[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Verbundgarnes
nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patenanspruches. Die Erfindung betrifft dazu
auch das nach dem Verfahren hergestellte elektrisch leitende Garn selbst und dessen
Verwendung.
[0002] Es wurden schon einige Versuche zur Herstellung von elektrisch leitenden textilen
Stoffen gemacht. Einerseits sind Gewebe mit Einlagen von Metallfäden bekannt. Damit
das Verweben von Metallfäden weniger Problem am Webstuhl verursacht, wurden versucht,
die Metallfäden bereits in ein Mischgarn oder in eine Verbundgarn zu verarbeiten.
[0003] Ein Herstellungsverfahren eines solches Verbundgarn ist beispielsweise aus W093/24689
bekannt. Es handelt sich um ein Verbundgarn aus Textilfaser gleicher oder unterschiedlicher
Art, welche mit einem Metalldraht aus geglühtem, versilberten oder vergoldeten Kupfer
oder aus geglühtem, rostfreiem Stahl, mit einem Durchmesser von zwischen 0.008 und
0.05 mm gezwirnt ist. Nach dem Zwirnen des Verbundgarnes befindet sich der Metalldraht
im wesentlichen in axialer Längsrichtung zwischen den gegenseitigen Berührungszonen
der einzelnen Textilfäden.
[0004] Der Metalldraht bleibt dabei annähernd gestreckt innerhalb dem Verbundgarn. Dafür
ist die Bindung zwischen den Teilgarnen und dem Draht nicht immer genügend und es
besteht die Gefahr, dass das Verbundgarn bei der Weiterverarbeitung wieder aufgetrennt
wird.
[0005] Ein weiteres vergleichbares Verfahren ist in EP-A-0 644 283 beschrieben. Dabei werden
metallische Drähte und textile Fäden zusammengeführt und miteinander verzwirnt. Ein
Vorteil dieses Verbundgarnes besteht darin, dass die Bindung zwischen textilen Fäden
und den Metalldrähten sehr gut ist. Dies wird aber mit dem Nachteil erkauft, dass
die Metalldrähte bereits mechanisch erheblich vorbelastet sind und das Verbundgarn
relativ steif ist und daher bruchanfällig sind..
[0006] Aus EP-A-0 250 260 ist die Verwendung eines metallhaltigen Verbundgarnes für Abschirmungen
bekannt, wobei das Verbundgarn aus einem Kern und einer Umhüllung besteht. Es umfasst
metallische und nicht metallische Fasern, wobei der Kern im wesentlichen ein kontinuierliches
metallisches Filament, verstärkt durch nicht metallisches Filament oder Garn, enthält
und die Umhüllung ein nicht metallisches Filament oder Garne enthält, welches um den
Kern gewunden ist und mindestens 70% der Mantelfläche des Verbundgarnes ausmacht,
wobei die nicht metallischen Fasern aus chemischen oder synthetischen Fasern oder
Naturfasern gebildet sind. Auch hierbei ist das Verbundgarn durch Zwirnen entstanden
und weist dessen Vorteile und Nachteile auf.
[0007] Bei US 3 987 613 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgarnes, eigentlich
besser bezeichnet als Mischgarn, angegeben, welches im Gegensatz zu den vorhergehenden,
nicht durch Zwirnen entsteht. Es werden kurze Kupferfasern mit einem Durchmesser von
0.025 mm und einer Länge von etwa 40 mm vor der Garnherstellung mit textilen Fasern
gemischt und anschliessend miteinander zu einem Garn versponnen. Das gesponnene Mischgarn
enthält zwischen 0.25 und 15 Gewichtsprozent metallische Fasern. Damit ein derartiges
gesponnenes Mischgarn elektrisch leitend wird müsste es einen bedeutend höheren Anteil
an Metallfasern enthalten, damit diese im Garn selbst auch genügend Kontakt untereinander
aufweisen. Dies Metallfasern sind naturgemäss über den ganzen Garnquerschnitt verteilt.
Weil sie auch an der Garnoberfläche vorhanden sind, verursachen sie beim spinnen selbst
und bei jeder Weiterverarbeitung erhebliche Abnützung an den jeweiligen Verarbeitungseinrichtungen
und Maschinen und die Weiterverarbeitung ist problematisch.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundgarn mit einem elektrisch leitenden und
einem textilen Anteil, insbesondere Baumwolle, zu schaffen, welches die erwähnten
Nachteile nicht mehr aufweist, eine gute Bindung von elektrisch leitendem Material
und textilen Fasern gewährleistet und gut zu textilen Flächengebilden, wie Geweben
und Gestricken weiter verarbeitbar ist. Besonders wichtig ist dabei, dass der elektrisch
leitende Anteil möglichst bei der Verarbeitung und Weiterbearbeitung wenig Schäden
und Abnützung an den Maschinen verursacht und möglichst wenig mechanisch vorbeansprucht
wird.
[0009] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist einerseits das Garn selbst und andererseits
die spezielle Verwendung des Garnes für textile Flächengebilde zur Abschirmung, Ableitung
und Verhinderung von elektrischen Feldern und deren Einflüssen.
[0010] Diese Aufgabe wird durch die in den Patentanspruchen angegebene Erfindung gelöst.
[0011] Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens
und
Figur 2 einen Querschnitt durch ein nach diesem Verfahren erzeugtes Verbundgarn.
[0012] Spezielle Probleme stellen sich seit jeher beim Herstellen eine Verbundes von Textilien
mit Metallen. Ein Metalldraht oder Metallfaden weist immer eine glatte Oberfläche
auf. Textile Fasern hingegen sind rauh. Daher wurden bis jetzt solche Verbundgarne
gezwirnt, was eine besonder Art mechanischer Bindung von metallischem und textilem
Anteil ergibt. Beim neuen erfindungsgemässen Verfahren nun wird ein im Prinzip endloser
elektrisch leitender monofiler Metallfaden direkt mit textilen Fasern in einem Arbeitsgang
versponnen, was eine ganz andere Art der Bindung von metallischem und textilem Anteil
ergit und zu einem Garn mit wesentlich anderen Eigenschaften führt. Dabei wird einerseits
der elektrisch leitende monofile Metallfaden zentrisch einer Ringspinnmaschine zugeführt.
Gleichzeitig wird der Anteil aus textilen Fasern als Vorgarn oder Lunte seitlich des
Metallfadens zugeführt. In der Ringspinnmaschine werden nun der Metallfaden und die
Lunte zusammen zu einem Verbundgarn versponnen. Der Metallfaden bleibt somit immer
annähernd zentrisch in der Mitte des Garnes. Ausserordentlich wichtig ist dabei, dass
der Metallfaden während dem Spinnvorgang unter annähernd konstanter minimaler Spannung,
respektive mindestens annähernd spannungslos gehalten wird. Dazu wird die Ringspinnmaschine
mit den notwendigen Zugkraftsensoren und Servoantrieben und -bremsen ausgerüstet und
die Ring/Läufer Kombination muss der Materialien Kombination, den Oberflächen dieser
Materialien und der Spinngeschwindigkeit entsprechend angepasst sein. Dadurch ist
es möglich, dass der monofile Metallfaden auch während dem Spinnprozess kaum verdreht
wird.
[0013] Er soll so drehungslos wie möglich bleiben, damit er vor einer späteren Weiterverarbeitung,
wie Spulen, Weben, Stricken usw., möglichst wenig mechanisch vorbelastet ist. Das
so gesponnene Verbundgarn weist daher einen annähernd drehungslosen, metallischen,
endlosen Kern auf. Als textile Fasern können grundsätzlich alle Natur- und Kunstfasern
verwendet werden. Allerdings gewährleisten gewisse Fasern eine weniger gute Bindung
mit dem Metallfaden. Sehr geeignet für eine derartiges Verbundgarn sind beispielsweise
Baumwollfasern. Als elektrisch leitender monofiler Metallfaden wird vorzugsweise eine
Faden aus Kupfer oder aus Silber oder aus Kupfer oder Silber enthaltenden Legierungen
verwendet. Allerdings sind auch gewisse Legierungen aus Stahl oder Leichtmetall möglich.
Der Metallfaden weist einen Durchmesser von etwa 10 bis 30 um auf. Sehr gute Resultate
wurden bisher mit einem Metallfaden Durchmesser von 20 bis 25 µm erreicht.
[0014] Besondere Beachtung ist beim Verspinnen dem ungleichen Gewichtsanteil von metallischen
und textilem Anteil am Garn zu schenken. Bei einem derartigen Garn muss der Metallfaden
nur die elektrische Leitfähigkeit gewährleisten. Er hat keine tragende Funktion und
muss möglichst flexibel, biegbar und leicht sein. Die Flexibilität muss für die Weiterverarbeitung
mindestens annähernd derjenigen von einem normalen Garn entsprechen, damit der gesponnene
Faden auch verwebt oder verstrickt werden kann. Daher wird der Metallfaden so dünn
und leicht, wie nur irgend möglich gemacht. Dies stellt dafür ganz andere Anforderungen
an den Spinnprozess, insbesondere an die Zuführung des Metallfadens und die Zugkraftsteuerung.
[0015] Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Metallfaden auf möglichst geradem
und möglichst kurzen Weg der Spinnstelle zugeführt wird. Der Metallfaden wird mindestens
annähernd ohne Vorspannung und mit möglichst wenig Drehung der Spinnstelle zugeführt.
Er wird entweder tangential, oder mit kleinem Fadenballon auf konventionelle Art von
einer Spule abgezogen. Beim tangentialen Abzug von der Spule wird mit Vorteil der
Metallfaden geradlinig von der Spule zur Spinnstelle geführt wird, indem beim Abwickeln
der Spule diese der Wicklung entsprechend seitwärts hin und her bewegt wird. Eine
noch bessere Art ergibt eine Abzug aus dem Innenbereich einer kernlosen Spule. Da
der Abzug möglichst ohne Vorspannung geschehen soll, kann auf eine Fadenbremse verzichtet
werden.
[0016] Damit die Qualität der Bindung von monofilem Metallfaden und Baumwollfasern die zur
Weiterverarbeitung des Verbundgarnes gewünschte Qualität erreicht, muss die Lunte
gut und homogen vorgestreckt sein und die Baumwollfasern müssen möglichst gleichmässige
Faserlänge aufweisen.
[0017] Die Bindung von Metalfaden und textilen Fasern wird zusätzlich durch Beschichten
des Metallfadens verbessert. Die erfolgt üblicherweise mit einem Lack. Der Lack wirkt
einerseits der Sprödigkeit des Metallfadens entgegen und erhöht zugleich die Oberflächenhaftung
und damit die Qualität der Bindung im Verbund von Metallfaden und textilen Fasern.
Damit wird gerade ein weiteres Problem gelöst. Nämlich das Problem der Gefahr von
Katalyt-Schäden im Verbundgarn selbst und durch dieses verursacht an Maschinenelementen.
Das Beschichten des Metalfladens hilft zudem Oxidation und Katalyt-Schäden zu verhindern
oder mindestens die Gefahren dazu zu vermindern.
[0018] Zusätzlich kann das Verbundgarn im Bereich hinter der Spinnstelle der Ringspinnmaschine
kurzzeitig erwarmt werden. Dabei erweicht die Beschichtung des Metallfadens vorübergehend.
Dies macht den Kontakt und die Haftung zwischen diesem und den textilen Fasern inniger,
da die Oberfläche der Beschichtung sich den textilen Fasern in der Form etwas anpassen
kann und dadurch eine Art Formschlüssigkeit erreichbar ist. Dazu kommt, dass der erwärmte
Lack der Beschichtung leicht klebrig wird, was die Bindung weiter verbessert.
[0019] In der Figur 1 ist die Herstellung eine Verbundgarnes mit einem elektrisch leitenden
metallischen und einem textilen Anteil schematisch dargestellt. Ein elektrisch leitender
monofiler Metallfaden 11 wird auf möglichst geradem und kurzem Weg der eigentlichen
Spinnstelle 1 einer Ringspinnmaschine zugeführt. Gleichzeitig wird eine Lunte aus
textilen Fasern 12 mehrfach vorgestreckt mittels Streckvorrichtungen 21, über eine
Zuführeinheit 2 ebenfalls der Spinnstelle 1 der Ringspinnmaschine zugeführt. Der Metallfadens
11 wird annähernd zugkraftlos direkt der Spinnstelle 1 zugeführt. Dies kann durch
die Zuführung 4 mit entsprechenden Zugkraftsensoren und Servoeinheit überwacht und
gegebenenfalls nachgeregelt werden. In der Ringspinnmaschine werden nun die textilen
Fasern der Lunte 12 mit einer Seele bestehend aus dem beschichteten Metallfaden 11
zu einem Verbundgarn 13 versponnen. Ein Abzug 3 sorgt für den Wegtransport des Verbundgarnes
13 und gleichzeitig zur Zugkraftkontrolle für das Verbundgarn mit seiner Seele aus
dem monofilen Metallfaden 11. Auch hier ist es wichtig, dass die Zugkraft beim Garnabzug
klein bleibt und zwar bis und mit dem anschliessenden Aufspulen, damit der Metallfaden
möglichst wenig mechanisch beansprucht wird.
[0020] In der Figur 2 ist ein Querschnitt durch ein gesponnenes Verbundgarn dargestellt.
Es besteht aus der Seele 111 des Metallfadens 11 welcher rundum eine dünne Beschichtung
112 aufweist. Um den Metallfaden 11 befinden sich der textile Anteil des gesponnenen
Verbundgarnes.
[0021] Ein nach diesem Verfahren hergestelltes elektrisch leitendes Verbundgarn lässt sich
sehr gut weiterverarbeiten. Es eignet sich ganz besonders zur Herstellung von Geweben
annähernd beliebiger Art. Es kann auch zu einem Gestrick verarbeitet werden. Als Gewebe
oder als Gestrick wird es bevorzugterweise dort Verwendet, wo elektrostatische oder
elektrodynamische Felder abgeschirmt oder sogar abgeleitet werden sollten. Es lässt
sich beispielsweise zum Bau von farraday'schen Käfigen oder abgeschirmten und geerdeten
Flächen oder Räumen verwenden. Dazu kann man beispielsweise ein dünnes Gewebe oder
Gestrick aus derartigem Garn oder auch nur einzelne Verbundgarnstränge in eine Tapete
einarbeiten. Ebenso lässt sich eine textile oder papierene Tapete aus einem solchen
Gewebe oder Gestrick herstellen, denn dieses kann ja sogar auch gefärbt oder bedruckt
werden. Eine weitere Verwendung besteht im Einarbeiten in oder Auftragen von derartigen
Garnen, Geweben oder Gestricken auf oder in Wärme- bzw. Schall- Dämmplatten. Diese
Tapeten oder Dämmplatten lassen sich somit auch an Erdleitungen anschliessen und erweitern
so den Einsatzbereich für diese.
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Verbundgarnes (13) aus einem
elektrisch leitenden, metallischen Anteil und einem textilen Anteil, dadurch gekennzeichnet,
dass der textile Anteil als Lunte aus textilen Fasern (12) seitlich und gleichzeitig
ein endloser elektrisch leitender, beschichteter, monofiler Metallfaden (11) in einem
Spinnprozess direkt zentrisch der Spinnstelle (1) einer Ringspinnmaschine zugeführt
wird, wo der elektrisch leitende monofile Metallfaden (11) mindestens annähernd zugkraftlos
mit den textilen Fasern (12) einer unter mehrfacher Streckung der Spinnstelle (1)
zugeführten Lunte zu einem einzigen Verbundgarn versponnen wird, welches anschliessend
über einen Abzug der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende, monofile
Metallfaden (11) während dem Spinnen mindestens annähernd drehungslos von einer Spule
abgezogen der Spinnstelle (1) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der monofile Metallfaden (11)
tangential von einer Spule abgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der tangential von der Spule
abgezogene Metallfaden (11) geradlinig der Spinnstelle (1) zugeführt wird, indem beim
Abwickeln die Spule seitwärts hin und her bewegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der monofile Metallfaden (11)
aus dem Innenbereich einer kernlosen Spule abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundgarn (13) im Bereich
nach der Spinnstelle (1) kurzzeitig erwärmt wird, wobei die Beschichtung (112) des
Metallfadens erweicht wird.
7. Verbundgarn hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende, monofile Metallfaden ein beschichteter
Kupferfaden (111,112) ist.
8. Verbundgarn hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende, monofile Metallfaden (11) Silber enthält.
9. Verbundgarn hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrisch leitende, monofile Metallfaden (11) einen Durchmesser von mindestens
10 µm und höchstens 50 µm aufweist.
10. Verbundgarn hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die textilen Fasern (12) Baumwolle enthalten.
11. Verwendung eines Verbundgarnes nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass es zu einem Gewebe verwoben wird.
12. Verwendung eines Verbundgarnes nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass es zu einem Gestrick verarbeitet wird.
13. Verwendung eines Verbundgarnes nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gewebe oder Gestrick in einer Tapete eingearbeitet oder aufappliziert ist.
14. Verwendung eines Verbundgarnes nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gewebe oder Gestrick auf einer Wärmedämmplatte aus geschäumtem Kunststoff oder
mineralischen Fasern aufgebracht oder eingearbeitet ist.