Bei
diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fadenkühlvorrichtung
für eine Schmelzspinnvorrichtung
der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß Turbulenzen
im Blasluftstrom und hierdurch bewirkte unerwünschte Titerschwankungen an
den gesponnenen Filamenten vermieden oder zumindest verringert werden.
Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt für
eine Fadenkühlvorrichtung
einer Schmelzspinnvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils dieses Anspruchs.
Durch
die Verwendung gasdurchlässiger
Begrenzungswände
des Fadenschachtes wird erreicht, dass die aus der Blaskammer in
den Fadenschacht mitgerissene Blasluft auf dem Umfang des Fadenschachtes überall frei
abströmen
kann. Es entstehen deshalb im Fadenschacht keine Turbulenzen, Rückströmungen oder
Toträume.
Vielmehr kann auch bei der Enstehung des geringsten Unterdruckes
Raumluft aus der Umgebung in den Fadenschacht nachgesaugt werden.
Dadurch erfolgt ein wirksamer, fortwährender Wärmefluss von den Filamenten
an den Blasluftstrom und an die Umgebungsluft des den Fadenschacht
umgebenden Gebäudeteils,
verbunden mit einer in hohem Maß gleichförmigen Kühlung der Filamente.
Messungen
der Gleichmäßigkeit
der Masseverteilung der gesponnenen Fäden durch eine „Uster-Gleichmäßigkeitsprüfung" haben ergeben, dass bei
Anwendung eines erfindungsgemäßen Fadenschachtes
in einer Fadenkühlvorrichtung
der Schmelzspinnvorrichtung geringere Titerabweichungen vorlagen
als bei Anwendung eines am Umfang geschlossenen Fadenschachtes üblicher
Bauart. Dies zeigte sich insbesondere darin, dass bei sonst gleichen
Spinnparametern beim Spinnen von FDY-Multifilamentfäden unter
Verwendung des erfindungsgemäßen Fadenschachtes
für alle
Messbereiche der mittlere Uster-Wert bzw. der mittlere prozentuale
Variationskoeffizient CVm um etwa 40% niedriger war als bei entsprechenden
Messreihen, bei denen ein Fadenschacht üblicher Bauart verwandt wurde.
Die
höhere
Gieichförmigkeit
der Filamente bedeutet jedoch eine Qualitätsverbesserung der gesponnenen
Chemiefäden
infolge der besseren Abkühlung
im Fadenschacht und ist ein Beweis für eine Verringerung von Turbulenzen
im Blasluftstrom.
Die
weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung erfolgt mit
den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11.
Besonders
vorteilhaft ist die Ausbildung der Begrenzungswände des Fadenschachtes durch
zumindest einem Lochblech. Damit wird sichergestellt, dass über dem
gesamten Umfang bzw. Mantelfläche des
Fadenschachtes ein ausreichender und gleichmäßiger freier Strömungsquerschnitt
vorherrscht, so dass ein radiales Abströmen oder Luftaustausch ohne
Druckaufbau in dem Fadenschacht mit der Umgebung stattfinden kann.
Der
Fadenschacht kann bevorzugt einen polygonalen, vorzugsweise rechteckigen
Querschnitt aufweisen, wobei das Lochblech ein- oder mehrfach in
Längsrichtung
abgekantet ist. Dadurch entsteht ein Fadenschacht in kompakter Bauweise
bei hoher mechanischer Stabilität,
insbesondere für
mehrere nebeneinanderliegende Spinnstellen einer Schmelzspinnanlage.
Bei einer solchen Anordnung weisen die Lochbleche bevorzugt längs ihrer
Abkantung(en) eine geringere Anzahl Öffnungen auf; ebenso können auch
die einander zugekehrten Seitenflächen benachbarter Fadenschächte mit
einer geringeren Anzahl Öffnungen
versehen sein, wodurch der Strömungswiderstand
etwas erhöht
wird und eine geringere Beeinflussung benachbarter Blasluftströme erfolgt.
Es
ist jedoch auch möglich,
die Begrenzungswände
des Fadenschachtes durch mehrere zusammengefügte Lochbleche zu bilden. Damit
können beliebige
Querschnittsformen des Fadenschachtes gebildet werden.
Daneben
ist es auch möglich,
den Fadenschacht rohrförmig,
vorzugsweise mit zylindrischem insbesondere kreiszylindrischem Querschnitt
auszubilden, wenn die Geometrie des Lochmusters der Düsenplatte
dies als vorteilhaft oder zweckmäßig erscheinen
lässt.
Die
Lochbleche sind so gestaltet, dass Öffnungen mit polygonalem, beispielsweise
rechteckigem oder sechseckigem Querschnitt durch Ausstanzen, Brennen,
Schneiden oder ein sonstiges geeignetes Bearbeitungsverfahren in
einem dünnen
Blech gebildet werden. Diese sind durch schmale Stege in Längs- und
Querrichtung, vorzugsweise in regelmäßigen Abständen voneinander getrennt.
Die Öffnungen
benachbarter Reihen können
aber auch versetzt zueinander vorliegen. Wesentlich ist allein,
dass die freien Strömungsquerschnitte
groß genug
sind, dass der Druckverlust für
die aus dem Fadenschacht entweichende Blasluft vernachlässigbar
gering ist und eine Behinderung nicht eintritt.
Schließlich hat
es sich für
die Ableitung der erwärmten
Blasluft aus dem Fadenschacht als vorteilhaft erwiesen, wenn im
Fadenschacht stromaufwärts
der Bündelung
der Filamente Luftabstreifbleche angeordnet sind, die gegen den
Fadenlauf geneigt sind und an denen die Blasluft mit radialer Komponente
in Richtung auf die Wände
des Fadenschachtes weggeführt
wird.
Um
bei der Führung
der Filamente innerhalb des Fadenschachtes das Auftreten von Luftturbulenzen
zu vermeiden, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft,
bei welcher die Begrenzungswand des Fallschachtes über die
Länge des
Fallschachtes in einem im wesentlichen kurzen Abstand zu den Filamentbündeln angeordnet
ist. Hierzu sind vorzugsweise eine oder mehrere Begrenzungswände des
Fallschachtes derart schräg
zueinander angeordnet, daß eine
im wesentlichen konstanter Abstand zwischen den Filamentbündel und
den Begrenzungswänden
eingehalten ist. Durch den kurzen Abstand zwischen dem Filamentbündel und
der luftdurchlässigen
Begrenzungswand können
sich somit keine Luftturbulenzen im Randbereich des Filamentbündels ausbilden.
Durch die geneigte Anordnung der Begrenzungswände zueinander ergibt sich
zudem eine schmale Austrittsöffnung
für die
Filamentbündel
am Ende des Fadenschachtes.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben oder
der Beschreibung der beigegebenen Zeichnung zu entnehmen. Diese
zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der im folgenden beschriebenen Zeichnung ist:
1: ein senkrechter Schnitt
durch eine erfindungsgemäße Fadenkühlvorrichtung
einer Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen multifiler Chemiefäden;
2a und
2b: jeweils einen Ausschnitt
der Begrenzungswand eines erfindungsgemäßen Fadenschachtes mit rechteckigen
Blasluftaustrittsöffnungen;
3a und 3b: einen Ausschnitt entsprechend 2, jedoch mit hexagonalen
Blasluftaustrittsöffnungen;
4: den Ausschnitt eines
Lochbleches mit kreisförmigen öffnungen.
5: ein senkrechter Schnitt
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Fadenkühlvorrichtung
Die 1 zeigt in schematischer
Darstellung einen Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Fadenkühlvorrichtung
in einer Schmelzspinnvorrichtung für multifile Fäden aus
thermoplastischen Polymeren. Diese werden in einer nicht dargestellten
Aufschmelzvorrichtung, beispielsweise einer Schneckenstrangpresse
(Spinnextruder) aufgeschmolzen und zu einer Dosiervorrichtung, beispielsweise einer Zahnradpumpe
gefördert.
Von dieser wird die Polymerschmelze unter hohem Druck durch die
Düsenbohrungen
der Düsenplatte 2 eines
Spinnkopfes 1 zu Filamenten 3 ausgepresst. Die
Filamente 3 werden in der Fadenkühlvorrichtung, die aus der
Anblaskammer 4 und dem stromabwärts angeschlossenen Fadenschacht 5 besteht,
durch Abkühlung
verfestigt. Am Austritt aus dem Fadenschacht 5 werden die
Filamente 3 durch eine Aviviervorrichtung 17 mit
einer Avivageflüssigkeit
(Öl/Wasser-Emulsion)
befeuchtet und durch Fadenführer 9 zum
(multifilen) Faden 31 zusammengefasst. Dieser wird von
einer Abzugsvorrichtung 10 am unteren Ende des Fadenschachtes 5 mit
hoher, die Verstreckung bewirkenden Geschwindigkeit abgezogen und
von einer Aufwickelvorrichtung, beispielsweise einem Hochgeschwindigkeitsspulkopf 11,
unter geordneter Hin- und Herverlegung des Fadens 31 durch
eine Changiervorrichtung 12 zu einem Spulenkörper, beispielsweise
einer Kreuzspule 15 aufgewickelt.
In
der Anblaskammer 4 werden dabei die aus der Düsenplatte 2 ausgesponnenen
Filamente 3, die zueinander einen gegenseitigen Abstand
entsprechend dem Lochmuster der Düsenbohrungen in der Düsenplatte 2 haben,
durch einen gleichgerichteten Blasluftstrom 6 abgeschreckt
und unter die Schmelzetemperatur des Polymeren abgekühlt. Der
Blasluftstrom 61 wird hierfür durch eine nicht dargestellte Konditioniervorrichtung
hinsichtlich seiner Temperatur und Feuchtigkeit behandelt und durch
Rohrleitung 7 einer Verteilerkammer 41 zugeführt. Vor
dem Eintritt in die Anblaskammer 4 durchströmt der Blasluftstrom 61 mehrere
Lagen feiner Drahtsiebe 8, in denen er vergleichmäßigt wird.
In der Anblaskammer 4 ist er im Querstrom, d.h. senkrecht
zur Abzugsrichtung der Filamente 3 auf die Schar der Filamente 3 gerichtet
und verlässt
die Anblaskammer 4 im wesentlichen durch Öffnungen
in der, der Verteilerkammer 41 gegenüberliegenden Luftaustrittsfläche 42, um
sich außerhalb
der Anblaskammer 4 mit der Raumluft zu vermischen oder
im Kreislauf zu der Konditioniervorrichtung zurückgeführt zu werden.
Die
an der Oberfläche
verfestigten Filamente 3 verlassen die Anblaskammer 4 mit
einer gegenüber der
Ausspritzgeschwindigkeit an der Düsenplatte 2 wesentlich
höheren
Geschwindigkeit (Düsenverzug) und
erreichen den stromabwärts
an die Anblaskammer 4 angeflanschten Fadenschacht 5,
in dem die weitere Abkühlung
und Verstreckung der Filamente 3 erfolgt. Da bei der Querluftanblasung
der Filamente 3 in der Anblaskammer 4 ein Teil
des Blasluftstromes 6 durch die schnell bewegten Filamente 3 umgelenkt und
in den Fadenschacht 5 mitgerissen wird, neigt dieser Teilstrom
zur Bildung von Turbulenzen, die die gleichförmige Auskühlung der Filamente 3 behindern und
zu einer ungleichförmigen
Verstreckung führen können.
Um
dies zu verhindern sind die Wände
des Fadenschachtes 5 erfindungsgemäß aus einem oder mehreren Lochblechen 18 hergestellt,
so dass sie für die
Filamente 3 zwar eine äußere Begrenzung
bilden, die mitgeschleppte Blasluft 63 jedoch frei entweichen lassen
und bei einer geringen Unterdruckbildung das Nachsaugen von Raumluft
von außerhalb
des Fadenschachtes 5 nicht behindern.
In
den 2a bis 2b sind Ausschnitte derartiger
Lochbleche 18 von den Wänden
erfindungsgemäßer Fadenschächte 5 dargestellt.
In 2a hat das Lochblech 18 regelmäßig angeordnete Öffnungen 19 in
Form von Rechtecken, die durch schmale Stege 20 in Umfangs-
und Längsrichtung des
Blechs voneinander getrennt sind. Die Stege 20 sind zueinander
jeweils parallel. Es ist gemäß 2b ebenso möglich, die Öffnungen 19 benachbarter
Reihen in Umfangsrichtung des Fadenschachtes 5 zueinander
zu versetzen und die Stege 20 in Umfangsrichtung parallel
zu lassen, während
sie in Längsrichtung
des Fadenschachtes 5 quasi mäanderförmig verlaufen. Entsprechendes
gilt selbstverständlich auch
für einen
Versatz von in Längsrichtung
nebeneinander liegenden Reihen von Öffnungen 19 (nicht dargestellt).
Hier verlaufen die Stege 20 dann in Umfangsrichtung des
Fadenschachtes 5 mäanderförmig.
Die
Lochbleche 18 des Fadenschachtes 5 nach 3a und 3b haben hexagonale Öffnungen 21, so dass
sich ein wabenförmiges
Muster ergibt, und zwar nach 3a mit
gleichen Abständen
der Öffnungen 21 in
Umfangsrichtung des Lochbleches 18 bzw. in Längsrichtung
der Lochreihen. In 3b sind
die Reihen der Öffnungen 21 zueinander
jeweils um eine halbe Teilung versetzt, so dass sich eine hohe Dichte
der Öffnungen 21 und
damit eine sehr hohe Durchlässigkeit
für das
Ab- und Zuströmen
von Blasluft bzw. Umgebungsluft ergibt. Ein derartiges Lochblech 18 lässt sich – ähnlich wie
das in 4 dargestellte
Lochblech – mit
kreisförmigen
(oder ggf. elliptischen) Öffnungen 22 – gut verformen
und in eine zylindrische Rohrform bringen.
Dagegen
eignet sich das in 2a gezeigte Lochblech 18 mit
rechteckigen Öffnungen 19 mit
Vorteil zur Herstellung von Fadenschächten 5 mit rechteckigem
oder quadratischem Querschnitt, wie sie in Schmelzspinnanlagen mit
mehreren nebeneinander angeordneten Spinnstellen angewandt werden.
Die Lochbleche 18 werden hierzu in Längsrichtung ein- oder mehrfach
abgekantet, bis der gewünschte Querschnitt
des Fadenschachtes 5 erreicht ist. Dazu ist es vorteilhaft,
wenn die Lochbleche 18 im Abstand von mehreren cm von den
Längskanten
nur wenige oder gar keine Öffnungen 19 haben.
Die Öffnungen 19, 21, 22 in
den Lochblechen 18 sind in einer Anzahl, Größe und Dichte
vorgesehen, dass einerseits dem Zu- und Abströmen der Luft zur Kühlung der
Filamente 3 nahezu kein Strömungswiderstand entgegengesetzt
wird. Andererseits soll aber auch keine Beeinflussung der austretenden Blasluft 63 benachbarter
Fadenschächte 5 erfolgen. Auch
soll das Austreten von einzelnen Filamenten 3 aus den Öffnungen
des Fadenschachtes 5 während des
Anfahrens einer Schmelzspinnanlage oder während ihres Betriebs verhindert
werden, da dies zu Fadenbrüchen
und Betriebsstillständen
führt.
Aus diesem Grund sind die Rechtecköffnungen 19 der Lochbleche 18 gemäß 2a und 2b vorzugsweise nicht scharfkantig sondern
mit geringen Radien versehen.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Fadenkühlvorrichtung
gezeigt, wie es beispielsweise in einer erfindungsgemäßen Schmelzespinnvorrichtung
gemäß 1 einsetzbar wäre. Der
Aufbau und die Anordnung der Bauteile der Fadenkühlvorrichtung sind im wesentlichen
identisch zu der in 1 gezeigten
Vorrichtung. Insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung zu 1 Bezug genommen und an
dieser Stelle nur die Unterschiede dargestellt.
Unterhalb
des Spinnkopfes 1 ist eine Anblaskammer 4 und
ein Fadenschacht 5 angeordnet. Der Anblaskammer 4 wird über eine
Rohrleitung 7, eine Verteilerkammer 41 und einer
Blaswand 8 ein gleichgerichteter Blasluftstrom 6 zugeführt. Der
Blasluftstrom 6 dient zu Kühlung der durch die Anblaskammer 4 geführten Filamentstränge 3.
Die
Filamentstränge 3 werden
nach dem Abkühlen
unterhalb des Fadenschachtes 5 zu einem Faden gebündelt. Hierzu
sind die Begrenzungswände
des Fadenschachtes 5 derart schräg angeordnet, daß sich ein
kurzer Abstand zwischen den Filamentbündeln 3 und der Begrenzungswand über die
gesamte Länge
des Fallschachtes 5 ergibt. Die Begrenzungswände bilden
somit eine an dem Filamentbündel
angepaßte
trichterförmige
Anordnung. Hierbei wird vorzugsweise ein im wesentlichen konstanter Abstand
zwischen den äußeren Filamentsträngen und
der Begrenzungswand des Fadenschachtes 5 eingestellt. Die
Begrenzungswände
des Fadenschachtes 5 weisen Öffnungen auf, durch welche
ein Luftaustausch zwischen dem Inneren des Fadenschachtes 5 und
der Umgebung stattfindet.
Die
in 5 gezeigte Ausführung des
Fadenschachtes ist insbesondere geeignet, um eine hohe Laufruhe
bei Führung
der Filamentstränge durch
den Fadenschacht zu erreichen.