DE102009037125A1

DE102009037125A1 - Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines multifilen Fadens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009037125A1
Application number: DE200910037125
Authority: DE
Inventors: Jochen Adler; Hansjörg MEISE; Klaus Schäfer; Detlev Schulz
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines multifilen Fadens zu einem FDY-Garn sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei wird zunächst eine Vielzahl von Filamenten aus einer thermoplastischen Schmelze extrudiert, auf eine Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des thermoplastischen Materials abgekühlt und unter Zuführung eines Präparationsöls mit einem Wasseranteil von maximal 8% zu einem Filamentbündel zusammengeführt. Anschließend wird das Filamentbündel durch eine einfache Teilumschlingung an wahlweise beheizten Führungsmäntel mehrerer angetriebener Galetten mit einer Geschwindigkeit oberhalb 1.200 m/min. abgezogen. Zur Verstreckung und anschließender Relaxation wird das Filamentbündel mit einer Streckgeschwindigkeit von oberhalb 3.500 m/min und mit einfacher Teilumschlingung am Umfang weiterer beheizter Führungsmäntel angetriebenen Galetten geführt. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Galettengruppen mit mehreren angetriebenen Galetten auf, wobei die erste Galettengruppe das Filamentbündel zum Abziehen und/oder Erwärmen mit einfacher Teilumschlingung und die zweite Galettengruppe das Filamentbündel zum Verstrecken mit einfacher Teilumschlingung führen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines multifilen Fadens zu einem FDY-Garn und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines multifilen Fadens sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise aus der DE 21 18 316 A1 bekannt.
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden insbesondere für textile Anwendungen ist es allgemein bekannt, dass die multifilen Fäden nach einem Schmelzspinnen je nach herzustellenden Garntypen mehr oder weniger verstreckt werden. Je nach Grad der Verstreckung wird hierbei zwischen sogenannten POY-Garnen oder FDY-Garnen unterschieden. Die POY-Garne (Pre Oriented Yarn) besitzen eine vororientierte, noch nicht fertig verstreckte Struktur und werden üblicherweise in einem zweiten Prozessschritt beispielsweise einer Falschdralltexturierung zu einem endgültigen Garn weiterverarbeitet. Demgegenüber sind die FDY-Garne (Full Drawn Yarn) vollständig verstreckt und lassen sich unmittelbar für die Weiterverarbeitung eines flächigen Textilproduktes nutzen.
Das Verstrecken der synthetischen Fäden erfolgt durch angetriebene Führungsmäntel mehrerer Galetten, wobei die Fäden mit Kontakt am Umfang der Führungsmäntel geführt sind. Die Führungsmäntel der Galetten sind zumindest teilweise beheizt, um die Fäden zum Verstrecken oder zum Relaxieren zu erwärmen. Da einerseits hohe Verstreckungen entsprechend hohe Differenzgeschwindigkeiten zwischen den Führungsmänteln der Galetten erfordern und andererseits die Erwärmung der Fäden durch den Kontakt durch die beheizten Führungsmäntel erfolgt, sind bei hohen Geschwindigkeiten große Kontaktlängen zwischen Faden und Führungsmantel zur Erwärmung der Fäden erforderlich. Aus diesem Grund werden zum Abziehen und Verstrecken synthetischer Fäden zu vollverstreckten Garnen üblicherweise Galettenduos eingesetzt, die zwei mit identischer Umfangsgeschwindigkeit angetriebene Führungsmäntel aufweisen und den Faden mit mehreren Umschlingungen führen. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 21 18 316 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung werden die Filamente nach dem Extrudieren mit einem wasserarmen Gleitmittel behandelt und anschließend durch mehrere Galettenduos abgezogen und verstreckt. Hierzu weist jedes der Galettenduos zwei angetriebene Führungsmäntel auf, an denen das Filamentbündel mit mehreren Umschlingungen geführt wird. Insoweit wirken die Führungsmäntel eines der Galettenduos zusammen, um an dem Filamentbündel eine thermische Behandlung auszuführen und um an dem Filamentbündel eine Fadenspannung zum Abziehen oder zum Verstrecken zu erzeugen. Die Anzahl der Umschlingungen an den Führungsmänteln sind im Verhältnis zu den Geschwindigkeiten derart gewählt, dass nach Ablauf des Filamentbündels von dem Führungsmantel die gewünschte Verstrecktemperatur und die erforderlichen Zugspannungen im Faden erreicht sind. Grundsätzlich führt jedoch jeder Kontakt zwischen dem Filamentbündel und einer Führungsfläche zu Reibeffekten, die aufgrund der multifilen Struktur des Filamentbündels Ungleichmäßigkeiten in den einzelnen Filamenten hervorrufen können.
Aus der DE 31 46 054 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abziehen und Verstrecken eines multifilen Fadens bekannt, bei welcher das Filamentbündel vor dem Abziehen mittels eines handelsüblichen Präparationsmittel benetzt wird und zum Abziehen mit einfacher Umschlingung an dem Führungsmantel einer einzigen Galette geführt wird. Der Führungsmantel ist nicht erwärmt, so dass der Faden in der nachfolgenden Zone kalt verstreckt wird. Die für FDY-Garne übliche thermische Nachbehandlung zur Einstellung eines Kochschrumpfs erfolgt dabei durch mehrfach umschlungene Galetten eines Galettenduos. Derartige kaltverstreckte Fäden besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass sehr hohe Streckkräfte erzeugt werden müssen, die insbesondere bei der Herstellung von mehreren parallel geführten Filamentbündel zu erheblichen Problemen führen. Zudem werden langauskragende Galetten zur thermischen Nachbehandlung benötigt, um eine ausreichende Erwärmung des Filamentbündels sicherzustellen.
Im Stand der Technik sind jedoch auch grundsätzlich solche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Erwärmung des Fadens kontaktlos mittels Strahlungsheizer erfolgt. So ist beispielsweise aus der WO 2007/115703 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abziehen und Verstrecken eines multifilen Fadens beschrieben, bei welchen bzw. welcher das Filamentbündel mit einfacher Umschlingung an den Führungsmänteln der Galetten geführt ist. Hierbei sind zwischen den Führungsmänteln freie Behandlungszonen gebildet, die zum Erwärmen des Filamentbündels durch Strahlungsheizer genutzt werden. Derartige Verfahren und Vorrichtungen erfordern somit größere freie Führungsstrecken des Filamentbündels, um bei hohen Geschwindigkeiten eine ausreichende Temperierung zu ermöglichen.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines Fadens zu einem FDY-Garn sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Führung und die Erwärmung des Filamentbündels zum vollständigen Verstrecken möglichst schonend und mit möglichst gleichmäßiger Behandlung aller Filamente des Filamentbündels erfolgt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, mit welchem eine Mehrzahl parallel gesponnener Filamentbündel möglichst in kompakter Anordnung herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Erwärmen des multifilen Fadens sowohl das Fadenmaterial als auch das Präparationsfluid gleichermaßen erwärmt werden müssen. So wird vor Erwärmung des präparierten Fadens zunächst der Wasseranteil verdampft und aus dem Filamentverbund herausgelöst. Aus der Lehre der DE 21 18 316 A1 ist zwar zu entnehmen, dass sich die Reduzierung des Wassergehaltes günstig auf die Verstreckung des Filamentbündels auswirkt, jedoch nach wie vor eine herkömmliche Fadenführung durch mehrfache Umschlingungen von Galettenduos erfordert.
Auf der Suche nach einer Lösung stellten sich zunächst ein erheblicher Vorbehalt ein. So ist es allgemein bekannt, dass zum vollständigen Verstrecken des Filamentbündels an den Führungsmäntel der Galetten erhebliche Zugkräfte aufgefangen werden müssen, um ein Schlupf zwischen dem Filamentbündel und den Führungsmäntel zu vermeiden. So werden insbesondere bei der Herstellung von FDY-Garnen Umschlingungswinkel an den Galetten eingestellt, die eine mehrfache Umschlingung erfordern.
Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass die Erwärmung des Filamentbündels durch eine Begrenzung des Wassergehaltes in dem Präparationsöl auf maximal 8% und durch einen wechselseitigen Kontakt des Filamentbündels an den Führungsmäntel der Galetten im hohen Grade intensiviert werden kann. So lässt sich beispielsweise bei einer Warmverstreckung die Lage des Versteckpunktes (Neck point) sehr begrenzt ausbildet, was sich günstig auf die erforderlichen Verstreckkräfte auswirkt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die thermische Nachbehandlung zur Einstellung des Kochschrumpfs sowohl bei einer Warmverstreckung oder insbesondere bei einer Kaltverstreckung, die erfindungsgemäß durch einfach umschlungene Führungsmäntel der Galetten erfolgt. Des Weiteren bietet eine Fadenführung mit wechselseitigem Kontakt an den Führungsmänteln der Galetten die Möglichkeit sehr große Umschlingungswinkel an einzelne Führungsmäntel einzustellen.
Daher können auch mit einfach umschlungenen Führungsmäntel relativ hohe Verstreckkräfte ohne unerwünschte Schlupferscheinungen erzeugt werden, so dass auch mehrere Fäden parallel nebeneinander im kalten Zustand verstreckt werden können. Erfindungsgemäß wird das Filamentbündel nach dem Benetzen mit dem Präparationsöl mit maximal 8% Wasseranteil mit einer Abzugsgeschwindigkeit von oberhalb 1200 m/min durch eine einfache Teilumschlingung des Filamentbündels an wahlweise beheizten Führungsmäntel mehrer angetriebener Galetten abgezogen. Die Verstrecken des Filamentbündels in einer Streckstufe mit einer Streckgeschwindigkeit oberhalb 3500 m/min erfolgt dann ebenfalls durch eine einfache Teilumschlingung des Filamentbündels an nachgeordneten Führungsmäntel mehrer angetriebener Galetten, wobei die Führungsmäntel zum Relaxieren und Schrumpeinstellung beheizt ausgeführt sind.
Eine derartige Fadenführung besitzt zudem den Vorteil, dass die Filamente des Filamentbündel ein sehr hohe Gleichmäßigkeit ihrer physikalischen Eigenschaften aufweisen. So werden durch eine wechselseitige Umschlingung des Filamentbündels im Wesentlichen alle Filamente in Kontakt mit einer der Führungsmäntel gebracht, so dass sie hinsichtlich Reibkontakt und Wärmekontakt die gleiche Historie aufweisen.
Zur Durchführung des Verfahrens sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass die Führungsmäntel der angetrieben Galetten zum Abziehen des Filamentbündels eine erste Galettengruppe bilden, deren Führungsmäntel zu einem Fadenlauf mit einfacher Teilumschlingung angeordnet sind und wahlweise beheizbar sind, und dass die Führungsmäntel der angetriebenen Galetten zum Verstrecken eine zweite Galettengruppe bilden, deren beheizten Führungsmäntel zu einem Fadenlauf mit einfacher Teilumschlingung angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Galettengruppen eine Streckzone gebildet ist. Damit lassen sich sehr kompakte Einrichtungen zum Verstrecken und Relaxieren realisieren, die insbesondere zur Führung einer Fadenschar geeignet ist. So können bereits an sehr kurzen Führungsmäntel mehrere Fäden parallel nebeneinander mit einfacher Teilumschlingung geführt werden.
Damit beim Abziehen und Verstrecken des Filamentbündels einerseits eine ausreichende Fadenspannung erzeugt werden kann und um andererseits eine schlupffreie Führung des Filamentbündels an den Führungsmänteln der Galetten zu gewährleisten, ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher das Filamentbündel an den Führungsmänteln der Galetten mit jeweils einem Umschlingungswinkel von > 180° geführt wird.
Hierzu sind die Führungsmäntel der Galetten zu einem Fadenlauf mit jeweils einer einfachen Teilumschlingung mit einem Umschlingungswinkel > 180° angeordnet, wobei benachbarte Galetten vorzugsweise gegensinnig angetriebene Führungsmäntel aufweisen. Damit lässt sich insbesondere eine Fadenführung mit wechselnder Umschlingung an den Führungsmänteln einer der Galetten realisieren.
Da der Wasseranteil innerhalb des Präparationsöls hauptsächlich zur Verdünnung und zur Verbesserung der Fliesseigenschaften des Präparationsöls genutzt wird, weist das Präparationsöl mit einem Wasseranteil von < 8% eine höhere Viskosität auf. Um dennoch die Fliesseigenschaften zum Benetzen der Filamente und des Filamentbündels zu verbessern, ist die Verfahrensvariante bevorzugt verwendet, bei welcher das Präparationsöl vor dem Auftragen auf das Filamentbündel erwärmt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu ein Heizmittel auf, dass der Präparationseinrichtung zum Erwärmen des Präparationsöls zugeordnet ist. Hierbei wird bevorzugt unmittelbar die über eine Dosierpumpe zugeführte dosierte Menge des Präparationsöls kurz vor dem Benetzen erwärmt.
Um einerseits eine Vergleichmäßigung des Präparationsöls zu erhalten und andererseits eine möglichst bandförmige Aufspreizung der Filamente innerhalb des Filamentbündels zu erzeugen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Filamentbündel durch eine Fadenbremse geführt. Die Fadenbremse ist hierzu unmittelbar den Galetten der ersten Galettengruppe vorgeordnet.
Zur Herstellung der FDY-Garne für textile Anwendungen mit relativ geringen Fadentitern hat sich die Verfahrensvariante besonders bewehrt, bei welcher zum Abziehen mit oder ohne Erwärmung des Filamentbündels der Faden mit Kontakt in einer S-förmigen oder Z-förmigen Teilumschlingung an zwei Führungsmäntel eines ersten Galettenduos geführt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu eine erste Galettengruppe auf, die durch ein erstes Galettenduo mit zwei wahlweise beheizten Führungsmänteln gebildet wird.
Die Verfahrensvariante, bei welcher zum Verstrecken und Relaxieren das Filamentbündel eine thermische Nachbehandlung erhält und der Faden mit Kontakt in einer S-förmigen oder Z-förmigen Teilumschlingung an zwei beheizte Führungsmäntel eines zweiten Galettenduos geführt wird, ist bevorzugt ausgeführt. In soweit kann die Anzahl der Galetten zum Abziehen und Verstrecken selbst bei einfacher Teilumschlingung auf ein Minimum reduziert werden. Die Führungsmäntel der Galettenduos werden hierzu durch gegensinnig drehende Elektroantrieben angetrieben.
Um insbesondere bei hohen Fadengeschwindigkeiten nach dem Verstrecken eine hinreichende Relaxierung des Filamentbündels ausführen zu können, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher das Filamentbündel zusätzlich ohne Kontakt durch Wärmestrahlung eines Strahlungsheizers beheizt wird.
Hierzu kann zumindest ein Strahlungsheizer einer der Galetten der zweiten Galettengruppe zugeordnet sein oder neben einer der Galetten angeordnet sein.
Für die Weiterverarbeitung des Fadens ist es erforderlich, dass das Filamentbündel einen ausreichenden Fadenschluss aufweist, der üblicherweise durch sogenannte Verflechtungsknoten erzeugt werden, die beim Verwirbeln des Filamentbündels auftreten. Um eine für das Verwirbeln optimale Fadenspannung an dem Filamentbündel einstellen zu können, die insbesondere unabhängig von den vorhergehenden Prozessschritten und den nachfolgenden Prozessschritten ist, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Filamentbündel vor dem Aufwickeln in einem zwischen zwei angetriebenen Galetten gespannten Fadenstück verwirbelt, wobei die Verwirbelung eine Anzahl von mindestens 10 Verflechtungsknoten pro Meter Fadenlänge erzeugt. Durch Einstellung der Geschwindigkeitsdifferenzen der beiden Galetten lässt sich somit eine für die Verwirbelung optimale Fadenspannung einstellen. Die nachgeordneten Prozessschritte wie beispielsweise das Aufwickeln lässt sich mit einer davon unabhängigen Wickelspannung ausführen.
Zur Herstellung des Fadenschlusses vor dem Aufwickeln des Fadens wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Verwirbelungseinrichtung ausgeführt, die der Aufwickeleinrichtung vorgeordnet ist, wobei der Verwirbelungseinrichtung auf einer Zulaufseite und einer Ablaufseite jeweils eine angetriebene Galette zugeordnet ist. Damit lassen sich die gewünschten Fadenspannungen durch Steuerung der Einzelantriebe der Galetten einstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren nachfolgend näher erläutert.
Es stellen dar:
1 schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines FDY-Garnes in einer Ansichten dargestellt.
Zum Schmelzspinnen eines multifilen Fadens ist ein beheizbarer Spinnbalken 1 vorgesehen, der an seiner Unterseite eine Spinndüse 3 mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen und an seiner Oberseite einen Schmelzezulauf 2 aufweist. Der Schmelzezulauf 2 ist mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder gekoppelt. Innerhalb des Spinnbalkens 1 können weitere schmelzeführende und schmelzefördernde Bauteile angeordnet sein, auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird.
Der Spinnbalken 1 träg an seiner Unterseite mehrere Spinndüsen 3, um gleichzeitig mehrere Fäden parallel nebeneinander zu spinnen. Der Spinnbalken 1 ist quer zur Zeichnungsebene ausgerichtet, so dass in 1 nur eine der Spinndüsen 3 sichtbar ist. Die nachfolgenden Einrichtungen und Aggregate werden daher nur anhand eines Fadenlaufs näher erläutert. Grundsätzlich wird jeder der insgesamt fünf parallel nebeneinander erzeugten Fäden gleich behandelt.
Unterhalb des Spinnbalkens 1 ist eine Abkühleinrichtung 6 vorgesehen, die aus einem Kühlschacht 8 und einer Anblasvorrichtung 7 gebildet ist. Der Kühlschacht 8 ist derart unterhalb der Spinndüse 3 angeordnet, dass die Vielzahl der durch die Spinndüse 3 extrudierten Filamente 4 den Kühlschacht 8 durchlaufen. Über die Anblasvorrichtung 7 lässt sich eine Kühlluftstrom erzeugen, der in den Kühlschacht 8 eingeleitet wird, so dass die durch die Spinndüse 3 extrudierten Filamente 4 durch den Kühlluftstrom gleichmäßig abgekühlt werden.
Unterhalb des Kühlschachtes 8 ist ein Sammelfadenführer 7 und eine Präparationseinrichtung 16 vorgesehen, um die Filamente 4 zu einem Filamentbündel 5 zusammenzuführen. Der Sammelfadenführer 9 ist hierzu mittig unterhalb der Spinndüse 3 angeordnet, so dass die Filamente 4 in dem Sammelfadenführer 9 gleichmäßig zusammengeführt werden. Dabei wird den Filamenten ein Präparationsöl zugeführt, um eine gleichmäßige Benetzung aller Filamente innerhalb des Filamentbündels 5 zu erhalten. Das Präparationsöl weist einen sehr geringen Anteil eines Wassers auf, der vorzugsweise unterhalb von 8% liegt. Um trotz einer relativ hohen Viskosität des Präparationsöles im Bereich von 90 bis 100 cS (centi-Stokes) eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Filamentbündels 5 zu erhalten, wird das Präparationsöl in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Benetzen erwärmt. Die Präparationseinrichtung 16 ist über eine Dosierleitung 19 mit einer Dosierpumpe 17 verbunden, durch welche ein aus einem Tank (hier nicht dargestellt) gesaugtes Präparationsöl der Präparationseinrichtung 16 zugeführt wird. Zwischen der Dosierpumpe 17 und der Präparationseinrichtung 16 ist ein Heizmittel 18 vorgesehen, um das Präparationsöl zu erwärmen. Das erwärmte Präparationsöl weist eine geringere Viskosität auf und lässt sich unmittelbar zur Benetzung des Filamentbündels nutzen.
Unterhalb des Kühlschachtes 8 ist ein angrenzender Fallschachtes 10 mit einem auf der Auslassseite angeordneten Einlauffadenführer 11 angeordnet. Innerhalb des Fallschachtes 10 werden die Filamentbündel 5 ausgehend von einer durch den Abstand der Spinndüsen 3 bestimmten Spinnteilung auf eine Behandlungsabstand zusammengeführt. Hierzu werden die Filamentbündel 5 zunächst durch den Einlauffadenführer 11 in den Behandlungsabstand zueinander gebracht, so dass die Filamentbündel 5 parallel nebeneinander mit kurzem Abstand im Bereich von 3 bis 8 mm führbar sind.
Unterhalb des Fallschachtes 10 ist eine erste Galettengruppe 13.1 mit mehreren angetrieben Galetten 20.1 und 20.2 angeordnet. Die Galettengruppe 13.1 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Galettenduo mit zwei Führungsmänteln 14.1 und 14.2 gebildet. Das Galettenduo 13.1 weist zwei mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetriebene Führungsmäntel 14.1 und 14.2 auf. Die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 des Galettenduos 13.1 sind übereinander angeordnet und werden jeweils durch separate Elektromotore (nicht dargestellt) angetrieben. Der Elektromotor des Führungsmantels 14.1 ist linksdrehend ausgeführt und treibt den Führungsmantel 14.1 entgegen dem Uhrzeigersinn an. Der Elektromotor des Führungsmantels 14.2 ist rechtsdrehend ausgeführt und treibt den Führungsmantel 14.2 im Uhrzeigersinn an. Somit drehen die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 sich gegensinnig. Für den Fall einer Warmverstreckung weist jeder der Führungsmäntel 14.1 und 14.2 eine hier nicht dargestellt Heizeinrichtung auf, um die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 zu beheizen.
Zum Abziehen des Filamentbündels 5 aus der Spinnzone ist dem ersten Galettenduo 13.1 eine Fadenbremse 12 im Fadenlauf vorgeordnet. Die Fadenbremse 12 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere Umlenkrollen gebildet, die frei drehbar gelagert sind. Das Filamentbündel 5 wird mit jeweils einer Teilumschlingung an den Umlenkrollen geführt, wobei die Filamente des Filamentbündels 5 sich in einer bandförmige Anordnung begeben. Dadurch lässt sich der Ölauftrag auf den Filamenten vergleichsmäßigen und zudem wird das Filamentbündel 5 mit bandförmiger Anordnung der Filamente zum Führungsmantel 14.1 des ersten Galettengruppe 13.1 geführt.
Die erste Galettengruppe 13.1 dient zum Abziehen der Filamentbündel 5. Hierzu werden die Filamentbündel 5 mit einer einfachen Teilumschlingung an den Führungsmäntel 14.1 und 14.2 der Galetten 20.1 und 20.2 geführt. Das Filamentbündel 5 umschlingt die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 wechselseitig in einem S-förmigen Fadenlauf. Die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 sind derart angeordnet, dass sich im Fadenlauf jeweils ein Umschlingungswinkel von > 180° an den Führungsmäntel 14.1 und 14.2 einstellt.
Im Fadenlauf ist der ersten Galettengruppe 13.1 eine zweite Galettengruppe 13.2 mit mehreren angetrieben Galetten 20.3 und 20.4 zum Verstrecken der Filamentbündel 5 nachgeordnet, wobei zwischen den Galettengruppen 13.1 und 13.2 eine Streckzone aufgespannt ist. Die zweite Galettengruppe 13.2 wird in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls durch ein Galettenduo mit den angetrieben Galetten 20.3 und 20.4 gebildet. Das zweite Galettenduo 13.2 ist in diesem Fall identisch zu dem ersten Galettenduo 13.1 aufgebaut. So sind die Führungsmäntel 15.1 und 15.2 durch separate Elektromotoren angetrieben. Der Elektromotor des Führungsmantels 15.1 ist linksdrehend ausgeführt und treibt den Führungsmantel 15.1 entgegen dem Uhrzeigersinn an. Der Elektromotor des Führungsmantels 15.2 ist rechtsdrehend ausgeführt und treibt den Führungsmantel 15.2 im Uhrzeigersinn an. So werden beide Führungsmäntel 15.1 und 15.2 des Galettenduos 13.2 ebenfalls gegensinnig angetrieben. Jedem der Führungsmäntel 15.1 und 15.2 ist ebenfalls eine separate Heizeinrichtung (hier nicht dargestellt) zugeordnet, so dass die Führungsmäntel 15.1 und 15.2 mit unterschiedlichen Temperaturen beheizt werden könnten.
Die Galettengruppen 13.1 und 13.2 sind innerhalb einer Galettenbox 21 angeordnet. Hierzu wird das Filamentbündel 5 über einen Einlass der Galettenbox 21 und über einen Auslass der Galettenbox 21 geführt.
Unterhalb der Galettenbox 21 ist eine weitere angetrieben Galette 20.5 angeordnet, die mit einer oberhalb der Aufwickeleinrichtung 23 angeordneten Galette 20.6 zusammenwirkt. Die zweite Galette 20.2 ist ebenfalls mit einem Antrieb gekoppelt. Zwischen den Galetten 20.5 und 20.6 ist in dem gespannten Fadenstück eine Verwirbelungseinrichtung 33 angeordnet, um in den Faden 22 einen Fadenschluss durch Bildung von Verflechtungsknoten zu erzeugen. Hierbei lässt sich die Fadenspannung zum Verwirbeln des Fadens 22 vorteilhaft durch eine zwischen den Galetten 20.5 und 20.6 eingestellte Differenzgeschwindigkeit bestimmen.
Unterhalb der Galetten 20.5 und 20.6 ist die Aufwickeleinrichtung 23 angeordnet. Die Aufwickeleinrichtung 23 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine sogenannten Spulrevolvermaschine gebildet, welcher einen drehbaren Spindelträger 29 mit zwei frei auskragenden Spulspindeln 27.1 und 27.2 aufweist. Der Spindelträger 29 ist in einem Maschinengestell 30 gelagert. Dabei lassen sich die Spulspindeln 27.1 und 27.2 abwechselnd in einen Betriebsbereich zum Wickeln einer Spule und in einen Wechselbereich zum Auswechseln der Spule führen. In dem Maschinengestell ist eine Changiervorrichtung 25 und eine Andrückwalze 26 vorgesehen, um den Faden 34 zu einer Spule 28 zu wickeln. Hierbei legt die Andrückwalze 26 mit Kontakt an der Oberfläche der Spule 28 an. Die Changiervorrichtung 25 weist zu jedem der Fäden eine Changiereinheit auf, in welcher der Faden zur Bildung einer Kreuzspule hin- und hergeführt wird. Oberhalb der Changiereinrichtung ist ein Kopffadenführer 24 vorgesehen, durch welche der Einlauf des Fadens in die Wickelstelle geführt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Kopffadenführer 24 durch frei drehbare Umlenkrollen gebildet, um den von der Führungsgalette 20.2 ablaufenden Faden aus einer im wesentlichen horizontalen Verteilebene heraus zu der Wickelstelle umzulenken. Damit lassen sich Aufspreizungen der Fäden zu beiden Wickelstellen vermeiden, da die Fäden üblicherweise an den Galetten mit engem Fadenabstand geführt sind.
Zur Herstellung eines FDY-Garnes wird bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Polymerschmelze beispielsweise aus einem Polyester oder einem Polyamid dem Spinnbalken 1 zugeführt. Innerhalb der Spinndüse 3 wird die Polymerschmelze unter Druck durch die an der Unterseite der Spinndüse 3 ausgebildeten Düsenbohrungen gedrückt, um eine Vielzahl von Filamenten zu extrudieren. Innerhalb des Kühlschachtes 8 werden die Filamente auf eine Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des thermoplastischen Materials abgekühlt, so dass eine Verfestigung und eine Vororientierung an den Filamenten eintritt. Nach der Abkühlung der Filamente 4 werden diese zu einem Filamentbündel 5 zusammengeführt, wobei ein Präparationsöl, das einen maximalen Wasseranteil von 8% aufweist, zugeführt wird, so dass die Filamente 4 des Filamentbündels 5 zusammengehalten werden.
Um einen multifilen Faden aus einer Spinneinrichtung abzuziehen und mittels einer Warmverstreckung zu einem FDY-Garn zu verstrecken wird das Fiamentbündel 5 zunächst von dem Führungsmantel 14.1 des Galettenduos 13.1 abgezogen und in einem S-förmigen Fadenlauf um den Führungsmantel 14.1 und dem benachbarten Führungsmantel 14.2 geführt. Das Filamentbündel 5 wird mit einer einzelnen Umschlingung so zunächst mit einer Innenseite an dem Führungsmantel 14.1 mit Kontakt geführt und anschließend durch Änderung der Umschlingungsrichtung mit seiner Außenseite an der Oberfläche des Führungsmantels 14.2 mit Kontakt geführt. Dadurch lassen sich die in dem Filamentbündel 5 innenliegenden und außenliegenden Filamente abwechselnd unmittelbar mit der beheizten Oberfläche der Führungsmäntel 14.1 und 14.2 in Kontakt bringen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 mit einem gleichgroßen Außendurchmesser ausgeführt, wobei die Anordnung der Galettengruppen 13.1 und 13.2 so gewählt ist, dass der Umschlingungswinkel des Filamentbündels 5 an den Führungsmänteln 14.1 und 14.2 jeweils einen Wert von 180° übersteigt. Grundsätzlich lassen sich hierbei unterschiedliche Umschlingungswinkel je nach Galettenanordnung an den Führungsmänteln 14.1 und 14.2 ausbilden. Zudem wäre bei einem spiegelbildlichen Zuführen des Fadens auch eine Z-förmige Umschlingung der Führungsmäntel 14.1 und 14.2 möglich.
Um das Fadenmaterial auf eine Temperatur zu erwärmen, die oberhalb der Gasumwandlungstemperatur liegt, sind die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 in diesem Ausführungsbeispiel mit gleichen Oberflächentemperaturen beheizt, die im Bereich von 80°C bis 200°C liegen. So liegt die Glasumwandlungstemperatur beispielsweise eines Polyesters im Bereich von 80°C.
Es ist jedoch auch möglich, die Oberflächentemperaturen an den Führungsmänteln 14.1 und 14.2 unterschiedlich einzustellen. Dies ist insbesondere in den Fällen erforderlich, in denen die durch die einfache Umschlingung des Filamentbündels 5 an den Führungsmänteln 2.1 und 2.2 unterschiedliche Kontaktlängen beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Durchmesser der Führungsmäntel oder aufgrund unterschiedlicher Umschlingungswinkel an den Führungsmänteln vorliegt.
Im Falle einer Kaltverstreckung werden die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 der ersten Galettengruppe 13.1 nicht beheizt. Die Führung des Filamentbündels 5 ist jedoch identisch, so dass die zuvor angegebene Beschreibung hierfür gilt.
Die zweite Galettengruppe 13.2 ist unabhängig von einer Warmverstreckung oder einer Kaltverstreckung seitlich neben der ersten Galettengruppe 13.1 angeordnet, wobei das Filamentbündel 5 nach Ablauf von dem Führungsmantel 14.2 unmittelbar zu dem unteren Führungsmantel 15.1 des Galettenduos 13.2 geführt wird. Somit bildet sich zwischen den Führungsmänteln 14.2 des ersten Galettenduos 13.1 und dem Führugnsmantel 15.1 des zweiten Galettenduos 13.2 eine Streckzone aus, in welchen das Filamentbündel 5 verstreckt wird. Hierzu wird der Führungsmantel 15.1 und 15.2 des zweiten Galettenduos 13.2 mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben als die Führungsmäntel 14.1 und 14.2 des ersten Galettenduos 13.1. Das Filamentbündel 5 wird mit S-förmiger Umschlingung um die Führungsmäntel 15.1 und 15.2 des zweiten Galettenduos herumgeführt, so dass das Filamentbündel 5 insgesamt mit einfacher Umschlingung in der Galettenanordnung führbar ist. Damit sind sehr kompakte und kurze Führungsmäntel in den Galettengruppen 13.1 und 13.2 ausführbar.
Das Galettenduo 13.2 ist im wesentlichen identisch zu dem Galettenduo 13.1 aufgebaut, so dass die Führungsmäntel 15.1 und 15.2 einen gleichgroßen Außendurchmesser aufweisen. Hierbei bildet sich jeweils an jedem der Führungsmäntel 15.1 und 15.2 ein Umschlingungswinkel, der üblicherweise den Wert von 180° übersteigt. Um eine thermische Nachbehandlung des verstreckten Fadens unmittelbar in der zweiten Galettengruppe 13.2 einzuleiten, sind die Führungsmäntel 15.1 und 15.2 auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 80 bis 200°C erhitzt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Oberflächentemperaturen gleichhoch eingestellt. Grundsätzlich besteht jedoch auch hier die Möglichkeit, unterschiedliche Oberflächentemperaturen an den Führungsmänteln 15.1 und 15.2 auszubilden, um beispielsweise Kontaktlängen zwischen Faden und Führungsmänteln auszugleichen. In der Regel sind die Oberflächentemperaturen der Führungsmäntel 15.1 und 15.2 höher eingestellt als die Oberflächentemperaturen der Führungsmäntel 14.1 und 14.2. Dies ist allein dadurch begründet, dass die Umfangsgeschwindigkeiten der Führungsmäntel 15.1 und 15.2 deutlich höher sind als die Führungsgeschwindigkeiten der Führungsmäntel 14.1 und 14.2. So wird das Galettenduo 13.1 vorzugsweise mit einer Führungsgeschwindigkeit im Bereich von 1.200 m/min. bis 3.500 m/min. angetrieben. Das zweite Galettenduo 13.2 liegt bei einer Führungsgeschwindigkeit im Bereich von 3.500 bis 6.000 m/min.
Um eine intensive thermische Nachbehandlung auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten ausführen zu können, lässt sich das Filamentbündel 5 zusätzlich durch einen oder mehrere Strahlungsheizer kontaktlos erwärmen. Die Strahlungsheizer könnten einer der Galetten 20.3 oder 20.4 oder im Fadenlauf neben den Galetten 20.3 und 20.4 der zweiten Galettengruppe angeordnet sein. In 1 ist beispielhaft innerhalb der Galettenbox 21 seitlich neben der Galettengruppe 13.2 ein Strahlungsheizer 32 gestrichelt dargestellt. Das Filamentbündel 5 lässt sich so nach Ablauf von dem Führungsmantel 15.2 der Galette 20.4 noch weiter erwärmen.
Vor dem Aufwickeln des voll verstreckten Fadens 22 wird der Fadenschluß durch eine Verwirbelungseinrichtung 33 fixiert, in dem eine Vielzahl von Verflechtungsknoten in dem Faden 22 erzeugt werden. So wird in dem FDY-Garn eine Mindestanzahl von 10 Knoten pro laufenden Meter Fadenlänge erzeugt.
In der Aufwickeleinrichtung 23 wird der Faden 22 gemeinsam mit den parallel hergestellten Fäden zu Spulen 28 gewickelt, die nebeneinander an einer der Spulspindeln gehalten sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnen sich insbesondere durch einen geringen Energieeinsatz auf, um eine Verstreckung der Fäden durchzuführen. So lässt sich das Filamentbündel in kürzerer Zeit und mit weniger Energie auf eine Strecktemperatur aufheizen, selbst bei den üblichen hohen Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 6.000 m/min. und darüber.
An dieser Stelle sei ausdrücklich gesagt, dass die Ausbildung der Galettengruppen als Galettenduo zum Abziehen und zum Verstrecken des Filamentbündels zu einem FDY-Garn beispielhaft ist. So können innerhalb der Galettengruppe auch mehr als zwei Galetten angeordnet sein. Wesentlich hierbei ist, dass die Führungsmäntel der Galetten innerhalb einer der Gruppen mit im Wesentlichen gleichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben werden.
Bezugszeichenliste

1: Spinnbalken
2: Schmelzezulauf
3: Spinndüse
4: Filamente
5: Filamentbündel
6: Abkühleinrichtung
7: Anblasvorrichtung
8: Kühlschacht
9: Sammelfadenführer
10: Fallschacht
11: Einlauffadenführer
12: Fadenbremse
13.1, 13.2: Galettengruppe
14.1, 14.2: Führungsmantel
15.1, 15.2: Führungsmantel
16: Präparationseinrichtung
17: Dosierpumpe
18: Heizmittel
19: Dosierleitung
20.1–20.6: Galette
21: Galettenbox
22: Faden
23: Aufwickeleinrichtung
24: Kopffadenführer
25: Changiervorrichtung
26: Andrückwalze
27.1, 27.2: Spulspindel
28: Spule
29: Spindelträger
30: Maschinengestell
31: Spulhülse
32: Strahlungsheizer
33: Verwirbelungseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2118316 A1 [0002, 0004, 0012]
- DE 3146054 A1 [0006]
- WO 2007/115703 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines multifilen Fadens zu einem FDY-Garn in folgenden Schritten: 1.1. Extrudieren einer Vielzahl von Filamenten aus einer thermoplastischen Schmelze; 1.2. Abkühlen der Filamente durch einen Kühlluftstrom auf eine Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des thermoplastischen Materials; 1.3. Zusammenfassen der Filamente zu einem Filamentbündel unter Zuführung eines Präparationsöles mit einem Wassergehalt von maximal 8%; 1.4. Abziehen des Filamentbündels mit einer Abzugsgeschwindigkeit von oberhalb 1200 m/min mit oder ohne Zuführung einer Wärmeenergie zum Erwärmen des Filamentbündels durch eine einfache Teilumschlingung des Filamentbündels an zumindest einem wahlweise beheizten Führungsmantel einer angetriebener Galette; 1.5. Verstrecken des Filamentbündels in einer Streckstufe mit einer Streckgeschwindigkeit oberhalb 3500 m/min durch eine einfache Teilumschlingung des Filamentbündels an Führungsmäntel mehrer angetriebener Galetten unter Zuführung einer Wärmenergie zum Relaxieren des Filamentbündels durch die beheizten Führungsmäntel der Galetten; 1.6. Aufwickeln des Fadens zu einer Spule.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filamentbündel an den Führungsmäntel der Galetten mit jeweils einem Umschlingungswinkel von größer 180° geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Präparationsöl vor dem Auftragen auf das Filamentbündel erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filamentbündel nach dem Benetzen mit dem Präparationsöl zur Vergleichmäßigung des Ölauftrages durch eine Fadenbremse geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abziehen mit oder ohne Erwärmung des Filamentbündels vor dem Verstrecken der Faden mit Kontakt in einer S-förmigen oder Z-förmigen Teilumschlingung an zwei wahlweise beheizten Führungsmäntel eines ersten Galettenduos geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstrecken und Relaxieren des Filamentbündels der Faden mit Kontakt in einer S-förmigen oder Z-förmigen Teilumschlingung an zwei beheizten Führungsmäntel eines zweiten Galettenduos geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filamentbündel zusätzlich ohne Kontakt durch Wärmestrahlung eines Strahlungsheizers beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filamentbündel vor dem Aufwickeln in einem zwischen zwei angetrieben Galetten gespannten Fadenstück verwirbelt wird und dass der Zusammenhalt der Filamente in einem Faden durch mindestens 10 Verflechtungsknoten pro Meter Fadenlänge erzeugt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Spinndüse (3) zum Extrudieren mehrer Filamente (4), mit einer Abkühleinrichtung (6) zum Abkühlen der Filamente (4), mit einer Präparationseinrichtung (16) zum Auftragen eines Präparationsöls auf die Filamente (4), mit einem Sammelfadenführer (9) zum Zusammenfassen der Filamente (4) zu einem Filamentbündel (5), mit mehrer angetriebenen Galetten (20.1–20.4) mit teilweise beheizten Führungsmäntel (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) zum Abziehen, Erwärmen und verstrecken des Filamentbündels (5) und mit einer Aufwickeleinrichtung (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmäntel (14.1, 14.2) der angetrieben Galetten (20.1, 20.2) zum Abziehen und/oder Erwärmen des Filamentbündels eine erste Galettengruppe (13.1) bilden, deren Führungsmäntel (14.1, 14.2) zu einem Fadenlauf mit einfacher Teilumschlingung angeordnet sind und wahlweise beheizbar sind, und dass die Führungsmäntel (15.1, 15.2) der angetriebenen Galetten (20.3, 20.4) zum Verstrecken und Relaxieren eine zweite Galettengruppe (13.2) bilden, deren Führungsmäntel (15, 15.2) beheizbar sind und zu einem Fadenlauf mit einfacher Teilumschlingung angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Galettengruppen (13.1, 13.2) eine Streckzone gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmäntel (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) der Galetten (20.1–20.4) zu einem Fadenlauf mit jeweils einer einfachen Teilumschlingung mit einem Umschlingungswinkel größer 180° angeordnet sind, wobei benachbarte Galetten (20.1, 20.2) vorzugsweise gegensinnig angetriebene Führungsmäntel (14.1, 14.2) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationseinrichtung (16) ein Heizmittel (18) aufweist, durch welches das Präparationsöl vor dem Benetzen der Filamente (4) beheizbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Galetten (20.1, 20.2) der ersten Galettengruppe (13.1) im Fadenlauf eine Fadenbremse (12) vorgeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Galettengruppe durch ein erstes Galettenduo (13.1) mit wahlweise beheizten Führungsmänteln (14.1, 14.2) gebildet ist und dass die zweite Galettengruppe durch ein zweites Galettenduo (13.2) mit zwei beheizten Führungsmänteln (15.1, 15.2) gebildet ist, wobei das Filamentbündel (5) im S-förmigen oder Z-förmigen Fadenlauf an den Führungsmänteln (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) der Galettenduos (13.1, 13.2) führbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strahlungsheizer (32) vorgesehen ist, welcher zwischen den Galetten (20.3, 20.4) angeordnet oder einer der Galetten (20.4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Galettengruppe (13.2) eine Verwirbelungseinrichtung (33) im Fadenlauf nachgeordnet ist, die zwischen zwei angetriebenen Galetten (20.5, 20.6) gehalten ist.