Verfahren zur Herstellung von elastischen Umwindegarnen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Umwindegarnes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Die DE 1 173 367 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Zwirnen, bei dem in einer ersten Verfahrensstufe die Einzelfäden dubliert bzw. gefacht sowie mit einer geringen Zwirnung von bis zu 3% der Nenn-Drehung vorgezwirnt werden und die so vorgezwirnten Fäden anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe einer weiteren Zwirnung auf einer Glockenspindel unterworfen werden, wobei die Nenn-Drehung erreicht wird. Vorzugsweise wird die erste Verfahrensstufe auf einer Ringzwirnmaschine durchgeführt, während die Hochdrallgebung in der zweiten Verfahrensstufe beispielsweise auf einer Doppeldrahtzwirnmaschine durchgeführt werden kann.

[0003] Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Spindelgeschwindigkeit durch die Läufergeschwindigkeit der verwendeten Ringspinnmaschine auf etwa 40 m/s limitiert ist, da bekanntermaßen bei höheren Läufergeschwindigkeiten ein Blockieren bzw. Fressen zwischen Ring und Läufer stattfinde. Hohe Spindelgeschwindigkeiten sind damit mit dem beschriebenen Verfahren nicht möglich.

[0004] Daneben sind konventionelle Umwindemaschinen bekannt, die auch unter dem Namen Uptwister im Handel sind. Eine derartige Umwindemaschine ist beispielsweise in der EP 0 078 753 A2 beschrieben. Hier sind aufgrund des fehlenden Rings zwar grundsätzlich höhere Geschwindigkeiten erzielbar. Jedoch auch bei diesen klassischen Umwindemaschinen ist die Abzugsgeschwindigkeit limitiert, und zwar dadurch, daß sich bei hohen Spindeldrehzahlen die geringe Masse (Garngewicht pro Meter) der feinen Garne nicht ausreicht, um die mitrotierende Luftgrenzschicht auf der Spulenoberfläche zu überwinden. Das Garn löst sich nicht von der Spule und es bildet sich auch kein Fadenballon. Dieser ist jedoch für einen Uptwisterprozeß notwendig. Die Zentrifugalkraft des Garnes könnte zwar mit einer weiteren Steigerung der Spindeldrehzahl erhöht werden, aber sobald das Garn die mitrotierende Luftgrenzschicht durchbricht und dann mit hoher Umfangsgeschwindigkeit auf die stillstehende Umgebungsluft trifft, wird es zerstört oder zumindest so stark geschädigt, daß es den Ansprüchen im Fertigprodukt nicht mehr genügt. Des weiteren ist eine extrem hohe Spindelgeschwindigkeit auf Uptwister-Umwindemaschinen wegen des hohen Energieverbrauches nicht wirtschaftlich.

[0005] Ferner hat es sich bei den beschriebenen Verfahren in der Praxis als nachteilig erwiesen, daß dieses Verhalten auch bei sehr tiefen Spindeldrehzahlen eintritt. Zwar verliert die Luftgrenzschicht ihre Wirkung, aber die Zentrifugalkraft verringert sich wegen der niedrigen Drehzahl enorm und das Garn löst sich nicht mehr von der Spule ab. Deshalb hat man bei der Festlegung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit bei einem Uptwister mit freiem Fadenballon nur einen sehr begrenzten Spielraum.

[0006] Eine Erhöhung der Drehzahl kam jedoch nicht in Betracht, da zum einen der Energieverbrauch einer Zwirnspindel mit zunehmender Drehzahl sehr stark ansteigt und schnell einen nicht mehr wirtschaftlichen Bereich erreicht und zum anderen aus den oben angegebenen Gründen, also wegen des in Folge Turbulenz fehlerhaft ausgebildeten Fadenballons. Wie in der DE 1 104 653 beschrieben ist, hängt der Energieverbrauch beim Zwirnen wesentlich von der Größe des verwendeten Zwirntopfes und von dessen Drehzahl ab. Die Antriebsleistung wächst etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl, mit der vierten Potenz des Topfdurchmessers, dagegen nur etwa mit der ersten Potenz der Topfhöhe. Fast die gesamte Antriebsleistung wird hierbei in Bewegungsenergie der den Topf umgebenden Luft umgesetzt, die bei den hohen Drehzahlen des Spinntopfes von etwa 10000 U/min und mehr eine turbulente Bewegung aufweist und daher eine hohe Reibung erzeugt. In der genannten Druckschrift wird daher vorgeschlagen, zum Zwecke der Absenkung des Energieverbrauchs zwischen der rotierenden Zwirnkammer und dem Zwirntopf ein den Topf ganz oder teilweise umgebendes, nicht angetriebenes Zwischengehäuse vorzusehen, welches in der Spinnkammer oder am Antriebsmotor des Topfes gelagert ist und von der Wandung der Spinnkammer ebenso wie von dem Spinntopf einen im Verhältnis zu dem Durchmesser kleinen Abstand hat.

[0007] Es besteht daher die Aufgabe, ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung eines elastischen Umwindegarnes so weiterzubilden, daß es sich auch für sehr feine Garne eignet und dennoch mit großer Wirtschaftlichkeit gefahren werden kann.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

[0009] Erfindungsgemäß wird in der ersten Prozeßstufe des zweistufigen Zwirnverfahrens eine sogenannte Doppeltopfspindel eingesetzt, die auch als Energiesparspindel bekannt ist und deren prinzipieller Aufbau sich aus der oben genannten DE 1 104 653 ergibt. Durch die Verwendung einer derartigen Doppeltopfspindel in der ersten Prozeßstufe können erheblich höhere Drehzahlen von weit über 10000 U/min gefahren werden; es wurden bereits Drehzahlen von über 18000 U/min erzielt. Durch diese hohen Drehzahlen wird sichergestellt, daß sich auch sehr feine Garne vom Rande der Vorlagespule ablösen und damit verarbeiten lassen. Gleichzeitig wird trotz der hohen Drehzahl relativ wenig Energie benötigt. Darüberhinaus wird durch Verwendung der Doppeltopfspindel in der ersten Prozeßstufe sichergestellt, daß sich keine oder nur sehr geringe Turbulenzen beim Umlauf des Fadens bilden, wodurch die Fadenspannung im wesentlichen konstant gehalten werden kann und Fadenbrüche zuverlässig vermieden werden.

[0010] Die aus der ersten Prozeßstufe bekannten Nachteile des offenen Systems treten nicht mehr auf, denn der rotierende Innentopf ist gegenüber der Außenluft abgeschlossen. Der Innentopf trägt die Garnspule und demzufolge bildet sich auf der Garnspule keine Luftgrenzschicht und das Garn kann sich ungehindert von der Spule lösen und sich an der Innenfläche des Innentopfes ablegen, bevor es nach oben abgezogen wird. Im Innenraum des Innentopfes stellt sich für das Garn eine Umgebung ein, die einem Vakuum sehr nahe kommt. Deshalb ist die Ablösung des Garnes von der Spule auch nicht von der Spindeldrehzahl abhängig, denn das Garn muß keinen Luftwiderstand überwinden. Das Garn kommt auch während des Umwindevorganges nicht mit der stehenden Außenluft in Kontakt und kann weder geschädigt noch zerstört werden.

[0011] Im Gegensatz zu einer offenen Spindel entsteht die Luftgrenzschicht nicht auf der Spule, sondern auf der Außenfläche des Innentopfes. Zwischen der Luftgrenzschicht und der stillstehenden Umgebungsluft entsteht durch die turbulente Luftströmung Reibung. Diese Reibung bestimmt den Energieverbrauch einer Topfspindel. Der zweite Topf wird von der Luftgrenzschicht des Innentopfes angetrieben und erreicht ca. die halbe Drehzahl des angetriebenen Innentopfes, wodurch die relative Geschwindigkeit gegenüber der stehenden Außenluft aufgeteilt wird. Die Antriebsleistung einer Topfspindel wächst mit der dritten Potenz der Drehzahl, d. h. die Summe von 2 x 9000 min^-1 ergibt gegenüber 1 x 18000 min ^-1 bei gleicher Produktionsleistung einen um ca. 40% geringeren Energieverbrauch.

[0012] Durch den Einsatz einer energiesparenden, ballonlosen Doppeltopfspindel in der ersten Prozeßstufe bestehen keine Einschränkungen mehr bezüglich Drehzahlen, Garndrehungen und Material-Feinheit. Die optimale Anzahl der Vordrehungen kann in der ersten Prozeßstufe frei gewählt werden, vorzugsweise sollen diese 50% der gesamten Drehungen übersteigen, um optimale Voraussetzungen in der zweiten Prozeßstufe zu erhalten.

[0013] Aufgrund der hohen Drehzahl der Doppeltopfspindel wird in der ersten Prozeßstufe eine Windungsrate erzielt, die bei weitem über den bekannten Windungsraten von 3% liegt, nämlich mehr als 50%. Aufgrund dieser hohen Windungsrate ergeben sich auch keine Probleme mehr bei der nachfolgenden Endverzwirnung auf einer Doppeldraht-Zwirnmaschine. Diese Probleme bestanden bei den bekannten Verfahren darin, daß bei geringen Windungsraten in der ersten Prozeßstufe (ca. 3 %) bei der zweiten Prozeßstufe (Doppeldrahtzwirn) Garnfehler entstanden, die dadurch bedingt waren, daß sich der Mantel relativ zum Kern durch Wechselwirkung mit der Fadenbremse der Doppeldrahtzwirnmaschine verschob und damit lokale Verdickungen und Verdünnungen des Garns auftraten. Diese Verdickungen und Verdünnungen traten dann im nachfolgenden Gewebe als Webfehler in Erscheinung. Durch die hohe Windungsrate in der ersten Prozeßstufe kommt ein solches, von der Fadenbremse der Doppeldrahtzwirnmaschine ausgelöstes Verschieben nicht mehr vor.

[0014] Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es erstmals möglich, Feinstrumpfgarne mit einem knotenfreien Spulenpaket von 1 - 3 kg und einer Spindeldrehzahl von über 18000 U/min herzustellen, und zwar zu geringen Prozeßkosten.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Umwindegarns, wobei ein gedehntes, elastisches Kerngarn mit mindestens einem Mantelgarn umwunden wird und in einer ersten Prozess-Stufe das Mantelgarn mit einer Windungsanzahl, die geringer ist als die Nenn-Drehung des fertigen Umwindegarns, um das Kerngarn gewunden wird, das so gebildete Zwischengarn aufgewickelt wird und das Zwischengarn in einer zweiten Prozess-Stufe in gleicher Drehrichtung gezwirnt wird, um die gewünschte Nenn-Drehung des fertigen Umwindegarns zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Prozess-Stufe das Mantelgarn mit Hilfe einer Doppeltopfspindel und bei einer Windungsrate von über 50 % der Nenn-Drehung ballonlos um das Kerngarn gewunden wird und die zweite Prozess-Stufe auf einer Doppeldraht-Zwirnspindel durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsrate in der ersten Prozess-Stufe zwischen 55 und 70 % liegt.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppeltopfspindel gegenüber der stillstehenden Außenluft luftdicht verschlossen ist.