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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen
einer Vielzahl von Monofilamenten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen
einer Vielzahl von Monofilamenten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7.
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Bei
der Herstellung von Monofilamenten aus einem thermoplastischen Material
ist es üblich, dass die Monofilamente nach dem Extrudieren
unmittelbar zu Abkühlung in ein mit Wasser gefülltem
Kühlbad geleitet werden. Damit lassen sich auch bei größeren Filamenttitern
kurze Kühlstrecken im Schmelzspinnprozess realisieren.
Innerhalb des Kühlbades ist es erforderlich, die Monofilamente
zur weiteren Bearbeitung insbesondere zum Verstrecken aus dem Kühlbad
herauszuführen. So werden die Monofilamente innerhalb des
Kühlbades durch zumindest ein Umlenkmittel zum Abziehen
aus dem Kühlbad umgelenkt. Dabei ist es erforderlich, dass
die durch die Düsenöffnungen an der Unterseite
der Spinndüse extrudierten Monofilamente gemeinsam zu einem
Umlenkmittel beispielsweise einer Umlenkstange oder eine Umlenkrolle
geführt werden. Hierzu werden alle extrudierten Monofilamente
zu einer Umlenkposition des Umlenkmittels geführt, an welchem
sie tangential nebeneinander gemeinsam geführt sind.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise
aus der
DE 196 00 090
A1 bekannt.
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Bei
dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung sind innerhalb
eines Kühlbades mehrere in Fadenlaufrichtung hintereinander
angeordnete Umlenkmittel angeordnet, um eine möglichst sanfte
Umlenkung der Monofilamente zu erhalten. Hierbei werden die Monofilamente
nach dem Extrudieren alle gemeinsam zu einer ersten Umlenkposition
des ersten Umlenkmittels geführt. Je nach Abstand zwischen
der Spinndüse und dem Umlenkmittel sind hierbei größere
Auslenkun gen der im Randbereich der Spinndüse extrudierten
Monofilamente unumgänglich. Ein derartiger Schrägverzug
an den Monofilamenten verursacht Spannungsunterschiede, die sich
wiederum in unterschiedliche Kristallisation des Fasermaterials
und Qualitätsunterschiede in den Monofilamenten auswirkt.
Zudem wird bei großer Vielzahl an Monofilamenten die Gefahr
der Kontaktierungen beim Zusammenführen der Monofilamente in
der Umlenkposition erhöht, so dass Verklebungen einzelner
Monofilamente unumgänglich sind. Insbesondere treten derartige
Probleme beim Schmelzspinnen von Monofilamenten auf, die ausschließlich durch
einen Kühlflüssigkeit in einem Kühlbad
abgekühlt werden. Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen
sind insbesondere sehr kurze Abstände zwischen der Spinndüse
und den Umlenkmitteln innerhalb des Kühlbades zu überbrücken.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten
der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern,
dass eine hohe Vielzahl von Monofilamenten unter möglichst
gleichmäßigen Bedingungen extrudier- und abkühlbar
sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren
zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten
dadurch gelöst, dass die Monofilamente nach dem Extrudieren
in mehrere Filamentgruppen von mehreren Monofilamenten aufgeteilt
werden und dass die Filamentgruppen unabhängig voneinander
innerhalb des Kühlbades in mehreren Umlenkpositionen einzeln
umgelenkt werden.
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Die
Lösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gegeben, dass die Umlenkmittel unterhalb der Spinndüse
derart angeordnet sind, dass die Monofilamente nach dem Extrudieren
in mehrere Filamentgruppen von mehreren Monofilamenten aufteilbar
sind und dass die Filamentgruppen unabhängig voneinander
innerhalb des Kühlbades in mehreren Umlenkpositionen einzeln
umgelenkt werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen
der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die
Erfindung ermöglicht einen im wesentlichen geraden Abzug
der Monofilamente im Bereich zwischen der Spinndüse und
den Umlenkmitteln. Die Umlenkpositionen können innerhalb
des Kühlbades jeweils auf die Monofilamente der Filamentgruppe und
die Lage der zur Extrusion an einer Spinndüse betreffenden
Düsenöffnungen abgestimmt sein. Die Anpassung
der relativen Lagen der Düsenöffnungen an der
Spinndüse und der Umlenkpositionen im Kühlbad
zueinander ermöglicht ein gleichmäßiges
Abziehen der Monofilamente von der Spinndüse. Zudem wird
dadurch erreicht, dass jedes der Monofilamente bis zum Eintreffen
in die Kühlflüssigkeit eine gleichlange Kühlstrecke
an der Umgebungsluft durchläuft.
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Die
bei der Umlenkung der Filamentgruppen an den Monofilamenten wirkende
Reibung bei Umlenkung möglichst zu minimieren, ist gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Filamentgruppen
in dem Umlenkpositionen jeweils durch einzelne frei drehbare Umlenkrollen
umgelenkt werden. Hierzu ist jedes der Umlenkmittel durch eine frei
drehbare Umlenkrolle gebildet, so dass die Filamentgruppen in den
Umlenkpositionen auch bei größeren Umlenkwinkeln
von > 90° reibungsarm
geführt werden können.
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Um
bei einer sehr großen Anzahl von Monofilamenten, die zur
Umlenkung der Monofilamente benötigten Umlenkmittel in
ihrer Anzahl zu begrenzen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft,
bei welcher die Monofilamente innerhalb ihrer Filamentgruppe nach
dem Extrudieren zwischen der Spinndüse und den Umlenkpositionen
mit einer maximalen Auslenkung von > 5° geführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind hierzu
die Lagen und/oder die Anzahl der Umlenkmittel unterhalb der Spinndüsen
so gewählt, dass die Monofilamente beim Abzug von der Spinndüse
einen Auslenkwinkel von > 5° vermieden
wird.
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Grundsätzlich
lassen sich die Lagen und Anzahl der Umlenkmittel auf die jeweilige
Lage und Anordnung der Düsenöffnungen an der Unterseite
der Spinndüse anpassen. Bevorzugt werden die Monofilamente
jedoch nebeneinander in einer ringförmigen Anordnung extrudiert,
wobei die Aufteilung der Filamentgruppen vorteilhaft ebenfalls innerhalb
der ringförmigen Anordnung erfolgt. Hierzu werden die Umlenkmittel
bevorzugt unterhalb der Spinndüse in einer zur Bildung
der Filamentgruppen kongruenten Anordnung zu den Düsenöffnungen
der Spinndüse positioniert.
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Je
nach Filamenttiter der Monofilamente und je nach Polymermaterial
ist es erforderlich, unterschiedlich lange Kühlstrecken
zu ermöglichen. Dies lässt sich vorteilhaft durch
die Weiterbildung der Erfindung realisieren, bei welcher die Umlenkpositionen
der Filamentgruppen verstellbar ausgeführt sind. Hierzu
werden die Umlenkmittel bevorzugt an einem plattenförmigen
Halter angeordnet, welcher beweglich zur Einstellung der Umlenkpositionen
ausgebildet ist.
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So
lässt sich der Abzug der Monofilamente aus dem Kühlbad
bevorzugt dadurch verbessern, dass der Halter durch eine Schwenkachse
mit einem Träger verbunden ist, durch welchen an dem Halter ein
Neigungswinkel einstellbar ist. Somit ergeben sich höhenversetzte
Umlenkpositionen, so dass die Monofilamente unmittelbar ohne zusätzliche
Umlenkung direkt aus dem Kühlbad herausgeführt
werden können.
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Die
Kühlstrecke zur Abkühlung der Monofilamente wird
bevorzugt durch eine Höhenverstellung des Halters ausgeführt.
Hierbei lassen sich die Umlenkpositionen innerhalb des Kühlbades
zur Verkürzung oder zur Verlängerung der Kühlstrecke
verstellen.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Es
stellen dar:
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1 schematisch
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
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2 schematisch
eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus 1
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3 schematisch
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlbades
mit integriertem Umlenkmittel
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4.1 und 4.2 verschiedene
Ansichten der Umlenkmittel des Ausführungsbeispiels aus 3
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5 schematisch
eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
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In
den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in mehreren Ansichten
dargestellt. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel
schematisch in einer Seitenansicht und in 2 ist das
Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht ohne Spinndüse
gezeigt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der
Figuren genommen ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für
beide Figuren.
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Zum
Schmelzspinnen und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamten
weist das Ausführungsbeispiel eine Spinndüse 1 auf,
die über eine Schmelzezuführung 3 mit
einem Extruder 2 verbunden ist. Die Spinndüse 1 weist
an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Düsenöffnungen 4 (hier
nur eine Düsenöffnung im Teilschnitt dargestellt)
auf. Unterhalb der Spinndüse 1 ist ein Kühlbad 5 angeordnet,
das mit einer Kühlflüssigkeit 6 vorzugsweise
einem Wasser gefüllt ist. Innerhalb des Kühlbades 5 sind
in vertikaler Richtung unterhalb der Spinndüse mehrere
Umlenkmittel 7 in Abstand zueinander angeordnet. Die Umlenkmittel 7 sind
in einer kongruenten Anordnung zu den Düsenöffnungen 4 an
der Unterseite der Spinndüse 1 derart angeordnet,
dass die aus den Düsenöffnungen 4 der
Spinndüse 1 extrudierten Monofilamente zu mehreren
als eine Filamentgruppe 14 im möglichst ge radem
Lauf einem der Umlenkmittel 7 zuführbar sind.
In diesem Beispiel sind die Düsenöffnungen in
einer ringförmigen Anordnung an der Unterseite der Spinndüse 1 ausgebildet.
Wie aus der Darstellung in 2 hervorgeht,
sind dementsprechend die Umlenkmittel ebenfalls in einer ringförmigen
Anordnung im Kühlbad 5 angeordnet. Die Umlenkmittel 7 sind
in ihrer Höhe innerhalb des Kühlbades 5 versetzt
zueinander gehalten, so dass die Filamentgruppen 14 nach
Umlenkung an den Umlenkmitteln 7 gemeinsam im schrägen
Fadenlauf aus im Kühlbad 5 herausgeführt
werden können.
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Auf
der Auslassseite des Kühlbades 5 ist eine kammförmige
Führungsleiste 12 angeordnet, die eine Separierung
der Monofilamente der Filamentgruppe 14 vornimmt, so dass
die Monofilamente nach Auslass aus dem Kühlband als eine
Schar 15 führbar ist.
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Dem
Kühlbad 5 ist eine Absaugeinrichtung 10 sowie
ein Abzugswerk 8 nachgeordnet. Die Absaugeinrichtung 10 weist
mehrere Absaugdüsen 11 auf, um die an den Monofilamenten
anhaftende Kühlflüssigkeit abzusaugen.
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Das
Abzugswerk 8 enthält mehrere auskragende Galetten 9,
die mit einer zum Abziehen der Monofilamente erforderlichen Umfangsgeschwindigkeit
angetrieben werden. Das Abzugswerk 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel
mit insgesamt vier Galetten 9 ausgeführt, an deren
Umfang die Filamentschar 15 mit einfacher Umschlingung
geführt ist.
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Zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein
Granulat eines thermoplastischen Materials dem Extruder 2 aufgegeben.
Als thermoplastisches Material können beispielsweise Polypropylen,
Polyamid oder Polyester verwendet werden. Nach Aufschmelzen des
Granulates innerhalb des Extruders 2 wird die Schmelze
des thermoplastischen Materials unter Druck der Spinndüse 1 zugeführt.
An der Unterseite der Spinndüse 1 wird die Schmelze
durch die Düsenöffnungen 4 zu einer Vielzahl
von Monofilamenten 13 extrudiert. Die Monofilamente 13 werden unmittelbar
in die Kühlflüs sigkeit 6 des Kühlbades 5 hineinextrudiert.
Zur Führung der Monofilamente 13 sind innerhalb
des Kühlbades 5 mehrere Umlenkmittel 7 vorgesehen,
so dass die Monofilamente 13 nach dem Extrudieren in mehrere
Filamentgruppen 14 von jeweils mehreren Monofilamenten
aufgeteilt werden und wobei die Filamentgruppen 14 unabhängig
voneinander innerhalb des Kühlbades 5 in mehrere durch
die Umlenkmittel 7 bestimmte Umlenkpositionen einzeln umgelenkt
werden. Dabei werden die Monofilamente 13 im wesentlichen
zwischen der Spinndüse 1 und den Umlenkmitteln 7 im
geraden Fadenlauf ohne wesentlichen Auslenkungen geführt. Damit
lassen sich insbesondere das Eintreten der Monofilamente 13 in
die Kühlflüssigkeit 6 unter gleichen
Bedingungen an allen Monofilamenten ausführen. Selbst eine
hohe Anzahl von Monofilamenten 13 lässt sich somit
im wesentlichen gleichmäßig ohne unterschiedlichen
Spannungsverzug abkühlen. Daraus resultiert eine hohe Materialgleichmäßigkeit
an allen Monofilamenten.
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Nachdem
jeder der Filamentgruppen 14 durch die separaten Umlenkmittel 7 einzeln
umgelenkt sind, werden alle Monofilamente 13 nach Abzug aus
dem Kühlbad 5 durch die kammförmige Führungsleiste 12 separiert,
so dass im weiteren Verlauf zum thermischen Behandeln und Verstrecken
der Monofilamente eine parallele Führung der Monofilamente 13 innerhalb
der Filamentschar 15 möglich ist.
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Bei
dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die
Umlenkung der Filamentgruppen in den Umlenkpositionen bevorzugt
durch frei drehbare Umlenkrollen, so dass eine reibungsarme Führung
der Monofilamente möglich ist. Jedoch lassen sich auch
alternative Umlenkmittel wie beispielsweise Stangen oder Stifte
je nach gewähltem Material der Monofilamente einsetzen.
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Bei
Abzug der Monofilamente in mehreren Filamentgruppen hat sich gezeigt,
dass zur Einhaltung einer möglichst gleichmäßigen
Qualität an allen Monofilamenten die Auslenkung der Monofilamente beim
Extrudieren und Eintreten in die Kühlflüssigkeit der
Auslenkwinkel möglichst < 5° einzuhalten
ist. Als Auslenk winkel ist hierbei die Abweichung zwischen der Fadenführung
und einer zur Düsenöffnung vertikal verlaufenden
Mittelachse anzusehen. So wird z. B. bei einer einreihigen ringförmigen
Anordnung der Düsenöffnungen 4 an der
Unterseite der Spinndüse 1 das Umlenkmittel 7 in
einer Mittelachse einer Düsenöffnung 4 positionieren.
Die zu beiden Seiten der Düsenöffnung 4 benachbarten
Düsenöffnungen 4 könnten dem
gleichen Umlenkmittel 7 zugeordnet sein, so dass die aus
den drei Düsenöffnungen extrudierten Monofilamente 13 gemeinsam
eine dem Umlenkmittel 7 zugeordnete Filamentgruppe 14 bilden.
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Um
die Umlenkpositionen innerhalb des Kühlbades 5 möglichst
flexibel gestalten zu können, ist in der 3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel zur Fixierung und Anordnung
der Umlenkmittel 7 in einem Kühlbad 5 gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Umlenkmittel 7 durch
frei drehbare Umlenkrollen 20 gebildet. Die Umlenkrollen 20 sind
an einem plattenförmigen Halter 16 angeordnet.
Der Halter 16 ist an einem Träger 17 befestigt.
Der Träger 17 ist über eine Bodenplatte 24 unmittelbar
am Boden des Kühlbades 5 gehalten.
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Zur
Erläuterung der Verstellmöglichkeiten der Umlenkrollen
und damit zur Einstellung bestimmter Umlenkpositionen wird zusätzlich
zu den 4.1 und 4.2 Bezug
genommen. In 4.1 sind der an dem Träger 17 befestigte
Halter 16 in einer perspektivischen Ansicht und in 4.2 in einer Draufsicht schematisch gezeigt. Der
plattenförmige Halter 16 weist eine mittlere Fixieröffnung 18 mit
einem parallel zum Träger 17 verlaufenden Fixierkragen 19 auf.
Der Fixierkragen 19 ist durch eine Schwenkachse 21 und
eine Fixierschraube 22 mit dem Träger 17 verbunden.
Die Fixierschraube 22 ist in einem Führungsschlitz 23 des
Fixierkragens 19 gesteckt, so dass durch Lösen
der Fixierschraube 22 der Fixierkragen 19 und
damit der Halter 16 in eine beliebige Neigung verschwenkt
werden kann. So lassen sich die an dem Halter 16 gehaltenen
Umlenkrollen 20 innerhalb des Kühlbades in unterschiedliche
Höhen zueinander durch Neigung des Halters 16 positionieren.
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Zur
Höheneinstellung des Halters 16 läßt sich
die Schwenkachse 21 zwischen dem Fixierkragen 19 und
dem Träger 17 in unterschiedliche Positionen am
Halter 17 anordnen. Hierzu weist der Träger 17 mehrere Öffnungen
zu Aufnahme der Schwenkachse 21 auf.
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Um
an den in einer ringförmigen Anordnung gehaltenen Umlenkrollen 20 eine
gleichsinnige Umlenkung der Filamentgruppen zu erhalten, weist der Halter 16 zwei
Aussparungen 25.1 und 25.2 auf, so dass die den
Aussparungen 25.1 und 25.2 des Halters 16 zugewandten
Umlenkrollen 20 gleichsinnig zu den gegenüberliegenden
Umlenkrollen 20 am Rand des Halters 16 umschlungen
sind.
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Das
in 3, 4.1 und 4.2 gezeigt Ausführungsbeispiel
zur Anordnung der Umlenkmittel innerhalb des Kühlbandes
ist jedoch nur eine mögliche Ausführungsvariante.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in
einer Querschnittsansicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist an der Unterseite der Spinndüse 1 im Zentrum
der Spinndüse 1 eine Stütze 26 gehalten,
die mit ihrem freien Ende in das Kühlbad 5 hineinragt.
An dem freien Ende der Stütze 26 ist eine Mehrzahl
von Tragarmen 27 aufspreizend angeordnet, die an ihren
Enden jeweils ein Umlenkmittel 7 tragen. An jedem der Umlenkmittel 7 beispielsweise
eine Umlenkrolle lässt sich dabei eine Filamentgruppe 14 mit
im wesentlichen geradegeführten Monofilamenten 13 innerhalb des
Kühlbades 5 umlenken. Die Filamentgruppen 14 werden
separat voneinander durch die an den Enden der Tragarme 27 gehaltenen
Umlenkmittel 7 umgelenkt und gemeinsam zu einer im Kühlbad 5 angeordneten
Führungsrolle 29 geführt. Über
die Führungsrolle 29 werden die Monofilamente 13 als
eine Schar 15 aus dem Kühlbad 5 abgezogen
und durch die auf der Auslassseite des Kühlbades 5 angeordnete
Führungsleiste 12 separiert. Dieses Ausführungsbeispiel ist
insbesondere für Spinndüsen 1 mit ringförmiger Anordnung
der Düsenöffnungen 4 geeignet. Die an der
Unterseite der Spinndüse 1 befestigte Stütze 26 läßt
sich beispielsweise durch eine teleskopförmige Ausführungsvariante
derart ausbilden, dass die Umlenkmittel 7 zur Verstellung
der Umlenkpositionen in ihrer Höhe verstellbar sind. Ebenso
lassen sich die Tragarme 27 an einem Kopfstück
anordnen, das relativ zur Stütze 26 verschwenkbar
ausgebildet ist. Insoweit wäre auch ein unmittelbarer schräger
Abzug der Monofilamente aus dem Kühlbad 5 möglich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung sind somit besonders geeignet, um eine Vielzahl von
Monofilamenten mit gleichmäßiger Qualität
herzustellen. Zudem lässt sich damit das Handling sowie
die Prozesssicherheit bei der Führung der Monofilamente
durch die Kühlflüssigkeit verbessern. Durch Verstellung
der Höhen und der Winkel der Umlenkmittel zueinander lassen sich
die Verweilzeiten im Kühlbad je nach Material der Monofilamente
verändern und anpassen.
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- 1
- Spinndüse
- 2
- Extruder
- 3
- Schmelzezuführung
- 4
- Düsenöffnung
- 5
- Kühlbad
- 6
- Kühlflüssigkeit
- 7
- Umlenkmittel
- 8
- Abzugswerk
- 9
- Galetten
- 10
- Abzugseinrichtung
- 11
- Absaugdüse
- 12
- Führungsleiste
- 13
- Monofilament
- 14
- Filamentgruppe
- 15
- Schar
von Monofilamenten
- 16
- Halter
- 17
- Träger
- 18
- Fixieröffnung
- 19
- Fixierkragen
- 20
- Umlenkrollen
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Fixierschraube
- 23
- Führungsschlitz
- 24
- Bodenplatte
- 25.1,
25.2
- Aussparung
- 26
- Stütze
- 27
- Trägerarm
- 29
- Führungsrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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