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Die
Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung
von synthetischen Fäden gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schmelzspinnvorrichtung.
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Eine
Schmelzspinnvorrichtung ist Bestandteil einer Spinnanlage zum kontinuierlichen
Erzeugen von synthetischen Fäden.
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In
der Spinnanlage wird in der Schmelzspinnvorrichtung von einer Schmelzequelle,
beispielsweise einem Extruder oder einer Polymerisationseinrichtung,
einem Spinnbalken schmelzflüssiges Polymer zugeführt.
Innerhalb des Spinnbalkens wird das Polymer mittels einer Verteilerpumpe
unter Druck über Verteilerleitungen mehreren in dem Spinnbalken
vorgesehenen Düsenpaketen zugeführt. In den Düsenpaketen
wird das Polymer dann mittels einer Vielzahl von Düsenbohrungen
zu Filamenten extrudiert.
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Danach
werden die Filamente in einer der Schmelzspinnvorrichtung nachgelagerten
Fadenweiterverarbeitungsvorrichtung abgekühlt, zu multifilen Fäden
zusammengeführt, verfestigt und nachbehandelt sowie abschließend
beispielsweise in Form von Spulen gespeichert.
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Um
den Fäden gestimmte Eigenschaften zu verleihen, wird das
Polymer aus einem Hauptpolymer sowie einem Zuschlagpolymer zusammen
gemischt. Das Hauptpolymer bestimmt dabei im wesentlichen die physikalischen
Eigenschaften des zu erzeugenden Fadens. Mit dem Zuschlagpolymer werden
weitere Eigenschaften, wie beispielsweise die Farbe des Fadens oder
UV-Stabilität bestimmt. Aus der Patentschrift
EP 837 161 B1 ist eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Spinnen von synthetischen Fäden bekannt,
bei dem das Zuschlagpolymer in Fließrichtung der Schmelze
möglichst spät hinzu gemischt wird. Dies hat den
Vorteil, dass bei einer Änderung des Zuschlagpolymers,
beispielsweise bei einer Änderung der Farbe, nur geringe
Wechselzeiten nötig sind. Zudem ist das Zuschlagpolymer
nur für einen kurzen Zeitraum der Temperatur und dem Druck
des Haupt Polymers ausgesetzt, was bei empfindlichen Zuschlagpolymeren
von Vorteil ist. Dazu schlägt die
EP 837 161 B1 vor, das Zuschlagpolymer dem
Hauptpolymer direkt im Spinnbalken zuzuführen. Ein weiterer
Vorteil ist, dass das Hauptpolymer auf mehrere Gruppen von Spinndüsen
aufgeteilt werden kann, wobei jeder Gruppe individuell ein Zuschlagpolymer
zugeführt wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass diese Lösung für die meisten
Spezialanwendungen eine hohe Flexibilität aufweist. Es
gibt im Markt jedoch eine Reihe von Anwendungen, in denen neben
dem Mischen eines Hauptpolymers mit einem Zuschlagpolymer zusätzlich
das Einspeisen von Additiven vorgesehen sein muss. Additive können
hier Flüssigkeiten oder in Form einer Dispersion vorliegende
anorganische Nano- oder Mikropartikel sein.
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Nach
dem Stand der Technik werden Additive eingespeist, indem von dem
Polymerstrom einen Teilstrom abgezweigt und mit dem Additiv vermischt wird.
Anschließend wird diese Mischung dem Polymerstrom wieder
zuführt.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass die Kombination beider Verfahren nicht
die geforderte Flexibilität hinsichtlich schneller Wechselzeiten
des Additivs oder des Zuschlagpolymers aufweist. Zudem wären pro
Einspeisestelle zwei zusätzliche Pumpen erforderlich.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schmelzspinnvorrichtung mit
Einspeisung eines Zuschlagpolymers und eines Additivs bereitzustellen, bei
der die einzuspeisenden Medien schnell und flexibel umgestellt werden
können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einspeisestelle
des Additivs unmittelbar in das Zuschlagpolymer gelöst.
Der Vorteil ist, dass mit geringen baulichen Aufwand eine flexible
Einspeisung des Additivs realisiert werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Zuschlagschmelzequelle in Fließrichtung ein Einspeisepunkt
in Form eines Mischers nachgeschaltet, in dem das eingespeiste Additiv
mit dem Zuschlagpolymer vermischt wird. Erfindungsgemäß geschieht
dies durch einen statischen Mischer oder ein bevorzugt durch einen
dynamischen Mischer. Dabei wird einer Gruppe von Spinndüsen
jeweils eine Zuschlagschmelzequelle zugeordnet. Dies ermöglicht
es, in einer Spinnanlagen mehrere Fadenläufe vorzusehen,
die jeweils mit unterschiedlichen Zuschlagpolymeren oder Additiv
in versorgt werden. Insbesondere ist es möglich, auf Grund
der kleinen Leitungslängen zwischen dem Einspeisepunkt
und der Spinndüse einen schnellen Wechsel des Zuschlagpolymers
oder des Additivs durchzuführen und so den Abfall, der
während der Wechselphase produziert wird, zu minimieren.
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In
einer Variante der Erfindung erfolgt die Einspeisung des Additivs
hinter der Dosierpumpe für das Zuschlagpolymer. In einer
anderen bevorzugten Variante erfolgt die Einspeisung vor der Dosierpumpe für
das Zuschlagpolymer, so dass beim Passieren der Pumpe eine zusätzliche
Durchmischung erfolgt. Bevorzugt weist die Erfindung eine Dosierpumpe
für das Zuschlagpolymer mit integriertem Mischer auf. Besonders
bevorzugt ist dies ein dynamischer Mischer, der mit der Dosierpumpe
für das Zuschlagpolymer einen gemeinsamen Antrieb aufweist.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante ist die Einspeisestelle
für das Additiv im Bereich der Einspeisestelle des Zuschlagpolymers
vorgesehen. Bevorzugt wird für diese Variante der Mischer
für das Zuschlagpolymer dabei gleichzeitig zum Mischen des
Additivs verwendet, was den apparativen Aufwand reduziert.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsvariante ist die
Einspeisestelle für das Additiv in der Zuschlagschmelzequelle
angeordnet. Dabei wird das Additiv direkt beim Extrudieren des Zuschlagpolymers
zugeführt und vermischt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass aus
einem Hauptpolymer, einem Zuschlagpolymer und einem Additiv ein
Spinnpolymer gebildet wird, das der Spinndüse zugeführt
wird. Dabei wird das Additiv direkt dem Zuschlagpolymer zugeführt.
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In
verschiedenen Varianten des Verfahrens kann das Additiv eine Flüssigkeit,
eine Dispersion mit zum Beispiel anorganischen Partikeln oder aus
Nano- beziehungsweise Mikropartikeln bestehen.
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In
einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden das Zuschlagpolymer
und das Additiv durch einen Mischer vermengt, bevor diese Mischung
anschließend mit dem Hauptpolymer vermischt wird und das
Spinnpolymer bildet.
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In
einer anderen Variante des Verfahrens wird das Additiv unmittelbar
vor der Zusammenführung des Zuschlagpolymers mit dem Hauptpolymer oder
direkt am Ort der Zusammenführung des Zuschlagpolymers
mit dem Hauptpolymer zugeführt.
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In
einer weiteren Variante des Verfahrens sind dem Additiv Farbstoffe,
beispielsweise in Form von Pigmenten zugesetzt. Diese können
in einstellbarer Menge dem Zuschlagpolymer zugeführt werden
und beeinflussen somit die Farbe des Spinnpolymers.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Zuschlagpolymer ebenfalls
mit einem Farbstoff versehen, so dass sich durch die einstellbare
Mischung des Zuschlagpolymers mit dem Additiv die Farbe des Spinnpolymers
einstellen lässt.
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Ein
Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Hinweis auf
die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es
stellen dar:
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1:
Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schmelzspinnvorrichtung.
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2:
Das Detail einer alternativen Ausführungsform zu der in 1 dargestellten
Schmelzspinnvorrichtung.
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3:
Ein Detail einer weiteren alternativen Ausführungsform
zu der in 1 dargestellten Schmelzspinnvorrichtung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung
als Bestandteil eine Spinnanlage dargestellt. Von einer Schmelzequelle 1,
beispielsweise einem Extruder oder einer Polymerisationsanlage wird
ein Hauptpolymer zunächst einer Hauptpolymerpumpe 2 zugeführt,
von der das Hauptpolymer über Schmelzeleitungen 3 auf
mehrere Spinnstellen verteilt wird. Die hier dargestellte Spinnstelle
kann in einer erfindungsgemäßen Spinnanlage einfach
oder mehrfach vorgesehen sein, wobei jede der Spinnstellen durch
eine Schmelzeleitung 3 mit Hauptpolymer versorgt wird.
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Innerhalb
des Spinnbalkens
4 sind mehrere zu einer Spinndüsengruppe
9 zusammengefasste Spinndüsen
8 vorgesehen.
Die Spinndüsen werden von einer Spinnpumpe
6 mit
Spinnpolymer versorgt, welches durch einen Zuschlagmischer
5,
der mit der Spinnpumpe
6 verbunden ist, aus dem Hauptpolymer und
einem Zuschlagpolymer gemischt wird. Derartige miteinander verbundene
Pumpen und Mischer sind aus der Patentschrift
EP 837 161 B1 bekannt. Das
Zuschlagpolymer kann beispielsweise ein eingefärbtes Polymer
sein. Dieses Zuschlagpolymer wird durch eine Zuschlagschmelzquelle
14 bereitgestellt, die
hier in Form eines mit dem Spinnbalken
4 verbundenen kleinen
Extruders vorgesehen ist und nicht identisch mit der Schmelzequelle
1 oder
mit ihr verbunden ist. Am Ausgang des Extruders wird durch einen
Additivmischer
19 ein Additiv zugeführt, das von einer
Additivquelle
16 durch eine Additivdosierpumpe
17 über
die Additivzuleitung
18 bereitgestellt wird. Dem Additivmischer
19 kann
hier entweder ein statischer Mischer sein oder es kann sich um einen
in die Zuschlagdosierpumpe
15 integrierten dynamischen Mischer
handeln. Das Additiv kann in Form einer Flüssigkeit, einer
Dispersion oder in Form von in Nano- oder Mikropartikeln zugeführt
werden. Sollten in der Spinnanlage unterschiedliche Additive eingesetzt werden,
ist es auch möglich, mehrere, dem jeweiligen Additiv angepasste
Additivquellen
16 vorzusehen.
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Das
den Spinndüsen 8 zugeführte Spinnpolymer
wird durch die Spinndüsen 8 zu Filamenten extrudiert
und einer Fadenweiterverarbeitungsvorrichtung 22 zugeführt.
Dort werden die Filamente in einer Abkühleinrichtung 10 bis
zum Erstarrungspunkt abgekühlt und zu Fäden zusammengefasst,
in einer Fadenbehandlungseinrichtung 11 thermomechanisch behandelt
und anschließend in einer Aufspuleinrichtung 12 gespeichert
werden.
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2 zeigt
als Ausschnitt eine Variante der Schmelzspinnvorrichtung aus 1.
Hier ist der Additivmischer 19 von der Zuschlagdosierpumpe 15 getrennt.
Abhängig von der Mischbarkeit des Additivs mit dem Zuschlagpolymer
kann es ausreichend sein, als Additivmischer 19 einen statischen
Mischer vorzusehen, da die Mischung aus Zuschlagpolymer und Additiv
anschließend noch den Zuschlagmischer 5 zugeführt
wird. Andernfalls ist ein dynamischer Additivmischer 19 vorteilhaft,
der entweder separat angetrieben wird oder wie in 1 mit
der Zuschlagdosierpumpe 15 verbunden ist.
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3 zeigt
eine weitere Variante der Schmelzspinnvorrichtung aus 1.
Hier ist die Additivzuleitung 18 direkt mit den Zuschlagmischer 5 verbunden.
Dabei kann die Additiveinspeisestelle 21 entweder unmittelbar
vor der Zuschlageinspeisestelle 13 angeordnet sein oder
mit ihr identisch sein. Der Vorteil gegenüber den in 1 und 2 gezeigten Varianten
ist, dass hier der Additivmischer 19 eingespart wird und
der Zuschlagmischer 5 die Aufgabe des Additivmischers mit übernimmt.
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- 1
- Schmelzequelle
- 2
- Hauptpolymerpumpe
- 3
- Schmelzeleitung
- 4
- Spinnbalken
- 5
- Zuschlagmischer
- 6
- Spinnpumpe
- 7
- Verteilerleitung
- 8
- Spinndüse
- 9
- Spinndüsengruppe
- 10
- Abkühleinrichtung
- 11
- Fadenbehandlungseinrichtung
- 12
- Aufspuleinrichtung
- 13
- Zuschlageinspeisestelle
- 14
- Zuschlagschmelzequelle
- 15
- Zuschlagdosierpumpe
- 16
- Additivquelle
- 17
- Additivdosierpumpe
- 18
- Additivzuleitung
- 19
- Additivmischer
- 20
- Zuleitung
- 21
- Additiveinspeisestelle
- 22
- Fadenweiterverarbeitungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 837161
B1 [0005, 0005, 0027]