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Die Erfindung betrifft eine Produktionsstrecke für
Textilvlies, welches durch Nadelung erhalten wird.
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Eine Produktionsstrecke für Vlies durch Nadelung umfaßt im
allgemeinen die folgenden Maschinen:
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- eine Karde
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- eine Aufbreit- oder Ausbreitmaschine
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- eine Vor-Nadelungsmaschine
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- eine oder mehrere Nadelungsmaschinen
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- eine Wickeleinrichtung
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- spätere Produktionsstufen, z.B. Schlichten, Latexierung,
u.s.w...
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Aufgabe der Karde ist es, am Anfang aus individuellen Fasern
eine leichte Faserschicht zu erzeugen, die kohärent aber
brüchig ist.
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Aufgabe der Aufbreiteinrichtung ist es, diese Faserschicht in
mehreren, übereinandergelegten und fortschreitend versetzten
Schichten derart abzulegen, daß ein ausgebreitetes Material
oder ein Vlies mit höherem Flächengewicht erzeugt wird, siehe
z.B. GB-A-1 099 594.
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Aufgabe der Nadelungseinrichtungen ist es, dieses
ausgebreitete Material durch gegenseitige Durchdringung der
Fasern und der Schichten zu verfestigen. Mit zahlreichen
vertikalen Nadeln versehene Elemente schlagen regelmäßig auf
das ausgebreitete Fasermaterial von oben nach unten, welches
horizontal unterhalb dieser Nadelelemente vorbeizieht. Die
Fasern der oberen Schichten werden durch die Nadeln zu den
unteren Schichten befördert, wodurch sich ein
Verfilzungseffekt ergibt, der dem ausgebreiteten Material eine
größere Festigkeit vermittelt, wobei diese Festigkeit stark
von der der Eindringdichte der Nadeln in dem Vlies abhängt.
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Der Wickler nimmt das genadelte Erzeugnis auf und bringt es in
die Form von Rollen, welche zum Transport zu den späteren
Stufen der Produktion geeignet sind.
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Bei der Nadelung des von der Aufbreitmaschine gelieferten
Vlieses wird dieses Vlies Veränderungen auf dem Niveau der
Verteilung der Fasern unterzogen.
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So nimmt die Volumendichte in dem Maße der Nadelung in einem
solchen Sinne zu, daß die Dicke des Vlieses durch die
gegenseitige Durchdringung der Fasern der verschiedenen
Schichten stark verringert wird.
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Bei Untersuchungen wird häufig eine andere Art von Deformation
festgestellt, nämlich eine ungleiche endgültige Verteilung
über die Breite des Vlieses. So bemerkt man, daß das
Flächengewicht des Vlieses am Ausgang der letzten
Nadelungsmaschine im Zentrum des Vlieses geringer ist, als an
den Rändern und daß bei Stichprobennahme des Vlieses über die
ganze Breite des Erzeugnisses die das Stichprobengewicht als
Funktion der Position über der Breite des Vlieses darstellende
Kurve die Form eines mehr oder weniger regelmäßigen V hat. Die
tatsächliche Form dieser Kurve, welche wir im folgenden als
V-förmige Kurve bezeichnen werden, hängt offensichtlich von
verschiedenen Faktoren ab, z.B. Typ der Fasern, Gewicht des
Vlieses, Dichte der Nadelung u.s.w. ...
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Der bekannte Nachteil dieser Deformation des Vlieses besteht
darin, daß das Vlies abhängig von seinem Flächengewicht
verkauft wird und daß der Käufer als Grundlage des Preises
häufig das Minimalgewicht betrachtet, welches bei
vorgewaschenen Stichproben über die Breite des Vlieses
erhalten wird. Damit folgt er dem Kriterium, daß zusätzliches
Material häufig einer Verbesserung des Erzeugnisses entspricht
und daß dieses deshalb nur von den leichtesten Bereichen des
Erzeugnisses abhängig verkauft werden kann; ohne diese
Einstellung könnten die leichtesten Bereiche als schwache
Stellen betrachtet werden und also als Mängel des
Erzeugnisses, welches also nicht der ersten Qualität angehören
würde.
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Indem das Gewicht der leichtesten Bereiche als das
Normalgewicht des Erzeugnisses betrachtet wird, stellt das in
den anderen Bereichen vorhandene Material, dessen Gewicht
größer ist als dasjenige der leichtesten Bereiche, für den
Erzeuger verlorenes Material dar, da er es nicht in den
Verkaufspreis einbringen kann.
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Die am Ende der Produktionsstrecke erhaltene V-Form ist also
eine Ursache für eine Rentabilitätsverringerung des
Verfahrens, so daß die Hersteller offensichtlich versuchen,
diese V-Form auf ein Minimum zu verringern, ohne dieses jedoch
perfekt zu beherrschen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Herstellern ein zusätzliches
und wirksames Mittel zum Verringern der Materialverluste zur
Verfügung zu stellen, indem eine bessere bereichsweise
Gleichförmigkeit des die Nadelungsmaschinen verlassenden
Erzeugnisses geschaffen wird.
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Das Verfahren besteht darin, durch die Karde und die
Aufbreitmaschine gewollt ein Vlies zu erzeugen, dessen Gewicht
über die Breite annähernd invers zur Verteilung des Gewichts
variiert, welche man am Ausgang der Nadelungseinrichtungen in
dem herkömmlichen Verfahren erhält.
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Man versucht mit anderen Worten, am Ausgang der
Ausbreitmaschine ein Vlies zu erhalten, welches im Zentrum
dicker ist als an den Rändern, dessen Kurve des Gewichts der
über die ganze Breite genommenen Stichproben ein Aussehen in
der Form eines inversen V hat, welche Kurve wir im folgenden
als invers-V-förmige Kurve bezeichnen werden.
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Auf diese Weise wirkt die durch den Nadelungsvorgang
hervorgerufene Deformation der Gewichtsungleichmäßigkeit
entgegen, die man willentlich in der Aufbreitmaschine erzeugt
hat, wobei sich diese zwei Effekte, wenn sie sich auch nicht
gegenseitig auslöschen, wenigstens voneinander subtrahieren.
Das Ergebnis ist also ein regelmäßiges genadeltes Vlies,
welches glatter ist als bei den herkömmlichen Systemen.
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Im folgenden wird die Art und Weise der Durchführung der
Erfindung erläutert.
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Figur 1 zeigt im Schnitt den Ausgang einer Karde und die Bahn
einer Aufbreitmaschine.
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Figur 2 zeigt in Draufsicht die Anordnung der zum Bilden des
Vlieses am Ausgang der Aufbreitmaschine von der Karde
gelieferten Schichten.
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Figur 3 zeigt die Entwicklung der Kurve des Flächengewichts
des Materials über die Breite des Vlieses nach den
unterschiedlichen Maschinen der Produktionsstrecke bei dem
herkömmlichen Verfahren.
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Figur 4 zeigt die Kurve der Flächengewichte am Ausgang der
Aufbreitmaschine, welche beim erfindungsgemäßen System
erhalten wird, sowie die theoretische Entwicklung dieser Kurve
nach den Nadelungsmaschinen.
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Figur 5 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Systems.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt beschrieben
werden.
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In Figur 1 ist ein Schnitt des Ausgangs einer Karde 1, einer
im Textilbereich wohlbekannten Maschine, gezeigt. Die letzte
Trommel 2 ist der Abnehmer, der die Endfaserschicht 3 der
Karde liefert, welche Faserschicht von dem Abnehmer 2 durch
den Abschlagkamm 4 abgelöst wird.
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Diese Faserschicht wird auf einem Transportband 5 abgelegt,
welches diese bis zur Aufbreitmaschine 6 befördert. Diese
führt die Faserschicht mittels anderer Transportbänder 7
entsprechend einer Bahn von der es in der Industrie
verschiedene Varianten gibt, zu einem anderen Transportband 8,
welches unter den Transportbändern 7 angeordnet ist und dessen
Förderrichtung 11 (Fig. 2) in einem Winkel von 90º zu
derjenigen 10 der Transportbänder 7 verläuft.
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Die Führungszylinder 9 bewegen sich abwechselnd von dem
Extrempunkt A zum Extrempunkt B des Transportbands 8.
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Figur 2 zeigt, wie die Schichten auf dem Transportband 8
abgelegt werden. Die Anzahl der von den Zylindern 9
durchlaufenen Hin-und-Her-Bewegungen während des
Fortschreitens des Transportbands 8 von C nach D ist eine
ganze Zahl, derart, daß die Ränder der aufeinanderfolgenden
Schichten übereintreffen und daß das Vlies in jedem Punkt ein
gleiches Gewicht aufweist.
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Eine bestimmte Überdicke kann bei den Rändern des Vlieses bei
den Randpunkten E und F vorhanden sein wegen der Tatsache, daß
die Zylinder 9 während der Umkehr bei diesen Extrempunkten
eine Abbremsen und dann ein Beschleunigen der Translation
durchlaufen, während die Drehung konstant bleibt.
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Dieser in der Industrie bekannte Mangel ist nicht Gegenstand
dieser Erfindung und wird im folgenden vernachlässigt: Man
betrachtet nur den zentralen Bereich, der den überwiegenden
Hauptteil des Erzeugnisses darstellt, in welchem das
Flächengewicht bei der herkömmlichen Technologie konstant ist.
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Wenn man ein Band im die Aufbreitmaschine verlassenden Vlies
12 orthogonal zur Fortschreitrichtung 11 dieses Vlieses
ausschneidet und man dieses Band in Stichproben gleicher
Abmessung zerschneidet und diese Stichproben wiegt und eine
Kurve aufnimmt, deren Abszisse die Position der Stichprobe
über der Breite des Vlieses darstellt und deren Ordinate das
Gewicht der Stichprobe darstellt, erhält man eine Kurve, wie
sie in Figur 3 als 3.1 gezeigt ist.
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Wenn man diesen Vorgang auf das die Vornadelungseinrichtung
verlassende Vlies anwendet, erhält man eine Kurve, wie sie in
Figur 3 als 3.2 gezeigt ist. Am Ausgang der
Nadelungseinrichtung weist die beobachtete Kurve eine typische
Form auf, wie sie in Figur 3 als 3.3 gezeigt ist.
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Obgleich es kaum bekannt ist, wird die Ursache dieses
Phänomens der folgenden Tatsache zugeschrieben. Eine bestimmte
Spannung ist notwendig, um das Vlies quer zu einer
Nadelungseinrichtung zu ziehen. Diese Spannung wird einerseits
von einer Verlängerung des Vlieses in der Fortschreitrichtung
begleitet und andererseits von einer folgenden Einschnürung
des Vlieses in der orthogonalen Richtung, so wie es für alle
einer Zugspannung unterzogenen Körper der Fall ist.
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Je näher eine Faser an den Extrempunkten E oder F des Vlieses
liegt, desto freier und deshalb weniger gut ist sie in den
Kern des Vlieses integriert; desto mehr neigt diese Faser also
dazu, wegen der Zugspannung zum Zentrum zu wandern. Die
Kompression und deshalb die seitliche Verdichtung des Vlieses
wird also immer stärker, je weiter man sich vom Zentrum des
Vlieses entfernt. Das Flächengewicht des Vlieses vergrößert
sich also, je weiter man sich vom Zentrum des Vlieses zu
seinen Rändern begibt, woraus die Gewichtskurven von Figur 3
folgen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, am Ausgang der letzten
Nadelungseinrichtung eine konstante Gewichtsverteilung über
die Breite des Vlieses herzustellen.
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Zu diesem Zweck wird gewollt eine periodische Variation des
Gewichts der die Karde verlassenden Faserschicht derart
erzeugt, daß am Ausgang der Aufbreiteinrichtung ein Vlies
erhalten wird, dessen Gewicht im Zentrum größer ist als an den
Rändern. Das Ziel ist es, auf dem Transportband 8 ein Vlies zu
erhalten, dessen Kurve des Gewichts über die Breite eine Form
des in Figur 4 als 4.1 gezeigten Typs aufweist.
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Wie in Figur 5 dargestellt, wird zu diesem Zweck auf die
Drehgeschwindigkeit des Abnehmers eingewirkt, da es
wohlbekannt ist, daß das Verhältnis der
Umfangsgeschwindigkeiten des Abnehmers 2 und der Trommel 13
das Gewicht der Faserschicht bestimmt. Wenn sich also die
Trommel mit einer Geschwindigkeit von Vt Metern pro Minute
dreht und dabei eine Faserflächenmenge von M Gramm pro
Quadratmeter transportiert und sich der Abnehmer mit einer
Geschwindigkeit von Vp Metern pro Minute dreht und angenommen
sei, daß der Abnehmer das ganze Material der Trommel abnimmt,
hat die Faserflächenmenge auf dem Abnehmer und deshalb die von
der Karde gelieferte Faserschicht ein Flächengewicht von N =
(Vt/Vr)x M Gramm pro Quadratmeter.
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Wenn man also die Geschwindigkeit des Abnehmers erhöht,
verringert sich das Gewicht der Faserschicht, und wenn man sie
verringert, nimmt das Gewicht der Faserschicht zu.
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Wenn man die Geschwindigkeit des Abnehmers periodisch
variiert, erhält man eine Faserschicht, deren Gewicht mit der
gleichen Frequenz ebenfalls periodisch variiert.
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Die ausgewählte Frequenz der Variation der Geschwindigkeit des
Abnehmers ist offensichtlich die Frequenz der
Hin-und-Herbewegung der Zylinder 9. Wenn sich diese Zylinder
im Zentrum des Vlieses befinden, muß das Gewicht des Vlieses,
welches auf dem Transportband 8 abgelegt wird, maximal sein.
Wenn sich die Zylinder an einem der Extrempunkte E oder F
befinden, muß das Gewicht des Vlieses, welches auf dem
Transportband 8 abgelegt wird, minimal sein. Zwischen diesen
Extrempositionen kann das Gewicht des Vlieses einer
beliebigen, erfahrungsgemäß ausgewählten Kurve folgen; diese
Kurve kann insbesondere gerade sein.
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Indem ein Bewegungsaufnehmer 17 für die Zylinder 9 angebracht
wird, ist es leicht, die Position dieser Zylinder in jedem
Augenblick zu kennen und auf Grundlage dieser Information dies
Geschwindigkeit des Abnehmers 2 mittels eines Motors mit
variabler Geschwindigkeit 19 zu steuern.
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Ein Problem muß dennoch überwunden werden. Der Augenblick, in
dem sich die Zylinder 9 im Zentrum des Vlieses befinden, und
der Augenblick, in dem der Abnehmer 2 seine
Minimalgeschwindigkeit hat, in dem er also eine Faserschicht
mit maximalem Gewicht liefert, können nicht zusammenfallen, da
man die Zeit berücksichtigen muß, welche die Faserschicht
braucht, um von dem Punkt, in dem sie sich von dem Abnehmer
löst, bis zu dem Punkt zu gelangen, wo sie auf dem
Transportband 8 abgelegt wird. Man muß also eine bestimmte
Verzögerung in der Steuerung der Geschwindigkeit des Abnehmers
in Bezug auf die Erfassung der Position der Zylinder 9
einführen.
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Diese Verzögerung stellt einen zusätzlichen Parameter des
Systems dar, der durch Verwendung eines Computers 15 zur
Steuerung der Geschwindigkeit des Abnehmers 2 als Funktion der
Position der Zylinder 9 leicht berücksichtigt werden kann. Der
Computer 15 erhält die Positionsinformation der Zylinder 9 von
dem Aufnehmer 17, berechnet die entsprechende Geschwindigkeit
des Abnehmers 2, schickt die entsprechende Steueranweisung
aber erst nach der festgelegten Verzögerung an den Motor 19.
Diese Verzögerung kann durch Berechnung oder experimentell
festgelegt werden.
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Man erreicht mit dem oben beschriebenen System eine
Gewichtskurve des Vlieses nach Aufbreiteinrichtung, wie sie in
Figur 4 angedeutet ist, Invers-V-Kurve: 4.1.
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Die Wirkung der Vornadelungseinrichtung verringert die
Amplitude der Invers-V-Kurve, anstatt eine V-förmige
Verformung zu erzeugen, und man erhält am Ausgang der
Vornadelungseinrichtung eine Gewichtskurve wie sie in Figur 4
als 4.2 angedeutet ist.
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Die Wirkung der Nadelungseinrichtung verringert ebenfalls die
Amplitude der anfänglichen Invers-V-Kurve, und man erhält an
ihrem Ausgang eine Gewichtskurve, wie sie in Figur 4 als 4.3
angedeutet ist. Dies ist das Ziel des Herstellers von
Textilvlies, nämlich ein Erzeugnis zu erhalten, welches am
Ausgang der Produktionsstrecke so eben als möglich ist.
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Das gewünschte Resultat kann auf unterschiedliche Weisen
erreicht werden, von denen wir im folgenden ein Beispiel
geben.
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Bei diesem Beispiel wird die Bewegung der Zylinder 9 durch ein
System verwirklicht, welches Ketten für die Translation
umfaßt, wobei diese Ketten durch Kettenräder 18 gezogen
werden, welche selbst von einem Gleichstrommotor 14 gesteuert
werden. Der Motor 14 wird durch einen Computer 15 gesteuert,
der seine Geschwindigkeit berechnet und ihn so steuert, daß er
eine kurze Zeit bremst und seine Drehrichtung, also die
Bewegungsrichtung der Translation der Zylinder 9, umkehrt,
sobald die Zylinder 9 die für die Erzeugung der gewünschten
Breite des Vlieses notwendige Translationsstrecke zurückgelegt
haben.
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Ein im Zentrum des Transportbands 8 angeordneter Sensor 16
gibt dem Computer den Mittelpunkt G des Vlieses (Figur 2). Die
Bedienperson wählt im Computer die von diesem Mittelpunkt an
jeder Seite gewünschte Breite des Vlieses G, E oder G, F.
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Ein Inkrementkodierer 17 wird am Kettenrad 18 angebracht,
welcher Kodierer dem Computer 15 permanent einen Hinweis der
Position der Zylinder 9 liefert. Da der Computer weiß, daß der
durch den Sensor 16 gegebene Mittelpunkt G des Vlieses den
Punkt darstellt, in dem die abgelegte Faserschicht 12 am
schwersten sein soll, und daß die von dem Computer 15
berechneten Extrempunkte E und F die Punkte darstellen, in
denen die Faserschicht am leichtesten sein soll, kann der
Computer die Geschwindigkeit des Abnehmers 2 zum Erreichen des
gewünschten Faserschichtgewichts in jedem Zeitpunkt berechnen.
Dafür ist es nötig, daß dem Computer der Wert des
Faserschichtgewichts eingegeben wird, welches im Zentrum oder
an den Extrempunkten gewünscht ist sowie die gewünschte
Gewichtskurve.
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Die Erfindung betrifft auch alle anderen Ausführungsformen,
deren Ziel es ist, die Geschwindigkeit des Abnehmers der Karde
2 periodisch zu variieren, um am Ausgang der
Aufbreiteinrichtung 6 ein Vlies zu erhalten, dessen Gewicht
wunschgemäß derart ungleichmäßig ist, daß der normalerweise
durch die Nadelungseinrichtungen oder die der
Aufbreiteinrichtung folgenden Maschinen erzeugte
Zerstörungswirkung der Gleichmäßigkeit des Gewichts des
Vlieses entgegengewirkt wird.
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Die Erfindung betrifft auch die Fälle, in denen die
Aufbreiteinrichtung durch eine andere Maschine ersetzt ist,
welche dazu dient, mehrere Faserschichten derart
übereinanderzulegen, daß ein dickeres Vlies erzeugt wird.
Diese Maschinen werden "Überlagerungsmaschinen" genannt.
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Die Erfindung betrifft auch die Fälle, in denen die
Nadelungseinrichtungen durch andere Maschinen ersetzt sind,
die dazu dienen, das Vlies zu verfestigen und eine beliebige
Behandlung dieses Vlieses durchzuführen. Diese Maschinen
werden "Verfestigungsmaschinen" genannt.