Vorrichtung zur Beaufschlagung von flächigem Material mittels eines unter Druck stehenden Mediums

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beaufschlagung von flächigem Material mittels eines unter Druck stehenden Mediums gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 603 07 058 T2 ist eine Vorrichtung zur Beauf- schlagung von flächigem Material mittels einem unter Druck stehenden Fluid bekannt. Die Vorrichtung besteht jeweils aus einem Düsenbalken (Wasserbalken), der an seiner Unterseite einen Düsenstreifen mit einer Vielzahl feiner Austrittsöffnungen für ein unter Druck stehendes Medium, insbesondere Wasser aufweist. Der vorzugsweise in Form einer Bahn unter dem Düsenbalken transportierte gewebte, gewirkte Stoff bzw. Vliesstoff (Nonwoven) wird mit den Druckwasserstrahlen beaufschlagt. Bei einem Vlies kann so eine Verfestigung bzw. eine Verschlingung der Fasern, der Filamente erzeugt werden.

Aus der DE 10 2004 030 413 A1 bzw. der DE 10 2004 049 146 A1 sind Einrichtungen zur hydrodynamischen Beaufschlagung bekannt, bei der den Vernadelungstrommeln mehrere Düsenbalken zugeordnet sind. Je nach Anwendung können die Dü- senbalken gleichzeitig arbeiten, wobei unterschiedliche Betriebsparameter zur Einstellung kommen. Auch können eine oder mehrere Düsenbalken abgeschaltet bleiben. Hierzu sind die Düsenbalken mit steuerbaren Hochdruckpumpen zur Druckversorgung für das zu beaufschlagende Fluid verbunden.

Aus der DE 101 12 446 A1 ist eine Wechselvorrichtung für den Düsenstreifen eines Düsenbalkens bekannt. Hierdurch lässt

sich der Düsenstreifen schneller auswechseln, der Düsenbalken ist während der Auswechselzeit aber abzuschalten, was eine Unterbrechung des Produktionsprozesses bzw. Aus- schuss bedingt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu verbessern und insbesondere Umschaltvorgänge während des Betriebes zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der beiden Düsenstreifen an eine eigene steuerbare Druckversorgung geschaltet ist und zum Umschalten von einem Düsenbalken auf den anderen Düsenbalken die eine Druckversorgung heruntergefahren während die zweite Druckversorgung hochgefahren wird. Die Zeitverläufe (Kurven), nach denen die eine Druckversorgung runter und gleichzeitig die andere Druckversorgung hochgefahren wird, sind derartig gewählt, so dass sich während dieses Umschaltvorganges die Art und Qualität der hydrodynamischen Beaufschlagung des zu bearbeitenden Gutes nicht verändert. Insbesondere sind die Kurven so gewählt, dass die Summe der hydrodynamischen Energie, welche durch die beiden Düsenbalken in das Gut eingebracht wird, gleich bleibt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Düsenbalken, zwischen denen umgeschaltet werden kann, an jeweils eine steuerbare Hochdruckpumpe als Druckversorgung geschaltet. über eine Steuerung werden die beiden Hochdruckpumpen nun wie zuvor beschrieben gefahren,

d.h. die Leistung der einen Pumpe wird hochgefahren, währen die andere Hochdruckpumpe heruntergefahren wird. Die Steuerung nimmt das Hoch- und Runterfahren der Pumpen entsprechend gespeicherter Kennlinien (Kurven) vor.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht bei einer Anlage mit mehreren Düsenbalken, welche mehreren Verna- delungstrommeln und/oder Vernadelungsbändern als Bearbeitungsstationen zugeordnet sind, vor, dass jeweils ein Düsen- balken einer Bearbeitungsstation als zuschaltbarer Reservebalken fungiert. Diese Reserve-Düsenbalken sind über schaltbare Ventile an eine gemeinsame Hochdruckpumpe angeschlossen, welche mit einer Steuerung verbunden ist. Die weiteren Düsenbalken werden von separaten Hochdruckpumpen gespeist, die ebenfalls mit der Steuerung verbunden sind. Nun kann in jeder der Bearbeitungsstationen während des Betriebes und ohne Produktionsausfall bzw. Produktion minderer Qualität der Düsenstreifen eines Düsenbalkens gewechselt oder ein Düsenbalken getauscht oder umgebaut werden.

Dient die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation der Wasser- strahlvernadelung, so handelt es sich bei den steuerbaren Druckversorgern um steuerbare Hochdruckpumpen. Als steuerbarer Druckversorger kann auch eine Hochdruckpumpe mit einer steuerbaren Drossel vorgesehen sein. Bei einer Einrichtung zur Heißdampfvemadelung handelt es sich bei den Druckversorgern um entsprechend steuerbare Dampfdruckerzeuger.

Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen.

Figur 1 zeigt eine Bearbeitungsstation in Form einer Vernade- lungstrommel 1 , der zwei Düsenbalken 2, 3 zugeordnet sind. In der Vernadelungstrommel vorzusehende Absaugeinrichtungen sowie weitere der hydrodynamischen Bearbeitung dienende Einrichtungen sind an sich bekannt und nicht dargestellt.

Die beiden Düsenbalken sind mit je einem steuerbaren Druck- versorger 4, 5 verbunden. Die beiden Druckversorger 4, 5 sind an eine Steuerung 6 geschaltet. Die Steuerung 6 regelt nach gegebenen Kommando zum Umschalten zwischen den beiden Düsenbalken 2, 3 den Druckversorger 4 vom Ausgangswert P4 nach einer vorgegeben Kennlinie auf Null, während der Druckversorger 5 von Null auf den Druckwert P5 hochgefahren wird. Die Figur 2 zeigt den Druckverlauf P als Funktion der Zeit t, also die Druckwerte P4, P5 über die Zeit t, mit denen die Düsenbalken 2, 3 während des Umschaltens durch die Druckversorger 4, 5 beaufschlagt werden. Vereinfacht sind gerade Druckverläufe über die Zeit angedeutet. Der genauere Zusammenhang wird weiter unten erläutert.

Figur 3 beschreibt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der Düsenbalken D1 - D12 in insgesamt vier Gruppen als Bearbeitungsstationen angeordnet sind. Die Düsenbalken D1 - D12 sind prinzipiell angedeuteten umlaufenden Transportbändern bzw. Vernadelungstrommeln zugeordnet. Die Bahn des zu bearbeitenden Gutes ist nicht dargestellt.

Die Düsenbalken D1 , D4, D5, D7, D8, D9, D10, D11 in den Stationen sind mit jeweils einer eigenen steuerbaren Hoch- druckpumpe HD1 , HD4, HD5, HD7, HD8, HD9, HD10, HD11 verbunden. Diese Düsenbalken D1 , D4, D5, D7, D8, D9, D10, D11 sind während der Produktion in Betrieb und werden entsprechend der vorgesehenen Produktionsweise beaufschlagt.

Die Düsenbalken D2, D3, D6 und D12 sind über Schaltventile V2, V3, V6 und V12 mit einer Hochdruckpumpe HD als Druckversorgung verbunden. Die Hochdruckpumpe HD sowie die weiteren Hochdruckpumpen HD1 - HD12 stehen mit einer nicht dargestellten Steuerung in Wirkverbindung, welche die einzelnen Pumpen sowohl in der Produktion als auch zum Umschalten zwischen Düsenbalken ansteuert.

Während der Produktion sind diese mit der zentralen Hochdruckpumpe verbundenen Düsenbalken D2, D3, D6 und D12 üblicherweise nicht in Betrieb. Soll nun in einem der Düsenbalken D1 , D4, D5, D7, D8, D9, D10, D11 der Düsenstreifen gewechselt werden, so erfolgt das Zuschalten des in der entspre- chenden Station vorhandenen Düsenbalkens D2, D3, D6 bzw. D12.

Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass im Düsenbalken D8 der Düsenstreifen zu wechseln ist. Die Anlage ist in Produktion, d.h. die Düsenbalken D1, D4, D5, D7, D8, D9,

D10, D11 arbeiten, die Düsenbalken D2, D3, D6 und D12 sind nicht in Betrieb, die Ventile V2, V3, V6 und V12 sind geschlossen, die Hochdruckpumpe HD ist abgeschaltet.

Zur Vorbereitung des Düsenstreifenwechsels wird nun die

Hochdruckpumpe HD gestartet. Die Hochdruckpumpe HD wird nun nach öffnen des Ventils V6 hochgefahren, d.h. der Druck für den Düsenbalken D6 wird von Null stetig auf den Druckwert erhöht, mit dem der Düsenbalken D8 im Betrieb beaufschlagt wurde. Während des Hochfahrens der Hochdruckpumpe HD wird die Hochdruckpumpe HD8 des Düsenbalkens D8 stetig von dem Ausgangswert im Betrieb auf den Wert Null herunter-

gefahren. Die Beaufschlagung der Materialbahn erfolgt nun anstelle Düsenbalken D8 durch Düsenbalken D6.

Nach dem Düsenstreifenwechsel im Düsenbalken D8 wird in analoger Weise wieder auf diesen Balken zurückgeschaltet. Während des Hochfahrens der Hochdruckpumpe HD8 wird die Hochdruckpumpe HD für den Düsenbalken D6 runtergefahren. Die Beaufschlagung der Materialbahn erfolgt nun wieder durch den Düsenbalken D8.

Des Weiteren wird erläutert, nach welcher Zeitfunktion der Druck bei einem Düsenbalken hochzufahren ist, wenn der Wasserdruck in dem zweiten Düsenbalken gemäß einem vorgegebenen Zeitverlauf heruntergefahren wird.

Für einen Düsenbalken Di berechnet sich der Durchsatz Wi und damit die durch den Düsenbalken Di in das zu behandelnde Material eingebrachte hydraulische Energie Ei wie folgt:

a) Wi = 3600*k*n*(π*d ² /4)*λ/ (2*g*p*10)

b) Ei = Wi *p/36

hierbei ist:

Wi = Wasserdurchsatz pro Düsenbalken in m ³ /h (Kubikmeter pro Stunde) und pro Meter Arbeitsbreite (pro Meter Düsenbalken)

Ei = Hydraulische Verbindungsenergie des Düsenbalkens Di, ausgedrückt in kWh pro Meter Arbeitsbreite (pro Meter Düsenbalken)

d = Durchmesser eines Wasserstrahles bzw. einer Austrittsöffnung für einen Wasserstrahl in Meter

k = Formkoeffizient der öffnungen - meist gleich 0,70

π = Kreiszahl

n = Zahl der Wasserstrahlen pro Meter (Zahl der Austrittsöffnungen)

p = Wasserdruck in bar

g = Erdbeschleunigung in 9,81 m/s ²

Die durch mehrere Düsenbalken Di in ein zu behandelndes Material eingebrachte hydraulische Verbindungsenergie ist somit:

EHT = EI + E2 + + En

Für zwei Düsenbalken gilt:

EHT = E1 + E2

Als Funktion der Zeit t gilt für die eingebrachte hydraulische Verbindungsenergie:

EHT(t) = E1 (t) + E2(t)

Soll EHT = konstant sein, so gilt für den Zeitverlauf der durch die beiden Düsenbalken D1 und D2 eingebrachten hydraulischen Verbindungsenergien:

EHT = Konstant = E1(t) + E2(t)

Wird also E1 (t) mit der Zeit t kleiner, so muss E2(t) größer werden, damit EHT = konstant, also EHT - E1(t) = E2(t)

Unter Verwendung der Formeln a) und b) kann somit die Zeitfunktion des Wasserdruckes p2(t) für den zweiten Düsenbalken D2 ermittelt werden, wenn der Wasserdruck für den Düsenbalken D1 nach der Zeitfunktion p1 (t) heruntergefahren wird. Genau dann bleibt die in das Material eingebrachte hydraulische Energie (pro Zeiteinheit und bei gegebener Maschinengeschwindigkeit) konstant.

Bezugszeichenliste:

1 Vernadelungstrommel

2 Düsenbalken

3 Düsenbalken

4 Hochdruckpumpe

5 Hochdruckpumpe

6 Steuerung

D1-D12 Düsenbalken

HD1-HD12 Hochdruckpumpe

V2 Sperrventil

V3 Sperrventil

V6 Sperrventil

V12 Sperrventil

HD Hochdruckpumpe