DE1950744A1

DE1950744A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Strecken eines thermoplastischen Fadens

Info

Publication number: DE1950744A1
Application number: DE19691950744
Authority: DE
Inventors: Hendrinus Sempel
Original assignee: Algemene Kunstzijde Unie NV
Current assignee: Akzo NV
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1970-05-06
Also published as: FR2020145A1; NL6814351A; ES372001A1; CH497550A; US3660550A; GB1248854A

Description

DR. ELISABETH JUNG, DR. VOLKER VOSSIUS, DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

PATENTANWÄLTE M0NCHEN23 · S I E G ES ST R ASS E 26 . TELEFON 34S0B7 . TELEGRAMMADRESSE: I N VENT/M ONCH EN

TELEX 5 29 686

S AKÜ 1212 (My/Oy) IC

ALGEMJälE KÜHSTZIJDE
Arnheim, Holland

Verfahren und Vorrichtung zum Strecken eines thermoplastischen Fadens

Priorität: 8_O Oktober 1968 / Holland
Anmelde-Nr₀: 68-14351

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstrecken eines thermoplastischen Fadens» welches die Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone, das Aufbringen einer axialen Belastung auf den Faden in der Strtckzone» bei der der Faden eingeschnürt und dauerhaft rerforrat wird» das Festlegen dar Einschnürung in der Strockzone sowie die Abgabe des Fadens aus der Streckzone usf&JSt·

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Unter "Faden¹¹ sind hier fadenförmige oder bandförmige Erzeugnisse zu verstehen*,

Ein Verfahren der oben beschriebenen Art ist Z₀B₀ aus der britischen Patentschrift 543 466 (entsprechende deutsche Patentschrift 1 141 409) bekannte Bei diesem bekannten Verfahren umschlingt der Faden in der Strecksone mindestens einmal vollständig einen Reibungskörper in Form eines nicht dreh-• baren Zapfens, der die Einschnürung in ihrer Lage bestimmte An dem Streckzapfen wird die Spannung im Faden so groß, daß es zu einer plastischen Verformung kommt, so daß über ein ver-™ hältnismäßig kurzes Stück hinweg_e welches hier als Einschnürung bezeichnet ist» die Querabmessungen des Fadens erheblich verändert werden,. Wenn jedoch die angewandten Geschwindigkeiten groß sind j führt die Verwendung eines Streckzapfens häufig - zu Garnbrüchenο Andererseits kann ein Verstrecken ohne Streckzapfen dazu führen^ daß die Einschnürung entweder zur einen oder anderen walze, zwischen denen der Faden verstreckt wird, verschoben wird,, Auch dies bildet eine Gefahr für Fadenbrüche₀

Die obengenannten Nachteile können umgangen werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird <> Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Einschnürung in ) ihrer Lage bestimmt wird durch eine Messung der Temperatur des Fadens an dem Punkt, an dem die Einschnürung liegen soll, und daß bei einer Bewegung der Einschnürung aus der gewünschten Lage heraus ein Verfahrensbeiwert oder mehrere derartige Beiwerte, die die Lage der Einschnürung beeinflussen, aufgrund dieser Temperaturmessung so geändert werden, daS die Einschnürung veranlaßt wird, in die gewünschte Lage zurückzukehren

Unter "Einschnürung" ist hier ein Abschnitt des. fadens

zu verstehen.» -in.-wtfiohem infolge der Vörformmg? tar uWFa-..-.

ften-unterliegt» derartig Tle£ YaXBtXBQlsaxsgpswa&m® I>#4§@®etgt: '■

ν wird, dan'in dem. fatfimabaohiaitt ®%®m £*$?

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ο. Parameter
Ein Beiwert/i der die Lage der Einschnürung beeinflußt«

ist ZoBo das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der der Faden aus der Streckzone abgegeben wird, gegenüber der Geschwindigkeit, mit der der Faden dieser Zone augeführt wird«, Wenn dieses Verhältnis bis über einen Wert ansteigt, bei dem die Lage der Einschnürung festliegt, so bewegt sich die Einschnürung in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung des Fadensο Erniedrigt sich dies Verhältnis, so ist die Erscheinung umgekehrte Ein weiterer Beiwert, durch den die Lage der Einschnürung beeinflußbar ist, ist die Geschwindigkeit, mit der der Faden der Streckzone zugeführt wirdo Steigt diese Zufuhrgeschwindigkeit über den Wert, bei der die Lage der Einschnürung festliegt, so bewegt sich die Einschnürung in der Bewegungsrichtung des Fadens«, Sinkt andererseits die Zufuhrgeschwindigkeit, so bewegt sich die Einschnürung in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung des Fadens_o

Um die Einschnürung in ihrer Lage festzulegen, wird vorzugsweise ein Verfahren angewandt, bei dem es nicht nötig ist, daß sich die oben erwähnten Verfahrensbeiwerte ändern« Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Faden vor dem Messen der Temperatur durch eine heizbare Zone läuft und daß die Temperatur der heizbaren Zone als Beiwert dient, durch den die Lage der Einschnürung beeinflußbar ist»

Sas Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders zweckmäßig zur Verwendung beim Spinnstrecken eines Fadens₀ Hierbei wird der Faden unmittelbar nach dem Spinnen einem Streckvorgang unterworfen, so daß das Verstrecken mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit erfolgt, was gegen die Verwendung eines Streckzapfens spricht«

Beim Verstrecken von Fäden mit höherer Denierzahl, insbesondere beim Spinnstrecken derartiger Fäden, kann es ^ vorkommen, daß der Faden vor dem Vorbeilaufen am Temperaturfühler verhältnismäßig stark abgekühlt werden muß₈ um zu ver-

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hindern, daß sich die Einschnürung zu weit vorn in der Bewegungebahn bildete jSb hat sich herausgestellt» daß dies mit einem Verfahren vermieden werden kann, welches sich dadurch auszeichnet, daß der Faden in der Streckzone nach der Einschnürung über mindestens ein Reibungsglied geführt wirdο

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Verstrecken eines thermoplastischen Fadens, die Teile zur Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone, Teile zum Abgeben des Fadens aus der Streckzone mit höherer Geschwindigkeit als der Zufuhrgeschwindigkeit des Fadens sowie eine Einrichtung zum Festlegen der Lage der Einschnürung in der Streckzone umfaßte Eine derartige Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der Einschnürung in ihrer Lage einen Temperaturfühler zum Messen der Temperatur des Fadens an der Stelle, an der die Einschnürung liegen soll, und mit dem Temperaturfühler zusammenwirkend eine Einrichtung umfaßt, mit deren Hilfe die Lage der Einschnürung beeinflußbar ist„

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Einrichtung zum Beeinflussen der Lage der Einschnürung eine Heizvorrichtung umfaßt, mit deren Hilfe die Temperatur des Fadens veränderbar ist, ehe der Faden am Temperaturfühler vorbeiläuft, sowie einen automatischen Regler, dessen Eingang·mit dem Temperaturfühler und dessen Ausgang mit der Heizvorrichtung verbunden ist«.

Bei der Heizvorrichtung kann es sich um einen beheizten Körper, z.B. eine heiße Platte, handeln, die zwischen dem Temperaturfühler und dem Glied zur Zufuhr des Fadens zur Streckzone angeordnet ist₀

Eine sehr zweckmäßige Vorrichtung erhalt man, wenn man als Heizvorrichtung eine heizbare Walze verwendet, über die der Faden geleitet wird ο Zu diesem Zweck kann man vorteilhafterweise die Zufuhrwalze benutzen, die den Faden der Strecfc-

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zone zuführt und diese Zone gemeinsam mit der Streckwalze begrenzt O

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, insbesondere zum Spinnstrecken eines thermoplastischen Fadens, die mit mindestens einer Zufuhrwalze zur Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone und einer Streckwalze zur Abgabe des Fadens aus der Streckzone mit höherer Geschwindigkeit als der Zufuhrgeschwindigkeit versehen ist» Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Streckzone zwischen dem Temperaturfühler und der Streckwalze ein Reibungsglied vorgesehen ist, mit dem der Faden in schlüpfende Berührung gebracht wird»

Die Erfindung betrifft auch gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Fäden₀

Die lärfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläuterte

Fig» 1 ist eine schematische Ansicht einer Streckvorrichtung gemäß der Erfindung;

Figo 2 zeigt eine Vorrichtung zum Spinnstrecken von lOlyamidgarnο

Bei dem in Figo 1 gezeigten Ausfiihrungsbeispiel wird ein thermoplastischer Faden 1 einer Streckzone zugeführt, die von einer elektrisch beheizten, angetriebenen Zufuhrwalze 2 und einer angetriebenen Streckwalze 5 begrenzt ist· Der Faden umschlingt die Walzen 2, 3 mit Trennwalzen 4 bzw. 5 einige Male ο Eine Verstreckung erfolgt, da die Streckwalze 3 dem Faden 1 eine Geschwindigkeit vermittelt, die größer ist alt die von der Zufuhrwalze 2 vermittelte Geschwindigkeit. Zum Beispiel beim iäinschnUrungaatrecken zeigt die Fadengeaohwindigkeit ein Gefälle in der Streckzone. Bei diesem Geachwindigkeitsgefiille wird die Querschnittsfläohe des Fadens unter

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dem Einfluß plastischer Verformung Über einen häufig sehr kurzen Abstand stark geändert„ Der Fadenabschnitt, in dem dieses steile Geschwindigkeits£efälle auftritt, wird als Einschnürung bzwο Verengung.oder Streckhaie bezeichnet.

Außer dem öeechwindigkeitsgefälle tritt auch ein Temperaturgefälle in der Streckzone auf, welches von der Wärme verursacht wird, die bei der starken Verformung freigesetzt wird, der der Faden in der Einschnürung ausgesetzt ist. Der dadurch entstehende Temperaturanstieg in der Einschnürung kann viele Zehner Grad Celsius betragen. In Richtung der Bewegungabahn des Fadens gesehen zeigt die Oberflächentemperatur des Fadens in der Nähe der Einschnürung zunächst einen verhältnismäßig 8teilen Anstieg bis zu eine» gewieβen Höchstwert, der etwa an der Einschnürung erreicht wird, und dann einen langsamen Abfall· Daraue folgt, daß das Tumperaturgefalle vor dem Höchstwert steller ist als nach demselben»

Um die Einschnürung in der Streckzone in ihrer Lage zu bestimmen, ist ein Fadenführer 6 mit eingebautem Thermoelement vorgesehen» Dieses Thermoelement ist mit einen automatischen Regler 7 verbunden, welcher die elektrische Erwärmung der Zufuhrwaise 2 steuert· Der Regler 7 ist über Verbinr'ungen 8 und 9 seit dem Thermoelement bzw» der elektrischen Heizvorrichtung der Zufuhrwaise 2 verbunden.

Die Lage der Einschnürung wird in folgender Weis® festgelegt· sftnnsich die Einschnürung zwischen der Zuführwalzeund am Thermoelement» und swar in der Nähe des Thermoelements befindet;, so nimmt das Thermoelement eine hohe Temperatur der F&iemOftserfläöh® wahr« Ster Begier ? spricht darauf derartig ®@» $&S er die Erwärmung der Zufithrwalie 2 reduziert · Zu diesem Zw@Qk kann die elektrische Heilvorrichtung s.B* gans öder teilweist abgeschaltet werden« Bmm üs&tt elnksr^heside Absinken der-.$emp@r&tur der.Sufuhrwalse 2 filmet mu sinew Ab-» sinken der F&äe^f^per&tu?« ao daS sisli äi@ lineotoil^ung in

poeiie/i7is

BAD ORIGINAl-

Richtung zum Temperaturelement bewegt» Wenn die Einschnürung am Temperaturelement vorbeiläuft, nimmt dieses eine sinkende Fadentemperatur wahr« Infolgedessen steigert der Regler 7 in Zusammenarbeit mit der Heizvorrichtung der Zufuhrwalze 2 die Temperatur dieser Walze, so daß die Einschnürung wieder in entgegengesetzter Richtung bewegt wird«, Auf diese Weise hält die automatische Regelschleife, die vom Faden, dem Thermoelement, dem automatischen Regler und der erhitzten Zufuhrwalze gebildet ist, die Einschnürung in der gewünschten Lage«,

Auf der in Figo 2 gezeigten Spinnstreckvorrichtung wird ein Nylon 6- techn. Garn aus 140 Einzelfäden in einem kontinuierlichen Verfahren verstreckt, entspannt und aufgewickelt,, Bas von einer hier nicht gezeigten Spinnvorrichtung kommende Garn 1 läuft nacheinander über eine Zufuhrwalze 2 mit Trennwalze 4, eine fest angebrachte, heiße Platte 10, einen Fadenführer 6 mit eingebautem Temperaturfühler, eine angetriebene Walze 11, eine Streckwalze 3 mit angetriebener Trennwalze 5 (beide erhitzt), ein Paar angetriebene «falzen 12, 13 und eine genutete Trommel 14 und wird dann zu einer Rolle 15 aufgewickelt, die mittels einer Reibungswalze 16 mit gleichöleibender Umfangsgeschwindigkeit angetrieben ist. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 11 entspricht der der vfalze 2, so dafl das Garn 1 auf der «falze 11 schlüpfte Dies gewährleistet, daß das Garn einer Reibung ausgesetzt iet, die ein Spannungsgefälle hervorruft. Die Größe des von der Walze 11 verursachten Spannungsgefälles wird auch vom Unterschied zwischen der Garngeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 11 bestimmt. Bei dem hier beschriebenen AusfUhrungsbeispiel ist die «falze 11 nicht mit einer Heizvorrichtung versehen; stattdessen wirkt sie als Kühlglied für das Nylongarn₀

Wie bei der oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Streckvorrichtung ist der Temperaturfühler im Fadenführer 6 mit einem automatischen Regler verbunden, der an eine Heizvorrichtung für das Garn 1 angeschloeef;i iet* Bei ösr in

Fig« 2 gezeigten Spinne trecScvorr ich tong bildet nicht die Zufuhrwalze 2 sondern die Platte 10 das Heizelement.

wenn sich die Einschnürung in der Nähe des Temperaturfühlers im Fadenführer 6,und zwar «wischen diesem und der Walze 11 befindet» nimmt der Temperaturfühler eine verhältnismäßig niedrige Garntemperatur wahr. Der automatische Regler 7 steigert dann die Temperatur der Platte 10. Infolgedessen wird die Temperatur des noch nicht verstreckten Garns erhöht, so daß sich die Einschnürung in Richtung zum fadenführer bewegt ο Die Verstreekungswirme entsteht nun näher beim Temperaturfühler, so daß dieser eine steigende Garntemperatur wahrnimmt. Zu einem gegebenen Zeltpunkt erreicht dabei die gemessene Garntemperatur einen derartigen Wert, daß der Regler 7 ein Absinken der Temperatur der Platte 10 verursacht, so daß die Einschnürung sich schließlich in entgegengesetzter Richtung zu bewegen beginnt. Auf diese tfelse wandert die JSinschnU-rung im Bereich um den Fadenführer 6 hin und, her. Die Häufigkeit und die Amplitude dieser Bewegung is Besug sum Fadenführer 6 sind von verschiedenen Faktoreä bestirnt, beispielsweise von der Geschwindigkeit des β«ζη· swieehon der Platte und dem Temperaturfühler» äen itfeertragungefuaktionezi des SeuperaturfUhlers, des Reglers und ä«r heißen Platte 10 sowie der Wärmeübertragung von der Platte auf das Garn·

Anstelle einer heizbaren Platte- kann auch ein· heizbare #alz@ verwendet sein· Zu diesem Zweck kann z«&. die Zufuhrwalze 2 mit einer Heizvorrichtung versehen sein.

S e i @ ρ i e 1

Unter Verwendung einer Spinnstreckvorriehtung von der in Fig. Z gezeigten Art, bei der nur statt der Platte 10 eine heizbare Waise 2 vorgesehen war, deren Ilelsvorrichtung an einen Regler 7 (EIH-AUS-Steuerung) angeschlossen war, wurde ein

Nylon 6-Garn aus 140 Einzelfäden zu einem Garn mit einer Stärke von 1260 den«, Vera treckt ο

Bei einem Verstrecken unter Bedingungen, die der unten aufgeführten Tabelle zu entnehmen sind, zeigte sich, daß das auf diese »/eise hergestellte Garn eine Festigkeit von 9 g/den₀, eine Bruchdehnung von 22$ und eine Schrumpfung in kochendem Wasser von 11$ hatte.

v/alze 2

Umfangsgeschwindigkeit 400 m/min

v/alze 11 tfalzen falzen 3 u. 5 12 Uo13

400 m/min 1920 m/min 1880 m/

min

Temperatur

40 - 45 0

100⁰C

220⁰O

100⁰C

Das verstreckte Garn war bemerkenswert hinsichtlich seines sehr gleichmäßigen Denierwerts„

Das Garn muß nicht unbedingt dadurch erhitzt werden, daß es mit einem erhitzten Körper in Berührung gebracht wird, sondern die »/ärmeübertragung kann auch durch Strahlung erfolgen» Oder das Garn kann, ehe es am Temperaturfühler vorbeiläuft, durch eine erhitzte Flüssigkeit geleitet oder der Wirkung eines Gasstroms von vorherbestimmter Temperatur ausgesetzt werdenο Es sei noch hinzugefügt, daß zum Festlegen der Einschnürung in ihrer Lage nicht nur eine Erhitzung sondern auch ein Abkühlen des Garns in Frage kommt₀ Zum Beispiel kann die Einschnürung, wenn sie unmittelbar vor dem Temperaturfühler liegt (doho links vom Temperaturelement in Figo 2), durch Abkühlen des Garns in Richtung zum Temperaturfühler bewegt werdenο Eine Lagebestimmung der Einschnürung kann auch durch eine Kombination von Erwärmen und Abkühlen erfolgen₀ nlenn sich die Einschnürung unmittelbar vor dem Temperaturfühler befindet (d_oh. wenn die gemessene Temperatur "hoch¹¹ ist)

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wird das Garn abgekühlt, und wenn die Einschnürung sich hinter dem temperaturfühler befindet (doh» wenn die gemessene Se;aperatur "niedrig" ist) wird das Garn erhitzt, um seine lemperatur zu erhöhen₀

Zusätzlich zu den oben erwähnten Verfahrensbeiwerten gehören zu den die lage der Einschnürung bestimmenden Beiwerten u_&a_e auch die Temperaturen der Walzen 11, 3 und 5 ebenso wie der Umschlingungswinfcel des Garns um die Walze 11 und der Unterschied zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Vfalze 11 und der Garngeschwindigkeit₀ Auch die Rauheit der Lauffläche der Walze 11 und der anderen walzen beeinflußt die Lage der Sinschniirungo mienn die Rauheit der Lauffläche in axialer Richtung der Walzen nicht gleichmäßig ist, kann die Lage der Einschnürung so beeinflußt sein, daß das Garn in axialer Richtung über die Lauffläche verschoben wird» Im Fall des Spinnstreckverfahrens ist auch die Spinntemperatur ein Beiwert, der die Lage der Einschnürung beeinflußt» Bas erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar für alle synthetischen linearen Polymere wie Polyamide (z.B_e Nylon 6, Mylon 6,6 und dergl«,). Polyester (zoBo Polyäthylenterephthalat, Polypivalolacton und

's

dergl_Q) und derglo, bei denen das oben beschriebene Einschnürungsstrecken mit einem Temperaturgefälle von meßbarer Größe an der Einschnürung einhergeht_o

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Claims

Patent an ep r Ü c h e

[ι» Verfahren zum Verstrecken eines thermoplastischen Fadens, welches die Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone, eine axiale Belastung des Fadens in der Streckzone, bei der der Faden eingeschnürt und dauerhaft verformt wird, eine Festlegung der Lage der Einschnürung in der Streckzone und die Abgabe des Fadens aus der Streckzone umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung dadurch in ihrer Lage festgelegt wird, daß die Temperatur des Fadens an dem Punkt gemessen wird» an dem die Einschnürung liegen soll, und daß bei einer Bewegung der Einschnürung aus der gewünschten Lage ein Verfahrensbeiwert oder mehrere derartige Beiwerte, die die Lage der Einschnürung beeinflussen, aufgrund dieser Temperaturmessung so geändert werden, daß sie die Einschnürung veranlassen, in die gewünschte Lage zurückzukehren₀

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden vor dem Messen seiner Temperatur durch eine heizbare Zone läuft, und daß die Temperatur der heizbaren Zone als Beiwert dient, durch den die Lage der Einschnürung beeinflußbar ist»

3ο Verfahren zum Spinnstrecken eines Fadens durch Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2₀

4» Verfahren nach einem der, vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden in der Streckzone hinter der Einschnürung über mindestens ein Reibungsglied geleitet wird«

5» Vorrichtung zum Verstrecken eines thermoplastischen Fadens, welche Teile zur Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone, Teile zur Abgabe des Fadens aus der Streokzone mit höherer Geschwindigkeit als der Zufuhrgeschwindigkeit des Fa-

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dens und eine Einrichtung zum Festlegen der Einschnürung in ihrer Lage in der Streokzone umfaßt« zum Ausfuhren des Verfahrens nach einem der Torhergehenden Ansprüche, dadurch g e kennzeichnet » daß die Einrichtung zum Festlegen der Einschnürung in ihrer Lage einen temperaturfühler zum Messen der Temperatur des Fadens an der Stelle, an der die Einschnürung liegen soll,und zusammenwirkend mit dem temperaturfühler eine .Einrichtung umfaßt, mit deren Hilfe die Lage der Einschnürung beeinflußbar ist«, -

60 Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beeinflussen der Lage der Einschnürung eine Heizvorrichtung (10) aufweist, mit deren Hilfe die Temperatur des Fadens veränderbar ist, ehe der Faden am Temperaturfühler vorbeiläuft, sowie einen automatischen Regler (7)» dessen Eingang (3) mit dem Temperaturfühler und dessen Ausgang (9) mit der Heizvorrichtung (10) verbunden isto

7ο Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine heizbare Walze (2),Über die der Faden geleitet ist, als Heizvorrichtung dient..

80 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5bis 7, insbesondere zum Spinnstrecken eines thermoplastischen Fadens mit mindestens einer Zufuhrwalze zur Zufuhr des Fadens zu einer Streckzone und einer Streckwalze zum Abgeben des Fadens aus der Streckzone mit höherer Geschwindigkeit als der Zuführgeschwindigkeit des Fadens zur Streckzone,dadurch g e kenn ζ e i c h η e t , daß in der Streckzone zwischen dem Temperaturfühler und der Streckwalze (3) ein Heibungsglied (11) vorgesehen ist, mit dem der Faden in schlüpfende Berührung gebracht iSto.

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