Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stauchkräuselung eines multifilen Textilgarnes aus plastifizier- barem Material, bei dem man das Garn mit einem heissen gas förmigen Fluid fördert, das Garn auf eine Wand aufprallen lässt und es dann in eine Stauchkammer leitet.
Synthetische Fasergarne, welche in Geweben, wie z. B. Teppichen oder Bekleidungsstücken, verwendet werden sollen, werden häufig einem Kräuselverfahren unterworfen und da durch elastisch verstreckbar und bauschig gemacht. Ein der artiges Garn wird auch einem Mischverfahren unterworfen, um zwischen den angrenzenden Garnfilamenten Verfitzungen herzustellen und die Kohäsion zwischen diesen Fasern zu er höhen.
Ausserdem trägt das Mischen dazu bei, das Verfangen einzelner Filamente in den Maschinenführungen während des darauffolgenden Verarbeitungsvorganges und das Trennen einzelner Garnfäden in Düsentexturierungsverfahren zu ver hindern, in welchen mehr als ein Garnfaden pro Düse erfor derlich ist.
In den herkömmlichen Verfahren werden die Kräusel- und Mischvorgänge getrennt in verschiedenen Verfahrensschritten durchgeführt. Eine derartige Teilung der Vorgänge erhöht die Verfahrenskosten und macht zusätzliche Ausrüstungen erfor derlich. Bisherige Versuche, das Garn gleichzeitig zu kräuseln und zu mischen bzw. verfitzen, waren erfolglos, da dem Garn nicht die gewünschten Kräusel- und Mischeigenschaften ver liehen werden konnten.
Typische Vorrichtungen mit Doppel funktion sind die in der US-PS 3 409 956 (Longbottom, <B>1968)</B> geoffenbarte, worin das Garn mit einem Wasserdampf strahl in Berührung gebracht wird, welcher koaxial zur Garn durchgangsachse liegt, und die in der US-PS 3 303 546 (Van Blerk, 1967) und DL-PS 17 786 (Bruetting, 1960) geoffen- barten, worin das Garn mit Wasserdampf in Berührung ge bracht wird, welcher aus einer ringförmigen, koaxial zur Garn durchgangsachse gelegenen Öffnung strömt,
im weiteren die in der US-PS 3<B>611</B> 698 (Horn, 1971) geoffenbarte Vorrich tung, worin Paare von einander gegenüberliegenden Wasser dampfstrahlen auf einer gemeinsamen Ebene in einem senk recht zur Garndurchgangsachse stehenden Winkel aufeinander aufprallen. Bei den Vorrichtungen gemäss den US-PS 3 303 546 und 3 409 956 und der DL-PS 17 786 weist die ko axiale Berührung des Garnes mit dem Wasserdampf den Nachteil auf, dass dadurch das Garn nicht genügend gemischt wird.
In der Vorrichtung gemäss der US-PS 3<B>611</B> 698 über tragen die Wasserdampfstrahlen keinen Teil ihrer Kraft in Richtung der Fortbewegung des Garnes durch die Vorrich tung, so dass eine mechanische Zugvorrichtung eingesetzt wer den muss, um das Garn durch die Vorrichtung zu bringen. Die Verwendung einer derartigen mechanischen Zugvorrichtung ist jedoch für diesen Zweck nicht wünschenswert, da sie die Tendenz zeigt, die dem Garn vorher verliehene Kräuselung wieder zu zerstören.
Von grösster Bedeutung ist jedoch, dass diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum gleichzeiti gen Kräuseln und Mischen des Garnes nicht jenen Grad des Kräuselns und Mischens erreichten, welcher vorher erreicht werden konnte, wenn diese Arbeitsgänge einzeln in getrennten Verfahrensschritten durchgeführt wurden. Das heisst, dass die Vorrichtung mit Doppelfunktion nicht imstande war, das gleichzeitige Mischen und Kräuseln bis zu jenem Grad durch zuführen, welcher vorher mit der Vorrichtung mit getrennten Funktionen erreicht worden war.
Weiterhin ist aus der DT-OS 2 116 274 ein Verfahren zur Texturierung von Garn bekannt, bei dem das Garn aber nicht vermischt und verfitzt, sondern gelockert werden soll. Demge- mäss wird das eingeführte Garn zunächst mit einem gasförmi gen Hochdruckmedium wirbelfrei vermischt und die Mischung entspannt, wodurch sich eine Glocke aus den Filamenten bildet, die man auf eine Wand aufprallen lässt. Das Garn wird dann durch eine zentrale Öffnung in der Wand weitergeleitet und nach erneuter Entspannung des Strömungsmediums in eine Stauchkammer geführt. Intermediär wird das Garn nicht aufgeheizt.
Wie gesagt, soll und kann mit diesem Verfahren kein Verfitzen, Vermischen und Verdichten des Garns erzielt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe die bisher geschilderten Nachteile überwunden werden können, d. h. das zum gleich zeitigen Mischen, Verfitzen und Kräuseln von multifilem, pla- stifizierbarem Filamentgarn geeignet ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass man zum Zwecke der Vermischung, Verfitzung und Kompaktierung des Garnes dieses a) mit einem Strahl heissen Fluids, das gleichsinnig mit dem Garn zugeführt wird, in einer Misch- und Prallkammer unter einem Winkel von 5 bis 45 beaufschlagt und b) nach Wandaufprall und vor Eintritt in die Stauchkammer durch heisses Fluid neu aufheizt, wobei intermediär kein Fluid zu- oder abgeführt wird.
Es wurde gefunden, dass das erfindungsgemässe Verfahren gleichzeitig einen vergleichbaren Grad des Mischens und einen höheren Grad der Kräuselung ermöglicht, als er mittels her kömmlicher Verfahren erzielt werden kann, in welchen die Schritte des Kräuselns und Mischens aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Ausserdem weisen die verwendete Vor richtung und das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil auf, dass in einer einzigen Vorrichtung verbesserte Kräusel- und Mischeigenschaften erzielt und dadurch bis zu 5017'o an Ausrüstungs- und Verarbeitungskosten eingespart werden können.
Es wurde ausserdem gefunden, dass durch die Verwendung einer herkömmlichen Kräuselanordnung zum Vorkräuseln des Garnes, bevor es in die Vorrichtung zum gleichzeitigen Kräu seln und Mischen eingebracht wird, eine unabhängige Steue rung der Grade des Kräuselns und Mischens ermöglicht wird.
Es wurde im weiteren gefunden, dass die Verwendung einer Vorkräuselanordnung erhöhte Durchlaufgeschwindig- keiten des Garnes durch die Vorrichtung bei Behandlung von Garnen mit höheren Denierzahlen ermöglicht. Gemäss einer spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver fahrens wird eine Vorkräuselanordnung verwendet, welche heisses Fluid koaxial zur Längsachse der Anordnung abgibt und durch die so an das Garn abgegebene Kraft dieses durch die Vorrichtung bewegt, wodurch die Notwendigkeit des me chanischen Ziehens des Garnes durch dieselbe noch mehr ver ringert wird.
Das im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte heisse gasförmige Fluid, das im folgenden kurz als Fluid bezeich net wird, kann Luft, Wasserdampf oder ein beliebiges anderes Fluid sein, welches komprimierbar ist und auf das Garn plasti- zierend wirkt. Bei vielen Fasern genügt zum Plastizieren die Berührung mit heisser Luft, bei manchen Fasern empfiehlt es sich jedoch, die Temperaturwirkung durch ein Hilfsplastizier- mittel zu unterstützen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird vorzugsweise Wasserdampf verwendet, da er eine billige und bequeme Quelle eines Hochdruckfluids darstellt und sehr starke plastizierende Wirkung aufweist.
In der beiliegenden Zeichnung, die bevorzugte Ausfüh rungen einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens geeigneten Vorrichtung zeigt, ist Fig. 1 ein Querschnitt einer erfindungsgemäss verwendba ren Vorrichtung, Fig. 2 ein Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 kombi niert mit einer herkömmlichen Vorrichtung zum Vorkräuseln des Garnes, Fig. 3 ein Querschnitt der Misch- und Prallkammer und des Heizrohres gemäss einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 4 ein Querschnitt einer Misch- und Prallkammer nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 die schematische Darstellung einer typischen Aus führungsform des Verfahrens unter Einsatz der Vorrichtung, Fig. 6 die Darstellung der Vibration des Garnes im Heiz rohr der in der US-PS 3 409 956 vorveröffentlichten Vorrich tung, und Fig. 7 die Darstellung der Vibration des Garnes im Heiz rohr der erfindungsgemäss verwendeten Vorrichtung.
Wie schon erwähnt, ermöglichen das erfindungsgemässe Verfahren und die dazu verwendete Vorrichtung das gleich zeitige Kräuseln und Mischen von kontinuierlichem Fasergarn. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird das Garn in einer Misch- und Prallkammer mit heissem Fluid, z. B. Wasser dampf, in Berührung gebracht, welches von einer unter Druck stehenden Quelle in einem Winkel von 5 bis 45 , bezogen auf die Garndurchgangsachse, eingespeist wird und dadurch das Garn in Vibration versetzt und auf einer Prallfläche aufprallen lässt. Unter Garndurchgangsachse ist jene Achse zu verste hen, entlang welcher das Garn der Misch- und Prallkammer zugeführt wird.
Da gemäss der bevorzugten Ausführungsform das Garn dieser Kammer entlang deren Längsachse zugeführt wird, entspricht die Garndurchgangsachse im wesentlichen der Längsachse der genannten Kammer.
Unter Prallfläche ist jener Teil der Innenwände der Garndurchgänge der genannten Vorrichtung zu verstehen, auf welche das Garn nach Berührung mit dem heissen Fluid zuerst aufprallt. Gemäss der bevorzugt verwendeten Ausführungs form ist die Aufprallfläche die Wand der Misch- und Prall kammer. Die Aufprallfläche kann sich zusätzlich in die Innen wand des Heizrohres erstrecken.
Die Temperatur des Fluidmediums wird natürlich so ein gestellt werden, dass die Garntemperaturen nicht den Schmelzpunkt der Faser erreichen. Bei aus schmelzbaren Polymeren hergestellten Fasern wird jedoch die grösste Bauschwirkung und Produktivität erzielt, wenn die Tempera tur des heissen Fluids in der Misch- und Prallkammer über dem Schmelzpunkt der Faser liegt.
In diesem Fall sollte die Fördergeschwindigkeit des Garnes so gross sein, dass kein Schmelzen eintritt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungs form wird das zu kräuselnde und zu mischende Garn in der Misch- und Prallkammer mit Wasserdampf in Berührung ge bracht, welcher mit einer Temperatur innerhalb eines Berei ches von etwa 150 bis 500 C, vorzugsweise 200 bis 450 C, und mit einem Druck von etwa 0,35 bis 14,06 atü, vorzugs weise 0,35 bis 8,79 atü, eingespeist wird.
Diese Geschwindigkeit, hier Fluidgeschwindigkeit ge nannt, mit welcher das heisse Fluid mit dem Garn in Berüh rung gebracht wird, muss ausreichend sein, um das Garn in Vibration zu versetzen und auf einer Prallfläche zum Aufpral len zu bringen.
Dem Fachmann wird klar sein, dass die genaue Geschwindigkeit, welche ausreicht, um das Garn in Vibration zu versetzen und auf einer Prallfläche zum Aufprallen zu brin gen, sehr grossen Schwankungen unterworfen ist, da sie vom Titer des Garnes, der Fördergeschwindigkeit des Garnes in die Misch- und Prallkammer, der Anordnung der Düsen, der Form und Grösse der Misch- und Prallkammer, der Dichte des heissen Fluids und anderen Faktoren abhängt.
Die typi sche Fluidgeschwindigkeit, mit welcher das heisse Fluid in der Misch- und Prallkammer mit dem Garn in Berührung ge bracht wird, soll ausreichen, um auf das Garn eine Kraftein wirkung von 0,0007 bis 3,515 kp/cm2, vorzugsweise etwa 0,007 bis 2,105 kp/cm2 auszuüben.
In den Zeichnungen, worin gleiche Bezugsziffern für gleiche oder ähnliche Bestandteile verwendet werden, wird in der Ausführungsform nach Fig. 1 die zu beschreibende Vor- richtung im allgemeinen mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und umfasst die Mischvorrichtung 11, welche eine Garnein- lasseinrichtung 12 zum Einbringen des Garnes in dieselbe, eine Einspeiseeinrichtung 13 für das heisse Fluid, die Misch- und Prallkammer 14, welche den von der Kammerwand 15 begrenzten Mischraum 26 aufweist, das Heizrohr 16, welches den Innenraum 17 aufweist,
und die Stauchkammer 18 mit dem Stauchrohr 18a, welches den Innenraum 19 aufweist, und das Verbindungsstück 21 umfasst, das Austrittsöffnungen 20 für das heisse Fluid aufweist.
Die Garneinlasseinrichtung 12 zum Einbringen des Garnes in die Vorrichtung 10 besteht aus dem Förderrohr 24, welches den Innenraum 25 aufweist. Das Rohr 24 ist konzentrisch zur Längsachse 22 der Vorrichtung 10 und verbindet den Misch raum 26 mit einer (nicht dargestellten) Garnquelle. Wie nachstehend näher erläutert wird, kann das Garnförderrohr 24 mit einer herkömmlichen Vorkräuseleinrichtung verbunden sein und das der Vorrichtung 10 zuzuführende, vorgekräuselte Garn aufnehmen.
Die Einspeiseeinrichtung 13 für das heisse Fluid in die Vorrichtung 10 umfasst einen Fluideinspeiseraum 33 einer Kammer 34 für das heisse Fluid, eine Düse 31 und einen Ein- lass 30 für das heisse Fluid, der die Fluidkammer 34 mit einer (nicht dargestellten) Quelle des heissen Fluids verbindet.
Obgleich das Vorwärmen des in die Misch- und Prallkammer 14 eingebrachten Garnes nicht nötig ist, kann der Fluidein- speiseraum 33 im wesentlichen konzentrisch zum Förderrohr 24 angeordnet sein, so dass das durch das Förderrohr 24 laufende Garn vor dem Einbringen desselben in den Mischraum 26 auf Temperaturen von etwa 50 bis 200 C, vorzugsweise etwa 80 bis 170 C, vorgewärmt wird. Die Düse 31, welche die Fluidkammer 34 mit dem Mischraum 26 in Verbindung setzt, ist so angeordnet, dass die Längsachse 32 der Düse 31 den Kontaktwinkel A mit der Garndurchgangsachse bildet, welche in Fig. 1 als mit der Längsachse 22 zusammenfallend darge stellt ist.
Der Kontaktwinkel A beträgt 5 bis 45 . Die Düse 31 ist so ausgerichtet, dass das von ihr abgegebene heisse Fluid an einem von der Düse 31 stromabwärts gelegenen Punkt mit dem Garn in Berührung kommt, wodurch das Garn durch die Vorrichtung 10 gefördert wird. Die Längs achse 32 der Düse 31 kann die Garndurchgangsachse schnei den, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, sie kann auch, wie nachstehend besprochen und in der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 dargestellt, gegenüber der Garndurchgangs achse versetzt sein.
Obgleich gefunden wurde, dass eine ein zige Düse 31 ausreicht, um dem Garn die gewünschten Kräuselungs- und Mischeigenschaften zu verleihen, können auch mehrere Düsen vorgesehen sein, vorausgesetzt, dass die oben beschriebene Düsenausrichtung eingehalten wird, d. h. dass die Längsachse jeder solchen Düse einen Winkel von 5 bis 45 mit der Garndurchgangsachse, d. h. der Achse 22 in Fig. 1, bildet, und dass das von einer solchen Düse abge gebene heisse Fluid mit dem Garn an einem stromabwärts von der Düse selbst gelegenen Punkt in Berührung kommen muss.
Ausserdem müssen natürlich auch bei einer mehrfachen Düsenanordnung die Düsen so angeordnet sein, dass das vibrierende Garn auf einer Aufprallfläche (wie z. B. der in Fig. 1 dargestellten Kammerwand 15) aufprallt. Daher sollten bei Einsatz von mehreren Düsen nicht direkt gegenüberlie gende Paare von Düsen verwendet werden, welche die Achse 22 an einem gemeinsamen Punkt schneiden, da eine derartige Anordnung dazu führt, das Garn zwischen direkt entgegen gesetzten Fluidströmen zu suspendieren und nicht die ge wünschte Wirkung des Aufprallens des Garnes auf einer Prallfläche herbeiführt.
Die Kammerwand 15 kann eben oder gekrümmt sein. Vorzugsweise begrenzt sie einen Mischraum 26, der stromab wärts, d. h. in jener Richtung konvergiert, in welcher das Garn durch die Vorrichtung 10 befördert wird. Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, kann die Kammerwand 15 jedoch auch einen im wesentlichen zylindrischen Mischraum 26 bilden.
Ist die Kammerwand 15 gekrümmt, kann der Mischraum im Längsschnitt die geometrische Form z. B. einer Hyperbel, Ellipse oder Parabel aufweisen. Vorzugsweise ist der Misch raum 26 jedoch im wesentlichen konisch, wie in Fig. 1 dar gestellt, und schliesst den Kegelwinkel B ein, welcher im all gemeinen nicht grösser als 85 und vorzugsweise nicht grösser <B>als</B> 45'<B>ist.</B>
Das Heizrohr 16 ist zur Längsachse 22 der Vorrichtung koaxial und verbindet die Mischkammer 26 mit dem Innen raum 35 des Verbindungsstückes 21. Der Durchmesser des Innenraumes 17 des Heizrohrs 16 entspricht vorzugsweise im wesentlichen dem Innendurchmesser der Misch- und Prall kammer 14 an der Grenzfläche des Mischraumes 26 und des Innenraumes 17. Das Heizrohr 16 wird mittels einer geeigne ten äusseren Wärmequelle, wie z. B. den Wasserdampfheiz- schlangen 23, erwärmt, um im Innenraum 17 Temperaturen von etwa 40 bis 300 C aufrechtzuerhalten und dadurch den Kräuselungsgrad des darin geförderten Garnes zu erhöhen.
Obgleich in Fig. 1 das Garn in der Vorrichtung 10 auf die Kammerwand 15 aufprallend dargestellt ist, können die gewünschten Kräuselungs- und Mischgrade auch dadurch erzielt werden, dass die Düse 21 so ausgerichtet wird, dass das durch sie mit heissem Fluid in Berührung gebrachte Garn zuerst auf einen Teil der Innenwand 16 a des Heizrohres 16 aufprallt.
Das Verbindungsstück 21 bildet einen Teil der Stauch kammer 18 und begrenzt den Innenraum 35, welcher an seiner Grenzfläche mit dem Innenraum 17 des Heizrohres 16 vor zugsweise einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des Heizrohres 16 entspricht. Der Innenraum 35 kann von einheitlichem Durchmesser sein oder vorzugsweise in Richtung des durch ihn geförderten Garnes divergieren. Divergiert der Innenraum 35 auf diese Weise, kann die Innenfläche 35 a des Verbindungsstückes 21 ent weder eben oder gekrümmt sein. Der Innenraum 35 kann daher verschiedene geometrische Formen wie z.
B. die eines Zylinders, einer Halbkugel, eines Paraboloids, eines Kegels, eines Hyperbold ds oder eines Ellipsoids aufweisen, wobei die Formen des Kegels und des Paraboloids bevorzugt sind. Ist der Innenraum 35 konisch, wie in Fig. 1 dargestellt, so schliesst er einen Kegelwinkel C ein, der im allgemeinen kleiner als 85 , vorzugsweise kleiner als 45 ist. Besonders gute Ergeb nisse werden erzielt, wenn der Kegelwinkel C zwischen 10 und 20 liegt.
Am Auslassende des Innenraumes 35 ist eine mit Schlitzen, Löchern oder einer Kombination von beiden versehene Austrittsplatte 29 vorgesehen; sie ermöglicht den Durchtritt von heissem Fluid und Garn. Die Konstruktion einer solchen Platte ist bekannt und z. B. in der US-PS 3 409 956 geoffenbart.
Das Stauchrohr 18a mit seinem Innenraum 19 ist zur Aufnahme einer verdichteten Garnmasse, die als Garn pfropfen 27 in Fig. 5 dargestellt ist, ausgestaltet. Die im Ver bindungsstück 21 untergebrachten Austrittsöffnungen 20 für das heisse Fluid sind vorzugsweise konzentrisch zur Achse 22 angeordnet und verbinden den Innenraum 19 mit der Atmo sphäre, um das Ausströmen des heissen Fluids zu ermöglichen.
Gemäss der bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen 20 so angeordnet, dass das im Stauchrohr 18a anfallende heisse Fluid in einer Richtung austritt, welche im wesentlichen entgegengesetzt zur Förderrichtung des Garnes durch die Vor richtung<B>10</B> und parallel zur Längsachse 22 verläuft. Unter im wesentlichen entgegengesetzt ist ein Winkel von 135 bis 18(l mit der Längsachse 22 zu verstehen, in welchem das heisse Fluid aus dem Stauchrohr 18a ausströmt. Obgleich eine derartige konzentrische Anordnung der Fluidaustritts- öffnungen bevorzugt wird, ist sie keineswegs einschränkend. So z.
B. kann das Stauchrohr l 8a mit (nicht dargestellten) Öffnungen versehen sein, welche in seiner Wandung über deren ganze Länge angebracht sind. Ausserdem kann das Rohr 18a aus gasdurchlässigem Material wie Stahlmaschen draht oder mikroporösem Stahl hergestellt sein, um das Aus treten des heissen Fluids zu gestatten.
Obgleich dies nicht kritisch für die vorliegende Erfindung ist, kann das Stauchrohr 18a einen Innendurchmesser aufweisen, der grösser als der jenige des Heizrohres 16 ist, so das ein ringförmiger Raum zwischen dem inneren Umfang des Stauchrohres 18a und dem äusseren Umfang des Heizrohres 16 gebildet wird, wie in der US-PS 3 409 956 geoffenbart.
Der Mischraum 26, der Heizrohr-Innenraum 17, der Innenraum 35 des Verbindungsstückes 21 und der Innenraum 19 des Stauchrohres, welche die Garndurchgänge der Vor richtung bilden, sind vorzugsweise jeweils konzentisch zu einer gemeinsamen Längsachse angeordnet, die in Fig. 1 als Achse 22 bezeichnet ist und die Längsachse der Vorrichtung 10 darstellt. Vorzugsweise umfasst ausserdem die Garnzufuhr 12 das Förderrohr 24, welches im wesentlichen konzentrisch zur Achse 22 angeordnet ist, um die Garnzufuhr in die Vor richtung 10 zu erleichtern.
Das Garn wird dem Mischraum 26 entlang der Garn durchgangsachse zugeführt, welche vorzugsweise mit der Längsachse 22 der gesamten Vorrichtung 10 zusammfällt. Die Garndurchgangsachse kann jedoch auch parallel zur Achse 22 verlaufen, ohne mit dieser zusammenzufallen.
Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 mit einer Vorkräuselanordnung 40 kom biniert. Die Vorkräuselanordnung 40 besteht aus dem Kräu- selgehäuse 41 mit Kräuselraum 42, der Garnzufuhr 45, wel che den Kräuselraum 42 mit einer (nicht dargestellten) Garn quelle verbindet, der Düse 43 zum Einspeisen von heissem Fluid unter Druck in den Kräuselraum 42 entlang der Längs achse 22 und dem Vorkräuselrohr 46 mit seinem Innenraum 44.
Das Vorkräuselrohr 46 ist mit dem Garn-Förderrohr 24 der Vorrichtung 10 verbunden. Die Düse 43 ist im wesent lichen koaxial zur Achse 22 angeordnet, um das Garn im Kräuselraum 42 entlang der Achse 22 mit dem heissen Fluid in Berührung zu bringen und das Garn dann in das Förderrohr 24 der Vorrichtung 10 zu schaffen. Auch das Vorkräuselrohr 46 ist koaxial zur Achse 22 angeordnet.
Durch Erhöhen der Temperatur des heissen Fluids, welches mit dem Garn in der Vorkräuselanordnung 40 in Berührung gebracht wird, kann die Kräuselung des in die Vorrichtung 10 eingebrachten Garnes erhöht werden, wodurch die unabhängige Steuerung des Kräuselungsgrades des der Vorrichtung 10 zugeführten Garnes erzielt werden kann.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungs- gemässen Vorrichtung besteht aus einer Mischvorrichtung 11 mit der Misch- und Prallkammer 14, welche den im wesentlichen zylindrischen Mischraum 26 einschliesst, und einer Fluideinspeiseeinrichtung 13, welche den Fluideinspeise- raum 33 begrenzt. In der Misch- und Prallkammer 14 münden mehrfach versetzte Düsen 31a und 31b, durch die heisses Fluid aus der Fluidkammer 34 in den Mischraum 26 strömt.
Der Mischraum 26 hat eine Länge D, die sich vom ersten Berüh rungspunkt zwischen Garn und Fluid bis zum Beginn des Heiz rohres 16 erstreckt. Die Düsenlängsachsen 32a und 326 der Düsen 31a und 31b bilden jeweils die Fluidkontaktwinkel A, und AZ mit der Garndurchgangsachse, d. h. der Achse 22 in Fig. 3. Keiner der beiden Winkel A, und Az ist grösser als 45 und kleiner als 5 Fig. 4 stellt die Versetzung der Düsen 31 a und 31 b nach Fig. 3 dar.
Bei einer versetzten Düse, wie Düse 31 a und 316 gemäss Fig. 3 und 4, verläuft die Längsachse einer solchen Düse nicht durch die Mittellinie 22a des Mischraums 26, d. h. dass die Düsenachse die Achse 22 nicht schneidet. Es wurde gefunden, dass die gewünschten Grade der Kräuselung und des Mischens erzielt werden können, wenn eine versetzte Düse, entweder allein oder in Kombination mit anderen Düsen, verwendet wird, deren Düsenlängsachsen durch die Mittel linie 22a des Mischraums 26 verlaufen, oder wenn sie in Kom bination mit anderen versetzten Düsen verwendet wird, vorausgesetzt, dass jede einzelne Düse den oben angeführten Winkel mit der Vorrichtungslängsachse einschliesst.
Fig. 5 stellt schematisch den Ablauf des Verfahrens unter Einsatz der beschriebenen Vorrichtung dar, in welchem kon tinuierliches Fasergarn 51 vom Garnvorrat 50 abgewickelt, den Förder- und Zugwalzen 53, 54 und 55 zugeführt und dann in die Vorrichtung 10 eingebracht wird, worin das Garn be handelt wird und den schon beschriebenen Garnpfropfen 27 bildet. Das gekräuselte und gemischte Garn wird durch die Abzugswalzen 56 und 57 abgezogen und auf der Spule 58 aufgewickelt. Wie schon vorstehend erwähnt, kann das Garn 51, nachdem es über die Walzen 53, 54 und 55 gelaufen ist, auch einer herkömmlichen Vorkräuselanordnung wie der in Fig. 2 dargestellten zugeführt werden, welche mit der Vor richtung 10 zusammenwirkt.
Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird das kontinuierliche Fasergarn mittels der Garnzufuhr 12 in die Misch- und Prallkammer 14 gefördert, worin ein heisses Fluid, wie z. B. Wasserdampf, welcher unter Druck in die Fluidkammer 34 durch die Düse 31 eingespeist wird, mit dem Garn im Mischraum 26 in Berührung gebracht wird, und zwar 1. in einem Winkel mit der Garndurchgangs achse, die in Fig. 1 als mit der Längsachse 22 zusammen fallend dargestellt ist, von 5 bis 45 , und 2.
bei einer Fluid- strömungsgeschwindigkeit, welche ausreicht, um das mit dem Fluid in Berührung gebrachte Garn in Vibration zu versetzen, so dass es auf einem Teil einer Prallfläche, wie z. B. der Wand 15 der Kammer 14, aufprallt.
Das aufgeprallte Garn wird dann zusammen mit dem heis- sen Fluid in das Heizrohr 16 eingebracht, worin das Garn im wesentlichen in der in Fig. 7 dargestellten Weise vibriert und Wärme aus dem heissen Fluid aufnimmt. Je nach den Betriebs bedingungen, wie z. B. der Art des eingesetzten Garnes, der Temperatur und dem Druck, wird das Garn in einem halb plastischen Zustand übergeführt und dann durch den Innen raum 35 in die Stauchkammer 18 eingezogen, worin die Bewe gung des Garnes behindert und dadurch ein Garnpfropfen 27 gebildet wird.
Aus dem Innenraum 19, in welchem ein Druck von f) bis 1,05 atü herrscht, entweicht das heisse Fluid aus den Fluidaustrittsöffnungen 20, die konzentrisch zur Längsachse 22 angeordnet sind. Das gekräuselte und gemischte Garn wird aus dem Stauchrohr 18a vorzugsweise mit einer linearen Geschwindigkeit entfernt, welche geringer ist als seine Zu fuhrgeschwindigkeit, um den Garnpfropfen in der Stauchkam- mer zu erhalten.
Durch die Berührung des Garnes im Mischraum 26 mit dem heissen Fluid in einem Winkel von 5 bis 45 wird das Garn zu einem gewissen Grad gezwirnt und auf einer Prall fläche zum Aufprallen gebracht, wodurch die angrenzenden Garnfasern besser vermischt werden. Ausserdem vibriert das so zum Aufprallen gebrachte Garn im Heizrohr 16 auf nicht herkömmliche Weise, von welcher man annimmt, dass sie den Kräuselungs- und Mischgrad noch weiter verbessert.
Fig. 6 stellt die Vibrationsmuster des Garnes 62 dar, das in der Vorrichtung gemäss US-PS 3 409 956 mit heissem Fluid in Berührung gebracht wurde. Aus der Figur ist ersicht lich, dass dieses Vibrationsmuster im wesentlichen sinus- förmig ist.
Fig. 7 stellt die im wesentlichen nicht-sinusförmige Vibra- tion dar, welcher das Garn im Heizrohr 16 (d. h. Wärme aufnahmezone,) der beschriebenen Vorrichtung unterliegt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, bilden die Garnfasern durch die Vibration ein Faltwellenmuster, dessen Falten mit 60 und 61 bezeichnet sind. Man nimmt an, dass die Kräuselungs- und Mischeigenschaften des Garnes durch dieses Faltwellen- muster verbessert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zum gleichzeitigen Kräuseln und Mischen jedes beliebigen natürlichen oder syn thetischen plastizierbaren Fasermaterials verwendet werden. Thermoplastische Materialien wie Polyamide, z. B. Poly-e- Caproamid, Poly-Hexamethylenadipamid; Zelluloseester; Polyester, z. B. Polyäthylenterephthalat, Poly-Hexahydro-p- xylolterephthalat u. dgl., und Polyolefine und Polyacryle, z. B.
Polyäthylen und Polyacrylnitril sowie deren Copolymere, kön nen im Verfahren und mit der Vorrichtung behandelt werden.
Das Verfahren ist auch zur Behandlung von einfädigen Garnen und Garnen mit Textildenierzahlen sowie schwerer Teppich- und Industriegarne (entweder einzeln oder in Form von schwerem Tow kombiniert) geeignet. Besteht das zu be handelnde Garn aus synthetischen Fasern, so können Fasern von jedem beliebigen Querschnitt behandelt werden. Es kön nen Fasern mit einem Querschnitt von Kreuz- oder Y-Form, Deltaform, mit Band-, Hantel- oder sonstigem Faserquerschnitt genauso gut verarbeitet werden wie Fasern mit rundem Querschnitt; bei anderen als runden Querschnitten werden im allgemeinen sogar höhere Kräuselungs- und Mischgrade erzielt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu dessen Aus führung verwendete Vorrichtung werden an Hand der nach stehenden Beispiele näher erläutert. In den Beispielen bedeutet der Ausdruck Kräuselschleifen pro 25,4 mm die Zahl der Faserschleifen, welche über 25,4 mm Länge des gestreckten Garnes unter dem Mikroskop gezählt werden. Verfitzungen pro Meter , aus welchem der Mischgrad ersichtlich ist, werden bestimmt, indem das Garn durch eine herkömmliche Testvor richtung geleitet wird, in welcher eine Nadel zwischen die Fasern eingesetzt wird.
Jedesmal, wenn die Nadel durch eine örtliche Verfitzung in Richtung der Förderbahn des Garnes ge- stossen wird, wird eine Zähleinrichtung in der Vorrichtung betätigt, um die Anzahl der Verfitzungen pro Meter gestreck ten Garns zu zählen. Die Kräuseldehnung nach dem Kochen wird bestimmt, indem die Länge einer Probe von gekräuseltem Garn bei einer Zugbelastung von 0,002 g/den gemessen wird.
Das Garn wird dann in Wasser 30 Minuten lang bei einem Druck von 1 at gekocht, hierauf bei 150 C 10 Minuten lang getrocknet und dann 2 Stunden lang bei einer Tempera tur von 223 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % konditioniert. Die Länge des konditionierten Garnes wird bei einer Zugbelastung von 0,5 g/den festgestellt. Der so erhal tene Wert wird mit der Länge des ungekochten Garnes ver glichen, die bei einer Zugbelastung von 0,002 g/den ermittelt wird, daraus wird die Dehnung in Prozent errechnet.
Beispiel 1 Ein verstrecktes, kontinuierliches, aus 70 Monofilen be stehendes Garn von 1100 denier aus Nylon 6 mit Y-förmigem Faserquerschnitt wird mit einer Geschwindigkeit von 213,5 m/min in das Förderrohr einer Vorrichtung nach Fig. 1 ent lang der Längsachse derselben eingebracht.
Das Garn wird in der Mischkammer in einem Winkel von 10 , bezogen auf die Garndurchgangsachse, mit Wasserdampf in Berührung ge bracht, der in die Kammer mit einer Temperatur von 260 C und einem Druck von 10,54 atü durch eine Düse mit einer lichten Weite von 1 mm und einer Düsenlänge von 2,54 mm eingebracht wird und daher auf das Garn eine Krafteinwirkung von 0,3515 kp/cm2 ausübt.
Die Mischkammer ist ein Kegel, welcher einen Winkel von <B>15'</B> einschliesst. Nach Berührung mit dem heissen Fluid wird das Garn in Vibration versetzt und prallt auf einem Teil der Mischkammerwand auf. Das aufgeprallte Garn wird dann in das Heizrohr gefördert, welches eine lichte Weite von 3,18 mm und eine Länge von 76,2 mm aufweist und worin die Temperatur des Garnes auf etwa 140 C erhöht wird. Das er wärmte Garn wird darauf in das Stauchrohr geleitet, welches eine Durchmesser von 12,7 mm und eine Länge von 152,4 mm aufweist. In diesem Stauchrohr bildet das Garn einen be weglichen Garnpfropfen, aus welchem das gekräuselte und vermischte Garn laufend entnommen wird.
An dem behandel ten Garn werden 46 Kräuselschleifen pro 25,4 mm, eine Dehnung nach dem Kochen von 35 % und 40 Verfitzungen pro Meter festgestellt.
Nylon-6-Garn mit den oben angeführten Merkmalen wird mittels der herkömmlichen Wasserdampfstrahlvorrichtung nach US-PS 3 409 956 unter den gleichen Bedingungen, wie sie für die oben angeführte Vorrichtung angegeben sind, behandelt. Während das so behandelte Garn einen vergleichbaren Kräu- selungsgrad aufweist, wurden bei dem mit der herkömm lichen Wasserdampfstrahlvorrichtung behandelten Garn weniger als 10 Verfitzungen pro Meter gezählt.
Beispiel 2 Kontinuierliches, aus 70 Monofilen bestehendes Garn von 1100 denier aus Nylon 6 wird in einer der in Beispiel 1 be schriebenen ähnlichen Vorrichtung behandelt. Das Garn wird in die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 457 m/min eingebracht und in der Misch- und Prallkammer mit Wasser dampf in Berührung gebracht, der mit einer Temperatur von 260 C und einem Druck von 5,27 atü durch eine Düse mit einer lichten Weite von 1,4 mm eingespeist wird, wodurch auf das Garn durch die Berührung mit dem Wasserdampf eine Krafteinwirkung von 0,3515 kp/cm' ausgeübt wird. Das Heiz rohr weist eine lichte Weite von 3,81 mm und eine Rohrlänge von 143 mm auf.
Die übrigen Verfahrensbedingungen und Vorrichtungsdimensionen sind identisch mit den in Beispiel 1 verwendeten. Unter diesen Bedingungen behandeltes Garn weist 35 Kräuselschleifen pro 25,4 mm, eine 29%ige Kräusel- dehnung nach dem Kochen und 30 Verfitzungen pro Meter auf.
Beispiel 3 Zwei Fäden eines kontinuierlichen Garnes aus 140 Mono filen und mit einem Titer von 3300 denier aus Nylon 6, wobei jede Faser einen Y-förmigen Querschnitt aufweist, werden als Garnbündel einer Serie von zwei Förderwalzen zugeführt, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind und zwischen welchen ein Förderverhältnis von<B>1,1</B> aufrechterhalten wird. Die zweite Förderwalze 54 wird auf etwa 90 C erwärmt, worauf das Garn auf etwa 50 C erwärmt wird.
Das Garn wird dann einer dritten Förderwalze 55 zugeführt, die auf einer Temperatur von 145' C gehalten und mit einer linearen Geschwindigkeit von 1610 m/min betrieben wird, wodurch ein Zugverhältnis von 3 : 1 zwischen den Walzen 55 und 53 erhalten wird. Das Garn auf der Walze 53 wird auf etwa 90 C erwärmt.
Das vorgewärmte Garn wird dann in die Vorkäuselanord- nung der Vorrichtung nach Fig. 2 eingebracht. In der Vor- kräuselanordnung wird das Garnbündel mit Wasserdampf in Berührung gebracht, der mit einer Temperatur von 232 C und einem Druck von 3,51 atü durch eine koaxiale Düse mit einer lichten Weite von 1,52 mm eingespeist wird. Der Wasser dampf und das mit ihm in Berührung gebrachte Garn werden in das Vorkräuselrohr gefördet, welches eine lichte Weite von 3,68 mm und eine Länge von 139,7 mm aufweist.
Das vorge- kräuselte Garn wird dann durch das Förderrohr der Vorrich tung 10 entlang der Längsachse derselben geleitet. In der Misch- und Prallkammer wird das Garn in einem Winkel von 8 , bezogen auf die Garndurchgangsachse, mit Wasserdampf in Berührung gebracht, der in die Kammer mit einer Tempera tur von 280 C und einem Druck von 10,55 atü durch eine Düse mit einer lichten Weite von<B>1,93</B> mm und einer Düsen länge von 2,54 mm eingespeist wird, so dass die auf das Garn von der Berührung mit dem Dampf ausgeübte Krafteinwir kung 0,21<B>1</B> kp/cm' beträgt. Der Mischraum ist ein Kegel, welcher einen Winkel von<B>15'</B> einschliesst.
Das mit dem Wasserdampf in Berührung gebrachte Garn prallt auf einem Teil der Kammerwand auf, und das aufgeprallte Garn wird in das Heizrohr gefördert, welches eine lichte Weite von 4,07 mm und eine Länge von 48,3 mm aufweist und worin die Garn temperatur auf etwa 145' C erhöht wird. Das erwärmte Garn wird dann in die Stauchkammer geleitet, die eine lichte Weite von 13,7 mm und eine Länge von 177,8 mm aufweist und worin das Garn einen beweglichen Garnpfropfen bildet. Das gekräuselte und vermischte Garn wird aus dem Stauchrohr mittels zwei Abzugswalzen 56 und 57 laufend entnommen. Das Zugverhältnis zwischen den Walzen 56 und 55 wird auf 0,74 und das Zugverhältnis zwischen den Walzen 56 und 57 auf 1,03 gehalten, so dass eine Zugspannung von<B>100</B> g auf rechterhalten wird.
Nach der Walze 57 wird das Garn einem Rieterwickler mit einer Zugspannung von 100 g zugeführt.
An dem so behandelten Garn werden 35 Kräuselschleifen pro 25,4 mm, eine 30%ige Kräuseldehnung nach dem Kochen und 38 Verfitzungen pro Meter festgestellt.
Beispiel 4 Beispiel 3 wird unter Verwendung eines unverstreckten Garnes mit 3000 denier wiederholt, welches in diesem Falle beim Passieren der Walzen 53, 54 und 55 verstreckt wird. Der Garnbausch wird mittels eines Vorkräuselförderrohrs in eine Vorkräuselanordnung eingebracht, in welche Wasser dampf mit einer Temperatur von 240 C und einem Druck von 5,27 atü eingespeist wird, wodurch er eine Berührungskraft von 0,281 kp/cm2 ausübt. Das Zugverhältnis zwischen den Walzen 56 und 55 wird auf 0,68 gehalten, und die Zugspan nung zwischen den Walzen 56 und 57 beträgt 120 g.
Alle übrigen Verfahrensbedingungen und Vorrichtungsdimensionen sind wie im Beispiel 3 angeführt.
Das so behandelte Garn weist 40 Kräuselschleifen pro 25,4 mm, 31 % Kräuseldehnung nach dem Kochen und 46 Verfitzungen pro Meter auf.
Beispiel 5 Beispiel 3 wird unter Einsatz eines Garnes mit 3150 denier unter Verwendung einer Vorkräuselanordnung wieder holt, in welche Wasserdampf mit einer Temperatur von 270 C und einem Druck von 4,915 atü eingespeist wird. Wasserdampf mit einer Temperatur von 260 C und einem Druck von 8,09 atü wird in die Vorrichtung 10 durch eine Düse mit einer lichten Weite von 1,52 mm eingespeist; dadurch wird auf das Garn bei Berührung mit dem Wasserdampf eine Krafteinwirkung von 0,281 kp/cm' ausgeübt. Das Zugverhält nis zwischen den Walzen 55 und 56 wird auf 0,69 gehalten, und die Zugspannung zwischen den Walzen 56 und 57 beträgt 120 g.
Alle anderen Verfahrensbedingungen und Vorrichtungs- dimensionen sind gleich den in Beispiel 3 beschriebenen.
Das so behandelte Garn weist 40 Kräuselschleifen pro 25,4 mm, 30% Kräuseldehnung nach dem Kochen und 28 Verfitzungen pro Meter auf.