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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen eines synthetischen Fadens für technische Anwendungszwecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines synthetischen Fadens für technische Anwendungszwecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Fadens für technische Anwendungszwecke sind aus der
DE 10 2010 048 219 A1 bekannt. Hier sind drei Spinndüsen dargestellt, aus welchen jeweils ein Faden extrudiert wird. Nach einer Abkühlung und einer Präparation der Fäden werden diese mittels einer Behandlungseinrichtung verstreckt und relaxiert. Die Behandlungseinrichtung besteht dazu aus mehreren Galettenduos. Ein jeder Faden wird mehrmals um zwei Galetten eines Galettenduos geschlungen. Dazu sind zwei Achsen der beiden Galetten eines Galettenduos geneigt zueinander angeordnet. Der Drehsinn der zwei Galetten eines Galettenduos ist gleich. Wenn ein Faden über die Oberfläche einer Galette geführt wird, so weist er eine der Galette zugewandte Fadenunterseite und eine der Galette abgewandte Fadenoberseite auf. Bei der hier dargestellten Mehrfachumschlingung um die beiden Galetten eines Galettenduos wird ein jeder Faden auf beiden Galetten mit dergleichen Fadenseite, nämlich der Fadenunterseite, geführt. Da die Galetten zur Wärmebehandlung der Fäden beheizt ausgeführt sind, erfolgt eben diese Erwärmung der Fäden immer von derselben Seite innerhalb eines Galettenduos. Dieser Umstand führt zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Fäden und somit auch zu einer ungleichmäßigen Verstreckung beziehungsweise Relaxierung. Die maximal erreichbare Fadenqualität weißt deswegen eine obere Grenze auf. In der Vorrichtung aus der
DE 10 2010 048 219 A1 sind vier Streckgalettenduos und ein Relaxiergalettenduo angeordnet. In der folgenden Beschreibung werden die Galettenduos in Richtung des Fadenlaufes durchnummeriert. Um eine bessere Erwärmung der Fäden zu erreichen, werden das erste und das zweite Streckgalettenduo mit entgegengesetztem Drehsinn betrieben. So werden die Fäden mittels des zweiten Streckgalettenduos von der gegenüberliegenden Seite des Fadens her erwärmt, als das beim ersten Streckgalettenduo der Fall ist. Die Drehrichtungen der weiteren Galetten bis hin zur letzten Galette unterscheiden sich nicht mehr von der Drehrichtung der Galetten des zweiten Streckgalettenduos, so dass der Faden ab dem zweiten Streckgalettenduo immer von derselben Seite her beheizt wird. Des Weiteren liegt bei einer derartigen Mehrfachumschlingung der Fäden um die zwei Galetten eines Galettenduos der Umschlingungswinkel um eine jede Galette bei lediglich 180°. Eine kleine Kontaktlänge zwischen Faden und Galettenoberfläche wirkt sich negativ auf die maximal mögliche Streckkraft aus, welche mittels Galettenduos auf diesen Faden aufgebracht werden kann, ohne dass dieser über die Oberfläche der Galetten rutscht.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mittels welcher ein synthetischer Faden für technische Anwendungszwecke besonders gleichmäßig und schnell behandelt, das heißt verstreckt und relaxiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, wobei ein Faden die beiden Galetten eines Galettenduos wechselseitig umschlingt und wobei diese beiden Galetten mit jeweils unterschiedlicher Drehrichtung rotieren. So wird der Faden mittels eines Kreuzschlages mehrfach um die zwei Galetten eines Galettenduos geschlungen. Dabei wird der Faden im ständigen Wechsel von zwei gegenüberliegenden Seiten von den Galetten kontaktiert somit auch temperiert. Die eine Galette eines Galettenduos führt den Faden von der einen Seite her, die andere Galette führt den Faden von der gegenüberliegenden Seite. So entsteht ein besonders großer Umschlingungswinkel des Fadens um die Galetten. Aufgrund dieses größeren Umschlingungswinkels um die Galetten, entsteht eine größere Kontaktlänge zwischen der Oberfläche der Galetten im Gegensatz zu einer Mehrfachumschlingung um zwei Galetten gleicher Größe, welche gleichsinnig rotieren. Aufgrund dieses größeren Umschlingungswinkels bzw. der größeren Kontaktlänge entsteht eine größere Reibkraft zwischen der Oberfläche der Galetten und dem Faden, so dass dieser Faden stärker verstreckt werden kann. Die wechselseitige Mehrfachumschlingung führt insbesondere im Falle von beheizten Galetten zu einer besonders gleichmäßigen Wärmebehandlung des Fadens, da der Faden von zwei gegenüberliegenden Seiten aus temperiert wird. Aufgrund dieser gleichmäßigen Wärmebehandlung können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gleichmäßige Fadeneigenschaften und somit eine besonders hohe Qualität des Fadens erreicht werden. Des Weiteren kann der Faden mittels der beschriebenen Fadenführung sehr schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Zum einen wegen der wechselseitigen Wärmebehandlung, zum anderen auch durch die lange Kontaktzeit zwischen dem Faden und den Galettenoberflächen, welche durch die großen Umschlingungswinkel entsteht. Eine Wärmebehandlung erfolgt dabei vorteilhafterweise mit beheizten Galetten, im Falle einer Abkühlung z. B. bei einer Relaxationsbehandlung sind aber auch unbeheizte Galetten denkbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Faden aus einer Vielzahl von Filamenten gebildet. Diese werden aus einer Spinndüse extrudiert. Dazu ist in der Spinndüse eine Vielzahl von Düsenbohrungen eingebracht, welche über Schmelzeleitungen mit einer Schmelzequelle in Verbindung stehen. Derartige Fäden für technische Anwendungszwecke können in vielen Bereichen zum Einsatz kommen, zum Beispiel in Airbags, Sicherheitsgurten, Reifen-Cords oder Riemen. Solche Fäden für technische Anwendungszwecke werden in der Praxis häufig als IDY (Industrial Yarn) oder als technisches Garn bezeichnet.
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Vorzugsweise wird der Faden mittels eines Abzugsgalettenduos von der Spinndüse abgezogen. Im weiteren Verlauf wird der Faden mittels zumindest zweier Streckgalettenduos verstreckt und mittels zumindest eines Relaxiergalettenduos relaxiert. Abschließend wird der Faden auf einem Spulkopf zu einer Spule aufgewickelt. So ist es möglich, die hohen Qualitätsanforderungen zu erreichen, welche von Nöten sind, wenn das IDY zum Beispiel in Airbags oder Sicherheitsgurten zum Einsatz kommen soll. Dabei kann ein technisches Garn mit besonders hoher Festigkeit und geringem Schrumpf oder mit besonders hohem E-Modul und geringem Schrumpf hergestellt werden.
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Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, in welcher eine Antriebseinrichtung eines Galettenduos derart ausgeprägt ist, dass die beiden Galetten dieses Galettenduos mit jeweils unterschiedlicher Drehrichtung antreibbar sind. So ist der Faden mittels wechselseitiger Umschlingung um die beiden Galetten des Galettenduos führbar. Aufgrund der wechselseitigen Umschlingung entsteht ein großer Umschlingungswinkel um die beiden Galetten, welcher deutlich größer als 180° ist. Dieser große Umschlingungswinkel bewirkt, dass große Verstreckkräfte auf den Faden aufgebracht werden können, ohne dass der Faden über die Oberflächen der Galetten rutscht. Ein solches Rutschen ist auf jeden Fall zu vermeiden, da es zu unkontrollierbaren Prozesszuständen und somit auch zu schlechter Garnqualität führen würde. Des Weiteren wird der Faden von den Galetten von beiden Seiten aus kontaktiert und nicht nur von einer Seite. So verbessert sich der Wärmeübergang zwischen Faden und Galetten und der Faden kann besonders schnell und besonders gleichmäßig auf die zur Behandlung notwendigen Temperaturen eingestellt werden.
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Die Antriebseinrichtung besteht vorzugsweise aus zwei Motoren. Die Antriebseinrichtung dient dazu, die beiden Galetten eines Galettenduos in Rotation zu versetzen. Aufgrund der heutzutage sehr geringen Anschaffungskosten für Elektromotoren weist eine solche Anordnung wirtschaftliche Vorteile gegenüber einer Kombination aus einem einzelnen Motor und zugehörigen Getriebe auf. Weiterhin entsteht bei der Verwendung von zwei Motoren jeweils eine kompakte Baueinheit aus Galette und zugehörigem Motor, welche sehr flexibel einsetzbar ist. Solch eine kompakte Baueinheit kann sehr einfach zwischen verschiedenen Positionen in der Anlage ausgetauscht werden. So können auch Zeit und Kosten in der Konstruktion eingespart werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei Achsen der beiden Galetten eines Galettenduos derart geneigt zueinander angeordnet, dass sich diese beiden Achsen in ihrer virtuellen Verlängerung schneiden. So wird sichergestellt, dass sich der Faden bei der mehrfachen Umschlingung um die beiden Galetten nicht selbst in die Quere kommt. Nach einer jeden Umschlingung wird der Faden nämlich an einer jeden Galette an einer axial versetzten Position geführt. Der Faden wandert so bei jeder Umschlingung zu einem auskragenden Ende der Galette hin. Bei der hier dargestellten Anordnung wird von zylindrischen Galetten ausgegangen. Alternativ dazu könnten auch parallele Galettenachsen und konische Galetten verwendet werden. Die zwei Achsen von zwei Galetten eines Galettenduos wie es in der
DE 10 2010 048 219 A1 gezeigt ist, sind für gewöhnlich windschief zueinander angeordnet, um den oben beschriebenen sogenannten Fadenversatz zu erreichen. Eine solche windschiefe Anordnung würde aber bei der hier umgesetzten Kreuzschlagumschlingung zu einer Kollision des Fadens mit sich selbst führen.
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Ein sich zwischen diesen beiden Achsen ausbildender Winkel beträgt vorzugsweise einen Wert zwischen 4° und 20°. In diesem Bereich liegt der optimale Kompromiss zwischen der Sicherheit, dass sich der Faden nicht selbst touchiert und der Forderung nach einer möglichst kurzen Galette in Bezug auf deren axiale Länge. Je länger eine Galette ist, desto teurer ist ihre Herstellung und desto größer sind auch die mechanischen Belastungen auf die Galette im Betrieb der Anlage.
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Ein Abstand der beiden Galetten eines Galettenduos zueinander beträgt vorteilhafterweise 400 mm bis 1.000 mm. Gemessen wird dieser Abstand zwischen den beiden Achsen der Galetten an einer Trägerwand. An dieser Trägerwand, welche mit einem Maschinengestell verbunden ist, sind die beiden Galetten gelagert. So ist sichergestellt, dass zwischen den beiden Galetten genügend Platz bleibt, um den Faden beim Fadenanlegen zu Prozessstart mittels einer Saugpistole zu führen. Des Weiteren kann sich die Temperatur des Fadens vergleichmäßigen, wenn sich dieser im Zwischenraum zwischen den beiden Galetten befindet. Der oben genannte Abstand in Kombination mit üblichen Galettendurchmessern von 200 mm–280 mm und üblichen Rotationsgeschwindigkeiten führt zu einer optimalen Vergleichmäßigung der Temperatur.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Galetten zumindest eines Galettenduos beheizt ausgeführt. So kann der auf den Galetten geführte Faden auf die zur Behandlung notwendige Temperatur gebracht werden. Um den Faden zwischen zwei Galettenduos zu Verstrecken oder zu Relaxieren wird er sinnvollerweise mittels des im Fadenlauf vorgeordneten Galettenduos erwärmt oder gekühlt.
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Um den Wärmeverlust zu begrenzen, sind die beiden Galetten zumindest eines Galettenduos innerhalb eines Heizkastens angeordnet. Solche Heizkästen weisen isolierte Wände auf und umschließen ein Galettenduo komplett. So wird ein Wärmeübergang von den Galetten zur Umgebung durch Strahlung und Konvention auf ein Minimum reduziert.
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Mittels der oben dargestellten Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ist es möglich, insbesondere sehr hochwertiges IDY besonders wirtschaftlich herzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels 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 Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 schematisch eine Ansicht auf die beiden Galetten eines Galettenduos von unten
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In 1 ist schematisch eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Aus einer Spinndüse 3 wird bei Betrieb der Anlage eine Vielzahl von Filamenten extrudiert. Dazu wird der Spinndüse 3 ein synthetisches Polymer in flüssiger Form und unter Druck stehend zugeführt. Dazu werden für gewöhnlich ein Extruder und eine Spinnpumpe verwendet. Als synthetische Polymere sind viele verschiedene Materialien denkbar, insbesondere zu nennen sind hierbei Polyethylenterephthalat und Polyamid. Nachdem die Filamente die Spinndüse 3 verlassen haben, werden sie zunächst abgekühlt, was hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Nachfolgend werden die Filamente mittels eines Präparationsfluids behandelt. Dazu dient eine erste Präparationswalze 4.1, ein Niederhalter 5 und eine zweite Präparationswalze 4.2. Mittels des Niederhalters 5 wird sichergestellt, dass die Filamente mit ausreichendem Kontakt über die Oberflächen der beiden Präparationswalzen 4.1 und 4.2 geführt werden. Zwischen der zweiten Präparationswalze 4.2 und einem Abzugsgalettenduo 8.1 ist ein Sammelfadenführer 6 angeordnet, mittels welchem die Vielzahl der Filamente zu einem Faden 1 zusammengefasst wird. Das Abzugsgalettenduo 8.1 dient dazu, den Faden 1 aus der Spinndüse 3 abzuziehen, wobei ein sogenannter Spinnverzug entsteht. Das Abzugsgalettenduo 8.1 ist neben einem ersten Streckgalettenduo 8.2, einem zweiten Streckgalettenduo 8.3, einem ersten Relaxiergalettenduo 8.4 und einem zweiten Relaxiergalettenduo 8.5 Teil einer Behandlungseinrichtung 7, in welcher der Faden 1 abgezogen, verstreckt und relaxiert wird. Ein jedes dieser Galettenduos besteht aus zwei Galetten 9.1 und 9.2, 9.3 und 9.4, 9.5 und 9.6, 9.7 und 9.8 und 9.9 und 9.10, welche jeweils mit einem rückseitig angeordneten Motor angetrieben werden. Dabei rotieren die beiden Galetten eines Galettenduos mit jeweils unterschiedlicher Drehrichtung, wie durch die Pfeile auf den Stirnseiten der Galetten 9.1–9.10 symbolisiert wird. Die Galetten 9.3–9.10 sind beheizt ausgeführt. Zur Verminderung des Wärmeverlustes sind diese Galetten 9.3–9.10 in Heizkästen 17.1–17.4 positioniert. Jeweils ein Galettenduo 8.1, 8.2, 8.3 oder 8.4 ist dabei innerhalb eines Heizkastens 17.1, 17.2, 17.3 oder 17.4 angeordnet. Alle bisher benannten Aggregate zur Bildung eines Fadenlaufes sind an einem Maschinengestell 2 gehalten. Unterhalb der Behandlungseinrichtung 7 ist ein Spulkopf 18 angeordnet, mittels welchem der Faden 1 zu einer Spule aufgewickelt wird. Um den Faden 1 bei Betrieb der Anlage zu verstrecken, rotieren die beiden Galetten 9.3 und 9.4 des ersten Streckgalettenduo 8.2 mit höherer Geschwindigkeit als die beiden Galetten 9.1 und 9.2 des Abzugsgalettenduos 8.1. Weiterhin rotieren die beiden Galetten 9.4 und 9.5 des zweiten Streckgalettenduos 8.3 mit höherer Geschwindigkeit als die beiden Galetten 9.3 und 9.4 des ersten Streckgalettenduos 8.2, um den Faden 1 einer zweiten Streckbehandlung zu unterziehen. Die nachfolgenden Galetten 9.7–9.10 der beiden Relaxiergalettenduos 8.4 und 8.5 weisen eine im Gegensatz zum letzten Streckgalettenduo 8.3 gleich große oder sogar leicht reduzierte Geschwindigkeit auf, so dass der Faden 1 die Möglichkeit hat zu relaxieren. Der Spulkopf 18 wird derart betrieben, dass sich zwischen dem Relaxiergalettenduo 8.5 und dem Spulkopf 18 kein wesentlicher Geschwindigkeitsunterschied des Fadens 1 einstellt. Die hier dargestellte Behandlungseinrichtung 7 könnte im Sinne der Erfindung auch anders ausgeführt sein. So wäre es denkbar je nach gewünschten Fadeneigenschaften sowohl weniger, als auch mehr Galettenduos in die Behandlungseinrichtung 7 zu integrieren, als das hier der Fall ist. Üblicherweise werden bei der Produktion von IDY vier bis sechs Galettenduos verwendet, wobei auch das nicht einschränkend zu interpretieren ist. Des Weiteren wäre es denkbar, die Behandlungseinrichtung 7 aus einer Kombination aus Galettenduos mit einer erfindungsgemäßen Kreuzschlagumschlingung und konventionell umschlungenen Galettenduos, oder auch einfach umschlungenen Galetten zu bilden. Solch einfach umschlungene Galetten weisen den Vorteil auf, dass kein Fadenversatz auf den Galetten entsteht.
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Um die Kreuzschlagumschlingungen des Fadens 1 um die beiden Galetten eines Galettenduos zu veranschaulichen, ist in 2 beispielhaft und schematisch eine Ansicht auf das erste Streckgalettenduo 8.2 von unten dargestellt. Die weiteren Galettenduos sind analog aufgebaut. Bei der folgenden Beschreibung von 2 werden die gleichen Bezugszeichen wie zu 1 verwendet. Die beiden Galetten 9.3 und 9.4 sind an einer Trägerwand 16 gehalten und werden mittels zweier Motoren 15.1 und 15.2 gegensinnig angetrieben, wie durch die beiden Pfeile rechts der Galetten 9.3 und 9.4 symbolisiert wird. Diese beiden Motoren 15.1 und 15.2 bilden eine Antriebseinrichtung 14 des Streckgalettenduos 8.2. Eine Achse 10.1 der Galette 9.3 schneidet eine Achse 10.2 der Galette 9.4 in einem Schnittpunkt 11. Ein Winkel 12, welcher sich zwischen diesen beiden Achsen 10.1 und 10.2 ausbildet, weist Werte zwischen 4° und 20° auf. Ein Abstand 13 zwischen den beiden Achsen 10.1 und 10.2 beträgt an der Trägerwand 16 400 mm–1.000 mm, wobei die Durchmesser der Galetten 9.3 und 9.4 bei Werten zwischen 200 mm und 280 mm liegen. In dieser Ansicht von unten ist besonders gut der Fadenversatz zu erkennen, mittels welchem bezeichnet wird, dass der Faden 1 nach einer jeden Umschlingung mit geringerem Abstand zur Stirnseite an der Galette 9.3 bzw. 9.4 geführt wird, als dies bei der vorherigen Umschlingung der Fall war. Die Richtung des Fadenlaufes wird durch die Pfeile am Faden 1 in der Mitte zwischen den beiden Galetten 9.3 und 9.4 dargestellt. Nachdem der Faden 1 in das Streckgalettenduo 8.2 eingelaufen ist, wird er am oberen Umfang der Galette 9.3 geführt, wobei er in dieser Ansicht von unten von der Galette 9.3 verdeckt wird. Im Folgenden überwindet der Faden 1 den Zwischenraum zwischen den beiden Galetten 9.3 und 9.4. Nun umschlingt der Faden 1 die Galette 9.4 von einem unteren Umfang zu einem oberen Umfang hin. Der Umschlingungswinkel des Fadens 1 um die Galette 9.4 ist dabei deutlich größer als 180°. Analog umschlingt der Faden 1 nach einer erneuten Überwindung des Zwischenraumes zwischen den beiden Galetten 9.3 und 9.4 die Galette 9.3. Dieser Vorgang der Umschlingung der beiden Galetten 9.3 und 9.4 widerholt sich viermal, bevor der Faden 1 das Streckgalettenduo 8.2 nach oben hin verlässt. Deswegen wird hier von einer Vierfachumschlingung und ganz allgemein von einer Mehrfachumschlingung eines Faden 1 um ein Galettenduo gesprochen. Diese Vierfachumschlingung ist beispielhaft gewählt, sowohl kleinere wie auch größere Umschlingungszahlen wie z. B. eine Sechs- oder Achtfachumschlingung sind denkbar.
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In den 1 und 2 ist lediglich die Herstellung eines einzelnen Fadens 1 für technische Anwendungszwecke gezeigt. In Produktionsanlagen sind für gewöhnlich mehrere Spinndüsen in einer Reihe in einem Spinnbalken gehalten, wobei sich diese Reihe in der Ansicht von 1 senkrecht zur Bildebene erstrecken könnte. Mittels dieser Vielzahl von Spinndüsen, 4–16 sind hier durchaus übliche Werte, werden mehrere Fäden entsprechend der Anzahl der Spinndüsen parallel zueinander extrudiert. Die Behandlungseinrichtung 7 ist derart ausgeführt, dass auch eine solche Fadenschar aus parallel zueinander geführten Fäden verstreckt und relaxiert werden kann. Die Fäden der Fadenschar werden dabei mit einem Abstand von zum Beispiel 2–6 mm an den Oberflächen der Galetten 9.1–9.10 geführt. Zu Prozessbeginn beim sogenannten Fadenanlegen kann auch eine solche Fadenschar mittels einer einzelnen Saugpistole an die Galetten 9.1–9.10 der Behandlungseinrichtung 7 angelegt werden. Der Spulkopf 18 ist bei der parallelen Herstellung mehrerer Fäden derart ausgeprägt, dass diese Vielzahl von Fäden parallel auf einer auskragenden Spulspindel des Spulkopfes 18 zu mehreren Spulen aufgewickelt werden kann. Unter Umständen werden die Fäden der Fadenschar auf zwei nebeneinander stehende Spulköpfe aufgeteilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048219 A1 [0002, 0002, 0009]
