Die Erfindung betrifft eine Verwirbelungsdüse für die Erzeugung von Knotengarn insbesondere von Mikro-Filamentgarn mit einem kurzen Garnbehandlungskanal mit einer Blasluftzufuhrbohrung in den Garnkanal, welcher quer oder leicht geneigt zur Garntransportrichtung angeordnet ist.

In der jüngsten Vergangenheit werden zunehmend feinere Filamente hergestellt. Diese werden als Mikrofilamente bezeichnet wenn sie einen Durchmesser von 2 bis 10 Mikrometer haben. Die daraus hergestellten Garne nennt man Mikrofilamentgarne oder Supermikrofilamentgarne. Bereits feine Garne bedingen eine schonende Verarbeitung, damit weder einzelne Filamente oder das ganze Garn bricht. In noch gesteigertem Masse gilt dies bei den Mikrofilamentgarnen. Bei Mikrofilamentgarnen hat der Verbund aller Filamente eine wichtige Bedeutung. Es muss dafür gesorgt werden, dass nicht einzelne Filamente abstehen und so eine Bruchgefahr ergeben.

Es zeigen sich im Markt immer deutlicher zwei Tendenzen ab. Bei vielen Anwendungsfällen werden bei gröberen Garnen gut ausgebildete, starke und stabile Knoten gefordert. Die Luftdüse muss in Bezug auf alle Parameter dafür ausgebildet werden. Anders ist die Situation bei feinen, insbesondere bei Mikrofilamentgarnen. Mit diesen Garnen werden feine Gewebe hergestellt, welche beim Anfühlen sehr geschmeidig und seidenartig sein müssen. Hier zeigt sich, dass die Bildung von sehr stabilen Knoten nachteilig ist, indem sich die Knoten unerwünschterweise als eine Art Rasterung, besonders auf feinstem, unigefärbtem Gewebe abzeichnet. In der Garnverarbeitung werden zwar Knoten gewünscht, diese sollen aber später bei der Verarbeitung der feinen Garne zu Geweben vollständig verschwinden.

Das sogenannte Knotengarn wird mit der Verwirbelung in Verwirbelungsdüsen hergestellt. Die Knoten stellen die Einbindung der einzelnen Filamente in kurzen Knotenfolge sicher. Ziel ist eine hohe Knotenzahl pro Meter mit regelmässigem Abstand zwischen den Knoten. Die vorrichtungsgemässen Bedingungen werden mit einem Garnbehandlungskanal mit einer Blasluftzufuhr quer zu dem Garnkanal gegeben. Dabei strömt die Blasluft auf beiden Seiten des Garnkanales ab und bildet durch das etwa mittige Einblasen in der Garntransportrichtung und gegen die Garntransportrichtung je einen sogenannten Doppelwirbel. Mit dem Durchführen des Garnes durch die entsprechende Wirbelzone ergibt sich eine Art alternierende Luftbewegung, welche letztlich mitverantwortlich ist für eine repetive Bildung von Knoten mit Unterbrüchen zwischen den Knoten. Die Kunst liegt nun darin, mit gezielter Ausgestaltung aller Dimension des Garnkanales sowie der Art der Luftzuführung des Luftdruckes, der Überlieferung und der Garntransportgeschwindigkeit, ein Optimum zwischen den drei Garnqualitätskriterien

• – Knotenfestigkeit
• – Knotenzahl pro Meter
• – Regelmässigkeit der Knotenbildung

Die DE 197 00 817 zeigt eine Sonderform einer Verwirbelungsdüse für Teppichgarn, also für sehr grobe Garne. Es wurde ausgegangen von einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von spinntexturierten Filamentgarnen in einem durchgehenden Garnkanal bzw. Verwirbelungskanal einer Wirbeldüse. Das Filamentgarn wird durch einen quer in die Wirbeldüse gerichteten und vorwärts sowie rückwärts aus dem Garnkanal abströmenden Blasluftstrom verwirbelt und die Abluft des Rückwärtswirbels etwa in Gegenrichtung zur Blasluftzuführung aus dem Garneinführbereich abgelassen. Als Lösung wird vorgeschlagen, dass in dem Verwirbelungskanal zwei ungleich stark wirkende Wirbel erzeugt werden, wobei der Vorwärtswirbel stärker wirkend ausgebildet ist als der Rückwärtswirbel und die Abluft des Vorwärtswirbels in Richtung des Düsenaustritts etwa axial zu einer gedachten Achse des Garnkanals abgelassen wird.

Die DE 37 11 759 geht aus von feineren bis zu mittleren Garnen und versucht, die Verarbeitbarkeit des Garnes in der nachfolgenden Verarbeitung beispielsweise auf Web-, Wirk-, Strick- und Tuftingmaschinen zu verbessern. Der Erfinder ging aus von einer Verwirbelungsvorrichtung zum Verwirbeln von Multifilamentgarnen, die mindestens einen Garnkanal aufweist, wobei in Abständen von der Ein- und Austrittsmündung des Garnkanales Garnführer angeordnet sind und die Filamente jeweils eines Multifilamentgarnes im Garnkanal mittels einer Blasdüse in ihn einblasbare Druckluft verwirbelbar sind. Das Garn erfährt beim Einlaufen und Auslaufen in den beispielsweise aus dem Garnkanal jeweils eine Richtungsänderung von weniger als 90°, und der Blaswinkel der Blasdüse ist kleiner 90°. Als neue Lösung wird vorgeschlagen, dass die Garnführer so angeordnet sind, dass durch sie das Garn bei abgestellter Druckluftzufuhr so an den Garnkanal angelegt wird, dass es sich im Garnkanal parallel zu dessen Längsrichtung erstreckt und dabei an der Austrittsmündung der mindestens einen Blasdüse anliegt. Der Abstand der Garnführer beträgt von den ihnen benachbarten Garnkanalmündungen maximal 30 mm. Die Länge des Garnkanals beträgt bei ungekräuselten Multifilamentgarnen maximal 40 mm und bei gekräuselten Multifilamentgarnen maximal 30 mm.

Der DE 37 11 759 kommt zumindest das Verdienst zu, die Erkenntnis des positiven Effektes eines kurzen Garnkanals für die Erzeugung von Knotengarn in eine breitere Fachwelt getragen zu haben. Konkret wird eine Garnkanallänge bei texturieten bzw. gekräuselten Garnen von 10 – 28 mm vorgeschlagen. Insbesondere der Bereich von 10 mm wir als kurz verstanden.

Die jüngste Erfahrung zeigt, dass die an sich sehr verbreitete Anwendung von Luftdüsen für die Herstellung von Knotengarn bei sehr feinen, insbesondere bei Mikrofilamenten, nicht befriedigt. Im Hinblick auf feine Garne, insbesondere bei Mikrofilamentgarnen wird zwar eine höchste Regelmässigkeit der Knotenfolge jedoch mit nur schwachen temporär konstanten jedoch reversiblen Knoten verlangt. Die Knoten dürfen sich im fertigen Gewebe nicht abzeichnen. Es wurde versucht, Düsen des Standes der Technik z.B. mit tieferen Drücken der Speiseluft, zu betreiben. Es ist bekannt, dass bei schwachen Luftdrücken schwache Knoten entstehen, allerdings mit dem Nachteil einer vielfach nicht akzeptablen Unregelmässigkeit, sowohl der Knotenstärke wie auch der Abstände zwischen den Knoten. Die Qualität dieser Knotengarne befriedigte um so weniger, je feinere Knotengarne verarbeitet wurden.

Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, eine Verwirbelungsdüse zu finden mit denen auch bei hohen Garntransportgeschwindigkeiten die zuvor erwähnten Qualitätskriterien bei der Herstellung von feinen, insbesondere von Mikrofilamentgarnen erreichbar sind, so dass temporär konstante, reversible Knoten erzeugbar sind.

Die erfindungsgemässe Verwirbelungsdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blasluftzufuhrbohrung in Garntransportrichtung erst nach 2/3 der Behandlungskanallänge in den Garnkanal mündet.

Die neue Erfindung erlaubt eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird dazu auf die Ansprüche 2 bis 8 Bezug genommen. Als besonders wichtig wurde erkannt, dass das Garn am Einlauf des Behandlungskanales zentriert und in Bezug auf die Blasluftseite abgespannt wird.

Das Garn kann vor und nach der Luftdüse auf bekannte Weise abgespannt werden. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Garn im Bereich des Garneinlaufes und/oder des Garnauslaufes aus dem Garnkanal über eine Kerbe in dem Garnkanalboden in Bezug auf die Blasluft zentriert geführt. Die bisherigen Untersuchungen zeigten, dass bei den extrem kurzen Behandlungskanälen grössere Anforderungen an die Garnführung gestellt werden müssen. Mit einer Kerbe im Einlauf- und Auslaufbereich des Garnkanales und einer beidseitigen Abspannung wird das Garn in Richtung der Blasluftzufuhrbohrung gedrückt. Damit wird die maximal mögliche Schwinglänge des in der Wirbelungsdüse befindlichen Garnstückes begrenzt. Das Garn durchläuft den Behandlungskanal zwischen zwei definierten Punkten am Einlauf und Auslauf des Behandlungskanales, so dass zufällige Abweichungen noch viel stärker als im Stand der Technik ausgeschlossen werden können.

Der Garnkanal wird durch eine ebene verschiebbare Prallplatte sowie eine Düsenplatte mit der Blasluftzufuhr gebildet. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Garn innerhalb des Bereiches der Prallplatte und der Düsenplatte durch eine Kanalerweiterung abgeführt, welche ein Mehrfaches des Garnkanalquerschnittes beträgt. Der Einfluss der vorgeschlagenen Garnkanaler-weiterung konnte noch nicht abschliessend geklärt werden. Es ergibt sich jedoch ein sehr grosser praktischer Vorteil, indem die neue Düsenplatte in bereits standardisierten Verwirbelungsdüsen des Standes der Technik für normale mittlere Garnqualitäten eingebaut werden kann. Ein Wechsel bei der Verarbeitung von feinen Garnen auf Mikrofilamentgarne kann dadurch sehr rasch durch Auswechseln der Düsenplatte durchgeführt werden. Bevorzugt wird dabei das Garn austrittseitig der Luftdüse in der Kanalerweiterung über eine düsenseitig angebrachte Kerbe geführt. Die zuvor beschriebene exakte Definierung des Garnlaufes kann somit auch bei dieser Plattenausgestaltung eingehalten werden.

Zur Intensivierung der seitlichen Luftwirbelbildung wird die Breite des Garnkanalquerschnittes grösser als die Garnkanaltiefe in Richtung der Blasluftzufuhr gewählt. Der Behandlungskanal wird bevorzugt als breiter Kanal mit einer Breite von vorzugsweise 1 bis 3 mm, besonders vorzugsweise mit einem Verhältnis Garnkanalbreite (B) zu Garnkanaltiefe (T) von 1,5 bis 2,5 ausgebildet. Damit ist offensichtlich, dass die konkreten geometrischen Verhältnisse der beiden Garntypen, nämlich Mikrofilamentgarne und dicke Teppichgarne, in Bezug auf die Garnkanalabmessung völlig anders liegen. Bei den dicken Teppichgarnen füllt das Garn bereits im nicht bewegten Zustand den Garnkanal beinahe aus. Es ergibt sich daraus, dass bei der neuen Erfindung weitere physikalische Gesetzmässigkeiten mitwirken. Bei den sehr feinen Garnen brauchen die Filamente, im Garnkanalquerschnitt betrachtet, viel mehr freien Verwirbelungsraum. Die Garnkanalbreite (B) wird grösser als die Luftzufuhrkanalbreite (d), vorzugsweise in einem Verhältnis B/d von 1,5 bis 2,5 festgelegt. In Bezug auf die Mikroabmessungen der Filamente wurde ein unverhältnismässig grosser Kanalquerschnitt für die Bildung entsprechend grosser Wirbel gefunden.

Für die konkrete Ausgestaltung der ganzen Verwirbelungsdüse wird vorgeschlagen, den Garnkanal durch eine Düsenplatte sowie eine dazu verschiebbare Prallplatte und als sogenannter SlideJet auszubilden mit einer Offenstellung des Garnkanales für das Einfädeln des Mikrofilamentgarnes sowie einer geschlossenen Produktionsstellung des Garnkanales für die Herstellung des Knotengarnes. Die Düse wird damit als Offen-Zu-Düse gestaltet mit den Vorteilen, welche diese Düsentypen haben. Die besten Resultate wurden erreicht, wenn die Blasluftzufuhrbohrung in Garntransportrichtung in einem spitzen Winkel, leicht geneigt in den Garnkanal mündet.

In dem Falle, bei dem der Garnkanal in Prallplatte und Düsenplatte zusammengesetzt ist, kann er als kurzer Behandlungskanal sowie einer Kanalerweiterung ausgebildet werden. Beide werden in der Düsenplatte angebracht. Die Düsenplatte wird als plattenartige Keramikscheibe ausgebildet und die Keramikscheibe zusammen mit einem Schiebeteil in der Verwirbelungsdüse und/oder die Keramikscheibe in dem Schiebeteil als Wechselplatte ein- und ausbaubar gestaltet.

Der Erfindung wird nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

die 1a und 1b eine komplette Verwirbelungsdüse vom Typus SlideJet in offener (1a) Stellung;

die 2a eine ausgebaute Düsenplatte und

die 2b ein ausgebautes Schiebeteil mit einer Düsenplatte;

die 3a bis 3d den Ein- bzw. Ausbau einer Düsenplatte in ein Schiebeteil der Verwirbelungsdüse;

die 4a bis 4f die wichtigsten Folgeschritte für den Ausbau der Schiebeplatte bzw. der Düsenplatte;

die 5a bis 5e eine Düsenplatte gemäss der neuen Erfindung in verschiedenen Ansichten, wobei die 5e eine in die Mitte versetzte Luftzuführung aufweist;

die 6a bis 6d eine Düsenplatte mit einer Kerbe am Auslauf des Behandlungskanales;

die 7a bis 7d verschiedene Ausgestaltungen von Düsenplatten mit auslaufseitiger Kanalerweiterung;

die 8 zeigt das Basismodell für die Entstehung der Knoten.

Die 1a und 1b sowie 1c und 1d zeigen eine Verwirbelungsdüse 1, welche als SlideJet ausgebildet ist. Die 1a sowie 1d zeigt die offene bzw. Einfädelstellung; die 1b und 1c die geschlossene Betriebsstellung. Eine Düsenplatte 2 ist in einer Verwirbelungsdüse 1 eingebaut, wobei ein Schiebeteil 3 auf dem unteren Schenkel 4 eines Joches 5 hin- und hergleiten kann. Die Gleitbewegung wird durch einen Schiebehebel 6 gemacht, welcher über eine entsprechende Mechanik die Drehbewegung in die Linearbewegung umsetzt. Die Drehbewegung des Schiebehebels 6 wird dabei in eine reine Schiebebewegung entsprechend Pfeil 7 umgesetzt. Sehr wichtig für die Verwirbelung ist eine Prallplatte 8, welche unter Federdruck dauernd auf die obere plane Fläche der Düsenplatte 2 angedrückt wird. Die ebene, plane Fläche mit hoher Oberflächenfeinheit erlaubt die Bewegung bei gleichzeitiger Dichtfunktion, wozu sich die Prallplatte 8 in Keramik und eine Düsenplatte 2 in Keramik besonders gut eigenen. In der Garnbehandlungsfunktion ist der Garnkanal 9 sowie ein Luftzuführkanal 10 (3a) in der Düsenplatte 2 angebracht. Für die Betriebsstellung ist der Luftzuführkanal mit einer Druckluftquelle verbindbar. Der Garnkanal 9 wird in der Betriebsstellung durch den in 1a sichtbaren Teil sowie die untere plane Fläche 11 der Prallplatte 8 bestimmt.

Die 2b zeigt ein ganzes Schiebeteil 3 mit eingesetzter Düsenplatte 2. Mit der 2b soll auch dargestellt werden, dass die Befestigung der Düsenplatte 2 in dem Schiebeteil 3 viele Lösungsmöglichkeiten offen lässt. Die Düsenplatte 2 kann, z.B. durch einen Spritzgiessvorgang, direkt in das Schiebeteil eingegossen werden, so dass Keramikscheibe und Schiebeteil ein untrennbares Bauteil bilden. Ferner wäre es möglich, die Keramikscheibe in das Schiebeteil einzukleben.

Mit den 3a bis 3d ist eine ganz besonders vorteilhafte Verbindung dargestellt. Die 3a zeigt den ersten Schritt für den Einbau der Düsenplatte. Die Düsenplatte 2 wird quer zur Schieberichtung entsprechend Pfeil 11 auf das Schiebeteil 3 aufgesetzt. Dabei helfen ein Negativ- sowie ein Positivteil 18, 19, die Düsenplatte 2 von Hand präzise aufzusetzen, wie mit 3b in perspektivischer Darstellung gezeigt ist. In der 3cist die Düsenplatte 2 vollständig auf das Schiebeteil 3 abgesetzt, wobei bereits die Drehbewegung der Düsenplatte 2 entsprechend Pfeil 12 erkennbar ist. Die Düsenplatte 2 weist beidseits eine Nocke 13 und das Schiebeteil eine dazu passende runde Gleitführung 14 auf. Die Düsenplatte 2 weist in Bezug auf ein Drehzentrum 15 beidseits Kreissegmente 16 auf, welche in die entsprechenden Kreisführungen 17 des Schiebeteiles mit wenig Spiel passen. Nach Abschluss der Drehbewegung entsprechend 3d besteht eine Raststelle, welche über leichten Federdruck von unten einrastet und die Düsenplatte in der Betriebsstellung fixiert.

Die 4a entspricht der 1b und zeigt die geschlossene Betriebsstellung. Der Schiebehebel ist in abgesenkter Position des Garnkanales für den Durchlauf des Garnes für eine Luftbehandlung, wofür Druckluft über einen Anschluss bzw. eine Druckluftbohrung zuführbar ist. Durch das nach oben Klappen des Schiebehebels wird das Schiebeteil nach vorne geschoben (4b) und gleichzeitig die Luftzufuhr abgeschaltet, was mit der Versetzung der beiden Druckluftzuführbohrungen um das Mass G bewerkstelligt wird. Durch Andrücken eines Lösehebels entsprechend Pfeil K wird die Federdruckkraft über die Prallplatte aufgehoben und der Eingriff einer Schiebeachse in eine Eingriffsnut freigegeben, so dass das Schiebeteil frei nach vorne geschoben werden kann (4d). Das Schiebeteil kann nun der Vorrichtung entnommen werden (4c) und die Keramikscheibe im umgekehrten Sinne zu den 8a bis 8d aus dem Schiebeteil entnommen werden (4f). Der Wiedereinbau erfolgt im umgekehrten Sinne zu den 4a bis 4f.

Die 5a bis 5d zeigen eine erste Ausführungsform für die Gestaltung des Garnkanales. Bei allen drei Beispielen der 5, 6 und 7 ist die Prallplatte 8 eine ebene Platte und liegt plan auf der Düsenplatte 2 auf, so dass der Garnkanal vollständig in der Düsenplatte 2 eingelassen ist. Dies ist jedoch nicht zwingend, da der Garnkanal auch in einem nicht geteilten Düsenkörper eingelassen werden kann. Im Falle einer offenen Düse wird der Garnkanal je hälftig in der Düsenplatte sowie in der Prallplatte eingelassen. Im Querschnitt der 5b weist der Garnkanal 9 eine Tiefe T sowie eine Breite B auf, wobei das Verhältnis B zu T bevorzugt zwischen 1,5 und 3 liegt. Die Garnkanalbreite B ist grösser als die entsprechende Abmessung "d" der Blasluftzufuhrbohrung 20 und mündet um einen spitzen Winkel &agr; geneigt in den Garnkanal 9. Die Luftzuführbohrung 20 mündet jedoch nicht mittig in den Garnkanal, sondern erst im letzten Teilstück. Die gesamte Garnkanallänge L ist in Bezug auf die Mündung der Luftzuführbohrung 20 eingeteilt in Le und La. Dabei wurde ein optimales Verhältnis gefunden, wenn Le grösser als 2/3 der ganzen Behandlungskanallänge L in Fadenlaufrichtung Rf ist. Wie aus der 5b erkennbar ist, mündet die Luftzuführbohrung 20 zentriert in den Garnkanal 9 (Axe Z).

Das Beispiel gemäss 6a bis 6d entspricht im wesentlichen der Lösung ge-mäss 5a bis 5d. Der einzige Unterschied liegt in der Kerbe 30. Der Kanalbo-den ist mit Kb bezeichnet (6b und 6d). Das Garn 31 wird über die Kerbe 30 im Hinblick auf die Längsmittenachse 32 zentriert. Das Garn 31 wird beidseits durch Garnführungen 33 und 34 um entsprechende Abspannwinkel &bgr; und &khgr; abgelenkt.

Die 7a bis 7d zeigen weitere Ausgestaltungen in Bezug auf den Garnkanal. In allen gezeigten Beispielen ist der Garnkanal 9 kürzer als die entsprechende Abmessung DI der Düsenplatte. Der Garnkanal mündet in eine Kanalerweiterung 35. Die Behandlungskanallänge für die Knotenbildung ist damit auf die Länge L beschränkt. Die Lösungen gemäss 7a bis 7d haben den grossen Vorteil, dass die Düsenplatte auf Grund deren Aussenabmessung auswechselbar ist mit einer Düsenplatte des Standes der Technik für feine Garne. Alle vier gezeigten Beispiele haben eine Kerbe 30 auf der Einlaufseite des Garnkanales. Bei der Lösung gemäss 7b ist zusätzlich eine Kerbe 30 in der Kanalerweiterung 35.

Mit der 8 wird das Grundmodell für die Entstehung der Knoten angedeutet. Ohne das Vorhandensein des Garnes bilden sich in dem Garnkanal je zwei seitliche, im wesentlichen identische Wirbel, dies sowohl in Transportrichtung wie gegen die Transportrichtung. Mit dem Eintritt des Garnes wird die Wirbelbildung gestört. Es bildet sich auf der einen Seite ein schwacher und auf der anderen Seite ein dominanter Wirbel: Das Ergebnis ist, dass das Garn von der Seite des schwachen Wirbels auf die Seite des starken Wirbels geschlagen wird. Das Garn stört jedoch sofort den starken Wirbel, so dass gleichsam innert Millisekunden eine Umkehr stattfindet. Der starke Wirbel ist auf der rechten Seite. Mit dem Öffnen des Garnes und dem alternierenden Hin- und Herpeitschen der Filamente werden die Knoten periodisch erzeugt.

Die 8 zeigt oben zwei gleichmässige, gegenläufige Wirbel, wie sie sich einstellen, wenn kein Garn den Garnkanal durchläuft. Die mittlere Figur zeigt einen beinahe zusammengebrochenen Wirbel auf der rechten Seite, jedoch einen verstärkten Wirbel auf der linken Seite. Entsprechend werden die Einzelfilamente des vollständig geöffneten Garnes auf die linke Seite gezwungen. Die unterste Figur zeigt die Umkehr der Verhältnisse. Nach einem Bruchteil einer Sekunde bricht der linke, starke Wirbel wegen der Existenz des Garnes zusammen, und es bildet sich ein stärkerer Wirbel rechts. Durch diesen Vorgang werden die geöffneten Filamente hin- und hergetrieben, und intensiv gemischt. Damit bildet sich nach Austritt aus dem Behandlungskanal der Knoten. Durch die Repetition entsteht eine Knotenfolge am kontinuierlich durchlaufenden Garn.