DE19700169A1 - Verfahren zum Kühlen und Kühleinrichtung für Filamente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Kühleinrichtung zur Kühlung von Filamenten, die aus einer Vielzahl von Durchgängen einer Spinndüse austreten.

Die aus der Spinndüse austretenden heißen Filamente müssen abgekühlt werden. Dazu sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, wie sie in der EP 0 536 497 B1 zusammengefaßt dargestellt sind. Diese Schrift selbst offen­ bart einen Apparat und ein Verfahren zur Abkühlung synthe­ tischer Filamente, wobei ein Kühlgas auf zwei unterschiedli­ chen Strömungswegen auf die Filamente geblasen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Kühleinrichtung zur Kühlung von Fila­ menten, die aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten Durchgängen einer Spinndüse austreten, bei der das Kühl­ mittel möglichst präzise geführt und dosiert werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit einer Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird das Kühlmittel nach Umströmen der Fila­ mente abgesaugt. Ein Kühlmittelstau vor dem Filamentschleier wird hierbei vorteilhaft verhindert. Dabei kann der Strö­ mungsverlauf des Kühlmittels durch die Absaugung stark beeinflußt werden. Ebenso wie die jeweilige Anström- oder Absauggeschwindigkeit des Kühlmittels ist auch der jeweilige Massenstrom durch die Absaugung des Kühlmittels einstellbar. Das Wärmestrom- bzw. Strömungsprofil des Kühlungsmittels kann auf derartige Weise über die Breite des Filamentenschleiers reguliert werden. Durch eine Veränderung der Anströmung der Filamente mit dem Kühlmittel wird die Abkühlung ebenfalls beeinflußt. Dazu kann z. B. die Anströmung erzwungen sein, der Anströmquerschnitt verändert werden oder das Kühlmittel günstig konditioniert sein.

Bei einer erzwungenen Anströmung der Filamente mittels der Einrichtung zur Queranströmung der selbigen ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung günstig, daß das Kühlmittel mit etwa derselben Geschwindigkeit anströmt, mit der es anschließend abgesaugt wird. Man erhält dadurch eine Filamentenabkühlung mit besonders niedrigen Luftturbulenzen und dementsprechend niedrigen Verlusten. Außerdem werden die Filamente sehr gleichmäßig abgekühlt. Die Geschwindigkeit des Kühlmittels sowie sein Massenstrom kann dazu ebenfalls über eine Änderung des Anströmdruckes bzw. des Absaugunterdruckes beeinflußt werden. Ein Druckwechsel ist mittels einer Quer­ schnittsänderung einer Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels oder ähnlich geeigneten Mitteln erzielbar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die aus in einer Spinndüse ringförmig angeordneten Durch­ gängen austretenden Filamente von innen nach außen umströmt. Dazu kann im Inneren eines derartigen Filamentenschleiers eine Einrichtung zur Queranströmung der Filamente mit einem Kühlmittel angeordnet sein. Unter dieser Einrichtung ist jedwede bauliche Anordnung zu verstehen, die auf das an­ strömende Kühlmittel wirkt. Eine außerhalb des ringförmig angeordneten Filamentenschleiers angebrachte Absaugvorrichtung für das Kühlmittel saugt dieses nach außen hin ab. Schon existierende Anlagen können durch eine Vorrichtung dieser Art zur Kühlung nachträglich ausgerüstet bzw. ergänzt wer­ den.

Eine Umkehrung der Strömung, nämlich eine Umströmung der Filamente von außen nach innen, stellt eine weitere gün­ stige Ausführung der Erfindung dar. Für einen bogenförmig angeordneten Filamentenschleier, insbesondere einem kreisför­ migen, bedeutet dies, daß sich das Kühlmittel auf seinem Weg nach Innen beschleunigt. Der Filamentenkreisbogen wird mit abnehmenden Radius kleiner. Das zu durchströmende Volu­ men nimmt daher ab, weswegen sich bei konstantem Kühlmit­ telmassenstrom die Geschwindigkeit erhöht. Dieses ist von der Anordnung der Durchgänge in der Spinndüse sowie den Filamentdurchmessern abhängig, da diese den dem Kühlmittel zur Verfügung stehenden freien Umströmungsraum in einem sich bildenden Filamentenschleier bestimmen.

Ein günstiger Wärmeübergang durch Konvektion von den Fila­ menten zum Kühlmittel ergibt sich bei einer etwa senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Filamente verlaufenden Strö­ mungsführung des Kühlmittels. Durch gezielte Absaugung ergibt sich diese vorteilhafte Queranströmung bzw. Querabströmung des Kühlmittels zu den Filamenten. Eine andere, in Bewe­ gungsrichtung der Filamente geführte Strömung birgt wiederum den Vorteil in sich, daß das Kühlmittel die Filamente länger umgibt. Die Abkühlung kann auf derartige Weise ver­ gleichmäßigt werden. Der umgekehrte Fall, bei dem das Kühl­ mittel eher entgegen der Filamentenbewegungsrichtung diese umströmt, eignet sich zum Beispiel zur Entfernung von schon an der Filamentenaußenfläche angelagerten Gashüllen, die in Bewegungsrichtung der Filamente mitgerissen worden sind.

Je nachdem, ob das Filament eher abgeschreckt als abgekühlt werden soll, ist das Kühlmittel zu temperieren, bevor es das Filament umströmt. Günstig ist es daher, das Kühlmittel je nach Bedarf zu beheizen. Auch die Auswahl des Kühlmit­ tels beeinflußt die Abkühlung in entscheidender Weise. So kann dem Kühlmittel Dampf zugemischt werden. Dadurch erhöht sich die Wärmekapazität des Kühlmittels und damit der mög­ liche abführbare Wärmestrom. Andere Gase mit vorteilhaften Wirkungen auf die Filamentenabkühlung sind ebenfalls einsetz­ bar.

Die Abkühlung der Filamente ist zum einen über deren Aus­ trittsgeschwindigkeit aus der Extrusionsplatte beeinflußbar. Zum anderen ist durch die Verschiebung von mindestens einem Teil der Kühleinrichtung zur Spinndüse die Abkühlung eben­ falls einstellbar. Aufgrund der Verschiebung ergibt sich eine Änderung des Abstandes der Anblasung und Absaugung zur Spinndüse, so daß sich ein beliebiger Heißverzug erreichen läßt. Zur Verschiebung kann die Kühleinrichtung als ganzes bzw. Teile davon bewegt oder aber auch der Anströmquer­ schnitt bzw. der Absaugquerschnitt für das Kühlmittel ver­ ändert werden.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß der Zeichnung erläutert. Zusätzliche günstige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch weitere Kombinationen der Merkmale. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kühleinrichtung mit einer Absaugvorrichtung sowie einer Einrichtung zur Queranströmung der Filamente,

Fig. 2 eine Kühleinrichtung mit mehrkanaliger Einrichtung und mehrkanaliger Absaugung des Kühlmittels und

Fig. 3 eine Kühleinrichtung mit mehrkanaliger getrennter Absaugung.

Fig. 1 zeigt eine Kühleinrichtung 1 für Filamente 2 mit einer Einrichtung 3 zur Queranströmung der Filamente 2 mit einem Kühlmittel 4 und einer Absaugvorrichtung 5 für das Kühlmittel 4. In einer Spinndüse 6 sind Durchgänge 7 an­ geordnet, durch die die Filamente 2 entsprechend ihrer Bewegungsrichtung, angedeutet durch den Pfeil 8, austreten. Die Durchgänge 7 sind in dieser Ausführungsform in der Spinndüse 6 so angeordnet, daß sie eine Ringform ergeben. Dadurch bilden die austretenden Filamente 2 einen Filamen­ tenschleier. Die Absaugvorrichtung 5 ist in dieser erfin­ dungsgemäßen Kühleinrichtung 1 außerhalb des Filamenten­ schleiers angebracht. Dadurch ergibt sich eine Strömungs­ richtung des Kühlmittels 4 von innerhalb des Filamenten­ schleiers nach außen, was durch die Pfeile angedeutet wird. Die Absaugung, welche z. B. mittels eines Gebläses 9 in der Abführung 10 des Kühlmittels 4 erzielt wird, kann durch eine zwanghafte Anströmung der Filamente 2 unterstützt werden. Die Zuführung 11 für das Kühlmittel 4 kann dazu ebenfalls ein Gebläse 9 aufweisen. Dadurch wird die Druck­ differenz zwischen dem Absaugquerschnitt 12 und dem Anström­ querschnitt 13 gegenüber derjenigen bei einer alleinigen Absaugung vergrößert. Durch Regelung der jeweiligen Gebläse 9 ist eine Änderung des Strömungsprofils des Kühlmittel­ stroms 4 über den Filamentenschleier und damit eine Ände­ rung des abzuführenden Wärmestroms möglich. Eine Beeinflus­ sung des Kühlmittelstromes sowie der Kühlmittelgeschwindig­ keit erfolgt durch Veränderung des Anströmquerschnittes 13 bzw. Absaugquerschnittes 12. Der Kühlmittelstrom kann über eine Drehzahländerung des Gebläses, die Kühlmittelgeschwin­ digkeit vorzugsweise über eine Änderung der Querschnitte geregelt werden. Dieses ist beispielsweise über eine Ver­ größerung oder Verkleinerung der Spalthöhe der Querschnitte 12, 13 möglich. Dazu können in oder an der Kühlmittelströ­ mung liegende Strömungsleitorgane 14 eingesetzt werden. Durch Einsatz von beweglichen Strömungsleitorganen 14 ist neben der Einstellung einer Strömungsrichtung und -geschwindigkeit vor allem auch eine Regelung derselben möglich. Weiterhin kann Einfluß auf die Abkühlung der Filamente 2 dadurch genommen werden, daß die Kühleinrichtung 1 oder Teile von ihr gegenüber dem Austritt 15 der Filamente 2 aus der Spinndüse 6 verschiebbar sind. Der hierbei entstehende Heizverzug kann durch entsprechende Verlängerung bzw. Ver­ kürzung des Abstandes zwischen Absaugströmung und Spinndüse eingestellt werden. Durch Abdichten des Anström- 16 bzw. des Absaugraumes 17 werden Kühlmittelverluste vermieden. Gleichzeitig wird eine Fremdansaugung von Umgebungsluft verhindert. Eine Fehlanströmung der Filamente 2 bzw. Turbu­ lenzen des Kühlmittels 4 werden durch Dichtelemente 18 ebenfalls verringert. Diese Dichtelemente 18 können gleich­ zeitig als Strömungsleitorgane 14 ausgebildet sein. Die notwendige Anzahl der Bauteile für eine Kühleinrichtung 1 verringert sich dadurch. Vorteilhaft ist es außerdem, den Absaugquerschnitt 12 bzw. den Anströmquerschnitt 13 nahe an die Filamente 2 zu legen, damit keine großen abzudichtenden Flächen entstehen. Für eine gleichmäßige Abkühlung der Filamente 2 wird der Kühlmittelstrom 4 mittels einer Kon­ ditionierungseinrichtung 19 entsprechend konditioniert: das Kühlmittel 4 ist beheizbar, verschiedene Kühlmittel 4 sind mischbar, z. B. Luftdampfgemische, etc.

Fig. 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, die eine mehrkanaligen Einrichtung zur Anströmung der Filamente 2 mit dem Kühl­ mittel 4 und eine mehrkanalige Absaugvorrichtung 5 aufweist. Die an sich schon bekannte mehrkanalige Zuführung 11 des Kühlmittels 4 wird durch eine mehrkanalige Abführung 10 unterstützt. Zum einen können durch derartige Unterteilungen des Absaug- 12 bzw. des Anströmquerschnittes 13 verschiedene Geschwindigkeiten in den einzelnen Kanälen 20 und damit auch unterschiedliche Wärmeströme von den Filamenten 2 abgeführt werden. Zum anderen vermeiden die Trennwände 21 der Kanäle 20 Turbulenzen. Eine Ausbildung der Trennwände 21 als bewegbare Strömungsleitorgane 14 dient außerdem als erfindungsgemäßes Mittel zur Veränderung des jeweiligen Absaug- 12 bzw. Anströmquerschnittes 13. Bei einer Zwangs­ anströmung kann die Kühlmittelgeschwindigkeit im Anström- 16 und Absaugraum 17 in etwa gleich eingestellt werden, wo­ durch sich ebenfalls Turbulenzen vermeiden lassen. Eine mehrkanalige Zuführung 11 des Kühlmittels 4 läßt weiterhin die Beheizung bzw. Dampfbeaufschlagung nur eines einzelnen von mehreren Kanälen 20 zu. Eine günstige Ausführungsform der Erfindung enthält nicht nur die Möglichkeit, den Ab­ stand zu den Austritten 15 der Filamente 2 durch Verschie­ bung eines Teils der Kühleinrichtung 1 zu verändern. Viel­ mehr kann in den zwischen der Spinndüse 6 und der Absaug­ vorrichtung 5 bzw. der Einrichtung 3 gebildeten Totraum ein zusätzliches Anström-/Absaugsystem installiert werden, durch welches ein beheiztes Kühlmittel 4 einen beliebigen Heizver­ zug ermöglicht. Im Sinne der vorliegenden Erfindung stellt dieses zusätzliche System eine weitere Unterteilung des Absaug- 12 bzw. Anströmquerschnittes 13 dar.

Fig. 3 zeigt eine Kühleinrichtung 1 mit einer mehrkanaligen getrennten Absaugvorrichtung 5. Durch Trennung der Kanäle 20 über die gesamte Abführung 10 kann der so unterteilte Absaugquerschnitt 12 mit unterschiedlichen Kühlmittelgeschwin­ digkeiten bzw. -drücken beaufschlagt werden. Ebenso ist auch eine jeweils unterschiedliche Absaug-Kühlmittel-Richtung über den Absaugquerschnitt 12 möglich. Die Dichtelemente 18 sind bei dieser Ausführungsform insbesondere unterhalb der Absaug­ vorrichtung 5 bzw. der Einrichtung 3 angebracht. Der Ab­ saugquerschnitt 12, aber auch der Anströmquerschnitt 13, ist bei einem ringförmigen Filamentenschleier ebenfalls ringför­ mig um diesen angebracht. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Absaugung und damit auch eine gleichmäßige Abkühlung der Filamente 2 erreicht. Bei einer der Absaugung gegenüberliegenden Anordnung des Anströmquerschnittes 13 in der Form eines Ringkanals ergibt sich eine besonders vor­ teilhafte Abkühlung über den Filamentenschleierquerschnitt.

Bezugszeichenliste

1 Kühleinrichtung
2 Filament
3 Einrichtung zur Queranströmung der Filamente
4 Kühlmittel
5 Absaugvorrichtung
6 Spinndüse
7 Durchgang in der Spinndüse
8 Bewegungsrichtung der Filamente
9 Gebläse
10 Abführung des Kühlmittels
11 Zuführung des Kühlmittels
12 Absaugquerschnitt
13 Anströmquerschnitt
14 Strömungsleitorgan
15 Austritt der Filamente aus der Spinndüse
16 Anströmraum
17 Absaugraum
18 Dichtelement
19 Konditionierungseinrichtung
20 Kanal
21 Trennwand

Claims (23)

1. Verfahren zur Kühlung von synthetischen Filamenten (2), die aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten Durchgängen (7) einer Spinndüse (6) austreten, wobei die Filamente quer zu ihrer Laufrichtung mit einem Kühlmittel (4) angeströmt werden und
wobei das Kühlmittel (4) mittels eines Zuführkanals (11) mit einer im wesentlichen konzentrisch zu den Filamenten (2) angeordneten ringförmig umlaufenden Öff­ nung (13) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit und/oder der Massenstrom des Kühl­ mittels einer gegenüber der Öffnung (13) des Zufuhrka­ nals (11) angeordneten Absaugvorrichtung (5) einstellbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) mittels eines mit dem Zufuhrkanal (11) verbundenen Gebläses (9) in den Zufuhrkanal (11) eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) mit etwa derselben Geschwindigkeit anströmt, mit der es anschließend abgesaugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsprofil des Kühlmittels (4) durch Änderung des Anströmdruckes und/oder des Absaugunterdruckes be­ einflußt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) die Filamente (2) von innen nach außen umströmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) die Filamente (2) von außen nach innen umströmt.

7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) die Filamente (2) in etwa senkrecht zu deren Bewegungsrichtung umströmt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (4) beheizt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel (4) Luft und/oder Dampf verwendet wer­ den.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Filamente (2) durch eine Verschiebung mindestens eines Teils der Kühleinrichtung (3, 5) zur Spinndüse (6) eingestellt oder geregelt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmquerschnitt (13) und/oder der Absaugquer­ schnitt (12) verändert werden.

12. Kühleinrichtung für Filamente (2), die aus einer Viel­ zahl von ringförmig angeordneten Durchgängen (7) einer Spinndüse (6) austreten, mit einem Zuführkanal (11), dessen Ende eine umlaufende ringförmige Öffnung (13) aufweist, die unterhalb der Spinndüse (6) im wesentli­ chen konzentrisch zu den Filamenten (2) angeordnet ist, wobei ein aus der Öffnung (13) austretendes Kühlmittel (4) quer zur Filamentlaufrichtung ausströmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein umlaufender Kanal (20) radial gegenüber der Öffnung (13) des Zuführkanals (11) angeordnet ist,
daß die Filamente (2) den vom Kanal (20) und dem Zuführkanal (11) gebildeten Zwischenraum durchdringen und daß der Kanal (20) an einer Absaugvorrichtung (5) angeschlossen ist.

13. Kühleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absaugquerschnitt (12) der Absaugvorrichtung (5) einem Anströmquerschnitt (13) einer Einrichtung zur Queranströmung (3) der Filamente (2) mit dem Kühlmittel (4) gegenüberliegt.

14. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Anström- (13) und/oder des Absaugquerschnittes (12) so gestaltet ist, daß das Kühlmittel (4) die Filamente (2) in etwa senkrecht zu deren Bewegungsrichtung um­ strömt.

15. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Anström- (13) und/oder des Ab­ saugquerschnittes (12) unterteilt ist.

16. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil einer Zu- (11) und/oder Abführung (10) für das Kühlmittel (4) von und/oder zu dem An­ ström- (13) und/oder Absaugquerschnitt (12) unterteilt ist, insbesondere durch kanalförmige Ausgestaltung.

17. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Strömungsleitorgan (14) für das Kühlmittel aufweist.

18. Kühleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitorgan (14) bewegbar und einstellbar, insbesondere regelbar ist.

19. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Austritt der Filamente (2) aus der Spinndüse (6) und dem Verlauf des Kühlmittel­ stromes auf die Filamente (2) einstellbar ist, insbe­ sondere durch Verschieben von mindestens einem Teil der Kühleinrichtung (3, 5).

20. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Dichtelement (18) aufweist, welches mindestens den Anström- (16) und/oder Absaugraum (17) wenigstens gegenüber der Umgebung abdichtet.

21. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Konditionierungseinrichtung (19) für das Kühlmittel (4) aufweist.

22. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Queranströmung der Filamente (2) und/oder die Absaugvorrichtung ein Gebläse (9) auf­ weist, dessen Drehzahl veränderbar, insbesondere regel­ bar ist.

23. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Anström- (13) und/oder des Absaugquerschnittes (13) für das Kühlmittel (4) ver­ änderbar, insbesondere regelbar ist.