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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum kontinuierlichen Herstellen einer multifilen Viskosefaser dadurch
gekennzeichnet, dass dies durch Aufwickeln von Celluloserohfasern,
die aus Cellulosecarbamat gewonnen werden auf einen oder mehrere
rotationssymmetrische Körper,
Galetten genannt, mit aufeinanderfolgenden zylindrischen, konischen,
zylindrischen Bereichen, die einzeln oder zusammen angetrieben und
beheizt werden, geschieht. Durch eine Computer gestützte Steuerung
der Galetten oder einzelner Bereiche lassen sich variabel Produkte
mit gezielten Eigenschaften herstellen, dadurch gekennzeichnet,
dass durch Messung der Verzugkräfte
mittels Drehmoment und Drehzahl des Antriebsmotors und Auswertung
mittels eines selbstlernenden Programmes das Produkteigenschaften
und Wickelbedingungen in einem parametrischen Zusammenhang verknüpft.
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Bei der Herstellung von Reyon-, Viskose-
oder Cellulosecarbamatformkörpern
geht es darum, die Rohcellulose oder deren chemische Umwandlungsprodukte
in geeigneten Lösungsmitteln
aufzulösen,
in die gewünschte
Form zu bringen und diese durch ein Koagulationsmittel zu fixieren.
Zur die Erzeugung von Fasern für
Bekleidung oder zur Verstärkung
von Kunststoffteilen, wird eine Spinnlösung durch Düsen mit
verschiedener Lochzahl in ein Spinnbad, oder auch "Fällbad" genannt,
gedrückt,
in dem sich die entstandenen Fäden oder
Formkörper
vertestigen. Die nassen, noch plastischen Fäden oder Formkörper werden
dabei von verschiedenartigen Aufnahmeorganen abgezogen und gesammelt.
Dies geschieht auf Walzen und Spulen.
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Bei diskontinuierlichen und kontinuierlichen
Naßspinnverfahren
werden zur Herstellung, cellulosischer Fasern und Filamente nach
Stand der Technik ausschließlich
Galetten folgender Bauart eingesetzt, siehe (1).
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Bei allen Naßspinnverfahren treten in den
einzelnen Prozessabschnitten wie Fällung, Verfestigung, Zersetzung
des Cellulosecarbamates, Entfernung der Zersetzungsprodukte, Wäsche und
der Trocknung Schrumpfungserscheinungen an den einzelnen Filamenten
auf. Unter Schrumpfung versteht man das Verhalten eines Fadens oder
beliebigen Formkörpers,
seine Oberfläche
und sein Volumen während
dieser einzelnen Prozessabschnitte durch Abgabe flüssiger Anteile
zu verkleinern. Dieser so genannte Schrumpfungsvorgang verläuft nicht
in nur einer Richtung, sondern betrifft die gesamte Matrix des gebildeten
Fadens oder Formkörpers
und erfasst diese sowohl in axialer als auch radialer Richtung.
Diese Volumenveränderung
an einer Faser oder einem Formkörper
während
der Formation des festen Zustandes führt zu einem inneren Spannungsaufbau,
wenn es keine Möglichkeit
gibt, das verlorene Volumen durch nachfließendes Produkt zu ergänzen. Diese Möglichkeit
entfällt
z.B. beim Aufwickeln oder Abziehen eines Formkörpers durch rotierende Wickelelemente mit
mehrfacher Umschlingung.
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Setzt man zum Beispiel durchgehend
zylindrische Abzugsorgane ein, so treten bei dieser Ausführung an
einzelnen Filamenten einer Faser durch den über die gesamte Umschlingungslänge zunehmenden
Flüssigkeitsverlust
zunehmende Schrumpfspannungen auf, obwohl die Wickelgeschwindigkeit
gleich bleibt. Bei diesem radial und axial erfolgenden Schrumpfungsprozess
treten dann über
die Länge
der Umschlingung ungleichmäßige Fadenspannungen
auf.
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Diesen Nachteil kann man umgehen,
wenn man gestuft Zylinder mit unterschiedlichen Durchmessern aneinander
reiht. Bei solch artigen stufenförmigen
oder treppenartigen Abzugsorganen lassen sich allerdings nur "sprunghafte"
Schrumpfungs- oder Verzugszustände
erzeugen. Wählt
man dagegen konische Abzugsorgane, so ermöglicht man über die gesamte Umschlingungslänge einen
von Anfang an beginnenden kontinuierlichen und einheitlich zunehmenden
Schrumpf oder Verzug.
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Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
umgeht diese Nachteile dadurch, dass das die während der Trocknung schrumpfenden
und sich dabei verkürzenden
Filamente nicht, wie bei Viskosespinnen üblich auf zylindrischen Galetten
aufgespult und abgezogen werden, sondern dass diese eine Profilierung
in Form von abwechselnd zylindrischen und konischen Bereichen aufweisen.
Während
bei den zuerst angeführten Ausführungen
die von der mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Galette
ausgehende Spannung im Faden nicht auf die sich verändernde
Struktur in dem Cellulosecarbamatkörper über die Länge des umschlungenen Fadens
angepasst wird, führt
dies zu einer steig zunehmenden Spannung im Faden, was sich nachteilig
auf die textilphysikalischen Eigenschaften auswirkt. Werden die
Fadenspannungen zu hoch reißt
der Faden, oder er rutscht auf der Galette durch. Da überraschenderweise
gefunden wurde, dass beim Verspinnen von Cellulosecarbamat die Schrumpfung
der Formkörper
wesentlich höher
ist als bei den bisher bekannten Viskosespinnverfahren von Xanthogenaten
oder Kupfer-Amin-Komplexen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die
Geometrie der Wickelkörper
an das unterschiedliche Schrumpfverhalten anzupassen. Es hat sich
als besonders vorteilhaft für
die Herstellung von Produkten mit gezielten textilphysikalischen
Eigenschaften herausgestellt, wenn beispielsweise eine Abstufung
konisch zylindrisch konisch oder umgekehrt und im besonderen Maße dem Schrumpfverhalten
der Faser oder des Förmkörpers Rechnung
tragend, durchgeführt
wird. Diese Profilierung z.B. einer der Trockengalette gemäß dem Schrumpfprofil
der Filamente erhöht
die Betriebssicherheit des Spinnprozesses und die Qualität der erzeugten
Produkte.
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All die beschriebenen Massnahmen
eigenen sich hervorragend für
die Herstellung einer konstanten und gleichartigen Produktqualität. Kommt
es zu Veränderungen
in der Spinnlösung,
so schlagen diese Veränderungen
auf die textilphysikalischen Eigenschaften bzw. Produktqualität durch.
Umgehen lässt
sich dieses in der Produktion nicht zu vermeidende Problem, dadurch,
dass erfindungsgemäß die vorab
beschriebenen, auf das Schrumpfungsverhalten angepassten Bereiche,
getrennt werden und jeder dieser Galettensektionen einen eigenen
Antrieb erhält,
dessen Ansteuerung individuell erfolgt . Es hat sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, dass die angetriebenen Bereiche mit Drehmoment-,
Drehzahl- und Temperaturmessgeräten
bestückt sind
und die Regelung der Zugspannung von diesen gesteuert wird. Erfindungsgemäß erfolgt
die Einstellung und Regelung der Drehzahl der einzelnen Galettensektionen
durch einen Mikrocomputer, in dem während einer sogenannten Eichphase
bei konstanter einheitlicher Galettengeschwindigkeit die Spinn-
und Fälllösung verändert und
die Auswirkung auf die textilphysikalischen Eigenschaften verfolgt
wird. Auf diese erste Phase folgt bei konstant gehaltener Spinn-
und Fälllösung eine
Variation des Verzugs oder der Geschwindigkeit zusammen mit der
Erfassung der Drehmomente an den einzelnen Galettensegmenten. Die
Daten aus beiden Phasen werden in einem Mikrocomputer gespeichert
und die Daten mit Hilfe eines selbstlernenden Neuronalen Netz Programm
ausgewertet und zur Steuerung der Galettensegmente herangezogen.
Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäß eingesetzte
Neuronale Netz Programm von " Fuzzy-Typ" dadurch, dass es, laufend
versorgt mit Messwerten die die Spinnlösung, Analysen die das Fällbad und
die textilphysikalischen Eigenschaften charakterisieren, mit zunehmender
Betriebsdauer immer exakter die Produkteigenschaften konstant halten
kann oder die Produktion gezielt auf die gewünschten Eigenschaften einzustellen
vermag. Darüber
hinausgehend hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Galetten
zu beheizen, wobei es sich als besonders vorteilhaft herausstellte,
wenn die in Segmente geteilten und individuell gesteuerten Galetten
auch einzeln einstellbare und regelbare Temperierung aufwiesen.
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Anwendungsbeispiel
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10 kg Cellulosecarbamat wurden in
einer Tauchpresse in 18%-iger Natronlauge über 2 Stunden bei 40 °C gequollen
und aktiviert. Anschließend wird
in einer Presse die Alkalicellulose von überschüssiger Lauge durch ein Verdichten
auf ein Verhältnis
von 2:1 befreit und in einem Blaschke-Zerfaserer in kleine Stücke zerrissen.
Die flockige Alkalicellulose kam zur Reifung und Einstellung des
DP-Wertes von 320 über
mehrere Sunden in ein bei 40 °C
betriebenes Drehrohr, wurde dann zweimal mit 50 1 Frischwasser gewaschen
und der verbleibende Restalkaligehalt mit Essigsäure neutralisiert. Nach der
Neutralisation erfolgen zwei weitere Wäschen und eine Entwässerung
auf einer Saugnutsche durch Abpressen des Restwassers.
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In einem Blaschke-Kneter werden dann
70 g Harnstoff, entsprechend einem Molverhältnis von Cellulose(AGU) zu
Harnstoff = 1 : 0.75 zugegeben und über 2 Stunden vermischt. Anschließend erfolgt
in einem Reaktor ein Entfernen des Restwassers durch Strippen mit
Xylol bei 80°C
und leichtem Vacuum. Nach vollständiger
Wasserentfernung erhöht
man die Temperatur bis zum Sieden des Xylols bei Umgebungsdruck (145°C) und läßt die Cellulose/Harnstoffmasse über einen
Zeitraum von 2 Stunden reagieren. Nach Ende der Reaktion kühlt man
die Masse ab, trennt das Xylol durch Filtration auf einer Saugnutsche,
wäscht
2 mal mit 10 1 Wasser nach. Das feuchte Carbamat wird in einen Strippbehälter gebracht,
mit Wasser versetzt und bei einem Unterdruck von 100 mbar durch
azeotrope Destillation vom Xylol befreit.
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Nach erneuten Abkühlen wird das überflüssige Wasser
abgepresst, der Wassergehalt mittels DSC bestimmt und mit Natronlauge
der Menge versetzt, dass bei 5°C
die in Tabellel aufgeführten
wässrigen
Lösungen bei
5°C entstehen.
In einem Löseapparat
und einer Verfahrensweise wie es in
DE
19757958 erwähnt
wird, erfolgt in 2 Stunden unter Scherung, Umwälzung und Kühlung die Herstellung einer
für die
nachfolgenden Spinnversuche geeigneten Lösung. Diese wird dann einer
dreistufigen Filtration durch Filtersiebgestricke mit Porositäten von
50 μm, 10 μm, 5 μm unterworfen.
Im Anschluss findet bei 5°C über einen
Zeitraum von 8 Stunden eine Entgasung der Lösung zur Befreiung von Bläschen unter
einem Druck von 50 mbar statt. Die entstandene Lösung wird durch folgende Messgeräte charakterisiert:
Kapillarviskosimeter
und Oszillationsrheometer der Fa. Bohlin, Leitfähigkeit, pH-Wert, der Fa. Endress+Hauser,
MCS UV-VIS Spektrometer von der Fa. Zeiss und Teilchenzählgerät PAMAS
der Fa. Malvern.
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Aus einem Vorlagebehälter heraus
wird eine Spinnvorrichtung, wie in
DE
19721609 beschrieben, mit 35 Löchern und 90μm Lochdurchmesser
von einer Zahnradpumpe mit Celluloscarbamatlösung versorgt. Das Fällbad besteht
aus einer Rinne mit den Abmessungen 250mm × 250mm × 2500mm. Mit Hilfe einer Umwälzpumpe
wird die Fällbadrinne
aus einem Vorratsgefäß mit wässriger
Lösung
bestehend 150g/l Schwefelsäure und
80g/l Natriumsulfat versorgt.
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Ausführungsbeispiele Wickelkörper:
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Einzelheiten der Erfindung werden
in den 1–5 an Hand von schematisch
dargestellten Skizzen beschrieben.
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1 ein
Wickelorgan mit schwach konischer Form
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2 ein
Wickelorgan mit mehreren aufeinanderfolgenden zylindrischen und
konischen Sektoren.
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3 ein
Wickelorgan mit mehreren abgestuften zylindrischen und konischen
Sektoren
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4 ein
Wickelorgan mit mehreren, einzeln angetriebenen und abgestuften
zylindrischen und konischen Sektoren
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Auf einer starren Hohlwelle 7 sind
die aus Wicklungen bestehenden Erregerpakete 1 befestigt.
Diese Motorentypen – beispielsweise
Pabst – Aussenläufermotoren-
zeichnen sich dadurch aus, dass sich bei ihnen Gegensatz zu den
Standarddrehstrommotoren nicht der innenliegende Kafigläufer aus
Trafoblechpakten dreht und die Erregerwicklungen aussen in Gehäuse stationär untergebracht
sind, sondern dass bei diesen Motortypen das Prinzip Läufer-Erreger
umgekehrt wurde. Hier steht das aus Kupferdrähten bestehende Erregerpakete
fest im Zentrum des Motors und der aus besonders geformten Trafoblechen
bestehende Läufer
rotiert aussenliegend um das statische Zentrum. Die zur Erzeugung
des elektromagnetischen Feldes des in 4 aufgezeichneten
Galettenantriebsmotors Rotoren 2 und Statoren 1 sind
nach diesem Prinzip aufgebaut und die Verlegung der zur Spannungsversorgung
in den Wicklungen notwendigen Zuleitungen 9 erfolgt in
dem hohlen Innenraum der Statorwelle 7. Diese stationäre Hohlwelle 7 trägt auch
die Lager, auf denen sich die Aussenläufer 2 befinden und
die durch das innenliegende elektromagnetische Feld in Rotation
versetzt werden. Auf diese Aussenläufer 2 sind durch
Aufschrumpfen die zylindrischen, konischen, konvaven oder konvexen Galettensegmente 3-6 befestigt.
Zwischen den einzelnen Segmenten finden die zu den einzelnen Aussenläufern 3-6 gehörenden Drehmoment-,
Drehzahl- und Temperaturmessgeber 8 Platz, deren Messergebnisse durch
das im Hohlraum liegende Messkabel 10 an den zur Steuerung
notwendigen Mikrocomputer übertragen werden. Über die
Zuleitung 11, die ebenfalls in der Hohlwelle verlegt ist
und Schleifringe erfolgt die individuelle Beheizung der Gallettensegmente 3-6.
Angesteuert und geregelt werden die Motoren von handelsüblichen 3-Phaseninvertern.
Diese Art des Antriebs kann auch durch hydraulische Motoren, bei
denen das Gehäuse rotiert
und die Welle steht, gewährleistet
werden.
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5
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Nach den ersten Funktionstests des
Galettensystems erfolgt eine Verknüpfung der Drehzahl, Drehmoment-
und Temperatursteuerung mit einem handelsüblichen Pentium III Mikrocomputer über einen
Datenbus.
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Nach Abgleich der Steuerung und Regelung
der Motoren mittels PC erfolgt die Eichung des Systems wie zuvor
beschrieben unter Verwendung einer neuronalen Netz Software. Die
5 zeigt die Verknüpfungen des
Mikrocomputers mit den Messwerten
10 des Galettensystems,
den Produkteigenschaften der Spinnlösung, der Lösungszusammensetzung des Fällbades,
den textil-physikalischen Eigenschaften und dem mechanischen Aufbau
der Spinndüsen
mit der Steuerung der Antriebsmotoren und der Beheizung. Tabelle
1 Versuchsergebnisse
