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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer Filamentschar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim Schmelzspinnen von synthetischen Fasersträngen oder Fäden wird eine Vielzahl von feinen strangförmigen Filamenten durch Düsenbohrungen einer Spinndüse extrudiert. Hierzu wird der Spinndüse ein aufgeschmolzenes Polymer unter hohem Druck zugeführt. Zur Bildung eines Faserstranges oder mehrerer Fäden wird die Vielzahl der strangförmigen Filamente in ihrer Gesamtheit oder bündelweise zusammengefasst. Vor dem Zusammenfassen werden die Filamente durch einen Kühlluftstrom abgekühlt, so dass sich der schmelzeflüssige Zustand der Filamente nach dem Austritt aus den Düsenbohrungen in einen verfestigten Zustand umwandelt. Für die Qualität des Faserstranges bzw. der Fäden ist die Gleichmäßigkeit der Abkühlung aller Filamente von großer Bedeutung. Zur Abkühlung einer sehr großen Anzahl von Filamenten werden bekannte Vorrichtungen eingesetzt, bei welchen die Vielzahl der Filamente durch eine Ringspinndüse zu einem ringförmigen Filamentvorhang extrudiert werden und bei welchen innerhalb des Filamentvorhangs ein radial von innen nach außen durch eine Blaskerze erzeugter Kühlluftstrom die Abkühlung der Filamentschar bewirkt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
JP2006104600 A2 bekannt. Die Blaskerze weist einen porösen Außen-Zylinder auf, so dass über den gesamten Umfang der Blaskerze ein gleichmäßiger Kühlluftstrom radial austritt und den Filamentvorhang zur Kühlung der Filamente durchdringt. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird der Kühlluftstrom beim Durchtreten durch den Filamentvorhang von innen nach außen erwärmt. Des Weiteren wird die Kühlluft durch die Filamente mitgerissen, so dass der Geschwindigkeitsvektor dieser Kühlluft, je weiter die Kühlluft sich am äußeren Rand des Filamentvorhanges befindet einen umso größeren Anteil in Richtung der Laufrichtung der Fadenschar aufweist. Diese Effekte führen dazu, dass die äußeren Filamente des Filamentvorhanges nicht in dem Maße abgekühlt werden, wie die inneren Filamente des Filamentvorhangs. Diese Unterschiede in der Abkühlung wirken sich jedoch sehr nachteilig auf die Qualität des Faserstranges oder der Fäden aus. In der
JP2006104600 A2 befindet sich deswegen eine Saugeinrichtung außerhalb des Filamentvorhanges, mittels welcher der Kühlluftstrom gleichgerichtet werden soll. Diese Saugeinrichtung weist eine luftdurchlässige Innen-Wandung auf, welche von einem ringförmigen Raum umschlossen ist, in welchem ein Unterdruck herrscht. Dieser Unterdruck wird erzeugt, indem die Luft unterhalb der luftdurchlässigen Innen-Wandung aus dem ringförmigen Raum abgeführt wird. Diese zusätzliche Saugeinrichtung reicht aber nicht aus, die oben genannten Probleme zu beheben und alle Filamente des Filamentvorhangs gleichmäßig abzukühlen, insbesondere da aus wirtschaftlichen Aspekten immer höhere Filamentdichten und Filamentanzahlen pro Spinndüse gefordert werden. In der
JP2006104600 A2 werden vorzugsweise lediglich zwei Reihen ringförmig angeordneter Düsenbohrungen verwendet. Die Gesamtanzahl Düsenbohrungen beträgt nur 100–500. Bei modernen Stapelfaseranlagen sind Spinndüsen mit 29 Reihen von Düsenbohrungen durchaus üblich und die Gesamtanzahl von Düsenbohrungen beträgt ein Vielfaches. Die genannten Problematiken verstärken sich bei größerer Anzahl der Reihen in welchen die Düsenbohrungen angeordnet sind, so dass trotz Absaugung die äußeren Filamente weniger abgekühlt werden als die Inneren. Es gibt des Weiteren zusätzlich folgende Probleme in Bezug auf die Gleichmäßigkeit des Kühlluftstromes. Da die Filamente konvergent zu einem Punkt oder mehreren Punkten laufen, in welchem die Filamente der Filamentschar zu einem oder mehreren Tauen oder Fäden zusammengefasst werden, sind die Abstände zwischen den einzelnen Filamenten je kleiner desto größer der Abstand zur Spinndüse ist. Der Strömungswiderstand des Filamentvorhangs für die Kühlluft ändert sich somit mit dem Abstand zur Spinndüse. Außerdem summiert sich der Geschwindigkeitsvektor der mitgerissenen Kühlluft in Laufrichtung der Filamente mit größer werdendem Abstand zur Spinndüse auf. Aufgrund der Lage der Abführung der Kühlluft aus der Absaugung, welche sich unterhalb der luftdurchlässigen Innen-Wandung befindet, haben die Luftteilchen aus den Stromlinien welche die Innen-Wandung nahe der Spinndüse durchdringen größere Reibungswiderstände zu überwinden, als die Luftteilchen welche die Innen-Wandung weiter unten durchströmen. Aufgrund all dieser Phänomene ist eine Erzeugung eines gleichmäßigen Kühlluftstromes innerhalb der Filamentschar und somit eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamente bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher alle Filamente eines Filamentvorhangs möglichst gleichmäßig abgekühlt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Saugeinrichtung, welche sich außerhalb des Filamentvorhangs befindet, in unterschiedliche Absaugbereiche unterteilt wird. Die Saugeinrichtung nimmt die Kühlluft auf, welche von der innerhalb des Filamentvorhangs liegenden Blaskerze durch eben diesen Filamentvorhang geblasen wird. Die Trennung der Absaugbereiche ermöglicht, dass die Strömung der Kühlluft durch den Filamentvorhang derart beeinflusst werden kann, dass der Wärmeübergang der einzelnen Filamente an die Kühlluft in möglichst gleicher Art und Weise für alle Filamente erfolgt, insbesondere wenn eine Vielzahl von Düsenbohrungsreihen vorhanden ist. Die gleichmäßige Abkühlung wird durch eine hauptsächlich senkrecht zu den Filamenten strömende Kühlluft erreicht. Nur durch die Einstellung unterschiedlich starker Absaugwirkungen in den Absaugbereichen kann diese senkrecht zu den Filamenten verlaufende Strömung für die gesamte Höhe der Kühleinrichtung und angrenzend an allen Filamenten erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Trennung in unterschiedliche Absaugbereiche mittels einer Trennwand zwischen diesen Absaugbereichen. Diese Trennwand grenzt an eine perforierte Innen-Wandung der Saugeinrichtung an, und führt dazu, dass innerhalb der Saugeinrichtung zwei Räume unterschiedlichen Unterdrucks entstehen. Diese unterschiedlichen Unterdrücke sorgen für die unterschiedlich starke Absaugung der Kühlluft. So kann die gleichmäßige Abkühlung aller Filamente gezielt eingestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Trennung der Saugeinrichtung in unterschiedliche Absaugbereiche durch Bildung von Bereichen der Innen-Wandung der Saugeinrichtung, welche unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Dazu werden zwei oder mehrere Siebzylinder unterschiedlichen Strömungswiderstandes und/oder ein Siebzylinder mit Bereichen unterschiedlichen Strömungswiderstandes verwendet. In diesem Fall ist innerhalb der Saugeinrichtung lediglich ein Unterdruck vorhanden, die unterschiedliche starke Absaugung der Kühlluft erfolgt durch die verschiedenen Strömungswiderstände, welche die Kühlluft beim Durchströmen der Innen-Wandung der Saugeinrichtung überwinden muss. Die verschiedenen Strömungswiderstände werden so aufeinander abgestimmt, dass eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamente erfolgt. Diese Siebzylinder können des Weiteren eine Funktion der Strömungsgleichrichtung erfüllen. Im Extremfall kann auf einen solchen Siebzylinder komplett verzichtet werden. Auch ein so entstehender freier Öffnungsquerschnitt in der Innen-Wandung der Saugeinrichtung kann einen der verschiedenen Absaugbereiche bilden. Der Strömungswiderstand beim Einströmen der Kühlluft in die Saugeinrichtung ist so minimal.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stehen verschiedene Absaugbereiche mit unterschiedlichen Gebläsen in Verbindung. Mittels dieser Gebläse wird der Unterdruck innerhalb der Saugeinrichtung erzeugt. Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung mehrerer Gebläse, wenn die Trennung zwischen den Absaugbereichen mittels der Trennwand erfolgt. Verschiedene Gebläse können unterschiedliche Unterdrücke erzeugen, wobei mittels eines jeden Gebläses der Unterdruck während des Betriebes ohne Probleme verändert werden kann. So kann eine besonders komfortable Anpassung der Abkühlung des Filamentvorhanges während des Betriebs erfolgen. Eine Optimierung der Abkühlung ist so ohne weiteren apparativen Aufwand bzw. ohne Umbaumaßnahmen möglich.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen sich die luftdurchlässigen Bereiche der Innen-Wandung der Saugeinrichtung und des Außen-Zylinders der Blaskerze zumindest teilweise gegenüber. Wie schon beschrieben, soll die Kühlluft aus der Blaskerze nach Durchströmen des Filamentvorhangs von der Saugeinrichtung aufgenommen werden, wobei alle Filamente möglichst gleichmäßig abgekühlt werden. Diese gleichmäßige Abkühlung wird erreicht, wenn die Kühlluft möglichst senkrecht an allen Filamenten, egal an welcher Position des Filamentvorhanges sie sich befinden, vorbeiströmt. Durch die gegenüberliegende Lage der luftdurchlässigen Bereiche der Innen-Wandung der Saugeinrichtung und des Außen-Zylinders der Blaskerze kann diese weitestgehend senkrecht zu allen Filamenten strömende Kühlluft erzeugt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die unterschiedlichen Absaugbereiche übereinander angeordnet. Gattungsgemäße Spinneinrichtungen sind üblicherweise so angeordnet, dass die Filamente nach unten in Richtung der Schwerkraft ausgesponnen werden. Die Problematiken der unterschiedlich starken Abkühlung der Filamente im Filamentvorhang ändert sich mit dem Abstand zur Spinndüse. Dem wird entgegengewirkt, indem unterschiedlich stark, in unterschiedlichem Abstand zur Spinndüse bzw. in unterschiedlicher Höhe abgesaugt wird.
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Aus diesem Grund sind die Absaugbereiche übereinander angeordnet, so dass ein Absaugbereich einem Höhenbereich der Kühleinrichtung zugeordnet ist.
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In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 schematisch eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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3 schematisch eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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Die Vorrichtung aus 1 besteht aus einer Spinneinrichtung 1 und einer unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordneten Kühleinrichtung 11, welche in einer Betriebsstellung angeordnet sind. Die Spinneinrichtung 1 weist an einer Unterseite eine Spinndüseneinrichtung auf, welche aus einem Schmelzeverteiler 4 und einer Spinndüse 5 besteht. Diese Spinndüse 5 ist an der Unterseite der Spinndüseneinrichtung angeordnet und verfügt über eine Vielzahl von Düsenbohrungen 6. Diese Düsenbohrungen 6 sind ringförmig angeordnet. Die Spinndüse 5 ist über den Schmelzeverteiler 4 mit einer Spinnpumpe 2 verbunden. Die Spinnpumpe 2 ist über eine Schmelzezufuhr 3 mit einem Schmelzeerzeuger (hier nicht dargestellt), vorzugsweise mit einem Extruder oder einer Polykondensation verbunden.
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Die Spinnpumpe 2, der Schmelzeverteiler 4 und die Spinndüse 5 sind beheizt. Hierzu werden in der Regel so genannte Spinnbalken eingesetzt, an denen mehrere Spinndüsen z. B. in einer Reihe nebeneinander gehalten sind. Die Kühleinrichtung 11 unterhalb der Spinneinrichtung 1 weist eine Blaskerze 12 und eine gegenüberliegende Saugeinrichtung 10 sowie zugehörige Luftkanäle 17.1, 17.2, 17.3 und Gebläse 18.1, 18.2, 18.3 auf. Teil der Blaskerze 12 ist ein poröser Außen-Zylinder 13, welcher beispielsweise aus einem Lochblech, Vlies, Schaumstoff, Siebgewebe oder einem Sintermaterial hergestellt sein könnte. Am freien Ende grenzt die Blaskerze 12 an die Spinndüse 5 an. Die Blaskerze 12 ist konzentrisch zu der Spinndüse 5 gehalten, so dass die Blaskerze 12 von einen Filamentvorhang 9 umhüllt ist. Eine aus der Spinndüse 5 extrudierte Filamentschar 7 bildet eben diesen Filamentvorhang 9. Zur Versorgung der Blaskerze 12 mit einem Kühlmedium vorzugsweise einer Kühlluft ist ein Luftkanal 17.3 an die Blaskerze 12 angeschlossen. Dieser Luftkanal 17.3 steht mit dem Gebläse 18.3 in Verbindung, durch welches der Blaskerze 12 solche Kühlluft zugeführt wird. Ringförmig und außerhalb des Filamentvorhangs 9 ist die Saugeinrichtung 10 angeordnet. Zwischen zwei Absaugbereichen 16.1, 16.2 liegt eine Trennwand 20.1. Mittels des Gebläses 18.1 wird Kühlluft aus dem Absaugbereich 16.1 abgeführt, mittels des Gebläses 18.2 jene aus dem Absaugbereich 16.2. Eine Innen-Wandung 14 der Saugeinrichtung 10 besteht aus einem Siebzylinder 19.1, welcher an den Absaugbereich 16.2 angrenzt und aus einem freien Öffnungsquerschnitt 21, welcher an den Absaugbereich 16.1 angrenzt. Der Siebzylinder 19.1 könnte aus einem Lochblech, Vlies, Schaumstoff, Siebgewebe oder einem Sintermaterial bestehen. Im Betriebszustand wird ein aufgeschmolzenes Polymer über die Spinnpumpe 2 unter hohem Druck über den Schmelzeverteiler 4 der Spinndüse 5 zugeführt. Innerhalb der Spinndüse 5 wird die Polymerschmelze durch die auf der Unterseite ausgebildete Vielzahl von Düsenbohrungen 6 gedrückt, so dass eine Vielzahl von strangförmigen Filamenten 8 entsteht. Die extrudierte Filamentschar 7 bildet den ringförmigen Filamentvorhang 9, welcher gleichmäßig von der Spinndüse 5 durch ein hier nicht dargestelltes Abzugswerk abgezogen wird. Zur Abkühlung der frisch extrudierten Filamentschar 7 wird ein Kühlmedium vorzugsweise eine Kühlluft über den Luftkanal 17.3 der Blaskerze 12 zugeführt und in den Raum innerhalb der Blaskerze 12, angrenzend an den Außen-Zylinder 13, weitergeleitet. Nun tritt das Kühlmedium gleichmäßig über den Außen-Zylinder 13 der Blaskerze 12 nach außen aus. Am äußeren Umfang der Blaskerze 12 entsteht so eine radiale Austrittsströmung, die die Kühlluft in Richtung des Filamentvorhangs 9 führt. Der Kühlluftstrom dringt in den Filamentvorhang 9 ein und nimmt dabei Wärme von den Filamenten 8 des Filamentvorhangs 9 auf, so dass sich die noch flüssigen Filamente 8 allmählich verfestigen. Auf der der Blaskerze 12 abgewandten Seite des Filamentvorhangs 9 tritt die Kühlluft wieder aus dem Filamentvorhang 9 aus und strömt in die Saugeinrichtung 10 ein. Die Kühlluft strömt, wie durch die Pfeile angedeutet, hauptsächlich radial durch den Filamentvorhang 9. Diese radiale Strömung, welche zu einer gleichmäßigen Abkühlung aller Filamente führt, ist keine Selbstverständlichkeit. Sie wird durch entsprechende Ausbildung der Innen-Wandung 14 der Saugeinrichtung 10 in Kombination mit einer passenden Einstellung der Gebläse 18.1 und 18.2 erreicht. Zwischen Luftkanal 17.2 und Absaugbereich 16.2 ist eine Lochplatte 15.1 zur Strömungsgleichrichtung angeordnet. Die Blaskerze 12 und zumindest ein Teil der Saugeinrichtung 10 sind höhenverstellbar ausgebildet. Hier ist der untere Absaugbereich 16.2 mit den zugehörigen Anschlüssen verfahrbar ausgebildet, so dass eine Wartung, ein Austausch oder eine Reinigung der Spinndüse 5 ermöglicht wird.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Da es weitestgehend mit dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 übereinstimmt, wird hier nur auf die Änderungen eingegangen. Es werden, soweit im Folgenden nicht explizit anders beschrieben, gleiche Bezugszeichen verwendet. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel, weist das zweite Ausführungsbeispiel drei Absaugbereiche 16.1, 16.2 und 16.3 auf. Der untere Absaugbereich aus dem ersten Ausführungsbeispiel ist hier in die Absaugbereiche 16.2 und 16.3 unterteilt. Diese beiden Absaugbereiche entstehen durch die Verwendung zweier Siebzylinder 19.1 und 19.2, welche unterschiedliche Perforationen bzw. Strömungswiederstände aufweisen. Obwohl zur Abführung der Kühlluft aus den Absaugbereichen 16.2 und 16.3 nur ein Gebläse 18.2 zu Verfügung steht, wird aufgrund der unterschiedlichen Strömungswiederstände die Kühlluft unterschiedlich stark abgesaugt. Eine weitere Möglichkeit bestünde darin, anstatt der zwei Siebzylinder 19.1 und 19.2, einen Siebzylinder zu verwenden, welcher Bereiche unterschiedlicher Perforation aufweist.
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In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Da es in vielen Teilen mit dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 übereinstimmt, wird hier nur auf die Änderungen eingegangen. Es werden, soweit im Folgenden nicht explizit anders beschrieben, gleiche Bezugszeichen verwendet. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel, weist das dritte Ausführungsbeispiel drei Absaugbereiche 16.1, 16.2 und 16.3 auf. Der untere Absaugbereich aus dem ersten Ausführungsbeispiel ist hier in die Absaugbereiche 16.2 und 16.3 unterteilt. Diese beiden Absaugbereiche 16.2 und 16.3 entstehen durch die Verwendung einer zweiten Trennwand 20.2. Zwei Siebzylinder 19.1 und 19.2 sind Teil der Innen-Wandung 14 der Saugeinrichtung 10, wobei der Siebzylinder 19.1 dem Absaugbereich 16.2 und der Siebzylinder 19.2 dem Absaugbereich 16.3 zugeordnet ist. Um die Kühlluft aus dem Absaugbereich 16.3 abzuführen, sind eine weitere Lochplatte 15.2, ein weiterer Luftkanal 17.4 und ein zusätzliches Gebläse 18.4 an diesen Absaugbereich 16.3 angeschlossen. Durch diese drei Gebläse 18.1, 18.2 und 18.4, welche Kühlluft aus der Saugeinrichtung 10 abführen, bestehen besonders gute Möglichkeiten den Kühlluftstrom im Innern des Filamentvorhangs 9 derart zu beeinflussen, dass alle Filamente 8 gleichmäßig abgekühlt werden.
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Die in den 1–3 dargestellten Aufteilungen in die dargestellten Absaugbereiche sind lediglich beispielhaft. Der Anzahl der Absaugbereiche sind keine Grenzen gesetzt. Ebenso können die verschiedenen Arten der Abgrenzungen der Absaugbereiche zueinander (Trennwand, unterschiedliche Siebzylinder usw.) beliebig miteinander kombiniert werden. Durch entsprechende Wahl der Komponenten ist am luftdurchlässigen Teil der Innen-Wandung 14 der Saugeinrichtung 10 jedes gewünschte bzw. erforderliche Strömungsprofil einstellbar.
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Des Weiteren könnten sowohl der luftdurchlässige Bereich der Innen-Wandung 14 der Saugeinrichtung 10, wie auch der luftdurchlässige Bereich des Außen-Zylinders 13 der Blaskerze 12 andere Formen aufweisen. Es wäre z. B. eine konische Form denkbar, welche so ausgeprägt ist, dass der durchströmte Bereich der Innen-Wandung 14 und der des Außen-Zylinders 13 parallel zu den Filamenten 8 verläuft.
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Ebenfalls bespielhaft dargestellt ist die Anzahl der Düsenbohrungen 6 bzw. die Anzahl der Reihen, in welchen sie angeordnet sind. In den Zeichnungen sind der Übersichtlichkeit halber sechs Reihen dargestellt, dies können aber durchaus weniger oder insbesondere mehr Reihen sein.
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Mittels der oben beschriebenen Vorrichtungen ist eine Produktion von Stapelfasern besonders hoher Qualität und Gleichmäßigkeit möglich. Zur Herstellung solcher Stapelfasern werden die Filamente nach der Abkühlung zunächst verstreckt im Anschluss gekräuselt und zuletzt geschnitten. Solche Stapelfasern dienen z. B. in der Textilindustrie als Ersatz von Baumwollfasern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006104600 A2 [0002, 0002, 0002]
