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Schmelzvorrichtung für organische Polykondensate zum Herstellen von
Fäden oder anderen geformten Gebilden aus der Schmelze Die Erfindung betrifft eine
Schmelzvorrichtung für organische Polykondensate zum Herstellen von Fäden oder anderen
geformten Gebilden aus der Schmelze, bestehend aus spiralförmig, kreisförmig oder
geradlinig im Schmelzgutraum angeordneten, das Heizmedium führenden Rohren, die
zwischen sich Durchgangsspalte für die Schmelze frei lassen.
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Das Spinnen von Fäden aus der Schmelzmasse ist mit Schwierigkeiten
verbunden. Es ist bekannt, feste, organische, fadenbildende Massen auf eine Heizfläche
zu fördern, sie dort abzuschmelzen, sie dann in einem Auffangbehälter aufzufangen
und daraus abzuziehen.
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Dabei ist zu beachten, daß eine sogenannte kritische Temperatur beim
Schmelzen einzuhalten ist, d. h., es muß eine bestimmte Mindesttemperatur eingehalten
und es darf eine bestimmte Höchsttemperatur nicht überschritten werden. Will man
z. B. eine höhere Förderleistung erreichen und steigert die Heiztemperatur über
die kritische Temperatur hinaus, so erreicht man wohl eine höhere Schmelzleistung,
gleichzeitig zersetzt sich aber das empfindliche Polykonden sat unter Gasentwicklung,
so daß weiterhin Störungen während des Spinnens, insbesondere Titerschwankungen
und Fadenbrüche, die Folge sind. Auch treten durch zu hohes Erhitzen unerwünschte
Viskositätsänderungen auf. Man kann also durch Erhöhen der Heiztemperatur keine
Erhöhung der Schmelzleistung erreichen, ohne daß Zersetzungen usw. auftreten.
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Die Geschwindigkeit des Abschmelzens ist im wesentlichen gleich der
Abzugsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gutes. Es muß jedoch dabei beachtet werden
daß auch bei Einhaltung eines begrenzten Temperaturbereiches während des Abschmelzens
der flüssige Zustand so kurz wie möglich dauern soll, damit Zersetzungen und Rückbildungen
des empfindeichen Polykondensates vermieden werden.
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Bei hohen Spinngeschwindigkeiten und der meist gedrängten baulichen
Anordnung in den Spinnmaschinen besteht daher die Aufgabe, die Durchsatzmenge der
Schmelzvorrichtungen ohne Erhöhung der Heiztemperatur und unter Beibehalten der
Größenordnung bisher verwendeter Schmelzköpfe zu vervielfachen und dabei gleichzeitig
die Menge des flüssigen Schmelzgutes ständig klein zu halten.
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Bei der Suche nach einer geeigneten Maßnahme zur Erhöhung der Durchsatzmenge
hat sich herausgestellt, daß das in Form von Schnitzeln in den Schmelzkopf geleitete
Schmelzgut nicht in dieser Gestalt an die Heizflächen gelangt, sondern vor Erreichen
seiner Schmelztemperatur zu einer fest zusammenhängenden klebrigen Trennschicht
erweicht, die erst bei weiterer Erwärmung abschmilzt und sich wärmeisolierend zwischen
Schmelze und Schmelzgut legt. Das Nichtbeachten dieser Trennschicht hat den bekannten
Schmelzvorrichtungen
den Erfolg einer erheblichen Durchsatzsteigerung bei gleichzeitiger Schmelzenschonung
versagt.
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So ist beispielsweise eine nach dem Schmelzkammerprinzip arbeitende
Schmelzvorrichtung bekannt, bei der die zylindermantelähnlichen Heizflächen längs
der Bewegungsrichtung des Schüttgutes angeordnet und zum Zwecke der Durchsatzsteigerung
durch axial verlaufende, radial vorspringende Rippen vergrößert sind. Bei derartigen
Vorrichtungen bildet sich die Trennschicht ebenfalls als Zylindermantel aus, der
nur durch erzwungenen Schnitzelnachschub aufgebrochen werden kann und den Heizflächen
radial nach außen zugeführt werden muß, um abgeschmolzen werden zu können. Infolge
starker örtlicher Wärmeiibertragung in den Ausbuchtungen zwischen den Rippen bildet
sich aber dort verhältnismäßig viel Schmelze, ohne der Trennschicht ein wesentliches
Eindringen zwischen die Rippen zu gestatten. Andererseits ist es möglich, daß aufgebrochene
Schmelzgutteile in noch nicht aufgeschmolzenem Zustand durch die Ausbuchtungen der
Schmelzvorrichtung in den Flüssiggutraum gelangen und die Spinndüsen bzw. ihre Zuleitungen
verstopfen. Die nur wenig steigerbare Durchsatzmenge und der große Flüssiggutanteil
machen die Schmelzkammern zusammen mit der notwendigen Förderanlage (Druckschnecke
und konischer Verdrängerkörper) zu einer komplizierten und nicht immer geeigneten
5 chmelzvorrichtung.
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Die bisher bekannten Schmelzroste bestehen aus quer zur Bewegungsrichtung
des Schüttgutes angeordneten Heizflächen, die die Form eines Gitters oder
durchlässigen
Bodens haben, auf dem das Schmelzgut bis zum Erreichen des flüssigen Zustandes auflagert.
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Hierbei können die Heizrohre in einer Ebene oder zu einer Kegel form
angeordnet sein oder in mehreren Ebenen übereinanderliegen. Bei diesen Anordnungen
der Heizrohre mit den bisher üblichen Heizrohrabständen ist eine Durchsatzsteigerung
nicht möglich, da sich beim Heizen das Schmelzgut zu einer Trennschicht verklebt,
deren Ausdehnungsfläche etwa der Größe der Rostebene entspricht und sich höchstens
bis zur Kegelmantelfläche vergrößert. Die Größe der Trennschichtfläche aber, an
der die Schmelzwärme von den Heizrohren in das Schmelzgut übergehen kann, ist maßgebend
für den Durchsatz des Schmelzgutes. Diesen Schmelzrosten haftet neben der Unmöglichkeit
einer Durchsatzsteigerung noch der Mangel an, daß infolge räumlicher Ausdehnung
der Schmelzraum innerhalb und unterhalb der Heizrohre verhältnismäßig groß ist,
so daß das Schmelzgut bis zum Verspinnen lange im flüssigen Zustand gehalten wird.
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Zur Vermeidung der Nachteile und Erfüllung der gestellten Aufgabe
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die das Heizmedium führenden Rohre oder auf
diesen vorgesehene Heizstege in solchem gegenseitigen waagerechten Abstand im Schmelzgutraum
anzuordnen, daß das Schmelzgut in ungeschmolzenem Zustand nicht nur auf den Heizrohren
aufliegt, sondern auch zwischen die Heizrohre bzw. die Heizstege bis zu einer in
Höhe der unteren Begrenzungsebene der Heizrohre vorgesehenen Verengung der Durchgangsspalte
zu liegen kommt.
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Während sich die Trennschicht bisher nur oberhalb der bekannten Schmelzroste
befand, kann sie sich jetzt infolge der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung
der Heizrohre auch zwischen den Heizrohren ausbilden und dort abschmelzen. Auf diese
einfache Weise läßt sich bei gleichen Außenabmessungen des Schmelzkopfes ein erheblich
gesteigerter Schmelzdurchsatz erzielen. Die Erhöhung beträgt ein Mehrfaches der
Leistung eines alten Schmelzrostes.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Schmelzvorrichtung
ist, daß verhältnismäßig wenig flüssiges Gut im Schmelzraum vorhanden ist, weil
der bisher von Flüssiggut angefüllte Raum zwischen den Heizrohren jetzt mittels
der einhängenden Trennschicht zum großen Teil von nicht geschmolzenem und damit
nicht zersetzungsfähigem Gut ausgefüllt wird. Außerdem wird durch das Durchhängen
der Grenzschicht in die Rohrzwischenräume ihre vollkommeneAnpassung an die Heizrohre
erreicht, so daß ein kontinuierliches Abschmelzen gewährleistet ist, ohne daß die
Gefahr einer Brückenbildung in der Trennschicht mit der daraus entstehenden Abschmelzverzögerung
besteht wie bei den bekannten Schmelzrosten.
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Die Heizrohre können verschiedene Querschnittsformen besitzen, z.
B. rechteckig, oval, trapezförmig, dreieckig oder T-förmig sein. Damit das Schmelzgut
nicht in ungeschmolzenem Zustand die Heizrohre passieren kann, sind bei rechteckiger
oder ovaler Ouerschnittsform der Heizrohre an deren Unterseite Haltestäbe zum Abstützen
des Schmelzgutes angebracht. Beim T-förmigen Heizrohr wird man den Querbalken zu
der Seite der Spinndüse hin legen, so daß er gleichzeitig als Stützstab wirkt.
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Anzustreben ist es, sowohl den Schnitzel- als auch den Flüssiggutraum
von längeren Zu- bzw. Ablaufrohrleitungen frei zu halten, um den Aufwärm- und Abschmelzvorgang
vollkommen gleichmäßig zu gestalten und auch in der Schmelze keine Partien
höherer
Temperatur zu erzeugen. Zu diesem Zweck ordnet man zwei Heizrohrsysteme mit gleichem
senkrecht übereinanderliegendem Rohrverlauf übereinander an, die hintereinandergeschaltet
werden, wobei die Strömungsrichtung in einem System gegenläufig zu der im anderen
System ist und die Rohre des unteren Heizsystems an ihrer Unterseite mit Haltestäben
versehen sind. Beispielsweise bei spiralförmigem Rohrverlauf werden die im Zentrum
gelegenen Enden beider Heizrohrsysteme durch ein senkrechtes Rohrstück miteinander
verbunden.
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Die Bedeutung der Erfindung liegt darin, daß mit demselben Platz-
bzw. Raumbedarf wie bisher eine Schmelzvorrichtung geschaffen wird, die bei gleichzeitiger
verbesserter Schmelzgutschonung einen mehrfachen Schmelzdurchsatz abgibt, so daß
Leistungssteigerungen der vorhandenen Spinnmaschinen und Qualitätsverbesserungen
der Spinnerzeugnisse erzielt werden.
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Für die Vorrichtung nach der Erfindung sind verschiedene Ausführungen
möglich, von denen einige an Hand der entsprechenden Abbildungen näher erläutert
werden.
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Bei den folgenden Ausführungsformen ist dafür Sorge getragen, daß
die z. B. aufzuschmelzenden Polyamidschnitzel bis zur Unterkante der durch die Rohre
gebildeten Heizfläche gelangen können, wobei ein Durchfallen der Schnitzel durch
sinngemäß unmittelbar unter der Heizfläche angebrachte Haltestäbe vermieden wird
und der Heizrohrabstand so groß ist, daß zwischen den Rohren ständig Schmelzgut
in ungeschmolzenem Zustand vorhanden ist. -Abb. 1 veranschaulicht als Verbesserung
nur geringfügiger Art eine Ausführung, wonach auf einem aus nahtlosem Rohr hergestellten
Schlangenrost eine Anzahl von Heizstegen aufgeschweißt werden, die ihre Wärme von
der Heizschlange durch Wärmeleitung bekommen.
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Entsprechend Abb. 2 besteht die Schmelzvorrichtung aus parallel angeordneten,
im Querschnitt trapezförmigen Rohren, die wiederum von dem Heizmedium durchflossen
werden.
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Eine Abwandlung der in Abb. 2 dargestellten Schmelzvorrichtung wird
in Abb. 3 gezeigt und besteht darin, daß sie aus konzentrisch angebrachten Heizrohren
besteht. Diese Heizrohre sind als Flachrohre ausgebildet und stehen hochgestellt
in dem Schmelzraum. Es hat sich herausgestellt, daß die Querschnittshöhe der Rohre
ein Vielfaches ihrer Querschnittsbreite sein soll, wenn besonders hohe Abschmelzleistungen
erzielt werden sollen. An Stelle der konzentrisch eingesetzten Heizrohre können
diese auch spiralförmig angeordnet werden, wie dies in Abb. 4 dargestellt ist.
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Abb. 5 zeigt eine ähnliche Schmelzvorrichtung, bei der allerdings
gegenüber Abb. 4 die Heizfläche durch zwei übereinander angeordnete, spiralförmig
gewickelte Heizschlangen aus Flachrohren wesentlich erhöht wurde. Beide Schlangen
sind in der Mitte durch ein entsprechend geformtes Zentralrohr verbunden, so daß
bei Dampfheizung das Heizmedium in die obere Schlange eintreten und durch die untere
Schlange abgeführt werden kann, und zwar in der Form, daß der Dampf in der oberen
Schlange von außen nach innen und bei der unteren Schlange von innen nach außen
strömt. Bei Flüssigkeitsheizung kann die Strömungsrichtung umgekehrt werden.
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Abb. 6 entspricht in der Anordnung Schmelzvorrichtungen gemäß Abb.
2, jedoch mit dem Unterschied, daß hier an Stelle der bei Abb. 2 gezeigten, im Querschnitt
trapezförmig
erscheinenden Rohre nunmehr solche mit ovalem Querschnitt eingesetzt sind.
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In Abb. 7 sind die Heizrohre in der Anordnung der unter Abb. 2 gezeigten
Schmelzvorrichtungen ausgeführt, mit dem Unterschied, daß die Heizrohre am unteren
Ende entsprechend so geformt sind, daß das Anbringen von Haltestäben unter der Heizfläche
nicht erforderlich ist.
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Daß die Schmelzleistung durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung
wesentlich verbessert wird, ist aus folgenden Vergleichsversuchen ersichtlich: 1.
Es wurden zwei Parallelversuche unter den gleichen Bedingungen, also gleicher Temperatur,
gleicher Beheizungsart und gleicher Beschaffenheit der eingesetzten Schnitzel, aber
ungleichen Bedingungen bei der Verwendung der Schmelzroste durchgeführt. In dem
einen Fall wurde ein normaler Schmelzrost verwendet, der eine Grundfläche von 283,5
cm2 aufweist. In dem anderen Fall wurde eine Schmelzvorrichtung mit der gleichen
Grundfläche 283,5 cm2 verwendet, wobei aber die Schmelzvorrichtung entsprechend
Abb. 4 mit solchen Rohren ausgestattet ist, die einen ovalen Querschnitt zeigen.
Im ersteren Fall wurde eine Abschmelzleistung von 2,8 kglStd., demgegeniiber im
zweiten Fall eine Abschmelzleistung von 6,6 kgiStd., also etwa das 2,4fache der
Abschmelzleistung bei normalem Schmelzrost erreicht.
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2. Bei einem weiteren Versuch wurden dieselben Bedingungen wie unter
1 eingehalten, nur mit dem Unterschied, daß die Grundfläche in beiden Ausführungsformen
132,7 cm2 betrug. Die Abschmelzleistung bei der normalen, bisher bekannten Rost-Ausführungsform
betrug in diesem Fall 1,2 kgiStd., im zweiten Fall, bei dem eine Schmelzvorrichtung
nach der Erfindung (Abb. 4) verwendet wurde, 3,4 kgIStd., also das 2,8fache derjenigen
des normalen Rostes.