Düsenkörper zur Erzeugung von feinsten Flüssigkeitsstrahlen an Wasservernadelungs- einrichtungen und Verfahren zur Strahlverflechtung Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsenkörper zur Erzeugung von feinsten Flüssig- keitsstrahlen zur Strahlverflechtung von endlosen oder endlichen Fasern in Waren- bahnen aus Chemie-oder Naturfasern in Nonwovens, Tissue, Geweben oder Gewir- ken, der vorzugsweise in einem quer zur vorlaufenden Warenbahn sich erstreckenden, in seiner Länge der Breite der Warenbahn entsprechenden Düsenbalken flüssigkeits- dicht gelagert ist, wobei in dem Düsenbalken ein Flüssigkeitsdruck bis zu 1000 bar erzeugt ist, der den Düsenstreifen gegen eine mit einem Durchflussschlitz versehene Wandung des Düsenbalkens presst, wobei in den Düsenstreifen zur Erzeugung der Flüssigkeitsstrahlen eine Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten, im Durch- messer kleinste Löcher eingebracht sind.

Ein Düsenstreifen ist z. B. aus der EP-A-0 725 175 bekannt. Er erstreckt sich über eine große Arbeitsbreite und ist im allgemeinen aus einem dünnen Blech aus Edelstahl mit z. B. mechanisch hergestellten Löchern gebildet. Dieser Düsenstreifen bzw. die in diesen eingebrachten Löcher haben eine in der Praxis ausprobierte und immer wieder verbesserte Geometrie, die im Herstellungsverfahren sehr teuer ist. Die Wandung der einzelnen bis zu 0,1 mm im Durchmesser großen Düsenlöcher muss äußerst glatt sein, weswegen die Löcher gebohrt oder gestanzt werden. Die Geometrie der Löcher ist von besonderer Bedeutung für die Ausbildung des Wasserstrahls, weswegen im allgemei- nen hinter einem den Wasserstrahl bestimmenden Düsenquerschnitt sich ein diffuser, konischer Teil über die Höhe des Düsenloches anschließt, auch um den gebildeten Wasserstrahl auf dem Wege zum Ende des Loches nicht durch Reibung an den Wan- dungen des Loches aufzureißen. Die Löcher werden aufgrund des von der Praxis im- mer höher gewünschten Wasserdruckes und auch wegen der ständigen Abrasion schnell in den Randbereichen unsauber. Dies erzeugt unscharfe, unrunde Wasser- strahlen, die nur eine unbefriedigende Energie in die dynamische Behandlung der Warenbahn bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Düsenkörper, einen Düsenstreifen zu entwickeln, in dem exakt ausgebildete, über die wirksame Länge äußerst glatte Dü- senlöcher erzeugbar und deren Innenfläche auch auf größere Dauer abrasionsbestän- dig sind.

Ausgehend von einem Düsenkörper anfangs genannter Art, wird die Lösung des Pro- blems darin gesehen, dass als Material für den Düsenkörper ein Hartmetall oder ein Keramikwerkstoff oder ein Werkstoff ausgewählt ist, der die gleichen oder ähntichen physikalischen Eigenschaften hat. Hierzu sind auch synthetische Rubine und Saphire, also monokristalline Aluminiumoxide, zu verstehen. Die Materialien sind spröde, insbe- sondere Keramik, so dass zunächst die Gruppe der Hartmetalle mit hohem E-Modul zu bevorzugen ist. Hartmetalle sind zwei oder mehrphasige, pulvermetallurgisch mit einem metallurgischen Binder hergestellte Legierungen. Hartmetalle sind in die Grup- pen K, M und P aufteilbar : K-Gruppe Wolframkarbid-Kobalt-Legierung : zeichnet sich durch hohe Härte aus.

M-Gruppe Zusatz (3-15 %) von Titan-und Tantalcarbid, wie Cermets : zeichnen sich durch höhere Warmverschleißfestigkeit aus.

P-Gruppe höherer Titan-und Tantalcarbidanteil (10-60 %) : zeichnet sich weiterhin durch gute Stahlzerspanung aus.

Mit diesen Materialien können damit Düsenkörper hergestellt werden, deren Löcher mit großem Vorteil eine hohe Abrasionsbeständigkeit haben. Diese Materialien werden zur Zeit im wesentlichen für die spanabhebende Bearbeitung von Metalllegierungen einge- setzt. Nunmehr sollen sie selbst für eine Vielzahl von Fluidstrahlen an Wasserstrahl- Vernadelungsmaschinen verwendet werden.

Es hat sich erwiesen, dass diese Materialien sich besonders gut für die Laserstrahl- oder Funkenerosionsbehandlung eignen. Die Schnittkanten beim Lasern in diesem Material sind glatt schneidbar, so dass evtl. sogar eine bisher notwendige Nachbear- beitung der Löcher entfallen kann. Besser ist das Ergebnis beim Funkenerodieren und besonders gut beim Bohren mit Diamantbohrern. Insofern ist es ein Bestandteil der Erfindung, die Löcher für die Düsenstrahlen in den Düsenkörper aus diesen Materia- lien mittels Laserstrahlen, Funkenerodieren oder eines Diamantbohrers herzustellen.

Der Düsenkörper kann vorzugsweise mit seiner Materialdicke in voller Höhe das Dü- senloch bilden, das heißt also, dass die bisher einzubringende konische Erweiterung zum Auslauf des Loches hin entfällt. Die Löcher sollten einen Durchmesser von 0,08 bis 0,15 mm haben und der Lochabstand sollte zwischen 20 bis 128 hpi in einer oder zwei Reihen liegen. Die Dicke des Düsenkörpers liegt zwischen 0,8 und 2 mm. Mit Vorteil kann die Länge der Düsenlöcher aber auch erheblich größer sein, wie z. B. bis zu 3 mm oder mehr.

Ein besonderer Vorteil ist durch die Idee nach der Erfindung dadurch gegeben, dass nicht der ganze Düsenstreifen aus ein-und demselben Material gemacht zu werden braucht. Ein tragfähiges Material, wie z. B. Edelstahl, soll das andere Material für den oder die eigentlichen Düsenkörper tragen. Dies kann vollflächig aber auch nur bezüg- lich eines einzelnen Düsenkörpers erfolgen.

Für die weitere Ausbildung des Düsenkörpers, also des Düsenstreifens für größere Arbeitsbreiten sind mehrere Möglichkeiten offen. Da das Hartmetall oder ein Keramik- werkstoff sehr spröde ist, könnte man dieses die Düseniöcher bildende Material in einem stabileren Rahmen lagern oder das Material auf einen Träger z. B. aus Edel- stahl aufbringen. Der Düsenkörper könnte damit aus den genannten harten Materialien vollflächig über die ganze Länge des Düsenstreifens oder nur als eine kleine bis kleinste mit jeweils einer Wandung versehene z. B. zylindrische Einheit aus Hartmetall, Keramik oder einem Saphir gebildet sein und so als Einzelteil auf dem anderen strei- fenförmig ausgebildeten Trägermaterial wie Edelstahl abgestützt und dort gehalten sein. Von diesen Düsenkörper-Einzelteilen sind dann eine hohe Anzahl unmittelbar nebeneinander oder in dafür vorgesehenen Bohrungen anzuordnen und zu befestigen.

Die Befestigung kann durch Kleben erfolgen.

Eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art ist in der Zeichnung beispielhaft darge- stellt. Es zeigen : Fig. : 1 Einen Schnitt quer durch einen Düsenbalken, wie er in der EP 0 725 175 offenbart ist, Fig. : 2 die Draufsicht auf einen Düsenstreifen mit einzelnen Düsenkörpern, die auf einem Düsenstreifen aus anderem Material getragen sind, Fig. : 3 einen Schnitt durch den Düsenstreifen nach Fig. 2, Fig. : 4 die Draufsicht auf einen Düsenstreifen mit einzelnen ganz dicht zueinander gelagerten Düsenkörpern, die auf einem Düsenstreifen aus anderem Material getragen sind, und Fig. : 5 ein Schnitt durch den Düsenstreifen nach Fig. 4.

Das Gehäuse des Düsenbalkens besteht aus einem Oberteil 1, das mit dem Unterteil 2 vielfach über die Länge durch die Schrauben 3 von unten verschraubt ist. Das Oberteil 1 weist längs zwei Bohrungen 4 und 5 auf, von denen die obere die Druckkammer 4 und die untere die Druckverteilkammer 5 ist. Beide Kammern sind an der einen Stirn- seite offen und wieder durch Deckel flüssigkeitsdicht verschraubt. Die beiden Kam- mern 4 und 5 sind durch eine Zwischenwandung voneinander getrennt. Über die Länge des Düsenbalkens verbinden eine große Anzahl von Durchflussbohrungen 9 in der Zwischenwandung die beiden Kammern, so dass die in die Druckkammer 4 einströ- mende Flüssigkeit gleichmäßig verteilt über die Länge in die Druckverteilkammer 5 ausströmt, in der zusätzlich an Halterungen 21 ein Prallkörper 20 gehalten ist. Die Druckverteilkammer ist nach unten offen, und zwar durch den gegenüber dem Durch- messer der Bohrung der Druckverteilkammer 5 schmalen Schlitz 10, der sich ebenfalls über die Länge des Balkens erstreckt.

Gemäß der Fig. 1 ist das Oberteil 1 mit dem Unterteil 2 fest und flüssigkeitsdicht ver- schraubt. Die Dichtigkeit wird durch den O-Ring 11 bewirkt, der in einer Ringnut des Oberteils 1 einliegt. In der Mitte zwischen dem O-Ring 11 umschließt den Schlitz 10 einen Federvorsprung 23, der in einer entsprechenden Nut 24 des Unterteils 2 einge- passt ist und für den O-Ring 12 eine Reparaturnut 26 aufweist, dessen Außenränder 25 gegen den Rand des Düsenstreifens 14 gerichtet sind. In dem Boden der Nut 24 des Unterteils 2 ist wiederum eine Ringnut eingebracht, in der der O-Ring 12 zur Ab- dichtung des Düsenstreifens 14 einliegt. In einer Linie unterhalb der Flüssigkeits- durchflussbohrungen 9 und des Schlitzes 10 ist im Unterteil 2 ebenfalls ein Schlitz 13 eingebracht, der in seinem oberen Bereich nur sehr schmal ist und nur wenig mehr als die Breite der wirksamen Düsenöffnungen des Düsenstreifens 14 offen lässt.

Die Fig. 1 ist hier nur im Zusammenhang mit der Lagerung des Düsenstreifens, oder Düsenkörpers von Bedeutung. Der Düsenbalken kann auch ganz anders aussehen, nämlich wie er z. B. in der DE-A-199 21 694 offenbart ist. Der Düsenstreifen 14 hat eine gewisse Breite, die für die Aufnahme der Düsenlöcher 30 und für die Lagerung oberhalb des O-Rings 12 notwendig ist. Sind Düsenkörper als Einzelteil 31 hergestellt und auf dem Düsenstreifen 14 gelagert, dann sind sie in ein- zelnen Ausnehmungen 32 eines die Düsenkörper 31 aufnehmenden Materials gehal- ten. Dieses Material kann das eines eigenen Düsenstreifens 33 sein, wie es in Fig. 3 und 5 dargestellt ist. Dies ist insofern vorteilhaft, weil die Ausnehmungen 32 durch den Düsenstreifen 33 quer hindurch eingebracht werden können. Dieser Düsenstreifen wird dann auf einen Trägerstreifen 34 verbracht, der wiederum Löcher 35 entsprechend der Anordnung der Düsenkörper 31 derart fluchtend und im Durchmesser größer als die zur Formung des Düsenstrahis vorgesehenen Löcher 30 aufweist, damit die Wasser- strahlen ungehindert durch den ganzen Streifen 14 ; 33,34 fließen können.

Es ist klar, die Düsenkörper 31 sind aus dem harten widerstandsfähigen Material herzustellen. Das Material des Streifens 33,33'kann aus Edelstahl hergestellt sein, das des Trägerstreifens 34,34'jedoch auch aus einem harten, steifen Material, wie Hartmetall, um eine zu große Elastizität des in der Praxis gewünschten langen Streifens zu mindern.

Für den gleichmäßigen Vernadelungseffekt besser ist es die Düsenkörper 31 unmittel- bar nebeneinander auf dem Trägerstreifen 34'anzuordnen wie es in der Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Damit können die Düsenstrahlen dichter zueinander erzeugt werden, wie es in der Wasservernadelungsindustrie gefordert ist. In jedem Fall ist es orteil- haft, die Düsenkörper 31 in zwei Reihen (Fig. 2 und 4) versetzt zueinander anzuord- nen. Zur Halterung der Düsenkörper 31 brauchen im Falle des Beispiels nach Fig. 4 keine Bohrungen in das Material des Streifens 33'eingebracht werden, sondern nur beidseitig Begrenzungen 32' (ggf. kreisförmige Segmente), um die Düsenkörper 31 seitlich zu fixieren.

In jedem Fall werden die Düsenköper 31 in dem Streifen 33,33'und/oder auf dem Träger 34,34'verklebt.

Die Bohrungen 31, wie in den einzelnen Düsenkörpern 31, sind exakt zylindrisch über ihre ganze Länge. Die Randkante des Wassereintrittsloches ist scharfkantig und auch die beim Wasseraustritt. Jedenfalls ist keine konische Erweiterung am Austrittsende des Düsenlochs 30 vorgesehen wie es bisher als notwendig angesehen wurde. Die Darstellung in den Fig. 2-5 ist stark vergrößert. Der Lochabstand sollte 20 bis 128 hpi sein. Der Durchmesser des Düsenkörpers 31 ist also um 1 mm, dementsprechend fein sind die Düsenlöcher 30 selber, nämlich 0,08-0,15 mm.

In den Fig. 2-5 sind Beispiele dargestellt, in denen die Düsenkörper 31 als Einzelteile auf den Trägerstreifen 34,34'gelagert sind. Genauso ist es möglich, den Streifen 33, 33'insgesamt aus dem harten Material herzustellen und mit den Düsenlöchern 30 di- rekt zu versehen und dann alleine als Düsenstreifen zu verwenden oder einen solchen auf den Steifen 34,34'zu lagern, der selbst nicht so spröde ist und z. B. aus Edelstahl hergestellt ist.