DE10121156A1

DE10121156A1 - Schmelzspinnanlage

Info

Publication number: DE10121156A1
Application number: DE10121156A
Authority: DE
Inventors: Joerg Alexander
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 2000-05-06
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2001-11-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung mit einem Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze. Aufgrund geringer Strömungsgeschwindigkeiten und geringer Schergeschwindigkeiten kann es zu Ablagerungen aus der Schmelze an den Schmelzeleitungswandungen kommen. Um die Schergeschwindigkeiten zu erhöhen, wird eine Bürste vorgesehen, die in eine Schmelzeleitung eingesteckt wird und die rotierend angetrieben wird. Zusätzlich kann ein Mittel zum Fördern der Schmelze in Richtung der Schmelzesenke vorgesehen sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schmelzspinnanlage ist aus EP 0 636 190 B1 (Bag2103) bekannt. In Schmelzspinnanlagen wird thermoplastisches Material in einem Extruder aufgeschmolzen, über Schmelzeleitungen einer Dosierpumpe zugeführt und über Verteilerleitungen auf eins oder mehrere Spinndüsenpakete verteilt, wo die Schmelze jeweils zu einer Vielzahl von Filamenten extrudiert wird, die nach dem Abkühlen jeweils zu einem Faden zusammengefaßt werden. Dosierpumpe, Schmelzeleitungen und Spinnpakete sind dabei entweder in einem beheizten Spinnbalken untergebracht oder die Schmelzeleitungen sind bei räumlich getrennter Anordnungen separat beheizt.

Aufgrund der Reibungsverhältnisse innerhalb der strömenden Schmelze ergibt sich in den Schmelzeleitungen ein parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil über dem Rohrdurchmesser mit einem Geschwindigkeitsmaximum in der Rohrmitte.

Daraus resultiert, daß einzelne Polymerketten, die sich am Rand der Leitung befinden, länger in der Leitung verweilen als Polymerketten, die sich in der Mitte der Leitung befinden.

Die in Schmelzspinnanlagen verwendeten Polymere haben die Eigenschaft, ihre physikalischen Eigenschaften zu verändern, wenn sie längere Zeit einer höheren Temperatur ausgesetzt werden. Bei Polyamid 6.6 erhöht sich die Viskosität aufgrund von Kondensationseffekten, bei Polyamid 6 und bei Polyester verringert sich mit der Verweilzeit die Viskosität. Darüber hinaus neigen Polyamid 6.6- Schmelzen oder Schmelzen mit Zumischungen, beispielsweise mit Pigmenten, dazu, bei niedrigen Schergeschwindigkeiten Ablagerungen zu bilden.

Daher ist man bei der Dimensionierung der Schmelzeleitungen bestrebt, möglichst geringe Rohrleitungsquerschnitte zu verwenden, um die mittlere Verweilzeit der Schmelze in den Rohrleitungen gering und die Schergeschwindigkeit hoch zu halten. Beispielsweise ist man bei Polyamid 6.6 bestrebt, eine Schergeschwindigkeit von mindestens 15s^-1 einzuhalten.

Auf der anderen Seite führt ein geringer Rohleitungsquerschnitt zu einem unerwünscht hohen Druckabfall. Daher ist ein Kompromiß zu finden zwischen Druckabfall und Verweilzeit beziehungsweise Schergeschwindigkeit, der insbesondere bei geringen Fördermengen oder langen Rohrleitungen schwer zu erreichen ist.

Daher werden in den Schmelzeleitungen Mischer vorgesehen, die die Polymerketten aus dem Außenbereich der Rohrleitung in den Innenbereich befördern und umgekehrt und so die Schmelze durchmischen. Ein solcher, in die Schmelzeleitung einsteckbarer statischer Mischer ist beispielsweise in der US 4,752,514 oder der JP 08-281652A gezeigt.

Diese Mischer sind in der Lage, durch die Homogenisierung die Filamentgleichmäßigkeit zu verbessern, können jedoch den Zielkonflikt zwischen geringer Verweilzeit und geringem Druckabfall nicht lösen. Vielmehr erhöhen solche in die Schmelzeleitung eingesteckten Körper zusätzlich den Druckabfall in der Schmelzeleitung. Zudem können diese Mischer nicht verhindern, daß Ablagerungen bei zu niedrigen Schergeschwindigkeiten an den Schmelzeleitungswandungen auftreten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schmelzspinnanlage derart weiterzuentwickeln, daß auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten keine Ablagerungen an den Schmelzeleitungen auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die vorhandene Schmelzeleitung ein durch eine Welle angetriebenes Mittel integriert wird, das der durch die Schmelzeleitung strömenden Schmelze zumindest teilweise eine Rotationsbewegung um die Mittelachse der Schmelzeleitung aufprägt, ohne daß dabei die Schmelze in nennenswerter Weise durchmischt wird. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die Überlagerung der Geschwindigkeiten eine höhere Schergeschwindigkeit in der Schmelze erreicht wird und so die vorgenannten Ablagerungen verhindert werden.

Dieses Mittel kann in die Schmelzeleitung eingesteckt sein und um eine Achse rotieren, die im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Schmelzeleitung ist.

Der Antrieb des Mittels erfolgt im einfachsten Falle direkt durch eine Welle. In einer Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine flexible Antriebswelle, daß die Welle durch eine sogar gekrümmte Schmelzeleitung geführt werden und an einer bezüglich des Platzbedarfs unkritischen Stelle mit einem Antrieb verbunden werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält das Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung zusätzlich ein Mittel zum Fördern der Schmelze in Schmelzeströmungsrichtung, so daß dadurch der eingangs genannte Zielkonflikt zwischen geringer Verweilzeit und Druckabfall gelöst wird.

In einer Schmelzspinnanlage wird die Schmelze zunächst von einem Extruder durch eine Schmelzeleitung zu einer Verteiler- und Dosierpumpe und von dort aus durch Schmelzeleitungen zu Spinndüsentöpfen geführt. Die Erfindung bezieht sich ausdrücklich sowohl auf die Schmelzeleitung zwischen Extruder als Schmelzequelle und Pumpe als Schmelzesenke als auch zwischen Pumpe als Schmelzequelle und Spinndüsentopf als Schmelzesenke.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die flexible Antriebswelle mit dem Antrieb der der Schmelzeleitung vorgelagerten Verteilerpumpe oder dem der Schmelzeleitung vorgelagerten Extruder verbunden. Hierdurch wird einerseits der separate Antrieb und andererseits Bauraum eingespart.

Im einfachsten Falle ist das Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung die durch die Schmelzeleitung geführte Welle. Bei einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung ist das Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung als Bürste ausgeführt, die in dem Schmelzerohr geführt wird. Dabei kann die Bürste einerseits aus Borsten bestehen, andererseits sind auch Blechstreifen denkbar. Die Ausführung als Bürste hat den Vorteil, daß die Schmelze an der Rohrwandung einer besonders starken Scherung unterworfen wird. Zudem hat die Bürste den Vorteil, daß möglicherweise an der Schmelzeleitungswandung abgelagerte Ablagerungen von der Bürste abgewischt werden.

Eine zusätzliche Förderwirkung in Schmelzeströmungsrichtung erhält die Bürste, wenn die Borsten oder Blechstreifen schraubenförmig auf der Welle angeordnet sind, so daß ein Teil der Rotationsbewegung in eine Axialbewegung der Schmelze in Richtung Schmelzesenke umgelenkt wird. Bei einer Variante dieser Ausführungsform sind die Blechstreifen so geformt, daß sie eine schmelzefördernde Wirkung aufweisen. Dies kann beispielsweise durch eine Verdrehung der Blechstreifen um ihre Mittelachse erfolgen. In Kombination mit der Rotationsbewegung wird erreicht, daß die Schmelzeförderwirkung in dem äußeren Durchmesser der Schmelzeleitung größer ist und so der parabelförmigen Ausbildung des Strömungsprofils entgegengewirkt wird.

Die Bürste wird bevorzugt in einer Länge ausgeführt, die größer als der Durchmesser ist. Im Grenzfall kann sich die Bürste über die gesamte Länge der Schmelzeleitung erstrecken. Dadurch wird in der gesamten Schmelzeleitung verhindert, daß sich Ablagerungen an den Schmelzeleitungswandungen festsetzen.

Im dem Fall, daß sich die Bürste nicht über die Gesamtlänge der Schmelzeleitung erstreckt, wird in einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung der freiliegende Bereich der flexiblen Welle mit Mitteln zum Fördern der Schmelze in Richtung der Schmelzesenke versehen, beispielsweise durch eine schraubenförmig ausgebildete Struktur auf der Wellenoberfläche. In dieser Ausführungsform kann das Mittel zum Erteilen der Rotationsbewegung der Schmelze auf diese Funktion hin optimiert werden, ohne daß diese durch die Förderfunktion beeinträchtigt wird. Es ist aber auch möglich, den nicht freiliegenden Bereich der Welle mit Mitteln zum Fördern der Schmelze zu versehen.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 den Spinnkopf und den Extruder einer Schmelzspinnanlage,

Fig. 2 eine Schmelzeleitung mit eingelegtem Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung,

Fig. 3 eine gekrümmte Schmelzeleitung mit eingelegtem Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung,

Fig. 4 eine Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung mit separatem Fördermittel,

Fig. 5 einen durch eine Verteilerpumpe angetriebenes Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung.

In Fig. 1 ist eine Teil einer Schmelzspinnanlage dargestellt. In einem Extruder 1 wird thermoplastisches Material zu einer Schmelze aufgeschmolzen, die zu der im Spinnkopf 3 untergebrachten Verteilerpumpe 4 gefördert wird. Die Verteilerpumpe 4 dosiert und fördert mit hohem Druck die Schmelze durch die Schmelzeleitungen 5 zu den Spinndüsentöpfen 6, aus denen dann die Filamente 7 extrudiert werden.

Um für die Schmelze, die zu den Spinndüsentöpfen 6 gefördert wird, gleiche Verweilzeiten zu erreichen, werden die Schmelzeleitungen 5, die zu den einzelnen Spinndüsentöpfen 6 geführt werden, unabhängig von ihrer Entfernung zur Verteilerpumpe 4, gleich lang ausgeführt. Dies bewirkt, daß die der Verteilerpumpe 4 am nächsten gelegenen Spinndüsentöpfe sehr verschlungen untergebracht werden müssen. Neben einem wie hier dargestellten Sechsfach- Spinnkopf 3 sind auch Achtfach- oder Zehnfach-Spinnköpfe üblich.

Die Fig. 2 zeigt einen in die Schmelzeleitung 5 eingelegtes Mittel 10 zum Erteilen einer Rotationsbewegung. Durch eine Öffnung 8 in der Schmelzeleitung 5 wird eine Welle 9 von einem hier nicht dargestellten Antrieb angetrieben. Die Bürste 11 wird aus einzelnen Borsten oder Blechstreifen gebildet. Die Borsten oder Blechstreifen stützen das Mittel an der Innenwandung der Schmelzeleitung 5. Die Borsten oder Blechstreifen sind hier spiralförmig angeordnet, so daß der Schmelze neben der Rotationsbewegung auch eine Bewegung in Richtung der Schmelzesenke mitgeteilt wird.

Fig. 3 zeigt die Einbausituation des Mittel 10 zum Erteilen einer Rotationsbewegung in einer gekrümmten Schmelzeleitung 5. Aufgrund der hier flexibel ausgeführten Welle 9 und der Tatsache, daß die Bürste sich an der Innenwandung der Schmelzeleitung 5 abstützt, schmiegt sich die Bürste 11 der gekrümmten Schmelzeleitung 5 an. Ebenso denkbar ist es das Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung im Bereich der Bürste 11 mit einer biegesteifen Welle zu versehen und in einem geraden Abschnitt der Schmelzeleitung 5 zu plazieren, wobei nur die Antriebswelle flexibel ausgeführt wird. In diesem Fall kann die Antriebswelle 9 in einer Ummantelung geführt werden, wodurch ein Scheuem der Antriebswelle 9 an der Schmelzeleitung 5 verhindert wird.

In Fig. 4 ist ein Mittel 10 zum Erteilen einer Rotationsbewegung dargestellt, an dessen Welle ein separates Fördermittel 12 ausgebildet ist. Dies kann, wie dargestellt, in Form einer aufgebrachten Schnecke erfolgen oder dadurch, daß die Welle aus zwei oder mehr verdrillten Drähten gebildet wird, deren Oberfläche ebenfalls eine schraubenförmige Struktur aufweisen. Denkbar sind auch andere Fördermittel wie zum Beispiel aufmontierte Propeller. In diesem Fall kann die Bürste 11 so angeordnet werden, daß diese keine Förderwirkung in Schmelzeflußrichtung aufweist. In dieser Ausführung sind auch andere Spielarten denkbar, insbesondere der Fall, daß die Schmelze in Rohrleitungsmitte entgegen der Strömungsrichtung und in den Außenbereichen der Rohrleitung in Strömungsrichtung gefördert wird. Dies wirkt dem parabelförmigen Strömungsprofil, das sich in der Schmelzeleitung ausbildet, entgegen.

Fig. 5 stellt die Verteilerpumpe 4 mit einer der angeschlossenen Schmelzeleitungen 5 dar. Die Verteilerpumpe ist hier als Zahnradpumpe ausgeführt. Die durch die Schmelzeleitung 2 zugeführte Schmelze wird durch die Zahnlücken des kämmenden Zahnradpaares 4.1 und 4.2 zu der Schmelzeleitung 5 gefördert. Die Drehbewegung des durch die Welle 4.1 angetriebenen Zahnrades 4.2 wird über die Welle 4.4 auf die mit der Welle 4.4 drehfest verbundene flexiblen Welle 9 und somit auf das Mittel 10 zum Erteilen einer Rotationsbewegung übertragen. Die flexible Welle 9 wird hierbei durch eine Gehäuseöffnung 8 geführt.

Diese Anordnung hat neben dem Vorteil, daß ein separater Antrieb für das Mittel 10 zum Erteilen einer Rotationsbewegung eingespart wird den Vorteil, daß die Öffnung 8 sich hier innerhalb eines geschlossenen, unter Druck stehenden Systems befindet, so daß keine Leckage durch die Öffnung 8 entsteht. Ebenso kann analog zu dieser Ausführungsform bei in einem an den Extruder 1 angeschlossenen Schmelzeleitung 2 eingesteckten Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung 10 der Antrieb durch den Extruder erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Extruder

2

Schmelzeleitung

3

Spinnkopf

4

Verteilerpumpe

4.1

Antrieb

4.2

Zahnrad

4.3

Zahnrad

4.4

Welle

5

Schmelzeleitung

6

Spinndüsentopf

7

Filamente

8

Öffnung

9

Welle

10

Mittel zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze

11

Bürste

12

Fördermittel

Claims

1. Schmelzspinnvorrichtung mit einer Schmelzequelle, mit zumindest einer Schmelzesenke, mit einer Schmelzeleitung (5), durch welche die 5 Schmelzequelle mit der Schmelzesenke verbunden ist und durch die Schmelze gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schmelzeleitung (5) ein Mittel (10) zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze vorgesehen ist.

2. Schmelzspinnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (10) zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze in die Schmelzeleitung eingesteckt ist und um eine im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Schmelzeleitung verlaufende Rotationsachse rotierend antreibbar ist.

3. Schmelzspinnvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Mittels (10) zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze durch eine flexible Welle (9) erfolgt, die zumindest auf einem Teil ihrer Länge innerhalb der Schmelzeleitung (5) untergebracht ist.

4. Schmelzspinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (10) zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze zusätzlich ein Fördermittel (12) zum Fördern der Schmelze in Richtung der Schmelzesenke enthält.

5. Schmelzspinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzequelle eine Pumpe (4) oder ein Extruder (1) ist und daß die flexible Welle (9) mit einem rotierenden Teil der Schmelzequelle verbunden ist.

6. Schmelzspinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (10) zum Erteilen einer Rotationsbewegung der Schmelze eine aus Borsten oder Blechstreifen gebildete Bürste (11) ist.

7. Schmelzspinnvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten oder Blechstreifen schraubenförmig angeordnet sind.

8. Schmelzspinnvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen so geformt sind, daß sie eine in Richtung der Schmelzesenke schmelzefördernde Wirkung haben.

9. Schmelzspinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Bürste (11) größer als der Durchmesser der Bürste (11) ist.

10. Schmelzspinnvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel (12) zum Fördern der Schmelze in Richtung der Schmelzesenke eine schraubenförmig ausgestaltete Struktur der flexiblen Antriebswelle (9) ist.