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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US2004/0032048 A1 bekannt.
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Bei Schmelzspinnen von Filamentsträngen ist es üblich, dass die frisch extrudierten Filamente zur Verfestigung durch eine Kühlluft abgekühlt werden. Hierzu kann die Kühlluft quer zu der Filamentschar oder radial von innen nach außen oder radial von außen nach innen auf die Filamentstränge gerichtet werden. Um eine große Vielzahl von Filamenten geleichmäßig mit einem Kühlluftstrom abzukühlen, werden bevorzugt gattungsgemäße Vorrichtungen eingesetzt, bei welchem ein Kühlluftstrom radial von Innen nach Außen die Filamentschar durchdringt. Hierzu werden langgestreckte Blasrohre verwendet, die einen gasdurchlässigen Mantel aufweisen und somit über die Mantelfläche einen Kühlluftstrom erzeugen.
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Wie aus der
US 2004/0032048 A1 bekannt ist, muss die Kühlluft an einem Ende des Blasrohres zugeführt werden. Hierzu werden bevorzugt konisch ausgebildete Rohrträger eingesetzt, die mit einem offenen Ende des Blasrohres verbunden sind und die einen seitlichen Anschlussstutzen zur Zufuhr der Kühlluft aufweisen. Die konische Form des Rohrträgers ist bedingt durch die Filamentführung, die üblicherweise nach einer Abkühlung zu einem Faserstrang zusammengeführt werden und somit auf einen Konvergenzpunkt zulaufen. Durch die starke Umlenkung der Kühlluftzufuhr über den Anschlussstutzen und den Rohrträger sind Verwirbelungen und Turbulenzen bei der Zuführung der Kühlluft zu den Blasrohren unvermeidlich. Um eine relative Vergleichmäßigung der zugeführten Kühlluft zu erreichen, weist die bekannte Vorrichtung mehrere Strömungsteiler auf, die dem Einlauf des Blasrohres innerhalb des Rohrträgers zugeordnet sind. Damit lässt sich jedoch die Befüllung und die Verteilung der Blasluft innerhalb des Blasrohres nicht beeinflussen. So erstreckt sich der Anschlussstutzen über die gesamte Länge des Rohrträges, so dass aufgrund der Konizität des Rohrträgers eine ungleichmäßige Umlenkung der zugeführten Kühlluft erzeugt wird, die bereits zu Geschwindigkeitsunterschieden in der Zuführung der Kühlluft führt und sich durch inhomogene Geschwindigkeitsverteilung der Luftströmung über den Umfang des Blasrohres erstreckt.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar bereitzustellen, bei welchem das Blasrohr eine möglichst homogene Luftströmung zur Abkühlung der Filamente erzeugt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Zuführung der Kühllfut in das Blasrohr zu intensivieren.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Anschlussstutzen und der Rohrträger derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass im Hohlraum des Rohrträgers eine zyklonförmige Luftströmung erzeugbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich innerhalb des Rohrträgers eine erzwungene vertikale Luftströmung ausbildet, die zu einer intensiven und gleichmäßigen Zufuhr der Kühlluft in das Blasrohr führt. Durch die ständig zugeführte Kühlluft wird die bereits in Rotation versetzte Luft innerhalb des Rohrträgers nach unten gedrängt und aufgrund der konischen zulaufenden Form des Hohlraumes beschleunigt. Am tiefsten Punkt des Rohrträgers kehrt die Kühlluft um und strömt als Wirbel in der Mitte nach oben. Die Wirbelströmung steigt in das Blasrohr auf und tritt über den Mantel des Blasrohres aus. Die Austrittsgeschwindigkeit ist über den Umfang der Mantelfläche homogen und sorgt so für eine gleichmäßige Abkühlung der Filamente.
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Zur Erzeugung der zyklonförmigen Luftströmung innerhalb des Rohrträges hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welchem dem Anschlussstutzen im Hohlraum des Rohrträgers ein Leitmittel zugeordnet ist, durch welches eine Mantelströmung durch Lufteintritt erzeugbar ist. Damit lässt sich die Kühlluft in eine erzwungene Strömungsrichtung lenken, um im Innern des Rohrträgers die gewünschte zyklonförmige Ausbildung der Strömung zu erhalten.
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Um beim Eintreten der Kühlluft in den Hohlraum des Rohrträgers keine ungewünschten Verwirbelungen oder Turbulenzen zu erhalten, erstreckt sich das Leitmittel über einen gesamten Querschnitt ener Anschlussöffnung des Rohrträgers und ist in einem oberen Bereich des Rohrträgers angeordnet.
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Zur Intensivierung der Zyklonströmung ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der Hohlraum innerhalb des Rohrträgers kegelförmig ausgebildet ist und bei welcher das Blasrohr mittig zu einer Kreisfläche des Rohrträgers in den Hohlraum mündet. Somit wird zum einen eine in wesentlichen zentrisch vertikal aufsteigende Wirbelströmung erzeugt, die mittig in das Blasrohr eintritt.
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Um bei Eintritt der Kühlluft in den Hohlraum des Rohrträgers die Ausbildung der Mantelströmung zu unterstützen, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher das Blasrohr mit einem unteren geschlossenen Rohrende in den Hohlraum des Rohrträgers eintaucht und bei welcher der Anschlussstutzen in einen durch den Rohrträger und dem Blasrohr gebildeten Ringraum in den Hohlraum mündet. So wird die gesamte zugeführte Kühlluft zunächst mantelförmig in dem Ringraum zwischen dem Blasrohr und dem Rohrträger eingeleitet.
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Um die aufsteigende Wirbelströmung innerhalb des Rohrträgers bei Eintritt in das Blasrohr zu parallelisieren und homogenisieren ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher dem Rohrende des Blasrohres ein oder mehrere innenliegende Strömungsleitelemente zugeordnet sind. So könnten beispielsweise Bleche als Gleichrichter mit Wabenstruktur verwendet werden.
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Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen Metallschaum innerhalb des Rohrendes vom Blasrohr anzuordnen, um eine intensive Homogenisierung der Wirbelströmung zu erhalten.
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Zur Vergleichmäßigung der Mantelströmung im oberen Bereich des Blasrohres ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher das Blasrohr an einem oberen geschlossenen Ende einen innenliegenden Stromteiler aufweist. Als Stromteiler werden hierbei bevorzugt kegelförmige Leitmittel eingesetzt, um eine gleichgerichtete Strömungsverteilung zu erhalten.
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Bei der Herstellung von Stapelfasern hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welcher im oberen Bereich des Rohrträgers eine Präparationseinrichtung angeordnet ist, die zumindest ein ringförmiges Benetzungsmittel aufweist. So lassen sich alle Filamentstränge nach dem Abkühlen direkt benetzen, um dann zu einem Spinnkabel zusammengeführt zu werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet somit den besonderen Vorteil, durch die erzwungene und geführte Luftströmung innerhalb des Rohrträgers eine zentrische Wirbelströmung zu erzeugen, die innerhalb des Blasrohres eine gleichmäßige Austrittsgeschwindigkeit über den Umfang des Mantels des Blasrohres erzeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar
- 2 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar
- 4 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus 3
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar schematisch in mehreren Ansichten dargestellt. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht und in 2 ist das Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
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Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein langgestrecktes Blasrohr 1 auf. Das Blasrohr 1 weist ein oberes geschlossenes Rohrende 1.2 auf. Ein gegenüberliegendes offenes Rohrende 1.3 ist an einem oberen Ende eines Rohrträgers 3 angeordnet. Der Längenabschnitt des Blasrohres 1 außerhalb des Rohrträgers 3 weist einen gasdurchlässigen Mantel 1.1 auf, der beispielsweise aus einem Gewebe gebildet sein kann. Das offene Rohrende 1.3 des Blasrohres 1 ragt mit einer geschlossenen Zylinderwand 1.4 in einen kegelförmig ausgebildeten Hohlraum 3.1 des Rohrträgers 3 hinein. Am gegenüberliegenden geschlossenen Rohrende 1.2 ist innerhalb des Blasrohres 1 ein Stromteiler 2 angeordnet. Der Stromteiler 2 ist kegelförmig ausgeführt und im wesentlichen konzentrisch dem Blasrohr 1 angeordnet.
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Der Rohrträger 3 umschließt mit einer Wandung 3.2 den konischen Hohlraum 3.1. Das Blasrohr 1 ist hierbei durch eine kreisflächige Trägerwand 3.3 des Rohrträgers 3 gehalten und erstreckt sich mit dem offenen Rohrende 1.3 ins Innere des Hohlraumes 3.1. Im Bereich des Rohrendes 1.3 ist zwischen dem Blasrohr 1 und dem Rohrträger 3 ein Ringraum 3.5 ausgebildet. Im Bereich des Ringraumes 3.5 weist der Rohrträger 3 eine seitliche Anschlussöffnung 3.4 auf, an welchem ein Anschlussstutzen 4 angeordnet ist. Dem Anschlussstutzen 4 ist innerhalb des Hohlraumes 3.1 ein Leitmittel 5 zugeordnet. Das Leitmittel 5 erstreckt sich über einen gesamten Querschnitt der Anschlussöffnung 3.4 und weist eine in Richtung der Wandung 3.2 geneigte Krümmung auf. Diese Situation ist insbesondere in 2 dargestellt.
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Wie desweiteren aus 2 hervorgeht, besitzt den Anschlussstutzen 4 gegenüber dem Rohrträger 3 eine Querschnittsverengung.
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Um die Funktion des in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zu erläutern, ist ein Kühlluftstrom durch Pfeile gekennzeichnet.
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Im Betrieb wird das Blasrohr 1 zentrisch unterhalb einer Ringspinndüse angeordnet. Die Ringspinndüse weist eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf, die gleichmäßig verteilt eine ringförmige Filamentschar extrudieren. Zur Abkühlung wird dem Ausführungsbeispiel über den Anschlussstutzen 4 eine Kühlluft zugeführt. Die Kühlluft wird nur im oberen Bereich des Rohrträgers 3 zugeführt und unmittelbar beim Eintreten in den Hohlraum 3.1 durch das Leitmittel 5 zu einer Mantelströmung umgelenkt. Aufgrund der konischen bzw. vorzugsweise kegeligen Ausführung des Hohlraumes 3.1 innerhalb des Rohrträgers 3 wird die Kühlluft spiralförmig aus dem Ringraum 3.5 in den unteren Bereich des Hohlraumes 3.1 geführt. Dabei entsteht eine zyklonförmige Luftströmung, die einen zentrischen vertikal aufsteigenden Wirbelstrom erzeugt. Diese Wirbelströmung gelangt direkt in das offene Rohrende 1.3 des Blasrohres 1 und steigt in dem Blasrohr 1 empor. Dabei wird eine am Umfang des Mantels 1.1 gleichmäßiger Kühlluftstrom erzeugt.
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Um innerhalb des Blasrohres 1 eine Vergleichmäßigung der Wirbelströmung zu erhalten, lässt sich optional innerhalb des offenen Rohrendes 1.3 des Blasrohres 1 ein Strömungsleitelement oder mehrere Strömungsleitelemente 7 anordnen. In 1 ist hierzu beispielshaft mehrere Strömungsleitelemente 7 gestrichelt dargestellt. Die Strömungsleitelemente 7 können beispielsweise durch wabenförmig angeordnete Bleche gebildet sein.
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Um im oberen Bereich des Rohrträgers 3 eine mantelförmige Einlassströmung der Kühlluft zu erzeugen, besteht auch die Möglichkeit, den Anschlussstutzen 4 möglichst tangential zum Rohrträger 3 anzuordnen. Hierzu ist in 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer ringförmig extrudierten Filamentschar in einer Längsschnittansicht gezeigt. 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus 3. Auch in diesem Fall gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren, insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist.
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Das in 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
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Bei dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im oberen Bereich des Rohrträgers eine Präparationseinrichtung 8 angeordnet. Die Präparationseinrichtung 8 weist ein Benetzungsmittel 8.1 auf, das über hier nicht dargestellte Leitungen mit einer Fluidquelle verbunden ist. Das Benetzungsmittel 8.1 ist an dem Rohrträger 3 derart angeordnet, dass eine ringförmig um das Blasrohr 1 geführte Filamentschar nach der Abkühlung mit einem Fluid durch das Benetzungsmittel 8.1 benetzt wird. Insoweit werden die Filamente mit Kontakt an dem Benetzungsmittel 8.1 geführt.
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Die insbesondere aus der Darstellung in 4 hervorgeht, sind der Rohrträger 3 und der Anschlussstutzen 4 in einer derartigen Winkellage zueinander angeordnet, dass ein durch den Anschlussstutzen 4 durch die Anschlussöffnung 3.4 zugeführter Kühlluftstrom im wesentlichen tangential in den Hohlraum 3.1 bzw. in den Ringraum 3.5 eintritt. Der Strömungsverlauf der Kühlluft ist in 4 schematisch mit Pfeilen dargestellt. Insoweit ist die Funktion zur Zuführung und zur Erzeugung einer zyklonförmigen Wirbelströmung bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2. Insoweit wird hierzu zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen.
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Bei dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gilt die Wirbelströmung beim Eintreten in das offene Rohrende 1.3 des Blasrohres 1 durch ein Metallschaum 6 vergleichmäßigt. Hierbei muss die Kühlluft ein Labyrinth von metallischen Poren durchdringen, was insbesondere auch zur Vergleichmäßigung von Temperaturunterschieden in der Kühlluft führt. Zudem können vorteilhaft Druckschwankungen und Volumenschwankungen der Kühlluft vor Eintreten des Blasrohres vergleichmäßigt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, um in einem ein- oder zweistufigen Prozess zur Herstellung von Stapelfasern die erzeugten Filamentstränge zu kühlen. Hierbei können Filamente im Titerbereich von 0,3 bis 250 dtex. in unterschiedlichen Polymeren gleichmäßig gekühlt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0032048 A1 [0002, 0004]
