 493 schlägt einen ganz speziellen Düsenaufbau mit wenigstesn zwei Rohreinsätzen vor. Dabei weist der erste Rohreinsatz einen etwas kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des zweiten auf, derart, dass zwischen den beiden Rohreinsätzen ein Einlassspalt für die Druckluft geschaffen wird. Der zweite Rohreinsatz reicht bis zu einem sich erweiternden Anlass. Dadurch wird am Übergang zwischen dem zweiten Rohreinsatz sowie dem erweiternden Auslass eine abrupte Querschnittserweiterung erzeugt und eine Überschallströmung verhindert. Die Überschallgeschwindigkeit würde an dieser Stelle einen durchgehenden Verlauf bedingen. Der verwendete Druck von ca. 2 bar ist sehr tief und würde zusätzlich das Erreichen einer Überschallströmung in Frage stellen.
Obwohl Texturierdüsen nach dem Radialprinzip besonders bei tiefen Überlieferungen den Texturierdüsen nach dem Achsialprinzip überlegen sind, zeigt der genannte Artikel, dass die Fadenspannung beim Radialprinzip bei steigender Überlieferung stark abfällt. Es ist eine Erfahrungstatsache, dass die Garnspannung unmittelbar nach der Texturierdüse ein Qualitätsmerkmal für die Texturierung ist. Ein guter Qualitätsvergleich (höhere/tiefere Werte) wird erleichtert, wenn wenigstens 50 m/min. besser 100 m/min. Unterschiede in den Produktionsgeschwindigkeiten verglichen werden. Unter Qualität können alle möglichen Garnqualitätskriterien verstanden werden. Eingeschlossen sind auch Produktionsbedingungen, die nicht unmittelbar als Qualitätskriterien an dem texturierten Produkt messbar sind, die aber erfahrungsgemäss zu berücksichtigen sind. Z.Bsp. ist starkes oder leichtes Schlackern der einlaufenden Fäden ein Kriterium bzw. ein Wert, der über einem bestimmten Wert nicht mehr zulässig ist. Für den unmittelbaren messtechnischen Vergleich nach der erfindungsgemässen Lehre wird bevorzugt die Zugkraft auf das Garn nach dem Texturieren (in cN, bzw. mean cN) sowie die prozentuale Abweichung der momentanen Zugkraft (Sigma %) gewählt. Die beiden Werte können gesondert oder als Gesamtwert erfasst werden (AT-Wert). Es wird hierzu auf das ATQ-Mess- und Auswertungsprinzip der Anmelderin in Zusammenarbeit mit der Firma Retech AG, Schweiz verwiesen. Garngeschwindigkeiten unter 400 m/min. ergeben heute keinerlei Schwierigkeiten. Bei einzelnen praktischen Anwendungen wird bei Garngeschwindigkeiten von 400 bis 600 m/min. noch eine qualitativ akzeptierte Texturierung erhalten. Dagegen wird bei einer weiteren Steigerung der Garnabzugsgeschwindigkeit auf über 600 m/min. eine qualitative Verschlechterung festgestellt. Diese äussert sich z.Bsp. so, dass ohne erklärbaren Grund beim texturierten Garn einzelne Schlingen von dem texturierten Garn stärker abstehen. Die bekannten Texturierdüsen können, besonders bei Kompaktgarnen, wenn höchste Qualitäten von der Texturierung verlangt werden, nur unter 400 m/min. Produktionsgeschwindigkeit eingesetzt werden. Unter Produktionsgeschwindigkeit wird die Abführgeschwindigkeit des Garnes aus der Texturierdüse verstanden. Bei der Texturierung kennt man deshalb in Bezug auf die Produktionsgeschwindigkeit neben der Qualitätsgrenze eine absolute Texturiergrenze, bei der die Texturierung z.Bsp. wegen zu starkem Schlackern zusammenbricht.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, entweder die Texturierqualität bei einer gegebenen Geschwindigkeit zu steigern oder aber die Produktionsgeschwingkeiten z.Bsp. in dem Bereich von 400 bis 900 m/min. und mehr zu steigern und auch bei höheren Produktionsgeschwindigkeiten die gleich gute oder zumindest angenähert gleich gute Qualität zu erreichen, wie bei tieferen Produktions- bzw. Garngeschwindigkeiten. Ein weiterer Teilaspekt der Aufgabe lag ferner darin, bestehende Anlagen mit kleinstem Aufwand, sei es in Bezug auf Qualität und/oder Leistung umrüsten zu können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Garnspannung bei einer Produktgeschwindigkeit von über 400 m/min. erhöht und das Verhältnis Garnspannung zu Garngeschwindigkeit optimiert wird, dadurch, dass der Blasluftstrahl in dem Beschleunigungskanal auf eine Geschwindigkeit mehr als Mach 2 beschleunigt wird, wobei die Garnspannung einer gegebenen Garnqualität über einen grossen Produktionsgeschwindigkeitsbereich etwa konstant ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Texturierdüse, einen Düsenkern oder Düsenkopf mit einem durchgehenden Garnkanal mit einem austrittsseitig sich erweiternden Beschleunigungskanal und einer Druckluftzufuhr (P) in den Garnkanal, an dessen einer Seite Garn zuführbar und an dessen anderer Seite texturiertes Garn abziehbar ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der beschleunigungswirksame Abschnitt anschliessend an die Druckluftbohrungen des Beschleunigungskanales durchgehend als Überschallkanal ausgebildet ist, und eine Länge (ℓ2) von mehr als dem 1½-fachen Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser 10° und kleiner 40° aufweist.
Es wurde erkannt, dass der erste Schlüssel für die Qualität in der Garnspannung nach der Texturierdüse liegt. Nur wenn es gelingt, die Garnspannung zu erhöhen, kann die Qualität verbessert werden. Der eigentliche Durchbruch wurde aber erst ermöglicht, als die Strömung des Blasluftstrahles über den Bereich Mach 2 gesteigert wurde. Dies gelang entgegen dem offensichtlichen Vorurteil in der ganzen Fachwelt baulich durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Beschleunigungskanales. Überraschenderweise konnte mit vielen Versuchsreihen bestätigt werden, dass nicht nur die Qualität verbessert, sondern dass diese, erfindungsgemäss durch eine Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit in erstaunlich geringem Masse negativ beeinflusst wird. Vom Erfinder wurde erkannt, dass nur über eine Intensivierung des Texturierprozesses die Aufgabe lösbar ist. Die Lösung der Aufgabe gelang jedoch erst mit der Entdeckung, dass die Machzahl ein zentraler Einflussfaktor ist. Die Fachwelt war bisher zu sehr auf die Strömungsgeschwindigkeit fixiert. Die Geschwindigkeit lässt sich aber in der gegebenen Textilpraxis über den weiter oben genannten Bereich (unterhalb Mach 2) nicht steigern. Man liess sich im Stand der Technik entweder von den Gesetzmässigkeiten der Lavaldüsen oder aber von rein empirisch ermittelten und als gut befundenen Düsenformen leiten. Schon eine geringfügige Steigerung der Machzahl über 2 ergab bereits signifikante Resultate. Die beste Erklärung für die entsprechende Intensivierung des Texturierporzesses wird darin, gesehen, dass die Geschwindigkeitsdifferenz unmittelbar vor und nach der Stossfront vergrössert wird, was sich direkt auf die entsprechenden Angriffskräfte der Luft auf die Filamente auswirkt. Die gesteigerten Kräfte in dem Bereich der Stossfront verursachen eine Erhöhung der Garnspannung. Durch die Steigerung der Machzahl wird unmittelbar das Geschehen an der Stossfront gesteigert. Entsprechend konnte mit der neuen Erfindung die Garnspannung ganz wesentlich gesteigert, und die Qualität in einem bisher nicht möglichen Ausmass sichergestellt werden. Erfindungsgemäss wurde die Gesetzmässigkeit erkannt: höhere Machzahl = stärkerer Stoss = intensivere Texturierung. Die intensivierte Überschallströmung erfasst auf breiterer Front und viel intensiver das geöffnete Garn. Damit kann erreicht werden, dass keine Schlingen seitlich über die Wirkzone der Stossfront ausweichen können. Da die Erzeugung der Überschallströmung in dem Beschleunigungskanal auf der Expansion beruht, erhält man durch einen höheren Machbereich, also z.Bsp. anstelle Mach 1,5 Mach 2,5 auch eine Erhöhung bzw. annähernd eine Verdoppelung des wirksamen Austrittsquerschnittes. Bereits mit den ersten Versuchsreihen konnten verschiedene überraschende Beobachtungen gemacht werden:
  • bei der Anwendung eines für den höheren Machbereich ausgestalteten Überschallkanales trat bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit in jedem Fall eine qualitative Verbesserung der Texturierung ein, im Vergleich zum Stand der Technik;
  • bei den Texturierdüsen des Standes der Technik stellt man bei Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit immer wieder einen starken, graduellen Qualitätsverlust fest. Mit den neuen Texturierdüsen tritt zwar auch ein Qualitätsverlust ein, nur trat dieser bei allen Versuchen in nur kleinem Ausmass und je nach Garntiter erst bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von z.Bsp. über 800 m/min. auf;
  • Testversuche mit einzelnen Garntitern wurden bis zu einer Produktionsgeschwindigkeit von 1'000 bis 1500 m/min. durchgeführt, ohne Zusammenbruch der Texturierung.
  • Messtechnisch fiel sofort auf, dass die Garnspannung im Durchschnitt um gegen 50 % gesteigert werden konnte. Der gesteigerte Wert blieb zudem über einen grossen Geschwindigkeitsbereich von z.Bsp. 400 bis 700 m/min. nahezu konstant.
  • Es hat sicher ferner gezeigt, dass auch in der Wahl des Speisedruckes der Druckluft ein wesentlicher Einflussfaktor liegt. Zur Sicherstellung der höheren Machzahlen wird in vielen Fällen ein höherer Speisedruck benötigt. Dieser liegt etwa zwischen 6 bis 14 bar, kann aber auf 20 und mehr bar gesteigert werden.
Die Vergleichsversuche, Stand der Texturiertechnik und neue Erfindung, ergaben in einem beachtlich weiten Bereich die folgende Gesetzmässigkeit: Die Texturierqualität ist bei einer höheren Produktionsgeschwindigkeit im Vergleich mit der Texturierqualität bei tieferer Produktionsgeschwindigkeit mit einem für den niederen Machbereich ausgestalteten Überschallkanal wenigstens gleich oder besser. Der Texturiervorgang ist bei Luftgeschwindigkeiten in der Stossfront von über Mach 2 also z.Bsp. bei Mach 2.5 bis Mach 5 derart intensiv, dass auch bei höchsten Garndurchlaufgeschwindigkeiten nahezu ausnahmslos alle Schlingen genügend erfasst und in dem Garn gut eingebunden werden. Die Erzeugung einer Luftgeschwindigkeit im hohen Machbereich innerhalb des Beschleunigungskanales bewirkt zweierlei. Erstens werden die Einzelfilamente stärker geöffnet und mit grösserer Kraft in die Düse hineingerissen. Die Texturierung bricht bis zu höchsten Geschwindigkeiten nicht mehr zusammen. Zweitens wird der ganze Filamentverbund innerhalb von klaren äusseren Kanalgrenzen gleichmässig und direkt in die Stossfrontzone geführt.
Die neue Erfindung erlaubt ferner sowohl für das Verfahren wie für die Vorrichtung eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird hierzu auch auf die Ansprüche 2 bis 10 und 12 bis 17 Bezug genommen. In dem Beschleunigungskanal wird das Garn von dem sich beschleunigenden Luftstrahl über der entsprechenden Wegstrecke eingezogen und geöffnet, und der anschliessenden Texturierzone übergeben. Ein wesentlicher Punkt in der Texturiertechnik liegt darin, dass der Endverarbeiter eine einmal für gut befundene Qualität bei der weiteren Produktion unverändert erhalten kann. Die Konstanz der gleichen Qualität ist oft oberstes Gebot. Dies wird mit der neuen Lösung besonders gut erreicht, weil die für die Texturierung massgebenden Faktoren besser beherrschbar sind als im Stand der Technik. Der Hauptpunkt dafür ist die Beherrschung der Garnspannung besonders auch in Bezug auf die Konstanz der Garnspannung und der Konstanz der Texturierqualität. Bevorzugt wird die Druckluft in dem Beschleunigungskanal über eine Länge von wenigstens 1,5, vorzugsweise wenigstens 2 mal dem engsten Durchmesser beschleunigt, wobei das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquerschnitt des Beschleunigungskanals grösser als 2 ist. Der Gesamtöffnungswinkel des Blasluftstrahles soll grösser als 10°, also grösser als der ideale Lavalwinkel sein. Bisher wurden die besten Resulate erreicht, wenn die Beschleunigung des Blasluftstrahles stetig erfolgte. Es wurden aber auch verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Beschleunigungen untersucht . Die Ergebnisse waren teils annähernd so gut wie die stetige Beschleunigung mit einem durchgehend konischen Beschleunigungskanal. Der Blasluftstrahl wird anschliessend an den Beschleunigungskanal ohne Umlenkung, durch einen sich unstetig und stark erweiternden Abschnitt geführt. Es können ein oder mehrere Garnfäden mit gleicher oder unterschiedlicher Überlieferung eingeführt und mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 400 bis über 1200 m/min. texturiert werden. Der Druckluftstrahl in dem Überschallkanal wird auf 2,0 bis 6 Mach vorzugsweise auf 2,5 bis 4 Mach beschleunigt. Die besten Resultate wurden erreicht, wenn das austrittsseitige Ende des Garnkanales durch einen Prallkörper begrenzt ist, derart, dass das texturierte Garn etwa rechtwinklig zu der Garnkanalachse durch einen Spalt abgeführt wird.
Besonders bevorzugt wird ferner die Blasluft von der Zuführstelle in einen zylindrischen Abschnitt des Garnkanales unmittelbar in eine axiale Richtung mit etwa konstanter Geschwindigkeit bis zu dem Beschleunigungskanal geführt, wobei die Druckluft über eine oder mehrere, vorzugsweise drei oder mehr Bohrungen bzw. Kanäle in den Garnkanal eingeführt wird, derart, dass die Druckluft in einem Winkel (β) mit Förderkomponente in Richtung des Beschleunigungskanales eingeblasen wird. Überraschenderweise konnten mit sehr guten Resultaten Luftblastexturierdüsen nach dem Radialprinzip auf die neue Erfindung hin abgeändert werden, also Texturierdüsen gemäss EP-A-0 088 254, welche für deren technische Ausführungen als Bestandteil dieser Anmeldung erklärt wird. Die Druckluft wird dabei vorzugsweise über drei Bohrungen in den Garnkanal eingeführt, derart, dass die Druckluft in einem entsprechenden Winkel mit Förderkomponente in Richtung des Überschallkanales eingeblasen wird. Wie im Stand der Technik können auch mit der neuen Lösung ein oder mehrere Garnfäden mit unterschiedlichster Überlieferung texturiert werden. Der gesamte theoretisch wirksame Erweiterungswinkel des Überschallkanales sollte vom kleinsten zum grössten Durchmesser über 10°, jedoch unter 40° vorzugsweise innerhalb von 12° bis 30 ° besonders bevorzugt 12° bis 25° liegen. Nach den zur Zeit gängigen Rauigkeitswerten hat sich ein oberster Grenzwinkel (Gesamtwinkel) von 35° bis 36° ergeben, oberhalb dem immer ein zur Vermeidung des Abreissen der Überschallströmung stattfindet. In einem konischen Beschleunigungskanal wird die Druckluft im wesentlichen stetig beschleunigt. Der Düsenkanalabschnitt unmittelbar vor dem Überschallkanal wird bevorzugt etwa zylindrisch ausgebildet, wobei mit Förderkomponente in Richtung zu dem Beschleunigungskanal, in den zylindrischen Abschnitt eingeblasen wird. Die Einzugskraft auf das Garn wird mit der Länge des Beschleunigungskanales vergrössert. Die Düsenerweiterung bzw. die Erhöhung der Machzahl ergibt die Intensität der Texturierung. Der Beschleunigungskanal soll wenigstens einen Querschnittserweiterungsbereich von 1 : 2,0 bevorzugt 1 : 2,5 oder grösser aufweisen. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Länge des Beschleunigungskanales 3 bis 15 mal, vorzugsweise 4 bis 12 mal grösser ist, als der Durchmesser des Garnkanales am Beginn des Beschleunigungskanales. Der Beschleunigungskanal kann ganz oder teilweise stetig erweitert ausgebildet sein, konische Abschnitte aufweisen und/oder eine leicht sphärische Form haben. Der Beschleunigungskanal kann aber auch stufenweise ausgebildet werden und unterschiedliche Beschleunigungszonen aufweisen, mit wenigstens einer Zone mit grosser Beschleunigung sowie wenigstens einer Zone mit kleiner Beschleunigung des Druckluftstrahles. Der Austrittsbereich des Beschleunigungskanales kann ferner zylindrisch oder angenähert zylindrisch und der Eintrittsbereich stark erweitert, jedoch weniger als 36° erweitert sein. Wurden die Randbedingungen für den Beschleunigungskanal erfindungsgemäss eingehalten, so haben sich die genannten Variationen des Beschleunigungskanales als nahezu gleichwertig oder zumindest als äquivalent erwiesen. Der Garnkanal weist anschliessend an den Überschallkanal eine stark konvexe, bevorzugt trompetenförmig mehr als 40° erweiterte Garnkanalmündung auf, wobei der Übergang von dem Überschallkanal in die Garnkanalmündung vorzugsweise unstetig verläuft. Ein entscheidender Faktor wurde darin gefunden, dass mit einem Prallkörper vor allem auch die Druckverhältnisse in dem Texturierraum positiv beeinflusst und stabil gehalten werden können. Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Texturierdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen durchgehenden Garnkanal mit einem mittleren zylindrischen Abschnitt, in den die Luftzuführung mündet, sowie in Fadenlaufrichtung einen an dem zylindrischen Abschnitt unmittelbar anschliessenden vorzugsweise konischen Beschleunigungskanal mit einem Öffnungswinkel (α2) grösser 10°, sowie einen anschliessenden Erweiterungsabschnitt mit einem Öffnungswinkel (∂) grösser als 40° aufweist, wobei der Erweiterungsabschnitt konisch oder trompetenförmig ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Düsenkopf mit einer Texturierdüse mit einem Garnkanal, der in Garnförderrichtung einen Einlaufabschnitt, einen zylindrischen mittleren Abschnitt mit der Druckluftzufuhr, sowie einen erweiterten Luftbeschleunigungsabschnitt und austrittsseitig einen bevorzugt zustellbaren Prallkörper aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der beschleunigungswirksame Abschnitt anschliessend an die Druckluftbohrungen (15) des Beschleunigungskanales durchgehend als Überschallkanal ausgebildet ist, und eine Länge (ℓ2) von mehr als dem 1½-fachen Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser 10° und kleiner 40° aufweist. Der Garnkanal wird bevorzugt mit dem mittleren Abschnitt sowie dem Luftbeschleunigungsabschnitt in einem ein- und ausbaubaren Düsenkern ausgebildet.
Der Erfindung lag ferner die Aufgabe zu Grunde, die Qualität und/oder die Produktionsgeschwindigkeit bei einer bestehenden Anlage zu verbessern. Die erfindungsgemässe Lösung ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Düsenkerns, als Ersatz eines bestehenden Düsenkernes (bzw. eines ganzen Düsenkopfes mit einem Düsenkern) für die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit und/oder für die Verbesserung der Texturierqualität gemäss Anspruch 21. Der Düsenkern bzw. der ganze Düsenkopf weisen identische Einpassabmessungen auf, wie die Düsenkerne bzw. die Düsenköpfe des Standes der Technik. Der neue Ersatzdüsenkern hat einen Luftbeschleunigungsabschnitt mit einer Länge (ℓ2) von mehr als dem 1.5-fachem Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals (11) und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser als 10°.
Die bisher durchgeführten Versuche haben ferner gezeigt, dass eine Befeuchtung des Garnes vor der Texturierung auch mit der neuen Erfindung bessere Resultate bringt. Es war aber noch nicht möglich, den Einfluss des in der Fachwelt bekannten Kondensationsstosses abschliessend zu klären.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nun an Hand von einigen Beispielen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
die Figur 1
die Mündung einer Düse des Standes der Technik;
die Figur 2
ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Gestaltung des Beschleunigungskanales;
die Figur 3
ein erfindungsgemässer Düsenkern gemäss Figur 2;
die Figur 4
eine Texturierdüse bzw. ein Düsenkopf mit eingebautem Düsenkern im Einsatz mit einer Qualitätsmessung;
die Figur 4a
ein Messverlauf des AT-Wertes während einer kurzen Messzeit;
die Figur 5
ein Düsenkern des Standes der Technik gemäss EP-PS Nr. 88 254;
die Figur 6
ein erfindungsgemässer Düsenkern mit gleichen äusseren Einbauabmessungen;
die Figur 7
einige vorteilhafte Ausgestaltungen für den erfindungsgemässen Beschleunigungskanal;
die Figur 8
eine Texturierdüse bzw. Düsenkopf teilweise im Schnitt;
die Figur 8a
einen Teilvergrösserung der Figuren 8 in dem Austrittsbereich der Texturierdüse;
die Figur 9
ein Vergleich von texturiertem Garn gemäss Stand der Technik/neue Erfindung in Bezug auf Garnspannung;
die Figur 10
Qualitätsmesswerte im Vergleich Stand der Technik und verschiedener erfindungsgemässer Düsen in tabellarischer Form;
die Figur 11
Vergleichsaufnahmen von texturiertem Garn, Stand der Technik (rechts);
die Figur 11a
erfindungsgemäss verarbeitetes Garn (links);
die Figur 12
Messdispositiv für Vergleichsmessungen, Stand der Technik/ neue Erfindung;
die Figur 13, 13a und 14
Einzelkraft-Dehnung als Vergleich Stand der Technik (Figur 13, 13a) sowie neue Erifndung Figur 14;
Wege und Ausführung der Erfindung
In der Folge wird nun auf die Figur 1 Bezug genommen, welche nur den Bereich der Düsenmündung von einer bekannten Texturierdüse darstellt, entsprechend der EP-A-0 088 254. Die entsprechende Texturierdüse 1 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 2 auf, der zugleich auch dem engsten Querschnitt 3 mit einem Durchmesser d entspricht. Vom engsten Querschnitt 3 beginnt sich der Garnkanal 4 trompetenförmig zu erweitern, wobei die Form mit einem Radius R definiert werden kann. Auf Grund der sich einstellenden Überschallströmung kann ein entsprechender Stossfrontdurchmesser DAs ermittelt werden. Auf Grund des Stossfrontdurchmessers DAs lässt sich relativ genau die Ablös- oder Abreissstelle A1 ermitteln, die wenig grösser ist als der lichte Durchmesser der Düse. Wird nun in dem Bereich der Ablössstelle A1 auf beiden Seiten eine Tangente angelegt, so ergibt sich ein Hüllkegel mit einem Öffnungswinkel α1 von etwa 22°. Dies bedeutet, dass bei der genannten Düsenform mit entsprechender Oberflächenbeschaffenheit die Stossfront bei einem Öffnungswinkel von 22° ablöst. Für die Besonderheiten der Stossfront wird auf die eingangs erwähnten wissenschaftlichen Untersuchungen verwiesen. Der Beschleunigungsbereich der Luft kann auch durch die Länge ℓ1 von der Stelle des engsten Querschnittes 3, sowie der Abrissstelle A1 definiert werden. Da es sich um eine echte Überschallströmung handelt, kann daraus ungefähr die Luftgeschwindigkeit errechnet werden. VDa ist die grösste Luftgeschwindigkeit. Vd ist die Schallgeschwindigkeit an der engsten Stelle 3. Im vorliegenden Beispiel wurden folgende Werte errechnet: DAsd ≅ 1,225;   FAF3 ≅ 1,5;   ℓ 1d <1.0;
Wenn bei Vd eine Luftgeschwindigkeit von 330 m/sec. vorhanden ist, (Mach 1), so ergibt sich am Austritt A aus dem Überschallbereich etwa Mach 1,8 (MDa). Diese Werte liegen nahe bei den Messwerten gemäss Textil-Bulletin. Die eigentliche Beschleunigungsstrecke innerhalb des Überschallkanales ist sehr kurz, und wie auf Grund der neuen Erfindung erkannt wurde, zu kurz. F3 bzw. FA bedeutet die Fläche an der betreffenden Stelle.
Die Figur 2 zeigt nun ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Ausgestaltung des Beschleunigungskanales 11, welcher der Länge ℓ2 entspricht. Die erfindungsgemässe Texturierdüse 10 entspricht bei dem gezeigten Beispiel bis hin zu dem engsten Querschnitt 3 dem Düsenkern gemäss Figur 1, ist dann aber unterschiedlich. Der Öffnungswinkel α2 ist mit 20° angegeben. Die Ablössstelle A2 ist am Ende des Überschallkanales eingezeichnet, wo der Garnkanal in eine unstetige, stark konische oder trompetenförmige Erweiterung 12 übergeht mit einem Öffnunswinkel ∂ > 40°. Auf Grund der Geometrie ergibt sich ein Stossfrontdurchmesser DAE, der gegenüber Figur 1 wesentlich grösser ist. Bei der Figur 2 ergeben sich etwa folgende Verhältnisse: L2/d = 4.2; Vd = 330 m/sec. (Mach 1); DAEd ∼ 2.5 → MDE = Mach 3.2
Gemäss der neuen Erfindung bewirkt eine Verlängerung des Beschleunigungskanales 11 mit entsprechendem Öffnungswinkel eine Vergrösserung des Stossfrontdurchmessers DAE. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass die bisherige Annahme, etwa gemäss Textilpraxis, die Texturierung, sei eine Folge von mehrfachen Stossfrontdurchdringungen des Garnes, zumindest zum Teil unrichtig ist. Unmittelbar in dem Bereich der Stossfrontbildung entsteht die grösstmögliche Verdichtungsstossfront 13 mit anschliessender abrupter Druckerhöhungszone 14. Die eingentliche Texturierung findet im Bereich der Verdichtungsstossfront 13 statt. Die Luft bewegt sich etwa um den Faktor 50 schneller als das Garn. Durch viele Versuche konnte ermittelt werden, dass die Ablösestelle A3, A4 auch in den Beschleunigungskanal 11 hinein wandern kann, nämlich dann, wenn der Speisedruck abgesenkt wird. In der Praxis gilt es nun, für jedes Garn den optimalen Speisedruck zu ermitteln, wobei die Länge (ℓ2) des Beschleunigungskanales für den ungünstigen Fall ausgelegt wird, also eher etwas zu lang gewählt wird. Demgegenüber bewirkt eine Erhöhung des Speisedruckes bei der Lösung des Standes der Technik sehr wenig, da die Ablösestelle mit dem Druck nahezu nicht beeinflusst wird.
In der Folge wird nun auf die Figur 3 Bezug genommen, welche eine bevorzugte Ausführungsform eines ganzen Düsenkernes 5 im Querschnitt zeigt. Die äussere Einpassform wird bevorzugt exakt den Düsenkernen des Standes der Technik angepasst. Dies betrifft vor allem die kritische Einbaumasse, den Bohrungsdurchmesser BD, die Gesamtlänge L, die Düsenkopfhöhe KH, sowie die Distanz LA für den Druckluftanschluss P'. Die Versuche haben ergeben, dass der bisherige optimale Einblaswinkel β beibehalten werden kann, ebenso die Lage der entsprechenden Druckluftbohrungen 15. Der Garnkanal 4 weist im Einlaufbereich des Garnes, Pfeil 16, einen Garneinführungskonus 6 auf. Durch die im Garntransportsinne (Pfeil 16) gerichtete Druckluft über die schrägen Druckluftbohrungen 15 wird die, nach rückwärts gerichtete Abluftströmung reduziert. Das Mass "X" (Figur 6) zeigt an, dass die Luftbohrung bevorzugt wenigstens etwa um die Grösse des Durchmessers vom engsten Querschnitt 3 zurückversetzt ist. In Transportrichtung gesehen (Pfeil 16) weist die Texturierdüse 10, bzw. der Düsenkern 5 einen Garneinführkonus 6, einen zylindrischen mittleren Abschnitt 7, einen Konus 8, der gleichzeitig dem Beschleunigungskanal 11 entspricht, sowie einen erweiterten Texturierraum 9 auf. Der Texturierraum wird quer zur Strömung durch eine Trompetenform 12 begrenzt, welche auch als offener konischer Trichter ausgebildet kann.
Die Figur 4 zeigt einen ganzen Texturierkopf bzw. Düsenkopf 20, mit eingebautem Düsenkern 5. Das unverarbeitete Garn 21 wird über ein Lieferwerk 22 der Texturierdüse zugeführt und als texturiertes Garn 21' weitertransportiert. In dem Austrittsbereiches 13 der Texturierdüse befindet sich ein Prallkörper 23. Ein Druckluftanschluss P' ist seitlich an dem Düsenkopf 20 angeordnet. Das texturierte Garn 21' läuft mit einer Transportgeschwindigkeit VT über ein zweites Lieferwerk 25. Das texturierte Garn 21' wird über einen Qualitätssensor 26 geführt z.Bsp. mit der Marktbezeichnung HemaQuality, genannt ATQ, in welchem die Zugkraft des Garns 21' (in cN) sowie die Abweichung der momentanen Zugkraft (Sigma %) gemessen wird. Die Messignale werden einer Rechnereinheit 27 zugeführt. Die entsprechende Qualitätsmessung ist Voraussetzung für die optimale Überwachung der Produktion. Die Werte sind aber vorallem auch ein Mass für die Garnqualität. Im Luftblastexturierprozess ist die Qualitätsbestimmung insofern erschwert, als keine definierte Schlingengrösse besteht. Es lässt sich viel besser die Abweichung gegenüber der vom Kunden als gut befundenen Qualität feststellen. Mit dem ATQ-System ist dies möglich, da die Garnstruktur und deren Abweichung über einen Fadenspannungssensor 26 festgestellt, ausgewertet und durch eine einzige Kennzahl dem AT-Wert, angezeigt werden kann. Ein Fadenspannungssensor 26 erfasst als analoges elektrisches Signal insbesondere die Fadenzugkraft nach der Texturierdüse. Dabei wird aus Mittelwert und Varianz der Fadenzugkraft-Messwerte laufend der AT-Wert errechnet. Die Grösse des AT-Wertes ist von der Struktur des Garnes abhängig und wird vom Anwender nach seinen eigenen Qualitätsansprüchen ermittelt. Verändert sich während der Produktion die Fadenzugkraft oder die Varianz (Gleichmässigkeit) der Fadenspannung, ändert sich auch der AT-Wert. Wo die oberen und unteren Grenzwerte liegen, kann mit Garnspiegeln, Strick- oder Gewebeproben ermittelt werden. Sie sind je nach Qualitätsansprüchen verschieden. Der ganz besondere Vorteil der ATQ-Messung ist der, dass verschiedenartige Störungen aus dem Prozess gleichzeitig erfasst werden. Z.Bsp. Stellengleichheit der Texturierung, Fadenbenetzung, Filamentbrüche, Düsenverschmutzung, Prallkugelabstand, Hotpin-Temperatur, Luftdruckunterschiede, POY-Steckzone, Garnvorlage usw. Die Figur 4a ist ein Anzeigemuster für den Verlauf des AT-Wertes während einer kurzen Messzeit.
Die Figuren 5 und 6 zeigen in mehrfacher Vergrösserung gegenüber der wirklichen Grösse Düsenkerne; die Figur 5 einen Düsenkern des Standes der Technik, die Figur 6 einen erfindungsgemässen Düsenkern. Da es mit der neuen Erfindung gelang die Aufgabe gleichsam im inneren des Düsenkerns zu lösen, konnte der neue Düsenkern als Austauschkern für den bisherigen konzipiert werden. Insbesondere die Abmessungen Bd, EL als Einbaulänge, LA + KH sowie KH werden deshalb bevorzugt nicht nur gleich, sondern auch mit den gleichen Toleranzen hergestellt. Bevorzugt wird ferner auch die Trompetenform in dem äusseren Austrittsbereich gleich hergestellt, wie im Stand der Technik, mit einem entsprechenden Radius R. Der Prallkörper kann eine beliebige Form haben: sphärisch, kugelförmig flach oder sogar im Sinne einer Kalotte (Figur 8a). Die genaue Lage des Prallkörpers in dem Austrittsbereich bleibt durch die Beibehaltung der äusseren Masse erhalten, entsprechend ein gleicher Abzugspalt Sp1. Der Texturierraum 18, der in Figur 5 mit 17 bezeichnet ist, bleibt nach aussen unverändert, wird aber rückwärts gerichtet nun durch den erfindungsgemässen Beschleunigungskanal 11 definiert. Der Texturierraum kann je nach Höhe des gewählten Luftdruckes auch in den Beschleunigungskanal hinein vergrössert werden, wie mit zwei Pfeilen 18 bei Figur 6 angedeutet ist. Der Düsenkern wird wie im Stand der Technik aus einem hochwertigen Material wie Keramik, Hartmetall oder Spezialstahl hergestellt und ist das eigentlich teure Teil einer Texturierdüse. Wichtig bei der neuen Düse ist, dass die zylindrische Wandfläche 21 wie auch die Wandfläche 22 in dem Bereich des Beschleunigungskanales höchste Güte hat. Die Beschaffenheit der Trompeten-Erweiterung wird im Hinblick auf die Garnreibung festgelegt.
Die Figur 7 zeigt verschieden ausgestaltete Überschallkanäle. Teilweise ist nur der Öffnungswinkel für einen Abschnitt des Überschallkanales angegeben. Entgegen allen Erwartungen waren die Variationen zwischen den Versuchsergebnissen nicht sehr gross. Als beste Formen ergaben sich rein konische Beschleunigungskanäle mit einem Öffnungswinkel über 12° zwischen 15° und 25° (ganz links im Bild). Die senkrechte Kolonne a zeigt reine Konusformen, bei den Reihen b und c eine Kombination von Konusform sowie kurze zylindrische Abschnitte, wohingegen die Reihe d einen parabelförmigen erfindungsgemäßen Beschleunigungskanal aufweist. Der minimale Gesamt öffnungswinkel des Beschleunigungskanals ist hier definiert als Winkel zwischen den Tangenten an die Parabelpankte an Übergang in den geradlinig begrenzten Teil des Düsenkanals. Die Reihe c zeigt eine Kombination von Konus sowie Trompetenformen. Bei den Reihen f und g ist der erste Abschnitt des Beschleunigungskanals stark erweitert und geht dann in einen zylindrischen Teil über. Testversuche mit allen Typen haben beachtlich gute Resulate gebracht, wobei bisher beste Resultate mit den Reihen a und d ermittelt wurden. Für das Verständnis ist es nicht unwichtig, dass der mittlere zylindrische Abschnitt einen Durchmesser in dem Bereich von Millimetern oder sogar unter 1 mm aufweist. Die Länge des Beschleunnigungsabschnittes liegt in dem Bereich von etwa 1 cm oder weniger.
Die Figur 8 zeigt einen ganzen Düsenkopf 20, mit einem Düsenkern 5 sowie einen Prallkörper 14, der über einem Arm 23 verstellbar in einem bekannten Gehäuse 24 verankert ist. Für das Einfädeln wird der Prallkörper 14 mit dem Arm 23 auf bekannte Weise entsprechend Pfeil 25 aus dem Arbeitsbereich 13 der Texturierdüse weggezogen bzw. weggeschwenkt. Die Druckluft wird aus einer Gehäusekammer 27 über die Druckluftbohrungen zugeführt. Der Düsenkern 5 wird über eine Klemmbride 28 an dem Gehäuse 24 fest geklemmt. Anstelle einer kugeligen Form 30 kann der Prallkörper auch eine Kalottenform 31 haben.
Die Figur 8a zeigt die Kombination einer erfindungsgemässen Texturierdüse mit einigen Variationen der Form des Prallkörpers 14. Die Prallkugel 14 dringt leicht in die trompetenförmige Öffnung der Düse ein. Mit ausgezogenem Strich ist in Figur 6 eine normale Arbeitsposition dargestellt, strichpunktiert, die Prallkugel die Trompetenform 12 berührend. Die strichpunktierte Lage kann als Ausgangslage zur genauen Position in der Arbeitslage benutzt werden. Durch die Trompetenform 12 einerseits sowie jene des Prallkörpers 14 anderseits ergibt sich ein innenliegender Texturierraum 18, sowie ein freier Spalt Sp1 für die abströmende Texturierluft und für die Herausführung des texturierten Garnes. Der Spalt Sp1 wird jeweils empirisch auf Grund der Garnqualität ermittelt, optimiert und für die Produktion festgelegt. Der Texturierraum 18 bekommt so, je nach Kugeldurchmesser und Gestalt des Prallkörpers, eine beeinflussbare Gestalt und Grösse. Vom Erfinder wurde festgestellt, dass mit der Grösse des Abzugsspaltes primär die Druckverhältnisse für den Beschleunigungskanal eingestellt werden können. Durch Verringern des Abzugsspaltes Sp1 verändert sich der Durchströmwiderstand und der statische Druck in dem Texturierraum. Für die Druckeinstellung entscheiden Spaltweitenänderungen in der Grössenordnung von Zehntels-Millimetern. Für die bisherigen Versuche wurden jeweils kreisförmige Querschnitte und im Längsschnitt symmetrisch ausgebilde Überschallkanäle verwendet. Die neue Lösung kann aber auch auf asymmetrische und von der Kreisform abweichende Querschnitte, bezüglich des Überschallkanales z.Bsp. mit Rechteckquerschnitt bzw. mit angenähertem Rechteck oder angenähert ovalen Formen ausgebildet werden. Ferner ist es möglich, eine Düse derart geteilt auszugestalten, dass sie für das Einfädeln geöffnet werden kann. Es wird dazu auf die internationale Anmeldung PCT/CH96/00311 verwiesen, welche für den technischen Inhalt als integrierter Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt wird.
Die Figur 9 zeigt unten links rein schematisch die Texturierung des Standes der Technik. Dabei sind zwei Hauptparameter hervorgehoben. Eine Öffnungszone Oe-Z1, sowie ein Stossfrontdurchmesser DAs, ausgehend von einem Durchmesser d, entsprechend einer Düse wie in Figur 1 dargestellt ist. Demgegenüber ist rechts oben die neue Texturierung dargestellt. Sehr deutlich erkennbar ist dabei, dass die Werte Oe-Z2 sowie DAE deutlich grösser sind. Es wurde zudem ein weiterer interessanter Aspekt erkannt. Die Garnöffnung beginnt schon vor dem Beschleunigungskanal in dem Bereich der Druckluftzufuhr P, also schon in dem zylindrischen Abschnitt, was mit V0, als Voröffnung bezeichnet ist. Bevorzugt wird das Mass Vo grösser d gewählt.
Die wesentliche Aussage der Figur 9 liegt in dem diagramatischen Vergleich der Garnspannung gemäss Stand der Technik (Kurve T 311) mit Mach < 2 sowie einer erfindungsgemässen Texturierdüse (Kurve S 315) mit Mach > 2. In der Vertikalen des Diagrammes ist die Garnspannung in cN. In der Horizontalen ist die Produktionsgeschwindigkeit Pgeschw. in m/min dargestellt. Die Kurve 311 lässt das deutliche Zusammenfallen der Garnspannung über einer Produktionsgeschwindigkeit von 500 m/min. erkennen. Oberhalb etwa 650 m/min. brach die Texturierung zusammen. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve S 315 mit der erfindungsgemässen Düse, dass die Garnspannung nicht nur viel höher ist, sondern in dem Bereich von 400 bis 700 m/min. nahezu konstant ist und auch im höheren Produktionsbereich nur langsam abfällt. Die Erhöhung der Machzahl ist eines der wichtigsten "Geheimnisse" für den Fortschritt mit der neuen Erfindung.
Die Figur 10 zeigt einen Ausdruck einer ATQ-Qualitätsprüfung. Die oberste Tabelle gibt die mittlere Zugspannung (cN), die mittlere die prozentuale Abweichung der momentanen Zugkraft (Sigma %) und die unterste Tabelle die entsprechenden AT-Werte an. Auf der ersten horizontalen Linie jeder Tabelle sind jeweils die Werte einer Standard-T-Düse, das heisst einer Texturierdüse des Standes der Technik angegeben. Von oben nach unten sind anschliessend die Werte von erfindungsgemässen S-Düsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln von 19° bis 30,6°. Alle erfindungsgemässen Düsen hatten die gleiche Länge des Überschallkanales. Die Werte 0.00 besagen, dass entweder die Texturierung nicht möglich war, oder der Versuch nicht durchgeführt wurde.
Die Figuren 11 und 11a zeigen einen visuellen Vergleich an Hand von texturiertem Garn. Die Figur 11 (rechte Bildhälfte) zeigt je eine Texturierung mit einer Düse des Standes der Technik, mit 400, 600 und 800 m/min. Produktionsgeschwindigkeit. Bei 800 m/min. wurde zudem der Druck auf 12 erhöht. Das Ergebnis kann bis 400 m/min. als gut und bei 600 m/min. als bedingt gut bezeichnet werden. Auf der linken Bildhälfte (Figur 11a) sind entspreched die Resultate von 5 Versuchen mit einer erfindungsgemässen Düse dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass selbst bei 800 m/min. Produktionsgeschwindigkeit immer noch ein bedingt gutes Resultat erreicht wird. Im Gegensatz dazu würde das Vergleichsbeispiel (rechts daneben) gemäss Stand der Technik vom Kunden abgelehnt, obwohl ein Speisedruck von 12 bar verwendet wurde.
In der Figur 11 und 11a wurde eine identische Garnqualität und gleichen Bedingungen getestet. Core: PA dtex 78f66x1; Effect: PA dtex 78f66x1; OF 12/30 %. Die Figur 12 zeigt die Testanordnung für die Vergleichsversuche gemäss Figur 11. Es wurden dabei folgende Messwerte ermittelt (Einstelldaten und Messdaten): (siehe Tabelle Stand der Technik/neue Erfindung)
Die analogen Aussagen zu den Figuren 11 und 12 lassen sich auch aus den Figuren 13, 13a sowie 14 entnehmen. Links im Bild ist jeweils eine graphische Darstellung von einer Vielzahl von Fäden mit jeweils der Einzelkraft F cN/dtex (vertikal) über der Dehnung E in % (horizontal). Die Figur 13 gehört zu Tabelle 12a, die Figur 13a zu 12b und die Figur 14 zu der Tabelle 12c. Bei der graphischen Darstellung handelt es sich um eine Einzelkraft/ Dehnungskurve.
Die neue Erfindung hat mit einer verhältnismässig kleinen Massnahme, insbesondere durch die erfindungsgemässe Gestaltung des Bereiches des Beschleunigungskanales viele überraschende Effekte ergeben. Dies erlaubt z.Bsp.:
  • anstelle eines Düsenkernes des Standes der Technik ohne irgend welche Änderungen der übrigen Prozessparameter einen erfindungsgemässen einzubauen, mit dem Ergebnis, dass die Qualität stabiler und besser wird;
  • oder der Kunde möchte die Produktionsgeschwindigkeit leicht erhöhen. - Der Einbau eines neuen Düsenkernes gestattet die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Qualitätseinbusse;
  • oder der Kunde möchte die Produktionsgeschwindigkeit stark erhöhen. - Hier kann durch Erhöhung des Speisedruckes der Luft die Qualität ebenfalls sichergestellt werden;
  • in jedem Fall kann entweder nur der Düsenkern oder aber der ganze Düsenkopf ersetzt werden.
    Figure 00170001
Die bisher beste Texturierdüse weist einen durchgehenden Garnkanal mit einem austrittsseitig sich erweiteruden Beschleunigungskanal und einer Druckluftzufuhr (P) in den Garnkanal, an dessen einem Ende Garn zuführbar und an dessen anderem Ende texturiertes Garn abziehbar ist, auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen durchgehenden Garnkanal mit einem mittleren, zylindrischen Abschnitt, in den die Luftzuführung mündet, sowie in
Fadenlaufrichtung einen an dem zylindrischen Abschnitt bevorzugt unmittelbar anschliessenden konischen Beschleunigungskanal mit einem Öffnungswinkel (α2) grösser 10° sowie einen anschliessenden Erweiterungsabschnitt mit einem Öffnungswinkel grösser als 40° aufweist, wobei der Erweiterungsabschnitt konisch oder trompetenförmig ausgebildet ist.
Die Texturierdüse kann als Düsenkern, welcher in einem Düsenkopf ein- und ausbaubar ist, und in eingebautem Zustand einen Düsenkopf bildet, oder aber als Düsenkopf mit eingebautem Düsenkern ausgebildet sein, mit einem austrittsseitig, am Düsenkern zustellbar angeordneten Prallkörper, durch den der Texturierraum begrenzbar ist.

Claims (17)

  1. Verfahren zum aerodynamischen Texturieren von Garn mit einer Texturierdüse (10) mit durchgehendem Garnkanal (4), an dessen einem Ende das Garn (21) zugeführt, und an dessen anderem Ende als texturiertes Garn (21') abgeführt wird, wobei in einem mittleren Abschnitt (7) Druckluft mit einem Speisedruck (P) von mehr als vier bar in den Garnkanal (4) zugeführt und in einem sich austrittsseitig erweiternden Beschleunigungskanal (11) der Blasluftstrahl auf Überschall beschleunigt und die Garnspannung bei einer Produktgeschwindigkeit von über 400 m/min. erhöht wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis Garnspannung zu Garngeschwindigkeit optimiert wird, dadurch, dass der Blasluftstrahl in dem Beschleunigungskanal (11) auf eine Geschwindigkeit mehr als Mach 2 beschleunigt wird, wobei die Garnspannung einer gegebenen Garnqualität über einen grossen Produktionsgeschwindigkeitsbereich etwa konstant ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei vorgegebenem Speisedruck (P) der Druckluft zwischen 6 und 14 bar oder mehr, die Garnspannung einer gegebenen Garnqualität bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 400 bis 700 m/min. etwa konstant ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Blasluft von der Zuführstelle in den Garnkanal (4) unmittelbar in eine axiale Richtung mit etwa konstanter Geschwindigkeit bis zu dem Beschleunigungskanal (11) geführt ist, wobei die Druckluft (8) über ein oder mehrere Bohrungen (15) in den Garnkanal (4) eingeführt wird, derart, dass die Druckluft in einem Winkel (β) mit Förderkomponente in Richtung des Beschleunigungskanales (11) eingeblasen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein oder mehrere Garnfäden nach dem Kern/Mantel Prinzip mit gleicher oder unterschiedlicher Überlieferung eingeführt, und mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 400 bis 1500 m/min. oder mehr texturiert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druckluftstrahl in dem Überschallkanal auf 2,0 bis 6 Mach insbesondere auf 2,5 bis 4 Mach beschleunigt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das austrittsseitige Ende des Garnkanales (4) durch einen Prallkörper (23) begrenzt ist, derart, dass das texturierte Garn (21') etwa rechtwinklig zu der Garnkanalachse durch einen Spalt (Sp1) abgeführt wird.
  7. Texturierdüse (10) mit einem Düsenkern (5) mit einem durchgehenden Garnkanal (4) mit einem austrittsseitig sich erweiteruden Beschleunigungskanal (11) und einer Druckluftbohrungen (15) in den Garnkanal (4), an dessen einer Seite Garn (21) zuführbar und an dessen anderer Seite texturiertes Garn (21') abziehbar ist, wobei der beschleunigungswirksame Abschnitt anschliessend an die Druckluftbohrungen (15) des Beschleunigungskanales (11) durchgehend als Überschallkanal ausgebildet ist, und eine Länge (ℓ2) von mehr als dem 1½-fachen Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals (11) und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser 10° und kleiner 40° aufweist.
  8. Texturierdüse nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der wirksame Erweiterungswinkel (α2) des Beschleunigungskanales (11), 12° bis 30° beträgt.
  9. Texturierdüse nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Beschleunigungskanal (11) wenigstens einen Querschnittserweiterungsbereich von 1 : 2,0 oder grösser und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser als 10° aufweist.
  10. Texturierdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Beschleunigungskanal (11) konisch ausgebildet ist und insbesondere in eine viel stärker erweiterte trompetenförmige Öffnung (12) übergeht.
  11. Texturierdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Länge (ℓ2) des Beschleunigungskanals (11) wenigstens zweimal, grösser ist als der Durchmesser (d) des Garnkanals am Beginn des Beschleunigungskanals.
  12. Texturierdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Eintrittsbereich des Beschleunigungskanals (11) zylindrisch oder angenähert zylindrisch (VO) und der Austrittsbereich am Ende des Garnkanales mehr als 40° erweitert ist.
  13. Texturierdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Luftblastexturierdüse (10) eine Druckluftzufuhr (P) nach dem Radialprinzip aufweist.
  14. Düsenkopf (20) mit einer Texturierdüse (10) mit einem durchgehenden Garnkanal (4), der in Garnförderrichtung einen Einlaufabschnitt, einen zylindrischen mittleren Abschnitt mit der Druckluftzufuhr, sowie einen sich austriffsseitig erweiteruden Luftbeschleunigungsabschnitt (11) und austrittsseitig einen Prallkörper (23) aufweist, wobei das Garn beim Einlaufabschnitt zuführbar und auf der Seite des Prallkörpers abziehbar ist, wobei der beschleunigungswirksame Abschnitt (11) anschliessend an die Druckluftbohrungen (15) des Beschleunigungskanales (11) durchgehend als Überschallkanal ausgebildet ist, und eine Länge (ℓ2) von mehr als dem 1½-fachen Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals (11) und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser 10° und kleiner 40° aufweist.
  15. Düsenkopf (20) nach Anspruch 14 mit einer Texturierdüse (10) mit einem Garnkanal (4), der in Garnförderrichtung einen Einlaufabschnitt, einen zylindrischen mittleren Abschnitt mit der Druckluftzufuhr (8) sowie einen erweiterten Luftbeschleunigungsabschnitt und austrittsseitig einen bevorzugt zustellbaren Prallkörper aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Garnkanal (4) mit dem mittleren Abschnitt sowie dem Luftbeschleunigungsabschnitt in einem ein- und ausbaubaren Düsenkern (5) ausgebildet ist.
  16. Düsenkopf (20) nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Düsenkern (5) einen durchgehenden Garnkanal (4) mit einem mittleren zylindrischen Abschnitt (7), in den die Luftzuführung über Druckluftbohrungen (15) mündet sowie einen, in Fadenlaufrichtung an den zylidrischen Abschnitt (7) unmittelbar anschliessenden konischen Erweiterungsabschnitt mit einem Öffnungswinkel grösser als 10° sowie einen anschliessenden konischen oder trompetenförmigen Erweiterungsabschnitt mit einem Öffnungswinkel (χ) grösser 40° aufweist.
  17. Verwendung einer Texturierdüse (10) als Düsenkopf (20) oder Düsenken (5) mit einem durchgehenden Garnkanal (4) mit einem austrittsseitig sich erweiteruden Beschleunigungskanal (11) und Druckluftbohrungen (15) in den Garnkanal (4), an dessen einer Seite Garn (21) zuführbar und an dessen anderer Seite texturiertes Garn (21') abziehbar ist, zum aerodynamischen Texturieren von Garn (21), wobei der beschleunigungswirksame Abschnitt des Beschleunigungskanales (11) durchgehend als Überschallkanal ausgebildet ist, und eine Länge (ℓ2) von mehr als dem 1½-fachen Durchmesser (d) am Beginn des Beschleunigungskanals (11) und einen Gesamtöffnungswinkel (α2) grösser 10° und kleiner 40° aufweist, derart, dass in dem Beschleunigungskanal (11) eine Überschallströmung von mehr als Mach 2 erzielbar ist.
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