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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden ist es allgemein bekannt, dass eine Mehrzahl von Filamentsträngen nach dem Extrudieren durch eine Spinndüse in einen nachgeordneten Kühlschacht geführt werden, damit das thermoplastische Material der Filamente sich verfestigt und somit die Filamentstränge zu dem multifilen Faden zusammengeführt werden. Beim Extrudieren einer Schmelze aus einem Polyamid treten jedoch unmittelbar beim Ausspinnen ungewünschte flüchtige Bestandteile wie Monomere und Oligomere auf, die zu Ablagerungen und Verschmutzungen des Kühlschachtes führen. Um derartige Ablagerungen und Verschmutzungen zu vermeiden, ist es üblich, die unmittelbar unterhalb der Spinndüse vorhandene Atmosphäre eines Spinnraumes zu besaugen. Zudem ist es bekannt, die Atmosphäre in dem Spinnraum unterhalb der Spinndüse mit einem Dampf zu konditionieren, um die beim Extrudieren auftretenden Abgase zu binden und mit dem Dampf gemeinsam abführen zu können.
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Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid ist aus der
DE 198 30 453 A1 bekannt.
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Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung wird hierzu ein überhitzter Dampf unmittelbar an die Unterseite der Spinndüse in den Spinnraum eingeleitet. Damit lässt sich im wesentlichen eine Ablagerung der flüchtigen Bestandteile an der Unterseite der Spinndüse verlangsamen. Der Dampf und die beim Extrudieren auftretenden Abgase werden gemeinsam über eine Absaugeinrichtung kontinuierlich abgesaugt.
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Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung weisen sowohl die Abgase als auch der überhitzte Dampf hohe Temperaturen auf, die das Binden und Einlagern der Monomere und Oligomere kaum ermöglicht. Insoweit lassen sich auch Ablagerungen der Monomere und Oligomere beim Erkalten der Abgase nicht vermeiden.
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Aus der
DE 3406347 A1 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid bekannt, bei welchem an der Innenwand eines Spinnschachtes ein Wasserschleier erzeugt wird, der an einem Auslassende des Spinnschachtes kontinuierlich abgesaugt wird. Hierdurch werden die im Innern des Spinnschachtes auftretenden Abgase aufgenommen, so dass sich die Monomere möglichst mit dem Wasser verbinden und neutralisiert werden können. Bei diesem bekannten Verfahren und bei dieser bekannten Vorrichtung sind allerdings relativ große Wassermengen erforderlich, um einen kontinuierlichen Wasserschleier an der Innenwand des Spinnschachtes zu erzeugen. Hinzu kommt die Problematik der Wasseraufbereitung.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass die beim Extrudieren auftretenden Abgase in Form von Monomeren und Oligomeren im hohen Grade direkt beim Ausspinnen der Filamentstränge neutralisiert werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, dass Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid derart zu beeinflussen, dass eine hohe Gleichmäßigkeit in den physikalischen Eigenschaften der Filamentstränge erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Der Erfindung liegen die Erkenntnisse zugrunde, dass sich Monomere im Wasser binden und dass Polyamidfäden ein hycroskopisches Verhalten aufzeigen und insbesondere zur Ausbildung der inneren Struktur einen gewissen Wasseranteil benötigen. Allerdings ist auch bekannt, dass eine Benetzung eines Filamentes mit einem Wasser zu einer intensiven Kühlung führt. Insoweit gab es starke Vorbehalte, einer Atmosphäre eines Spinnraumes mit einem Wassernebel zu konditionieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die chemische Reaktion zur Eindiffundierung von Wasserbestandteilen den Kühleffekt verlangsamt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es nun gelungen, einerseits die beim Extrudieren auftretenden Abgase wie Monomeren und Oligomere in dem Wassernebel zu binden und andererseits das Eindiffundieren des Wassers in die Polymerketten des Polymers zu ermöglichen. Der schmelzeflüssige Zustand der Filamente bietet hierbei eine besonders hohe Diffusionsgeschwindigkeit, um das als Weichmacher fungierende Wasser in die Molekularstruktur der Filamentstränge einzubeziehen. Durch den erhöhten Wasseranteil in dem Polymer, der üblicherweise erst in verfestigtem Zustand über Präparationsfluide aufgenommen werden kann, wird eine hohe Garngleichmäßigkeit erreicht. Dies zeigt sich insbesondere durch verbesserte CV-Werte und einer gleichmäßigen Anfärbbarkeit ohne Streifigkeit.
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Die konditionierte Atmosphäre innerhalb des Spinnraumes mit dem Wassernebel ermöglicht zudem eine fast vollständige Bindung der Abgase, die gemeinsam mit dem Wassernebel abgeführt werden können.
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Um die Kühleffekte in dem Spinnraum durch den Wassernebel möglichst gering zu halten, ist die Verfahrensvariante bevorzugt ausgeführt, bei welcher der Wassernebel durch Zerstäuben eines destillierten Wassers erzeugt wird und in den Spinnraum geleitet wird. Damit lassen sich eine Vielzahl feinster Wassertröpfchen zu einem Nebel erzeugen. Somit lässt sich eine Nebeldichte realisieren, die im hohen Grad das Einbinden der Abgase ermöglicht.
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Um möglichst eine geringe Kondensationsbildung zu erhalten, werden feinste Wassertropfen mit einer Maximalgröße von 5 μm erzeugt. Damit ist gewährleistet, dass die Wassertropfen im Schwebezustand geführt werden können und nach einer Kontermination durch die Abgase sicher abgesaugt werden.
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Um bei einem intensiven Auftreten von Abgasen, beispielsweise beim Extrudieren relativ großer Filamenttiter, die Aufnahme der Abgase durch die Bindung mit Wasser noch zu verbessern, wird eine Teilmenge des Wassernebels in einen Abgasstrom der abgesaugten Atmosphäre des Spinnraumes eingeleitet. So können auch noch die sich innerhalb des Spinnraumes nicht gelösten Abgase gebunden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Abkühlung der Filamentstränge. So können die Filamentstränge innerhalb des Kühlschachtes mit einem quergerichteten Kühlluftstrom abgekühlt werden. Für eine besonders hohe Gleichmäßigkeit zur Ausbildung der physikalischen Eigenschaften hat sich jedoch die Abkühlung bewährt, bei welcher ein Kühlluftstrom radial von außen nach innen auf die Kühlluftmenge gerichtet ist. Insoweit ist die Kombination der vorzeitigen Wasseraufnahme und der gleichmäßigen Kühlung besonders bevorzugt, um hoch qualitative Fäden aus Polyamid zu erzeugen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Konditionierungseinrichtung auf, die durch einen Wassernebelerzeuger gebildet ist, wobei ein erzeugter Wassernebel direkt dem Ausspinnschacht zuführbar ist. Insoweit kann die Atmosphäre des Spinnraumes innerhalb des Ausspinnschachtes kontinuierlich konditioniert werden.
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Um feine oder feinste Wassertropfen zur Bildung des Wassernebels zu erhalten, weist der Wassernebelerzeuger zumindest ein Piezoelement zum Zerstäuben eines destillierten Wassers auf. Damit lassen sich sehr hochfrequente Schwingungen zur mechanischen Zerstäubung des Wassers realisieren.
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Die Zufuhr des Wassernebels in den Ausspinnschacht erfolgt zumindest über eine seitliche Einlassöffnung, an welchem ein Nebelkanal zur Anbindung an den Nebelerzeuger angeschlossen ist.
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Damit der mit den Abgasen konterminierte Wassernebel kontinuierlich aus dem Spinnraum abgeführt werden kann, weist der Ausspinnschacht zumindest eine Auslassöffnung auf, an welchem ein mit der Absaugeinrichtung verbundener Abluftkanal angeschlossen ist.
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Die Aufnahme und das Einbinden einer größeren Abgasmenge lässt sich noch dadurch verbessern, indem der Nebelkanal über eine Ablassöffnung direkt mit dem Abluftkanal verbunden ist. Insoweit kann eine Teilmenge des Wassernebels direkt in den Abluftkanal geführt werden.
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Um eine vorzeitige Abkühlung der Filamentstränge innerhalb des Spinnschachtes zu vermeiden, ist zudem die Länge des Spinnschachtes begrenzt. Insoweit wird die erfindungsgemäße Weiterbildung der Vorrichtung bevorzugt verwendet, bei welcher der Ausspinnschacht sich in Fadenlaufrichtung über eine Länge im Bereich von max. 100 mm erstreckt. Größere Längen des Ausspinnschachtes führen bei kontinuierlicher Zufuhr eines Wassernebels zu ungewünschten Kühleffekten.
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Der unterhalb des Ausspinnschachtes angeordnete Kühlschacht kann sowohl zur Erzeugung quergerichteter Kühlluftströme oder zur Erzeugung radialgerichteter Kühlluftströme ausgebildet sein. Bevorzugt lässt sich jedoch der Kühlschacht durch zumindest einen Kühlzylinder mit einer gasdurchlässigen Zylinderwand ausbilden, der innerhalb einer Blaskammer angeordnet ist. Insoweit wird eine gleichmäßige Abkühlung der Filamentstränge erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid ist insbesondere geeignet, um sogenannte vollverstreckte Fäden (FDY) zu erzeugen. Grundsätzlich lassen sich jedoch auch alle gängigen Fadentypen aus Polyamid damit herstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens
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2 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens
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In 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens aus einem Polyamid. Hierbei sind nur die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Maschinenteile gezeigt. So weist das Ausführungsbeispiel eine Spinneinrichtung 1, eine Konditionierungseinrichtung 9, eine Absaugeinrichtung 10 und eine Abkühleinrichtung 11 auf. Die Spinneinrichtung 1 umfasst einen beheizten Spinnbalken 3, der an seiner Unterseite eine Spinndüse 2 trägt. Die Spinndüse 2 ist über eine hier nicht näher dargestellte Spinnpumpe mit einem Schmelzezulauf 4 verbunden. An der Unterseite der Spinndüse 2 ist eine Düsenplatte 5 vorgesehen, die eine Vielzahl von Düsenbohrungen 6 aufweist, um eine Vielzahl von Filamentsträngen aus einer Polyamidschmelze zu extrudieren.
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Unmittelbar unterhalb des Spinnbalkens 3 schließt sich ein Ausspinnschacht 7 an, der einen gegenüber die Umgebung abgeschirmten Spinnraum 8 bildet. Der Spinnraum 8 ist mit der Konditioniereinrichtung 9 verbunden, um die Atmosphäre innerhalb des Spinnraumes 8 zu konditionieren. Die Konditioniereinrichtung 9 ist durch einen Wassernebelerzeuger 13 gebildet. Der Wassernebelerzeuger 13 enthält ein Piezoelement 14, mit welchem ein destilliertes Wasser zu feinsten Wassertröpfchen mit einer Tropfengröße von maximal 5 μm zerstäubt wird. Das destillierte Wasser ist in einem Wasserbehälter 15 vorgehalten.
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Das durch den Wassernebelerzeuger 13 erzeugte Wassernebel wird über einen Nebelkanal 17 geführt, der über eine Einlassöffnung 16 am Ausspinnschacht 7 in den Spinnraum 8 mündet.
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An einer gegenüberliegenden Seite des Ausspinnschachtes 7 ist eine Auslassöffnung 18 vorgesehen, an welchem ein Abluftkanal 19 angeschlossen ist. Der Ablaufkanal 19 ist mit der Absaugeinrichtung 11 verbunden.
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Unterhalb des Ausspinnschachtes 7 schließt sich unmittelbar ein Kühlschacht 12 der Abkühleinrichtung 11 an. Der Kühlschacht 12 ist an seinen Stirnenden offen, um die Vielzahl der Filamentstränge nach dem Extrudieren aufnehmen zu können.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kühlschacht 12 durch einen Kühlzylinder 23 gebildet, der eine gasdurchlässige Zylinderwand aufweist. Der Kühlzylinder 23 ist innerhalb einer Blaskammer 21 angeordnet. Die Blaskammer 21 ist über ein Lochblech 25 mit einer Verteilkammer 24 verbunden. Die Verteilkammer 24 ist über ein Kühlluftanschluss 26 mit einer Kühlluftquelle gekoppelt. Dabei wird in die Verteilkammer 24 in koaxialer Verlängerung des Kühlzylinders 23 durch einen Rohrstutzen 30 durchdrungen. Der Rohrstutzen 30 bildet einen Auslauf der Abkühleinrichtung 11.
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Unterhalb der Abkühleinrichtung 11 ist ein Sammelfadenführer 27 vorgesehen, welcher die Vielzahl der Filamentstränge zu einem Faden zusammenführt.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einem Betriebszustand gezeigt. Während des Betriebes wird über den Wassernebelerzeuger 13 kontinuierlich ein Wassernebel 29 erzeugt und in den Spinnraum 8 unterhalb der Spinndüse 2 eingeleitet. Der Spinnraum 8 wird gleichzeitig durch die Absaugeinrichtung 10 besaugt, so dass ein kontinuierlicher Abluftstrom über die Auslassöffnung 18 aus dem Spinnraum abgeführt wird.
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Parallel wird über die Spinndüse 2 eine Vielzahl von Filamentsträngen 28 kontinuierlich aus einer Polyamidschmelze extrudiert. Die dabei freiwerdenden Abgase in Form von Monomeren und Oligomeren treten in den Spinnraum 8 ein und werden in dem Wassernebel gelöst. Der mit den Abgasen belastete Wassernebel wird aus dem Spinnraum 8 gesaugt und abgeführt.
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Die innerhalb des Spinnraumes 8 unmittelbar auf die Filamentstränge auftretenden Wassertröpfchen des Wassernebels führen gleichzeitig zu einer Wasseraufnahme des Polymermaterials. Durch das mikroskopische Verhalten von Polyamid und dem noch schmelzflüssigen Zustand der Filamentstränge erfolgt eine intensive Diffusion, so dass sich die Wassermoleküle in die Molekularstruktur des Polymers einbettet. Hierbei wirkt das Wasser als Weichmacher und wirkt insbesondere unterstützend bei weiteren Verformungen und die damit einhergehenden Strukturbildungen bei der Herstellung des Fadens. Ein hoher Anteil an Wasser führt zur Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften im Faden, so dass bessere CV-Werte sowie gute Anfärbeeigenschaften erreichbar sind. Das frühzeitige Eindiffundieren der Wasserbestandteile in die Polymerketten führt insbesondere zu einer gleichmäßigen Verstreckung der Filamentstränge bei der Herstellung von sogenannten vollverstreckten Fäden (FDY).
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Insoweit ist die Erfindung sowohl zur Beseitigung von den ungewünschten Abgasen beim Extrudieren von Polyamid als auch zur Wasseraufnahme der Filamentstränge geeignet. Die überlagerten Effekte wirken sich positiv auf die Lebensdauer der Vorrichtung und auf die Qualität der Fadenerzeugung aus.
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Innerhalb des Kühlschachtes 12 werden die Filamentstränge 28 mit einem radial von außen nach innen durch den Kühlzylinder 23 geleitete Kühlluft abgekühlt. So werden die Filamentstränge von allen Seiten rundherum mit einer Kühlluft beaufschlagt, so dass eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamentstränge bei vorgegebener Kühlstrecke erreicht wird.
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Nachdem die Filamentstränge 28 sich verfestigt haben, werden diese durch den Sammelfadenführer 27 zu einem Faden 31 zusammengeführt.
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Die Ausbildung des Ausspinnschachtes 7 sowie der Abkühleinrichtung 11 unterhalb der Spinneinrichtung 1 ist beispielhaft. Grundsätzlich werden in Praxis eine Vielzahl von Spinndüsen an einem Spinnbalken angeordnet. Insoweit erstreckt sich der Ausspinnschacht 7 bevorzugt über mehrere Spinndüsen. So ist es auch möglich, dass der Ausspinnschacht 7 über seine Länge mehrere Einlassöffnungen 16 und mehrere Auslassöffnungen 18 aufweist, um das Einleiten des Wassernebels und das Absaugen des Abluftstromes zu gewährleisten.
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Ebenso ist die Ausbildung des Kühlschachtes bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels bespielhaft. In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines Fadens aus Polyamid schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach 1 insbesondere in der Ausbildung des Ausschnittschachtes 7 und in der Ausbildung der Abkühleinrichtung 11. Die Spinneinrichtung 1 ist identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle hierzu keine weitere Erläuterung erfolgt.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Ausspinnschacht 7 zwei sich gegenüberliegende Einlassöffnungen 16 ausgebildet, an denen jeweils ein Nebelkanal 17 angeschlossen ist. Der Nebelkanal 17 ist mit der Konditioniereinrichtung 9 verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist.
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Auf einer Abluftseite 32 ist eine Abluftkammer 33 unterhalb eines der Nebelkanäle 17 angeordnet. Die Abluftkammer 33 ist über eine Auslassöffnung 18 mit dem Spinnraum 8 des Ausspinnschachtes 7 verbunden. Der Auslassöffnung 18 ist in Flussrichtung des Abluftstromes eine Ablassöffnung 20 vorgeordnet, die an einer Unterseite des Nebelkanals 17 ausgebildet ist. Insoweit wird unmittelbar über die Ablassöffnung 20 am Nebelkanal 17 eine Teilmenge des Wassernebels in den Ablassstrom geleitet. Die Abluftkammer 33 ist über einen Abluftkanal 19 mit einer Absaugeinrichtung 10 verbunden.
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Unterhalb des Ausspinnschachtes 7 ist ein Kühlschacht 12 einer Abkühleinrichtung 11 angeordnet. Der Kühlschacht 12 wird in diesem Fall durch eine Vertikal angeordnete Blaswand 22 und seitlicher hier nicht näher dargestellte Seitenwände 34 begrenzt. Der Blaswand 22 ist eine Blaskammer 21 zugeordnet, die über einen Kühlluftanschluss 26 mit einer Kühlluftquelle gekoppelt ist.
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Unterhalb des Kühlschachtes 12 ist ein Sammelfadenführer 27 vorgesehen, um die Filamentstränge 28 zu einem Faden 31 zusammenzuführen.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein durch den Wassernebelerzeuger 13 kontinuierlich erzeugter Wassernebel über zwei Einlassöffnungen 16 im Ausspinnschacht 7 dem Spinnraum 8 zugeführt. Die Einlassöffnungen 16 sind vorzugsweise gegenüberliegend und in unterschiedlichen Höhen am Ausspinnschacht 7 angeordnet. Damit wird eine relativ gleichmäßige Befüllung des Spinnraumes 8 mit einem Wassernebel erreicht, um insbesondere das Aufnehmen der Abgase zu intensivieren.
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Darüberhinaus wird auf der Abluftseite 32, an welcher die Auslassöffnung 18 zum Absaugen des Abluftstromes ausgebildet ist, eine zusätzliche Teilemenge des Wassernebels über eine Ablassöffnung 20 am Nebelkanal 17 unmittelbar dem Abluftstrom zugeführt. Insoweit können darin noch nicht gelöste Abgase aufgenommen werden, so dass vorzeitige Ablagerungen von Monomeren und Oligomere vermieden werden. Darüberhinaus wirkt ein durch die Blaswand 22 gleichgerichteter Kühlluftstrom unterstützend, um in dem Übergangsbereich mögliche Grenzströme durch die Absaugeinrichtung 10 aufnehmen zu können. Die Abkühlung der Filamente innerhalb des Kühlschachtes 12 erfolgt somit durch einen quergerichteten Kühlluftstrom.
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Die in 2 dargestellte Vorrichtung zum Schmelzspinnen ist ebenfalls besonders geeignet, um einen Ausspinnschacht 7 und einen Kühlschacht 12 über mehrere nebeneinander angeordnete Spinndüsen auszudehnen. Hierbei erstreckt sich die Abluftkammer 33 parallel zur Länge des Ausspinnschachtes 7.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind daher besonders geeignet, um Polyamidfäden in einem Schmelzspinnprozess herzustellen. Durch das Binden und Lösen der Abgase während des Extrusionsvorganges können die Reinigungszyklen der Vorrichtungsteile wie z. B. der Unterseite der Spinndüse wesentlich verlängert werden, so dass die Produktivität erheblich gesteigert wird. Darüberhinaus wird durch die frühzeitige Wasseraufnahme des Polymermaterials eine hohe Vergleichmäßigung bei der Ausbildung der physikalischen Eigenschaften an den Filamentsträngen erreicht. So lassen sich alle gängigen Fadentypen aus Polyamid vorteilhaft damit herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19830453 A1 [0003]
- DE 3406347 A1 [0006]
