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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Schmelzspinnprozesses bei der Herstellung zumindest eines Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schmelzspinnvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Bei der Herstellung eines multifilen synthetischen Fadens ist es üblich, dass eine Vielzahl feiner Filamente mittels einer Spinndüse aus einer Polymerschmelze extrudiert werden. Die Spinndüse weist hierzu eine Vielzahl von Düsenbohrungen auf, durch welche die Polymerschmelze gedrückt wird. Zur Erzeugung eines kontinuierlichen Durchsatzes ist der Spinndüse eine Spinnpumpe vorgeordnet, die die Polymerschmelze mit definierten Fördervolumen und Antriebsdrehzahl unter einem Überdruck der Spinndüse und damit den Düsenbohrungen zuführt. In Abhängigkeit von einem Durchsatz pro Düsenöffnung, einem Durchmesser der Düsenöffnung und einer Abzugsgeschwindigkeit des Fadens bilden sich die Filamentquerschnitte der strangförmigen Filamente aus. Die Anzahl der Filamente, die nach einer Abkühlung zu einem Faden gebildet werden, bestimmen dabei einen Gesamttiter des Fadens, der beispielsweise durch Verstrecken auf einen gewünschten Wert geführt wird. Am Ende wird der Faden zu einer Spule aufgewickelt. Die pro Zeiteinheit erzeugte Fadenmasse ist somit proportional einem Schmelzedurchsatz der Spinnpumpe.
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Zur Überwachung eines derartigen Schmelzspinnprozesses ist nun aus der
EP 0 580 071 A1 ein Verfahren sowie eine Schmelzspinnvorrichtung bekannt, bei welcher ein Spulendurchmesser der gewickelten Spule kontinuierlich als Zustandsparameter erfasst wird. So lässt sich aus einer Zeitfunktion des Durchmessers der Spule die Gleichmäßigkeit der produzierten Fadenmasse überwachen. In Praxis treten jedoch auch Zustände auf, die eine Prozessunterbrechung in der Herstellung des Fadens erfordern. So muss die Unterseite der Spinndüse aufgrund von Materialablagerungen regelmäßig durch ein sogenanntes Schaben gereinigt werden. Desweiteren sind die innerhalb einer Spinndüse angeordneten Filterelemente nicht unendlich einsetzbar, so dass ein regelmäßiger Austausch der Spinndüsen erfolgen muss. Auch Verschleißerscheinungen an den schmelzeführenden Bauteilen der Spinnpumpe erfordern oftmals einen Austausch der Spinnpumpe. Damit die Herstellung des Fadens unter gleichen Bedingungen fortgesetzt werden kann, ist beim Austausch der Bauteile darauf zu achten, dass keine Verwechselungen auftreten. Insbesondere aufgrund der Vielzahl von Spinnpumpen mit unterschiedlichen Fördervolumen, ist insbesondere der Spinnpumpentyp beizubehalten. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Schmelzspinnvorrichtung bleibt die Gleichmäßigkeit der produzierten Fadenmasse beispielsweise auch bei einem erhöhten Schmelzedurchsatz gewährleistet, der jedoch auch einen vergrößerten Gesamttiter des Fadens bewirkt und somit unzulässig wäre.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Schmelzspinnprozesses sowie eine gattungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass nach einer Prozessunterbrechung die Fadenherstellung mit unveränderter Fadenqualität fortgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren dadurch gelöst, dass ein innerhalb einer Zeiteinheit gewickelte Durchmesserzuwachs der Spule in eine Masse des gewickelten Fadens umgewandelt wird und bei welchem das aus der Masse des gewickelten Fadens ein IST-Wert eines Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe und / oder ein IST-Wert eines Gesamttiters des Fadens ermittelt wird.
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Die Lösung für die Schmelzspinnvorrichtung liegt erfindungsgemäß darin, dass die Maschinensteuereinrichtung eine Überwachungseinheit zur Umwandlung eines innerhalb einer Zeiteinheit auftretenden Durchmesserzuwachses der Spule in eine Masse des gewickelten Fadens aufweist und bei welcher die Überwachungseinheit ein Berechnungsprogramm aufweist, durch welches aus der Masse des gewickelten Fadens ein IST-Wert eines Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe und / oder ein IST-Wert eines Gesamttiters des Fadens berechenbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass bei der Produktion des Fadens eine Überprüfung der Prozesseinstellung möglich ist. So stehen der Schmelzedurchsatz der Spinnpumpe und der Gesamttiter des Fadens im unmittelbaren Zusammenhang, so dass sowohl ein IST-Wert des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe oder auch eine IST-Wert eines Gesamttiters des Fadens die momentane Prozessführung wiederspiegelt. So könne beispielsweise ein Operator anhand des IST-Wertes des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe oder anhand des IST-Wertes des Gesamttiters des Fadens erkennen, ob der Prozess nach einer Unterbrechung den gewünschten Faden wieder herstellt.
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Da bei der Herstellung des Fadens die Basisparameter wie beispielsweise Schmelzedurchsatz der Spinnpumpe oder der Gesamttiter des Fadens vorgegeben werden, ist die Verfahrensvariante bevorzugt ausgeführt, bei welcher der IST-Wert des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe mit einem gespeicherten SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe verglichen wird und bei welchem bei einer unzulässigen Abweichung des IST-Wertes von dem SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes eine Antriebsdrehzahl der Spinnpumpe überprüft wird. Damit ist eine Überpüfung des Antriebs der Spinnpumpe und der Ansteuerung der Spinnpumpe beispielsweise nach einer Prozessunterbrechung möglich.
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Für den Fall, dass die in dem IST-Wert des Schmelzedurchsatzes zugeordnete Antriebsdrehzahl der Spinnpumpe gleich der dem SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes zugeordnete Antriebsdrehzahl ist, lässt sich ein Warnsignal erzeugen. In dem Fall ist eine Überprüfung der Spinnpumpe erforderlich. So könnte das Warnsignal unmittelbar einem Operator angezeigt werden.
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Für den Fall, dass eine Veränderung des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe beabsichtigt ist, lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens eine Eingabe zur Definition eines Pumpentyps der Spinnpumpe in einem Steuerprogramm einer Maschinensteuereinrichtung ändern. So ist eine Prozessfortführung mit einem geänderten Pumpentyp in der Maschinensteuerung möglich. Der veränderte SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes wird entsprechend dem Pumpentyps gespeichert.
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Für den Fall, dass jedoch der Prozess mit unveränderten Schmelzedurchsatz vorgesetzt werden sollte, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher die Spinnpumpe nach einer Prozessunterbrechung ausgetauscht wird. Damit kann der bereits in der Maschinensteuerung hinterlegte Pumpentyp und der gespeicherte SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes beibehalten werden.
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Alternativ oder zusätzlich lässt sich die Verfahrensvariante ausführen, bei welcher der IST-Wert des Gesamttiters des Fadens mit einem gespeicherten SOLL-Wert des Gesamttiters des Fadens verglichen wird und bei welchem bei einer unzulässigen Abweichung des IST-Wertes vom SOLL-Wert des Gesamttiters des Fadens ein Warnsignal erzeugt wird. Damit hat ein Operator die Möglichkeit, die Unstimmigkeit zu überprüfen.
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Die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass beispielsweise nach jeder Prozessunterbrechung eine Überprüfung der Prozessparameter möglich ist. So sind die Vorgaben des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe und der herzustellende Gesamttiter des Fadens maßgebliche Prozessparameter, die einzuhalten sind.
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Um eine automatisierte Überprüfung des Schmelzspinnprozesses zu erhalten, weist die Maschinensteuerung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzspinnvorrichtung einen Komparator auf, durch welchen ein IST-SOLL-Vergleich des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe und / oder des Gesamttiters des Fadens durchführbar ist. Hierbei können auch Grenzwerte zur Bestimmung einer zulässigen oder unzulässigen Abweichung berücksichtigt werden.
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Da die Extrusion der Filamente und somit die Fadenherstellung wesentlich von der Spinnpumpe bestimmt ist, ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung besonders vorteilhaft, bei welcher die Maschinensteuereinrichtung ein Steuerprogramm aufweist, welches eine Eingabe zur Definition eines Pumpentyps der Spinnpumpe ermöglicht. So gibt es in der Praxis eine Vielzahl von unterschiedlichen Pumpentypen, die unterschiedliche Kombinationen von Fördervolumen und Antriebsdrehzahlen ermöglichen, um einen bestimmten Schmelzedurchsatz zu erzeugen. So lässt sich jedem Schmelzedurchsatz ein bestimmter Pumpentyp zuordnen.
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Um eine Überprüfung und einen Eingriff durch einen Operator zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung vorgesehen, bei welcher die Maschinensteuereinrichtung mit einer Visualisierungseinheit verbunden ist, durch welche ein Warnsignal erzeugbar ist. So lässt sich beispielsweise über eine Bedienoberfläche in dem Operator ein Warnsignal anzeigen, das eine Überprüfung oder einen Eingriff in den Prozess erfordert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Schmelzspinnprozesses wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung unter Hinweis auf die beigefügte 1 näher beschrieben.
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In der 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung eines Fadens schematisch dargestellt. Hierbei sind nur die wesentlichen Bauteile der Schmelzspinnvorrichtung gezeigt, die zur Erläuterung der Erfindung erforderlich sind.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Spinnpumpe 4, die mit einem Spinnpumpenantrieb 4.1 gekoppelt ist. Die Spinnpumpe 4 ist mit einer Schmelzeleitung 6 verbunden, die die Spinnpumpe 4 mit einer Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder verbindet. Der Spinnpumpe 4 ist auf einer Auslassseite eine Spinndüse 3 zugeordnet. Die Spinndüse 3 weist an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Düsenöffnungen (hier nicht derart dargestellt) auf.
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Unterhalb der Spinndüse 3 ist eine Kühleinrichtung 6 angeordnet, die koaxial zur Spinndüse 3 einen Kühlschacht 6.1 bildet.
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Unterhalb der Kühleinrichtung 6 ist eine Benetzungseinrichtung 7 angeordnet, die ein Benetzungsmittel 7.3 und eine Dosierpumpe 7.1 aufweist. Der Dosierpumpe 7.1 ist eine Pumpenantrieb 7.2 zugeordnet.
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In Fadenlaufrichtung folgt eine Galetteneinrichtung 8, die in diesem Ausführungsbeispiel zwei angetriebene Galetten 8.1 sowie zwei den Galetten 8.1 zugeordnete Galettenantriebe 8.2 aufweist.
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Zum Aufwickeln des Fadens ist eine Aufwickeleinrichtung 9 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Spulspindeln 9.2 verfügt, die an einem drehbaren Spulrevolver 9.1 angeordnet sind und abwechselnd in einen Wickelbereich und einen Wechselbereich geführt werden. So lässt sich ein Faden 13 kontinuierlich zu einer Spule 11 aufwickeln, wobei die Spulspindeln 9.2 in dem Wickelbereich mit einer Andrückwalze 9.3 und einer Changiereinheit 9.4 zusammenwirkt.
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Zur Steuerung der Prozesseinrichtungen sind mehrere Steuergeräte 2.1 bis 2.4 vorgesehen, die mit einer Maschinensteuereinrichtung 1 gekoppelt sind. So ist dem Spinnpumpenantrieb 4.1 das Steuergerät 2.1, dem Pumpenantrieb 7.2 das Steuergerät 2.2, den Galettenantrieben 8.1 das Steuergerät 2.3 und der Aufwickeleinrichtung 9 das Steuergerät 2.4 zugeordnet.
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Zur Überwachung des Schmelzspinnprozesses ist eine Messeinrichtung 10 der Aufwickeleinrichtung 9 zugeordnet, durch welche der Spulendurchmesser der Spule 11 während der Aufwicklung des Fadens 13 überwacht wird. Die Messeinrichtung 10 ist mit einer Überwachungseinheit 1.1 der Maschinensteuerung 1 gekoppelt. Die Überwachungseinheit 1.1 weist ein Berechnungsprogramm 1.2 auf. Der Überwachungseinheit 1.1 ist innerhalb der Maschinensteuereinrichtung ein Komparator 1.3 zugeordnet. Der Komparator 1.3 ist mit einem Steuerprogramm 1.4 und einer Visualisierungseinheit 1.5 verbunden.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung wird eine Polymerschmelze über der Schmelzeleitung 5 der Spinnpumpe 4 zugeführt. Die Spinnpumpe 4 wird über das Steuergerät 2.1 und dem Spinnpumpenantrieb 4.1 mit einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl angetrieben, um bei definierten Fördervolumen einen vorbestimmten Schmelzedurchsatz zu erzeugen. Die Polymerschmelze wird auf der Auslassseite der Spinnpumpe 4 unter Druck der Spinndüse 3 zugeführt, so dass durch die Vielzahl der Düsenöffnungen an der Unterseite der Spinndüse 3 eine Vielzahl von Filamenten 12 extrudiert werden. Nach einer Abkühlung der Filamente 12 innerhalb des Kühlschachts 6.1 der Kühleinrichtung 6 werden diese durch die Benetzungseinrichtung 7 zu einem Faden 13 zusammengeführt. Die Abkühleinrichtung 6 ist hierzu an einer Klimaeinrichtung angeschlossen, so dass eine Kühlluft in den Kühlschacht 6.1 und auf die extrudierten Filamente 12 geleitet wird.
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Der Abzug der Filamente 12 und des Fadens 13 erfolgt durch die Galetteneinrichtung 8, wobei die Galetten 8.1 vom Faden S-förmig oder Z-förmig umschlungen sind. Hierbei können die Galetten 8.1 der Galetteneinrichtung 8 mit einer Differenzgeschwindigkeit angetrieben werden, um eine Teilverstreckung an dem Faden auszuführen.
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Anschließend wird der Faden 13 in der Aufwickeleinrichtung 9 zu der Spule 11 aufgewickelt. Der Durchmesser der Spule 12 sowie der Zuwachs der Spule wird mit der Messeinrichtung 10 erfasst und an die Maschinensteuereinrichtung 1 übermittelt. Die Maschinensteuerung 1 enthält alle Prozessparameter, um über die Steuergeräte 2.1 bis 2.4 einen Faden mit einem bestimmten Gesamttiter kontinuierlich herzustellen. Dabei wird der Gesamttiter des Fadens im wesentlichen durch die extrudierten Filamente und damit durch den Schmelzedurchsatz der Spinnpumpe 4 bestimmt. Der Spinnpumpentyp der Spinnpumpe 4 ist innerhalb der Maschinensteuereinrichtung 1 definiert, um in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl bei bekanntem Fördervolumen und den gewünschten Schmelzedurchsatz zu erhalten.
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Für den Fall, dass bei einer Prozessunterbrechung ein Austausch der Spinnpumpe erforderlich ist, wird bei erneutem Prozessbeginn ein pro Zeiteinheit gewickelter Durchmesserzuwachs der Spule durch die Überwachungseinheit 1.1 in der Maschinensteuerung 1 in eine Masse des gewickelten Fadens 13 umgewandelt. Nun lässt sich mit Hilfe des Berechnungsprogramms 1.2 die Masse des Fadens in einen IST-Wert des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe 4 berechnen. Da bei unveränderten Schmelzedurchsatz die pro Zeiteinheit gewickelte Fadenmasse am Umfang der Spule 11 konstant ist, lässt sich der Durchmesserzuwachs der Spule 11 zu jedem Zeitpunkt der Aufwicklung für die Überwachung nutzen.
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Durch den in der Maschinensteuereinrichtung 1 hinterlegten Pumpentyp ist der SOLL-Wert des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe 4 bekannt und in der Maschinensteuereinrichtung 1 gespeichert. Nun lässt sich mit Hilfe des Komparators 1.3 ein IST-SOLL-Vergleich des Schmelzedurchsatzes der Spinnpumpe 4 durchführen. Für den Fall, dass bei dem IST-SOLL-Vergleich eine unzulässige Abweichung festgestellt wird, wird zunächst überprüft, ob die über das Steuergerät 2.1 aufgegebene Antriebsdrehzahl der für den Pumpentyp maßgebliche Soll-Drehzahl entspricht. Für den Fall, dass die Spinnpumpe 4 mit einer Antriebsdrehzahl angetrieben wird, die nicht der Soll-Antriebszahl entspricht, wird diese über das Steuergerät 2.1 korrigiert.
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Für den Fall, dass die Antriebsdrehzahl der Spinnpumpe 4 jedoch der Soll-Antriebsdrehzahl entspricht, muss die Abweichung des Schmelzedurchsatzes von dem SOLL-Wert aus dem Fördervolumen der Spinnpumpe 4 resultieren. Damit sind die durch die Maschinensteuereinrichtung 1 dem definierten Pumpentyp zugeordneten Einstellwerte und Prozessparameter nicht mehr zutreffend. Um den ursprünglichen Fadentyp mit bestimmten Gesamttiter herstellen zu können, lassen sich nun zwei unterschiedliche Maßnahmen einleiten. Eine erste Maßnahme ohne große Veränderung des Prozesses besteht darin, dass der in der Maschinensteuereinrichtung 1 definierte Pumpentyp geändert wird. Hierzu erfolgt eine Eingabe zur Definition des Pumpentyps der Spinnpumpe 4 in dem Steuerprogramm 1.4 der Maschinensteuereinrichtung 1. So würde beispielsweise bei einem geometrisch größeren Fördervolumen die Spinnpumpe 4 mit reduzierter Antriebsdrehzahl angetrieben.
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Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, über die Visulisierungseinheit 1.5 ein Warnsignal dem Operator anzuzeigen. Nun kann der Operator entscheiden, ob der falsch eingewechselte Pumpentyp der Spinnpumpe 4 wieder ausgetauscht wird. Alternativ kann der Operator auch die Änderung des Pumpentyps in dem Steuerprogramm 1.4 vornehmen.
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Der Schmelzspinnprozess lässt sich alternativ auch dadurch überwachen, indem die Masse des Fadens, die pro Zeiteinheit den Durchmesserzuwachs der Spule 11 bildet, in einen Gesamttiter des Fadens überführt wird. So ist bekannt, dass der Gesamttiter sich aus dem Verhältnis Masse zu Länge bildet. Insoweit lässt sich die Länge des aufgewickelten Fadens aufgrund konstanter Aufwickelgeschwindigkeit berechnen, um auf einen IST-Wert des Gesamttiters des Fadens 13 zu gelangen. In der Überwachungseinheit könnte hierzu ein weiteres Berechnungsprogramm hinterlegt sein, das den IST-Wert des Gesamttiters aus der Masse des Fadens errechnet. Ein SOLL-Wert des Gesamttiters des Fadens ist in der Maschinensteuereinrichtung 1 hinterlegt, so dass anhand eines IST-SOLL-Vergleiches der momentane Zustand des Fadens überprüfbar ist. Bei einer unzulässigen Abweichung wird in diesem Fall direkt ein Warnsignal über die Visualisierungseinheit 1.5 erzeugt, so dass der Operator eine Überprüfung vornehmen kann. Darüber ist somit auch feststellbar, ob der gewünschte Schmelzedurchsatz durch die Spinnpumpe 4 erzeugt wird oder ob andere Störungen in den nachgeordneten Einrichtungen vorliegen könnten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Schmelzspinnprozesses sowie die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung sind in dem Ausführungsbeispiel an der Herstellung eines Fadens erläutert. Grundsätzlich ist bekannt, dass in einem Schmelzspinnprozess eine Gruppe von Fäden gleichzeitig und parallel extrudiert, abgezogen, verstreckt und aufgewickelt werden. Dabei werden bevorzugt Spinnpumpen genutzt, die als Mehrfachpumpen ausgebildet sind und eine Mehrzahl von separaten Teilschmelzeströmen erzeugen. Die erfindungsgemäße Überwachung kann hierbei sowohl wie zuvor beschrieben an jedem der Fäden einzeln oder alternativ an nur einem der Fäden ausgeführt werden. So könnte der Gesamtschmelzedurchsatz der Spinnpumpe aus der Summe der Durchmesser Zuwächse an den Spulen ermittelt werden. Wesentlich hierbei ist, die pro Zeiteinheit an den Spulen gewickelte Fadenmasse zu nutzen, um den Schmelzedurchsatz der Spinnpumpe zu kontrollieren.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Schmelzspinnvorrichtung ist in der Darstellung und im Aufbau der Prozesseinrichtungen beispielhaft. So wird das gezeigte Ausführungsbeispiel zur Herstellung von teilverstreckten Fäden (POY) eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch auch ohne Probleme auch auf Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung von FDY-, IDY-, HOY- oder BCF-Garnen geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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