DE1660481B2 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines hochpolymeren Fadens im Anschluß an dessen StreckprozeB - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines hochpolymeren Fadens im Anschluß an dessen Verstrecken mittels einer Streckroüe und zugehöriger Verlegerrolle, bei der der Faden in mehrfach angetriebenen Windungen über eine Heizvorrichtung läuft, die zur Abgabe «on Wärme an den Faden einen stationären Heizkörper aufweist, der zwischen zwei Umlenkrollen angeordnet ist, von denen eine mit der Umfangsgeschwindigkeit der Streckrolle antreibbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der FR-PS 13 49 470 bekannt. Da jedoch die beiden Umlenkrollen mit derselben Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden, kann sich der Faden nicht zusammenziehen (relaxieren). Es entstehen hohe Fadenspannungen.

Es sind zwar schon Vorrichtungen zum Relaxieren so von endlosen hochpolymeren Fäden bekanntgeworden, bei denen der Faden nach der Streckzone von der Streckwalze in mehreren Windungen auf eine kleinere Umlenkwalze gelegt wird, um dann zur Relaxierung in mehreren Windungen auf eine separate, faststehende bzw. auch umlaufende (GB-PS 9 07 754), durch den laufenden Faden mitgenommene kleine Heizwalze und von dieser auf die stufenweise ausgebildete Streckroile überzugehen. Von dort gelangt der Faden zu einer Aufwindstelle. Dabei wird der Faden auf dem Wege zur Heizwalze gekreuzt geführt, um die Kontaktlänge mit der Heizwalze möglichst zu verlängern. Dieses Vorgehen hat mehrere Nachteile. Einmal erzeugt bei feststehender Heizwalze der große Umschlingungswinkel bei gekreuztem Fadenlauf sehr hohe Reibungskräfte, die zufolge der hohen erzeugten Fadenspannung nicht nur die Relaxierung, sondern auch das Aufwinden stark beeinträchtigen. Läßt man aber zum Herabsetzen der Spannungen die Heizwalze rotieren, so ergibt sich der Nachteil, die Heiztemperatur auf dieser umlaufenden Rolle einhalten zu müssen, was bekanntlich sehr schwierig ist. Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß der Faden auf dem Weg bis zur wiederholten, an sich sehr kurzen Berührung mit der Heizwalze sich unerwünscht stark abkühlt, so daß die eigentlich für die Umknstallisation zur Verfügung stehende Temperatureinwirkzeit zufolge des kurzen Weges auf der Heizwalze unter Umständen zu kurz ist und die verlorene Wärme wieder ersetzt werden muß.

Das kontinuierliche Relaxieren im Anschluß an das Verstrecken ist bekannt durch die österreichische Patentschrift 2 03 141. Hier folgt auf ein durch ein Galettenpaar gebildetes Streckfeld eine gleichgestaltete Relaxierzone, die eine zwischen den Galetten liegende Heizzone aufweist. Die Relaxierung des Fadens kann dadurch bewirkt werden, daß die zweite Galette um bis zu 15% langsamer angetrieben wird. Der Nachteil solcher Relaxiervorrichtungen besteht vor allem darin, daß die Bauhöhe der Maschinen wegen einer zwangsläufig erforderlichen dritten Galettenreihe unnötig vergrößert wird und der Antrieb dieser Relaxiergaletten auf beliebige Schrumpfgrade einregulierbar sein mußte, was sehr aufwendig ist.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte, einfache Relaxiervorrichtung zu schaffen, wobei die Fadenspannung nach Verlassen der Relaxiervorrichtung möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Relaxieren des Fadens die andere Umlenkrolle durch den Faden mitnehmbar ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch den Antrieb der ersten Umlenkrolle mit der Umfangsgeschwindigkeit der Streckrolle, d. h. mit der Fadenabzugsgeschwindigkeit der Streckzone, wobei der Faden nach jedem Passieren der Heizflächen wieder angetrieben wird, sich eine erhebliche Herabsetzung der Fadenablaufspannung ergibt. Eine der Relaxion entgegenwirkende Bremsung des Fadens wird im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen vermieden.

Der Faden kann ohne Bedenken sovielmal um die Umlenkrollen und die dazwischenliegenden Heizflächen gelegt werden, bis die für eine genügende Relaxierung notwendige Heizzeit gewährleistet ist, ohne die Fadenspannung ungebührlich ansteigen zu lassen.

Zur Vereinfachung des Antriebs der Umlenkrolle mit Streckrollenumfangsgeschwindigkeit können die um diese und die Streckrolle gelegten Fadenwindungen eingesetzt werden.

Das Arbeiten mit dergestalt reduzierter Fadenspannung hat weitere direkte Konsequenzen. Einmal kann mit etwas größerer Anfangsspannung in die Relaxierzone eingezogen werden, ohne die Endspannung stark nach oben zu beeinflussen. Dies ist insofern von Bedeutung, als eine zu starke Herabsetzung der Einzugsfadenspannung ein Wickeln der beteiligten Walzen und unruhigen Fadenlauf zur Folge haben kann. Ferner erreicht man einen Fadenablauf mit kleinerer Endspannung, was das direkte Aufwickeln mit erwünschter geringer Fadenspannung ermöglicht. Die beschriebene Vorrichtung erlaubt' ein mehrfaches Passieren der Reibung erzeugenden Heizflächen durch die Fäden und damit eine längere Verweilzeit in der Heizzone, was wiederum die Herabsetzung der Heiztemperatur und/oder den raumsparenden Bau der Heizkörper erlaubt. Letzteres gestattet, ihn räumlich

innerhalb der ohnehin benötigten Streckzone unterzubringen. Dies hat den weiteren Vorteil, daß bei gedrängter Bauhöhe der Maschine der Ablaufpunkt von der Relaxierzone ein höheres Aufspuldreieck möglich wird, falls der Fadenlauf auf eine senkrecht darunterliegende Aufspulstelle gelangen soll.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die von der angeln.benen Rolle am 'veitesten entfernte Mantellinie der nicht mit Streckrollenumfangsgeschwindigkeit umlaufenden Umlenkrolle gegenüber der angetriebenen Rolle so geneigt ist, daß die letzten Fadenwindungen kürzer als die ersten sind. Dies kann durch eine konische Umlenkrolle oder eine Schrägstellung derselben mit Bezug auf die andere Umlenkrolle des Heizblockes erfolgen. Diese Ausgestaltung erlaubt zudem die Verlegung des Fadendreiecks vor die Streckrolle. Dies ist von Bedeutung, weil gewisse ölbestandteile der auf den Faden aufgebrachten Präparation nicht mehr verdampfen können. Auch der Gesamtwirkungsgrad der Heizung wird erheblich verbessert. Schutz wird für diese Ausgestaltung nur in Verbindung mit dem Anspruch 1 beansprucht.

Die Erfindung wird nachstehend an schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die allgemeine Anordnung des Fadenlaufs und des Heizkörpers in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 eine Darstellung einer Variante des Fadenlaufs,

F i g. 3 schematisch den Spannungsverlauf in Abhängigkeit vom Fadenlauf über der Länge der Relxierzone aufgetragen.

Ein angelieferter, hochpolymerer, unverstreckter Faden 1, bestehend aus einem Endlosfadenbündel oder einem Monofi'.ament, gelangt auf ein mit der Umfangsgeschwindigkeit Vi drehendes Einzugswalzenpaar 2 und von dort über einen Streckstift 3 zur mit mehrfach größerer Umfangsgeschwindigkeit V2 umlaufenden Sireckrolle oder Galette 4, so daß der Faden 1 in dieser Zone im üblichen Umfang auf mehrfache Länge verstreckt wird. Von der Galette 4 gelangt der Faden auf eine Umlenkrolle 5 und von dort wieder auf die Galette 4. Nach mehrfachen derartigen Windungen 6 verläßt der Faden die mit V2 laufende 'Jmlenkrolle 5 nach oben, um nach Berühren der linken Seite einer leicht konvex gestalteten Heizfläche 7 zu einer frei umlaufenden konischen Umlenkrolle 8 zu gelangen, die den ' aden auf der rechten Seite einer ebenfalls komexen Heizfläche 9 übergibt, von der er durch die von den um die Galette 4 gelegten Windungen 6 angetriebenen Umlenkrolle 5 abgenommen und wieder nach oben, Richtung Heizfläche 7, umgelenkt wird. Nach Anlage von mehreren Windungen 9' über die beiden Heizflächen 7 bzw. 9, während denen der Faden genügend aufgeheizt wird, verkürzt sich der Faden in gewünschtem Maße, d. h., er relaxiert. Er verläßt dann die Umlenkrolle 8 am kleinen Durchmesser, um über eine Changierung 10 einer Aufwickelvorrichtung It zugeführt zu werden, die aus einer Spule 12 und einer diese antreibenden Reibwalze 13 gebildet wird. Durch die leicht konvexe Gestaltung der Heizflächen 7 und 9 erreicht man eine geringe Steigerung der Fadenspannung des darübergleitenden Fadens, weil so die Reibungskräfte klein gehalten werden können. Die Durchmesser der beiden Umlenkrollen 5 und 8 sind ebenfalls klein gehalten, um den zurückzulegenden Weg zwischen zwei Heizflächen auf ein Minimum zu reduzieren, und zwar kleiner als die Distanz der Enden der zwei anliegenden Heizflächen. Die Umschlingungswinkel des Fadens sowohl auf der Umlenkrolle 5 als auch auf der Umlenkrolle 8 sind dadurch kleiner als 180°, was ebenfalls zu einer Reduktion der Reibungskräfte beiträgt, obwohl an sich eine größere Reibung auf der als Antriebsrolle für die über die Heizflächen 7 und 9 laufenden Fäden wirkenden Umlenkrolle 5 erwünscht wäre. Eine Vergrößerung des Durchmessers dieser Rolle 5 steht aber der wichtigen Forderung möglichst geringer Abkühlung entgegen, was deshalb vertretbar ist, weil die an dieser Rolle erzeugte Reibung durchaus genügt, die Fadenspannung im erwünschten Maße herabzusetzen, wie dies aus dem Fadenspannungsverlauf F i g. 3, auf den nachstehend näher eingetreten werden soll, ersichtlich ist.

Mit der beschriebenen Anordnung der Galette 4, den Umlenkrollen 5 und 8 und Heizflächen 7 und 9 und mit der entsprechenden Anbringung der Fadenwindungen 6 und 9' kann nun die Fadenspannung während der Relaxierung in den Fadenwindungen 9' sukzessive herabgesetzt und am Schluß beim Abzug auf die Aufwickelvorrichtung 10 gering gehalten werden.

Das Verfahren sei nun an Hand der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und des Diagramms Fig. 3 mit einem Beispiel beschrieben:

Der von der Galette 4 mit einer Geschwindigkeit V2 = 1200 m/min abgegebene Multifilamentfaden F von etwa 70 den Gesamtster, bestehend aus Polyamideinzelfäden (Nylon 66) von 3 den, wird nach Reduktion der Streckspannung von 00 = 300 g in den Windungen 6 mit etwa σο = 6 g an die der Walze 5 endgültig abgegeben. Diese Fadenspannung wird möglichst niedrig gehalten, um einen tiefen Ausgangswert zu halten, sie darf aber ein Minimum (z. B. 6 g) nicht unterschreiten, weil sonst die Spannung nicht mehr ausreicht, den Faden einwandfrei von der Galette 4 abzuziehen, und die Gefahr einer Wickelbildung auftreten würde. Nach Erreichen der Heizfläche 7 von etwa 150 mm Länge mit einer Fadenspannung ai' = 00 erfährt er hier noch mit einer Geschwindigkeit von Vi = 1200 m/min einen ersten, durch Reibung an der auf 155°C aufgeheizten Heizfläche 7 erzeugten Fadenspannungsanstieg auf a's (Abzissenzone Ai). Die Fadenspannung steigt dann während der Umlenkung auf der Rolle 8 nicht weiter an {As), bis er auf die Heizfläche 9 aufläuft, die bei ebenfalls 150 mm Länge und 155°C darauf die Fadenspannung auf o'9 (Zone -49) ansteigen läßt. Dann erreicht der Faden erstmals die angetriebene Umlenkrolle 5, wo die Fadenspannung auf o"7 abgesenkt wird (Zone /\si). Von hier aus erfolgt in Zone An ( = Heizfläche 7) ein erneuter Anstieg auf o"s· um nach kurzem, horizontalem Verlauf der Kurve in der Zone Asi ( = Umlenkrolle 8) weiter auf σ"9 (Zone Λ92) anzusteigen. Nach erneutem Durchlauf der den Elementen 5, 7, 8, 9, 5, 7 nnd 8 entsprechenden Zonen An An· Asy A74 und Aw gelangt der Faden mit einer Spannung oe IV auf die Changierung 10 und die Aufwindvorrichtung 11. Diese Spannung ist nun nur um etwa 2 g, d. h. etwa Wi höher als die Anfangsspannung 00. Die Gesamtrelaxation beträgt etwa 12%. Als Vergleich ist der Fadenspannungsverlauf Foe in F i g. 3 gestrichelt eingezeichnet, der zu erwarten wäre, wenn die Fadenspannung nicht einer mehrfachen Reduktion durch Antrieb auf der Umlenkrolle 5 unterliegen würde. Die Endspannung σο£ würde etwa das 3fache von 00 betragen.

In Fig.2 ist noch eine Variante des Fadenlaufs

eingezeichnet. Statt nach Ablauf von der Hilfsumlenkrolle 8' direkt auf die Aufwindvorrichtung zu gehen, ist in Fig. 2 nochmals eine Galette 14 und eine Umlenkrolle 15 nachgeschaltet. Von dieser läuft der Faden auf eine Ringzwirnspindel 16. Diese Ringzwirnspindel benötigt eine positive Anlieferung des Fadens mit einer bestimmten Geschwindigkeit Vir welche hiermit durch die naehgeschaltete Galettenumlenkrolleneinheit 14,15 gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines hochpolymeren Fadens im Anschluß an dessen Verstrecken mittels einer Streckrolle und zugehöriger Verlegerrolle, bei der der Faden in mehrfach angetriebenen Windungen über eine Heizvorrichtung läuft, die zur Abgabe von Wärme an den Faden einen stationären Heizkörper aufweist, der zwischen zwei Umlenkrollen angeordnet ist, von denen eine mit der Umfangsgeschwindigkeit der Streckrolle antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Relaxieren des Fadens die andere Umlenkrolle (8) durch den Faden mitnehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Umlenkrolie (5) mit Streckrollenumfangsgeschwindigkeit die um diese und die Streckrolle (4) gelegten Fadenwindungen dienen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle (5) mit der Verlegerrolle identisch ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der angetriebenen Rolle (5) am weitesten entfernte Mantellinie der nicht mit Streckrollenumfangsgeschwindigkeit umlaufenden Umlenkrolle (8) gegenüber der angetriebenen Rolle (5) so geneigt ist, daß die letzten Fadenwindungen kurzer als die ersten sind.