DE60003668T2

DE60003668T2 - Vorrichtung und verfahren zum spinnen von polymerfilamenten

Info

Publication number: DE60003668T2
Application number: DE60003668T
Authority: DE
Inventors: Dung-Thanh Young NGUYEN; R. Hans FRANKFORD; Eugene Gregory SWEET; George Vassilatos
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: BR0011173A; ES2200868T3; AR029354A1; JP4545951B2; MY130460A; ID30338A; CA2364228A1; WO2000063468A1; JP2002542402A; CA2364228C; MXPA01010364A; TW504524B; US6444151B1; CN1225573C; EP1173633A1; BR0011173B1; TR200102972T2; CN1347466A; ATE244326T1; EG22698A

Description

VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht Priorität gegenüber der vorläufigen Patentanmeldung 60/129412, eingereicht am 15. April 1999, die insgesamt durch Verweis einbezogen wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Schmelzspinnen von Polymerspinnfäden bei hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise mehr als 3500 m/min für Polyesterspinnfaden.
Die meisten synthetischen Polymerspinnfäden, wie z. B. Polyester, werden schmelzgesponnen, d. h. sie werden aus einer erwärmten Polymerschmelze extrudiert. In gegenwärtigen Verfahren werden die frisch extrudierten schmelzflüssigen Filamentströme nach ihrem Austritt aus der Spinndüse durch einen Kühlgasstrom abgeschreckt, um ihr Aushärten zu beschleunigen. Sie können dann zu einem Endlosgarnkörper aufgewickelt oder auf andere Weise verarbeitet werden, z. B. als Bündel aus parallelen Endlosfäden zur Verarbeitung oder als Endlosfadenkabel zur Umwandlung in Stapelfaser oder für eine andere Verarbeitung gesammelt werden.
Seit langem ist bekannt, daß Polymerspinnfäden wie z. B. Polyester durch Spinnen mit hohen Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 5 km/min oder mehr direkt, d. h. im gesponnenen Zustand, hergestellt werden können, ohne ein Verstrecken zu benötigen. Hebeler offenbarte dies für Polyester in US-A-2604667 . Außerdem ist dem Abkühlen oder Abschrecken schmelzflüssiger Spinnfäden in einer Spinnvorrichtung viel Beachtung geschenkt worden. Siehe allgemein WO 0005439 , WO 9515409 , EP 0334604 , JP 62184107 und JP 60246807 .
Im wesentlichen gab es zwei Grundtypen von Abschrecksystemen im allgemeinen technischen Gebrauch. Das Querströmungsabschrecken wurde bevorzugt und technisch eingesetzt. Das Querströmungsabschrecken erfordert das Anblasen der frisch extrudierten Fadengruppe mit Kühlgas in Querrichtung und von einer Seite her. Ein großer Teil dieser Querströmungsluft fließt durch die Fadengruppe und tritt auf ihrer anderen Seite aus. In Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren kann jedoch ein wenig Luft durch die Spinnfäden mitgeführt und zusammen mit ihnen nach unten zu einer Abziehrolle transportiert werden, die angetrieben wird und sich gewöhnlich am Fuß jeder Spinnposition befindet. Die Querströmung ist allgemein von vielen Faserverarbeitungsfirmen mit zunehmenden Abziehrollengeschwindigkeiten (auch als "Abziehgeschwindigkeiten" bekannt und manchmal als Spinngeschwindigkeiten bezeichnet) bevorzugt worden, da die Ansicht besteht, daß das "Querströmungsabschrecken" die beste Möglichkeit bietet, die durch erhöhte Geschwindigkeiten oder erhöhten Durchsatz erforderlichen größeren Kühlgasmengen durchzublasen.
Ein anderer Typ des Abschreckens wir als "Radialabschrecken" bezeichnet und ist für die großtechnische Herstellung bestimmter Polymerspinnfäden angewandt worden, wie z. B. von Knox in US-A-4156071 und von Collins et al. in US-A-5250245 und US-A-5288553 offenbart. Bei diesem Typ des "Radialabschreckens" wird das Kühlgas durch ein Abschreckschirmsystem, das die frisch extrudierte Fadengruppe umgibt, nach innen gerichtet. Ein solches Kühlgas verläßt normalerweise das Abschrecksystem; indem es mit den Spinnfäden nach unten gelangt und aus der Abschreckvorrichtung austritt. Obwohl für eine runde Fadenanordnung der Begriff "Radialabschrecken" zutreffend ist, kann das gleiche System im wesentlichen ähnlich funktionieren, wenn die Fadenanordnung nicht rund ist, z. B. rechteckig, oval oder anders, mit entsprechend geformten umgebenden Schirmsystemen, die das Kühlgas nach innen zur Fadengruppe lenken.
In den 80er Jahren entwickelten Vassilatos und Sze wesentliche Verbesserungen beim Hochgeschwindigkeitsspinnen von Polymerspinnfäden und offenbarten diese und die resultierenden verbesserten Spinnfäden in den US-Patentschriften US-A-4687610 , 4691003 , 5141700 und 5034182. Diese Patentschriften beschreiben Gashandhabungsverfahren, wonach die frisch extrudierten Spinnfäden von Gas umgeben waren, um ihre Temperatur- und Streckungsprofile zu steuern. Diese Patentschriften beschrieben zwar Durchbrüche auf dem Gebiet des Hochgeschwindigkeitsspinnens, aber es bleibt weiterhin ein Wunsch, die Produktivität des Garnspinnens durch erhöhte Abziehgeschwindigkeiten zu steigern und dabei mindestens vergleichbare oder bessere Garneigenschaften beizubehalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend diesen Bedürfnissen werden Verfahren und Vorrichtungen zum Spinnen von Polymerspinnfäden bereitgestellt.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist:
eine Gaseinlaßkammer einer ersten Stufe, die so angepaßt ist, daß sie unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist, und eine Gaseinlaßkammer einer zweiten Stufe, die unterhalb der Gaseinlaßkammer der ersten Stufe angeordnet ist, wobei die Gaseinlaßkammern der ersten und der zweiten Stufe den Spinnfäden Gas zuführen, um die Temperatur der Spinnfäden zu steuern; und
eine unterhalb der Gaseinlaßkammer der zweiten Stufe angeordnete Röhre, um die Spinnfäden während der Abkühlung zu umschließen, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem konvergierenden Abschnitt aufweist, an den sich ein divergierender Abschnitt anschließt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist:
ein Gehäuse, das so angepaßt ist, daß es unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist,
eine Kammer der ersten Stufe und eine Kammer der zweiten Stufe, die jeweils in einer Innenwand des Gehäuses ausgebildet sind,
einen Gaseinlaß der ersten Stufe für die Gaszufuhr zur Kammer der ersten Stufe;
einen Gaseinlaß der zweiten Stufe für Gaszufuhr zur Kammer der zweiten Stufe;
eine an der Innenwand in einem unteren Abschnitt der Kammer der ersten Stufe angebrachte Wand, um die Kammer der ersten Stufe von der Kammer der zweiten Stufe zu trennen;
einen Abschreckschirm, der zentral in der Kammer der ersten Stufe angeordnet ist, wobei die Vorrichtung so angepaßt ist, daß Druckgas vom Gaseinlaß der ersten Stufe nach innen durch die Kammer der ersten Stufe in eine unterhalb der Innenwand des Abschreckschirms ausgebildete Zone geblasen wird;
eine Innenwand, die unterhalb des Abschreckschirms und zwischen dem Gaseinlaß der ersten Stufe und dem Gaseinlaß der zweiten Stufe angeordnet ist;
einen im Inneren der Innenwand ausgebildeten konvergierenden Abschnitt der ersten Stufe;
eine perforierte Röhre, die unterhalb des konvergierenden Abschnitts der ersten Stufe und zwischen dem Gaseinlaß der ersten Stufe und dem Gaseinlaß der zweiten Stufe angeordnet ist, wobei die perforierte Röhre zentral innerhalb der Kammer der zweiten Stufe angeordnet ist;
eine unterhalb der perforierten Röhre angeordnete Innenwand;
eine im Inneren der Innenwand angeordnete Röhre, wobei die Röhre eine Innenwandfläche mit einem konvergierenden Abschnitt der zweiten Stufe, der sich innerhalb der Kammer der zweiten Stufe befindet, und einem am Ausgang der Kammer der zweiten Stufe liegenden divergierenden Abschnitt aufweist; und
wahlweise einen konvergierenden Kegel mit perforierten Wänden am Ausgang der Röhre.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Endung wird ein Schmelzspinnverfahren zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, mit den folgenden Schritten: Einleiten einer erhitzten Polymerschmelze in eine Spinndüse zum Formen von Spinnfäden; Zufuhr eines Gases zu den Spinnfäden aus einer unterhalb der Spinndüse angeordneten Gaseinlaßkammer in einer ersten Stufe; Zufuhr eines Gases zu den Spinnfäden aus einer Gaseinlaßkammer in einer zweiten Stufe; Durchlauf der Spinnfäden zu einer Röhre unterhalb der Gaseinlaßkammern, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem ersten konvergierenden Abschnitt aufweist; und Durchlauf der Spinnfäden durch die Röhre.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist: eine Röhre, um die Spinnfäden zu umschließen; zwei oder mehrere unterhalb einer Spinndüse angeordnete Gaseinlaßkammern, die den Spinnfäden Gas zuführen, um die Temperatur der Spinnfäden zu steuern, und die ferner mindestens eine Auslaßstufe aufweisen, die zum Entfernen von Luft aus der Vorrichtung eingerichtet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schmelzspinnverfahren zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:
Einleiten einer erhitzten Polymerschmelze in eine Spinndüse zum Formen von Spinnfäden;
Zufuhr eines Gases zu den Spinnfäden aus einer unterhalb der Spinndüse angeordneten Gaseinlaßkammer in einer ersten Stufe;
Bereitstellen eines Mittels zum Ablassen von Gas aus mindestens einer unterhalb der ersten Stufe angeordneten Gasauslaßkammer;
Durchlauf der Spinnfäden durch eine unterhalb der Gaseinlaßkammer angeordnete Röhre, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem ersten konvergierenden Abschnitt aufweist, der die Luftgeschwindigkeit erhöht; und
Austretenlassen der Spinnfäden aus der Röhre.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist: eine Röhre, um die Spinnfäden zu umschließen; eine oder mehrere unterhalb der Spinndüse angeordnete Gaseinlässe, wobei mindestens ein Einlaß eine Einrichtung für die Zufuhr von Gas zu den Spinnfäden unter Überdruck aufweist, um die Temperatur der Spinnfäden zu steuern, und eine Absaugvorrichtung zum Entfernen von Gas.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die eine unterhalb einer Gaseinlaßkammer angeordnete Röhre aufweist, um die Spinnfäden während der Abkühlung zu umschließen, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem konvergierenden Abschnitt zum Beschleunigen des Gases aufweist, gefolgt von einem divergierenden Abschnitt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist:
ein Gehäuse, das so angepaßt ist, daß es unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist;
eine Kammer der ersten Stufe, eine Kammer der zweiten Stufe, und eine Kammer der dritten Stufe, die jeweils in einer Innenwand des Gehäuses ausgebildet sind;
einen Gaseinlaß der ersten Stufe für die Gaszufuhr zur Kammer der ersten Stufe;
einen Gaseinlaß der zweiten Stufe für die Gaszufuhr oder das Absaugen von Gas zur oder aus der Kammer der zweiten Stufe;
einen Gaseinlaß der dritten Stufe für die Gaszufuhr zur Kammer der dritten Stufe; und
einen konvergierenden Abschnitt in mindestens einer der Stufen oder nach der dritten Stufe zur Beschleunigung des Gases.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die aufweist:
zwei oder mehrere Gaseinlaßkammern, die so angepaßt sind, daß sie unterhalb einer Spinndüse angeordnet sind, und die den Spinnfäden Gas zuführen, um die Temperatur der Spinnfäden zu steuern;
mindestens einen Gaseinlaß für die Gaszufuhr zu einer oder mehreren der Einlaßkammern;
mindestens eine perforierte ringförmige Platte, welche die Einlaßkammern trennt; und
eine Röhre, um die Spinnfäden beim Abkühlen zu umschließen, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem konvergierenden Abschnitt aufweist, wahlweise gefolgt von einem divergierenden Abschnitt.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Abkühlen von schmelzgesponnenen Polyesterfäden bereitgestellt, das die Zufuhr eines Kühlgases zu den Spinnfäden in mindestens zwei Stufen und die Beschleunigung des Gases zwischen den Stufen aufweist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die eine Röhre zum Umschließen der Spinnfäden aufweist, wobei die Röhre einen divergierenden Abschnitt mit Perforationen und einen oder mehrere Gaseinlässe aufweist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden bereitgestellt, die eine Röhre zum Umschließen der Spinnfäden, einen oder mehrere Gaseinlässe, eine Einrichtung zum Einleiten von Druckgas in mindestens einen Einlaß und eine Einrichtung zum Einleiten von Umgebungsluft in mindestens einen Einlaß aufweist.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer Vergleichsvorrichtung.
2 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Beispielen 1 und 2 verwendet wird.
3 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Endung.
9 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Endung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen und Verfahren bereit, welche die Handhabung von Kühlgas ermöglichen, so daß die Fadengeschwindigkeit erhöht werden kann, wodurch die Produktivität gesteigert und dabei Produkteigenschaften beibehalten oder verbessert werden. Außerdem können die Verfahren weniger Luft als herkömmliche Prozesse verbrauchen und dadurch Kosten senken, die mit einem höheren Luftbedarf verbunden sind.
Das als Kontrolle verwendete Abschrecksystem und -verfahren ist ein herkömmliches Radialabschrecksystem und wird unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen beschrieben. Das als Kontrolle verwendete Radialabschrecksystem weist ein zylinderförmiges Gehäuse 7 auf, das eine ringförmige Kühlgaszufuhrkammer 5 bildet, die mit Kühlgas unter Druck gesetzt wird, das durch den Gaszuführungseinlaß 8 eingeblasen wird. Die ringförmige Kühlgaszufuhrkammer 5 wird durch eine Bodenwand 1, eine zentral angeordnete zylinderförmige Innenwand 10 und eine zylinderförmige Abschreckschirmeinheit 11 von ähnlichem Durchmesser gebildet, die einen oder mehrere auf der Innenwand 10 angeordnete Teile aufweist. Vorzugsweise weist die Abschreckschirmeinheit 11 eine perforierte Röhre rund um einen Drahtgitterschirm (nicht dargestellt) auf, die eine gleichmäßige Luftströmung und -verteilung erleichtern. Unter Druck stehendes Kühlgas (wie z. B. Luft, Stickstoff oder ein anderes Gas) wird gleichmäßig aus der ringförmigen Kammer 5 durch die Abschreckschirmeinheit 11 in die Zone 12 unterhalb der Spinndüse 13 eingeleitet, wo eine Gruppe von aus der Spinndüse 13 extrudierten Spinnfäden 14 abzukühlen beginnt. Die Spinndüse 13 ist zentral bezüglich des Gehäuses 7 angeordnet und kann mit der Bodenfläche 22 des Pumpenblocks (auch als Spinnblock oder Spinnbalken bezeichnet), an die das Gehäuse 7 anstößt, entweder bündig oder dagegen vertieft sein. Die Spinnfäden 14 laufen durch die Zone 12 hindurch und treten durch den röhrenförmigen Auslaßzylinder 15 (auch als Auslaßröhre bezeichnet) aus der Abschreckeinheit aus, nach unten zur Abziehrolle 4, deren Oberflächengeschwindigkeit als Abziehgeschwindigkeit der Spinnfäden 14 bezeichnet wird.
Die folgenden Abmessungen der Kontrollabschreckvorrichtung sind in 1 dargestellt und werden in Beispiel 1 angegeben.

A – Die Abschreckverzögerungshöhe ist der Abstand zwischen der Stirnfläche der Spinndüse und der Bodenfläche 22 des Pumpenblocks.
B – Die Abschreckschirmhöhe ist die vertikale Länge der zylinderförmigen Abschreckschirmeinheit 11.
C – Die Auslaßröhrenhöhe ist die Höhe der Röhre, durch welche die Spinnfäden 14 nach dem Durchlauf durch die Abschreckschirmeinheit 11 aus der Abschreckvorrichtung austreten.
D – Der Abschreckschirmdurchmesser ist der Innendurchmesser der Abschreckschirmeinheit.
D1 – Der Auslaßröhrendurchmesser ist der Innendurchmesser der Auslaßröhre.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen von Polymerspinnfäden bereitgestellt. Im allgemeinen wird durch einen oder mehrere Einlässe in eine oder mehrere Stufen Gas eingeleitet. Das Gas vereinigt sich, während es durch die Stufen nach unten fließt. Das Gas tritt dann durch eine Auslaßröhre oder -wand aus der Vorrichtung aus. Ein Teil des Gases kann durch eine oder mehrere Absaug- bzw. Auslaßstufen aus dem System austreten, und frisches Gas kann durch nachfolgende Gaseinlässe eingetragen werden. Ein typisches System ist in 2 dargestellt. 2 zeigt ein zweistufiges Abschrecksystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Bezug auf die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben, wie sie im folgenden geschildert wird. Dieses System weist ähnliche Elemente wie in 1 auf, wie z. B. ein äußeres zylinderförmiges Gehäuse 107, das so angepaßt ist, daß es unterhalb einer Spinndüse 113 angeordnet ist. Die Spinndüse 113 ist bezüglich des Gehäuses 107 zentral angeordnet und bezüglich der Bodenfläche 122 eines Pumpenblocks, an die das Gehäuse 107 anstößt, vertieft, wie in 2 dargestellt.
Das Abschrecksystem und -verfahren gemäß der vorliegenden Endung unterscheiden sich jedoch von dem in 1 dargestellten Kontrollsystem und -verfahren beispielsweise darin, daß die in 2 dargestellte Endung zwei Stufen, einen konvergierenden Abschnitt 116 zum Beschleunigen der Luft und einen konvergierenden und divergierenden Abschnitt in der Röhre 119 aufweist. Eine Kammer 105 der ersten Stufe und eine Kammer 106 der zweiten Stufe sind jeweils in der zylinderförmigen Innenwand des Gehäuses 107 ausgebildet. Die Kammer 105 der ersten Stufe ist so angepaßt, daß sie unterhalb einer Spinndüse 113 angeordnet ist, und führt den Spinnfäden 114 Gas zu, um die Temperatur der Spinnfäden 114 zu steuern. Die Kammer 106 der zweiten Stufe befindet sich zwischen dem Gaseinlaß 108 der ersten Stufe und einer unter dem Gaseinlaß 108 der ersten Stufe angeordneten Röhre 119, welche die Spinnfäden beim Abkühlen umschließen soll. Eine ringförmige Wand 101, die an einer zylinderförmigen Innenwand 103 am unterem Abschnitt der Kammer 105 der ersten Stufe angebracht ist, trennt die Kammer 105 der ersten Stufe von der Kammer 106 der zweiten Stufe. Wie jedoch in 11 dargestellt, kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein einziger Gaseinlaß vorhanden sein, der eine oder mehrere Kammern versorgt. Die Anzahl der Gaseinlässe kann modifiziert werden, um Flexibilität bei der Steuerung des Luftstroms zu ermöglichen. Ein Gaseinlaß 108 der ersten Stufe führt der Kammer 105 der ersten Stufe Gas zu. Entsprechend führt ein Gaseinlaß 109 der zweiten Stufe der Kammer 106 der zweiten Stufe Gas zu. Als Kühlmittel kann irgendein Gas verwendet werden. Das Kühlgas ist vorzugsweise Luft, besonders für die Polyesterverarbeitung, da Luft billiger als ein anderes Gas ist; aber es kann auch ein anderes Gas verwendet werden, zum Beispiel Dampf oder ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, wenn dies wegen der empfindlichen Natur der Polymerspinnfäden erforderlich ist, besonders wenn diese heiß und frisch extrudiert sind. Das durch jede Stufe fließende Kühlgas kann unabhängig reguliert werden, indem durch die Einlässe 108 bzw. 109 unter Druck stehendes Kühlgas zugeführt wird.
Eine zylinderförmige Abschreckschirmeinheit 111, wie in 1, die einen oder mehrere Teile aufweist, vorzugsweise eine zylinderförmige perforierte Röhre und eine Drahtgitterröhre, ist zentral in der Kammer 105 der ersten Stufe angeordnet. In allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die "perforierte Röhre" ein Mittel zur radialen Verteilung des Gasstroms in einer Stufe. Es können ein Drahtgitterschirm, ein elektrisch geätzter Schirm oder eine Schirmeinheit verwendet werden, die sich aus Drahtgitterschirmen und einer perforierten Röhre zusammensetzt. Unter Druck stehendes Kühlgas wird vom Einlaß 108 der ersten Stufe durch die Kammer 105 der ersten Stufe und durch die zylinderförmige Abschreckschirmeinheit 111 in eine Zone 112 eingeblasen, die in der inneren zylinderförmigen Wand der zylinderförmigen Abschreckschirmeinheit 111 unterhalb der Spinndüse 113 ausgebildet ist. Ein Bündel aus schmelzflüssigen Spinnfäden 114 durchläuft nach der Extrusion durch die Spinndüsenbohrungen (nicht dargestellt) die Zone 112, wo die Spinnfäden 114 abzukühlen beginnen. Unterhalb der zylinderförmigen Abschreckschirmeinheit 111 und zwischen dem Gaseinlaß 108 der ersten Stufe und dem Gaseinlaß 109 der zweiten Stufe ist eine Innenwand 103 angeordnet. Im Inneren des Gehäuses 107, und genauer gesagt, in der Innenseite der Innenwand 103, ist zwischen dem Gaseinlaß 108 der ersten Stufe und dem Gaseinlaß 109 der zweiten Stufe ein konvergierender Abschnitt 116 der ersten Stufe ausgebildet. Der konvergierende Abschnitt kann in irgendeinem Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung so angeordnet werden, daß er die Luftgeschwindigkeit erhöht. Der konvergierende Abschnitt kann in der Röhre nach oben oder unten verschoben werden, um die gewünschte Gasführung zu erreichen. Es können ein oder mehrere derartige konvergierende Abschnitte vorhanden sein. Spinnfäden 114 laufen von der Zone 112 aus der ersten Stufe des Abschrecksystems heraus durch einen kurzen röhrenförmigen Abschnitt der Innenwand 103, bevor sie den konvergierenden Abschnitt 116 der ersten Stufe durchlaufen, zusammen mit dem Kühlgas der ersten Stufe, das sich mit der weiteren Abkühlung der Spinnfäden 114 in der Bewegungsrichtung der Spinnfäden beschleunigt.
Unterhalb des konvergierenden Abschnitts 116 der ersten Stufe und zwischen dem Gaseinlaß 108 der ersten Stufe und dem Gaseinlaß 109 der zweiten Stufe ist eine zylinderförmige perforierte Röhre 117 angeordnet. Die zylinderförmige perforierte Röhre 117 ist zentral innerhalb der Kammer 106 der zweiten Stufe angeordnet. Die perforierte Röhre kann jedoch nach Wunsch so angeordnet werden, daß sie den Spinnfäden das gewünschte Gas zuführt. Zum Beispiel ist unterhalb des Gaseinlasses der zweiten Stufe eine zylinderförmige Innenwand 118 unter der zylinderförmigen perforierten Röhre 117 angeordnet. Eine zweite Zufuhr von Kühlgas ist vom Einlaß 109 der zweiten Stufe aus vorgesehen, indem das Gas unter Druck durch die zylinderförmige perforierte Röhre 117 eingeblasen wird. Zwischen den konvergierenden Abschnitten der ersten und der zweiten Stufe 116 bzw. 126 wird durch die Innenwände des konvergierenden Abschnitts 116 ein röhrenförmiger Abschnitt 125 mit einem Eintrittsdurchmesser D3, einem Austrittsdurchmesser D4 und einer Höhe L2 gebildet. Der röhrenförmige Abschnitt 116 kann in einem Stück oder in getrennten, beispielsweise durch Verschrauben miteinander verbundenen Stücken ausgebildet sein.
Der röhrenförmige Abschnitt 125 kann gerade sein, wie in 2 dargestellt, oder spitz zulaufend, wie in 4 dargestellt. Das Verhältnis der Durchmesser D2 zu D4 ist im allgemeinen D4/D2 < 0,75, und vorzugsweise D4/D2 < 0,5. Durch Anwendung eines solchen Verhältnisses kann die Geschwindigkeit der Kühlluft erhöht werden. Das Kühlgas der zweiten Stufe fließt durch den Einlaß des konvergierenden Abschnitts der zweiten Stufe, mit einem Durchmesser D5, der durch den Auslaß des röhrenförmigen Abschnitts 125 des ersten konvergierenden Abschnitts 116 und den Einlaß der Spinnröhre 119 erzeugt wird. Der Begriff "Spinnröhre" wird benutzt, um den Abschnitt der Vorrichtung zu bezeichnen, der eine konvergierende und divergierende Anordnung aufweist. Vorzugsweise weist der letzte Abschnitt der Röhre eine solche Anordnung auf. Das obere Ende der Spinnröhre 119 ist in der Innenfläche der zylinderförmigen Innenwand 118 angeordnet.
Ein konvergierender Abschnitt 126 der zweiten Stufe mit einer Länge L3 und einem Austrittsdurchmesser D6 ist in der Innenwand der Röhre 119 ausgebildet, und daran schließt sich ein divergierender Abschnitt 127 mit der Länge L4 an, der gleichfalls in der Innenwand der Röhre 119 ausgebildet ist und sich bis zum Ende der Röhre 119 erstreckt, die einen Austrittsdurchmesser D7 aufweist. Die Spinnfäden 114 treten durch den Austrittsdurchmesser D7 aus der Röhre 119 aus und werden von einer Rolle 104 aufgenommen, der Oberflächengeschwindigkeit als Abziehgeschwindigkeit der Spinnfäden 114 bezeichnet wird. Die Geschwindigkeit kann nach Wunsch verändert werden. Vorzugsweise wird die Rolle mit einer Oberflächengeschwindigkeit von mehr als 500 m/min angetrieben, und für Polyester vorzugsweise mit mehr als 3500 m/min. Die mittlere Geschwindigkeit der vereinigten Gase der ersten und zweiten Stufe nimmt im konvergierenden Abschnitt 126 der zweiten Stufe in der Bewegungsrichtung der Spinnfäden zu und nimmt dann während der Bewegung des Kühlgases durch den divergierenden Abschnitt 127 ab. Das Kühlgas der zweiten Stufe vereinigt sich mit dem Kühlgas der ersten Stufe im konvergierenden Abschnitt 126 der zweiten Stufe, um die Abkühlung der Spinnfäden zu unterstützen. Temperatur und Zufluß des Kühlgases zu den Einlässen 108 und 109 können unabhängig gesteuert werden.
Ein wahlfreier konvergierender Schirm 120 oder Diffusorkegel mit perforierten Wänden kann am Austritt der Spinnröhre 119 angeordnet sein. Das Kühlgas läßt man durch die perforierten Wände des Diffusorkegels 120 austreten, wodurch die Abgasgeschwindigkeit und die Turbulenz entlang dem Fadenweg vermindert werden. Die anderen Figuren zeigen Beispiele alternativer Einrichtungen, um das Abgas so abzulassen, daß eine verminderte Turbulenz auftritt. Die Spinnfäden 114 können durch die Austrittsdüse 123 des konvergierenden Schirms 120 aus der Spinnröhre 119 austreten und von dort aus durch eine Rolle 104 aufgenommen werden.
Außer den weiter oben in 1 definierten Höhenmaßen A und B weist eine bevorzugte erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung die folgenden Abmessungen auf:

L1 – Länge des konvergierenden Abschnitts der ersten Stufe
L2 – Röhrenlänge der ersten Stufe
D2 – Eintrittsdurchmesser des konvergierenden Abschnitt der ersten Stufe
L3 – Länge des konvergierenden Abschnitts der zweiten Stufe
D3 – Eintrittsdurchmesser des röhrenförmigen konvergierenden Abschnitts der ersten Stufe
D4 – Austrittsdurchmesser des röhrenförmigen konvergierenden Abschnitts der ersten Stufe
L4 – Länge des divergierenden Abschnitts der zweiten Stufe
D5 – Eintrittsdurchmesser des konvergierenden Abschnitts der zweiten Stufe
D6 – Austrittsdurchmesser des konvergierenden Abschnitts der zweiten Stufe
D7 – Austrittsdurchmesser des divergierenden Abschnitts der zweiten Stufe
L5 – Länge des wahlfreien konvergierenden Schirms

Obwohl die in 2 dargestellte Vorrichtung eine zweistufige Vorrichtung ist, läßt sich der am Ausgang der Röhre 119 angeordnete wahlfreie konvergierende Schirm 120 auch auf eine einstufige sowie eine mehrstufige Vorrichtung anwenden. Außerdem können die konvergierenden Abschnitte 116 und 126, die in 2 vor dem Auslaß der Röhre 119 dargestellt sind, sowie die konvergierende (126)/divergierende (127) Anordnung im Inneren der Röhre 119 auch auf irgendeine mehrstufige Vorrichtung oder eine einstufige Vorrichtung anwendbar sein. Die Endung ist nicht auf zweistufige Vorrichtungen beschränkt. Gas kann unabhängig voneinander in 108 und 109 unter Atmosphärendruck oder Überdruck eingeleitet werden. Außerdem kann Gas unter Überdruck in den Gaseinlaß 109 eingeblasen werden, während Gas in 108 angesaugt werden kann. In 108 und 109 können die gleichen oder verschiedene Gase eingeleitet werden.
Der Verzögerungsabschnitt (A) in 2 kann ein Verzögerungsabschnitt ohne oder mit Erwärmung sein. Es wird ein Verzögerungsabschnitt mit Erwärmung verwendet (oft als Ausheizer bezeichnet). Die Länge und die Temperatur des Verzögerungsabschnitts kann variiert werden, um die gewünschte Abkühlungsgeschwindigkeit der Spinnfäden zu ergeben.
In allen Ausführungsformen der Erfindung könnte zusätzlich zu oder anstelle der Rolle 204 jeder gewünschte Typ einer Aufwickelvorrichtung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein 3-Rollen-Aufwickelsystem für Spinnfadengarne verwendet werden, wie von Knox in US-A-4156071 dargestellt, mit der dort dargestellten Verflechtung, oder beispielsweise ein sogenanntes zwickelloses System, in dem Garn verflochten und dann als Garnkörper auf die erste angetriebene Rolle 204 aufgewickelt wird, wie in 3 gezeigt, oder Spinnfäden, die nicht verflochten oder aufgewickelt werden, können zum Beispiel als Bündel paralleler endloser Spinnfäden zur Verarbeitung als Kabel weitergeleitet werden, wobei mehrere derartige Bündel im allgemeinen für die Kabelverarbeitung miteinander kombiniert werden.
In 3 ist ein dreistufiges Abschrecksystem gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In den Figuren zeigen die einspitzigen Pfeile die Gasströmungsrichtung an. Ebenso wie bei dem in 2 dargestellten zweistufigen Abschrecksystem weist das System ein äußeres zylinderförmiges Gehäuse 207 auf, das unterhalb einer Spinndüse 213 angeordnet ist, und eine zylinderförmige Abschreckschirmeinheit 211, die im allgemeinen einen oder mehrere Teile aufweist. In der zylinderförmigen Innenwand des Gehäuses sind jeweils eine Kammer 205 der ersten Stufe und eine Kammer 206 der zweiten Stufe ausgebildet.
Die Kammer 205 der ersten Stufe ist so angepaßt, daß sie unterhalb der Spinndüse 213 angeordnet ist und den Spinnfäden 214 Gas zuführt, um die Temperatur der Spinnfäden 214 zu steuern. Die Kammer 206 der zweiten Stufe befindet sich unterhalb der Kammer 205 der ersten Stufe. Das mehrstufige System von 3 weist ferner eine Kammer 230 einer dritten Stufe auf, die unterhalb der in der zylinderförmigen Innenwand des Gehäuses ausgebildeten Kammer 206 der zweiten Stufe angeordnet ist.
Ebenso wie in 2 trennt die zylinderförmige Wand 202, die an der zylinderförmigen Innenwand 203 am unteren Abschnitt der Kammer 205 der ersten Stufe angebracht ist, die Kammer 205 der ersten Stufe von der Kammer 206 der zweiten Stufe. Zusätzlich ist in 3 eine zweite ringförmige Wand 232 an einer zweiten zylinderförmigen Innenwand 233 am unteren Abschnitt der Kammer 206 der zweiten Stufe angebracht und trennt die Kammer 206 der zweiten Stufe von der Kammer 230 der dritten Stufe.
Der Gaseinlaß 208 der ersten Stufe führt der Kammer 205 der ersten Stufe Gas zu, der Gaseinlaß 209 der zweiten Stufe führt der Kammer 206 der zweiten Stufe Gas zu, und der Gaseinlaß 231 der dritten Stufe führt der Kammer 230 der dritten Stufe Gas zu. Eine zylinderförmige perforierte Röhre 217 ist unter dem konvergierenden Abschnitt 216 der ersten Stufe in der Kammer 206 der zweiten Stufe angeordnet. Eine weitere zylinderförmige perforierte Röhre 248 ist zwischen einem konvergierenden Abschnitt 235 der zweiten Stufe und einem konvergierenden Abschnitt 236 der dritten Stufe angeordnet. Das zu jeder Stufe fließende Kühlgas kann unabhängig voneinander durch Zufuhr von unter Druck stehendem Kühlgas durch diese Einlässe reguliert werden.
In 3 ist zwischen dem Gaseinlaß 208 der ersten Stufe und dem Gaseinlaß 231 der dritten Stufe ein konvergierender Abschnitt 216 der ersten Stufe mit durchgehender Konvergenz ausgebildet. Ein konvergierender Abschnitt 235 der zweiten Stufe mit gerader Röhre am Auslaß des konvergierenden Abschnitts ist zwischen dem Gaseinlaß 209 der zweiten Stufe und der Bodenwand 201 ausgebildet. Eine Röhre 219 mit einem konvergierenden Abschnitt 236 mit anschließendem divergierenden Abschnitt 227 geht vom Einlaß 231 der dritten Stufe aus. Das obere Ende der Röhre 219 ist innerhalb der Innenfläche der zylinderförmigen Innenwand 218 angeordnet. Ein konvergierender Abschnitt 236 der dritten Stufe mit einer Länge L6, einem Eintrittsdurchmesser D5' und einem Austrittsdurchmesser D6' ist in der Innenwand der Röhre 219 ausgebildet, woran sich ein divergierender Abschnitt 22 mit der Länge L7 anschließt, der gleichfalls in der Innenwand der Röhre 219 ausgebildet ist und bis zum Ende der Röhre 219 reicht. Ebenso wie bei der in 2 dargestellten Ausführungsform treten die Spinnfäden 214 durch die Austrittsdüse 223 aus der Röhre 219 aus und werden durch die Rolle 204 aufgenommen. Ein wahlfreier konvergierender Schirm oder perforierter Auslaßdiffusorkegel 220, wie oben beschrieben, ist gleichfalls in 3 dargestellt.
Alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können außerdem einen Appreturapplikator 238 und eine Flechtdüse 239 aufweisen, wie in 3 dargestellt. Nach dem Austritt aus den Abschrecksystemen laufen die Spinnfäden 214 weiter nach unten zur Rolle 204. Die Rolle 204 zieht die Spinnfäden 214 auf ihrem Weg von der Kopfspinndüse, so daß ihre Geschwindigkeit an der Rolle 204 die gleiche ist wie die Oberflächengeschwindigkeit der Rolle 204, wobei diese Geschwindigkeit als Abziehgeschwindigkeit bekannt ist. Wie üblich, kann durch den Appreturapplikator 238 eine Appretur auf die erstarrten Spinnfäden 214 aufgetragen werden, bevor sie die Rolle 204 erreichen.
Die Erfindung ist auf Filamentgarnprozesse für teilverstrecktes Garn (POY), hochverstrecktes Garn (HOY) und vollverstrecktes Garn (FDY) anwendbar. In POY- und HOY-Prozessen werden Filamentgarne im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Abziehgeschwindigkeit aufgewickelt. Im FDY-Prozeß wird das Garn nach dem Abziehen mechanisch verstreckt, wobei X das Streckverhältnis ist.
Die Verwendung von drei Stufen, wie in 3, kann vorteilhaft sein, da sie eine bessere Steuerung des Gases und eine größere Flexibilität bei der Abkühlung zuläßt.
4 zeigt ein mehrstufiges Abschrecksystem gemäß der vorliegenden Endung. Das System von 4 ist ähnlich dem von 2, weist aber außerdem zwei Auslaßstufen auf. Das mehrstufige Abschrecksystem von 4 weist ebenso wie das dreistufige Abschrecksystem von 3 ein unterhalb der Spinndüse 313 angeordnetes, äußeres zylinderförmiges Gehäuse 307 mit drei Stufen 305, 306 und 330 auf, die den in 3 dargestellten drei Stufen 205, 206 und 230 ähnlich sind. Das modifizierte Abschrecksystem gemäß 4 unterscheidet sich jedoch von demjenigen in 3 darin, daß die zweite Stufe, statt als Gaseinlaß 209 der zweiten Stufe, wie in 3 dargestellt, als erste Auslaßstufe 309 verwendet wird. Das Abschrecksystem von 4 weist ferner eine Kammer 341 einer vierten Stufe auf, in der eine zweite Auslaßstufe 342 untergebracht ist. Die Kammer 341 der vierten Stufe ist unterhalb der Kammer 330 der dritten Stufe angeordnet und ist der zweiten Stufe 306 ähnlich. 4 beschreibt zwar eine spezielle Anordnung der Einlässe und Auslässe, aber die Position und die Anzahl der Einlaß- und Auslaßstufen kann variiert werden, um die gewünschte Steuerung des Kühlgases zu ermöglichen.
Gas kann auf jede gewünschte Weise in das System eingeleitet werden. Im allgemeinen führt der erste Gaseinlaß 308 der Kammer 305 der ersten Stufe Gas zu, und der zweite Gaseinlaß 331 führt der Kammer 330 der dritten Stufe Gas zu. Die Kammer der ersten Stufe weist ferner eine ein- oder mehrteilige zylinderförmige Abschreckschirmeinheit 311 auf. Die erste Auslaßstufe 309 und die zweite Auslaßstufe 342 bilden einen Systemauslaß für die Kammer 306 der zweiten Stufe bzw. die Kammer 341 der vierten Stufe. Unterhalb eines ersten konvergierenden Abschnitts 316 und unterhalb des ersten Gaseinlasses 308 ist in der zweiten Stufe 306 eine zylinderförmige perforierte Röhre 317 angeordnet. Eine weitere zylinderförmige perforierte Röhre 348 ist zwischen einem zweiten konvergierenden Abschnitt 335 mit einem spitz zulaufenden Ende 350 und einem dritten konvergierenden Abschnitt 340 angeordnet. Eine dritte zylinderförmige perforierte Röhre 349 ist zwischen dem dritten konvergierenden Abschnitt 340 und der Röhre 319 angeordnet. Das durch jede Kammer in dem System von 4 fließende Kühlgas kann gleichfalls durch Zufuhr von unter Druck stehendem Kühlgas durch die Einlässe unabhängig voneinander reguliert werden.
Gas kann auf jede gewünschte Weise aus dem System entfernt werden. Im allgemeinen wird ein Unterdruck oder natürlicher/Atmosphärendruck benutzt. Zum Beispiel kann der Auslaß lediglich Gas unter Atmosphärendruck in die Atmosphäre abgeben, oder er kann Gas durch Anwendung von Unterdruck entfernen. Der Auslaß entfernt heiße Luft und dient zur Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Spinnfäden.
4 könnte wahlweise ebenso wie in 2 einen konvergierenden/divergierenden Abschnitt aufweisen, zum Beispiel in der letzten Stufe. Das obere Ende der Röhre 319 ist innerhalb der Innenfläche der zylinderförmigen Innenwand 318 angeordnet. Die Röhre 319 könnte alternativ eine gerade Röhre sein, wie die in 1 dargestellte Auslaßröhre. Ebenso wie bei der in 2 dargestellten Ausführungsform treten die Spinnfäden 314 aus der Röhre 319 aus und werden auf irgendeine gewünschte Weise durch die Rolle 304 aufgenommen.
Gas kann durch irgendwelche Mittel über Gaseinlässe 308 und 331 eingeleitet werden und kann unter atmosphärischem oder Überdruck stehen. Zufuhr und Ableitung können nach Wunsch eingerichtet werden, zum Beispiel abwechselnd. In einer Ausführungsform wird frische Abschreckluft über 308 zugeführt. Die Kammer 306 der zweiten Stufe dient dann zum Entfernen eines Teils der Heißluft aus der Kammer 305 der ersten Stufe. Die Geschwindigkeit der zu entfernenden Heißluft kann durch den Druck an der ersten Auslaßstufe 309 und/oder durch geeignete Dimensionierung des Durchflußquerschnitts der zylinderförmigen perforierten Röhre 317 innerhalb der Kammer 306 der zweiten Stufe (relativ zum Durchflußquerschnitt am Auslaß des zweiten konvergierenden Abschnitts 335) aktiv gesteuert werden. Nachdem ein Teil der Heißluft in der Kammer 306 der zweiten Stufe entfernt ist, wird der Kammer 330 der dritten Stufe nach Bedarf mehr frische Abschreckluft zugeführt.
In der Kammer 341 der vierten Stufe wird wieder ein Teil der Heißluft auf ähnliche Weise wie aus der Kammer 306 der zweiten Stufe entfernt. Dies erfolgt hauptsächlich, um die Fadenlaufstabilität bzw. -gleichmäßigkeit zu verbessern, indem der gesamte Abschreckluftstrom in Richtung der Fadenlaufbewegung vermindert wird, wodurch die starke und ausgedehnte Turbulenz am Austritt der Abschreckeinrichtung reduziert wird.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform von 3, wobei gleiche Elemente wie diejenigen von 3 durch die gleichen Bezugszeichen der 200-er Serie und Elemente, die in 3 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 400-er Serie bezeichnet werden. Das in 5 dargestellte mehrstufige System stellt einen Auslaß 409 für die Kammer 406 der zweiten Stufe bereit. Das System von 5 weist ebenso wie das dreistufige System von 3 zwei konvergierende Abschnitte 416 und 435, eine konvergierende und dann divergierende Röhre 419 und einen wahlfreien konvergierenden Schirm 420 am Auslaß auf. Der erste Gaseinlaß 408 führt der Kammer 405 der ersten Stufe Gas zu. Der zweite Gaseinlaß 209 wird gegen eine Auslaßstufe 409 ausgetauscht, die Gas aus der Kammer 406 der zweiten Stufe entfernt. Eine Kammer 430 der dritten Stufe weist einen zweiten Gaseinlaß 431 auf, welcher der Kammer 430 der dritten Stufe Gas zuführt. Das in jede Stufe einströmende und daraus ausströmende Gas kann durch Zufuhr von Kühlgas durch diese Einlässe unabhängig voneinander reguliert werden.
Der Auslaß 409 kann dem Auslaß gemäß 4 ähnlich sein. Ebenso wie in allen Figuren kann wieder die Position des divergierenden Abschnitts variiert werden, um dem Gas die gewünschte Geschwindigkeit zu geben. Außerdem ist in 5 kein konvergierender Abschnitt erforderlich; daher kann die Röhre eine gerade Röhre sein.
Ähnlich wie bei der in 3 diskutierten Ausführungsform kann Gas durch die Gaseinlässe 408 und 431 durch irgendwelche Mittel in das System eingeleitet werden und kann unter Atmosphärendruck oder Überdruck stehen. Zufuhr und Auslaß können gleichfalls abwechseln. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird wie üblich frische Abschreckluft zugeführt. Die Kammer 406 der zweiten Stufe dient dann zum Entfernen eines Teils der Heißluft aus der Kammer 405 der ersten Stufe. Die Geschwindigkeit der zu entfernenden Heißluft kann durch den Druck in der ersten Auslaßstufe 409 und/oder durch geeignete Dimensionierung des Durchflußquerschnitts der zylinderförmigen perforierten Röhre 217 innerhalb der Kammer 406 der zweiten Stufe (relativ zum Durchflußquerschnitt am Auslaß des zweiten konvergierenden Abschnitts 435) aktiv gesteuert werden. Nachdem ein Teil der Heißluft in der Kammer 406 der zweiten Stufe entfernt ist, wird der Kammer 430 der dritten Stufe nach Bedarf mehr frische Abschreckluft zugeführt.
Für den Fachmann dürfte ersichtlich sein, daß Veränderungen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist in 6 eine solche Veränderung der Vorrichtung von 2 dargestellt, wobei gleiche Elemente wie in 2 durch die gleichen Bezugszeichen der 100-er Serie und Elemente, die in 2 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 500-er Serie bezeichnet werden. In 6 wird an die Außenseite eines wahlfreien konvergierenden Schirms 120 über einen Saugkasten 521 ein geeigneter Unterdruck angelegt. Dieser Unterdruck erleichtert weiter den seitlichen Austritt des Gases, wodurch die Gasaustrittsgeschwindigkeit und die dazugehörige Gasturbulenz in Richtung der Spinnlinie minimiert werden. Der Saugkasten 521 kann wahlweise eine optionale Lochplatte (nicht dargestellt) aufweisen, die am Auslaß des konvergierenden Schirms 120 und in unmittelbarer Nähe eines Unterdruck- oder Saugauslasses 547 angeordnet ist. Die Perforationen lassen das Gas geräuschlos austreten.
7 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung von 2, wobei gleiche Elemente wie diejenigen in 2 durch die gleichen Bezugszeichen der 100-er Serie und Elemente, die in 2 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 600-er Serie bezeichnet werden. In dieser Ausführungsform wird der wahlfreie konvergierende Schirm 120 durch eine geradwandige Röhre 645 ersetzt, die perforiert ist, um Gas seitlich über einen Saugkasten 621 austreten zu lassen.
Die 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren werden wieder gleiche Elemente wie diejenigen von 2 durch die gleichen Bezugszeichen der 100-er Serie bezeichnet, aber zusammen mit neuen Bezugszeichen einer 700-er Serie. 8 zeigt ein zweistufiges Abschrecksystem mit einem konvergierenden Abschnitt 116 der ersten Stufe und einem konvergierenden Abschnitt 126 der zweiten Stufe sowie einem gekrümmten divergierenden Stück 727, das die leichte Ablenkung bzw. Bahnkrümmung des aus D6 austretenden Gases ohne plötzliche Richtungsänderung erleichtert. Die geradwandige Röhre mit einem Durchmesser D8, der vorzugsweise mindestens zweimal größer als D6 ist, läßt den restlichen Gasstrom nach unten fließen und geräuschlos austreten. Außerdem kann ein wahlfreier konvergierender Schirm 120 mit einer Austrittsdüse 123 vorgesehen werden, wobei der Gasstrom abwärts durch den wahlfreien konvergierenden Schirm 120 fließen und aus der Austrittsdüse 123 austreten würde. In 9 ist die Vorrichtung die gleiche wie in 8, wobei aber der wahlfreie konvergierende Schirm 120 entfernt und durch eine perforierte Röhre 720 wie in 7 ersetzt ist.
Die Konfigurationen der 6–9 haben eine analoge Wirkung wie die Konfiguration von 2, d. h. sie erleichtern weiter den seitlichen Austritt des Gases, wodurch die Gasaustrittsgeschwindigkeit und die damit verbundene Turbulenz in Richtung der Spinnlinie minimiert werden. Die in den 6 – 9 dargestellten Konzeptionen gelten ebensogut für Abschreckvorrichtungen mit einem oder mehreren Gaseinlässen, und wahlweise mit einem oder mehreren Auslässen.
10 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung von 2, wobei gleiche Elemente wie diejenigen in 2 durch die gleichen Bezugszeichen der 100-er Serie und Elemente, die in 2 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 800-er Serie bezeichnet werden. Die Endung, wie sie in 10 dargestellt ist, weist zwei Stufen auf, einen spitz zulaufenden konvergierenden Abschnitt 816 zur Beschleunigung der Luft und einen konvergierenden und divergierenden Abschnitt in der Röhre 819. Der gesamte oder ein Teil des divergierenden Abschnitts 827 ist perforiert, um einen Teil des Gases während der Ausdehnung ausströmen zu lassen und ähnliche Wirkungen wie die in den 6-9 dargestellten zu erzielen.
11 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung von 2, wobei gleiche Elemente wie diejenigen in 2 durch die gleichen Bezugszeichen der 100-er Serie und Elemente, die in 2 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 900-er Serie bezeichnet werden. 11 zeigt eine erfindungsgemäße zweistufige Vorrichtung mit einem Einlaß. Die zweistufige Vorrichtung mit einem Einlaß ist derjenigen von 2 ähnlich, weist aber einen einzigen Gaseinlaß auf. In der zylinderförmigen Innenwand des Gehäuses 107 sind jeweils eine Kammer 105 der ersten Stufe und eine Kammer 106 der zweiten Stufe ausgebildet. Die Kammer 105 der ersten Stufe ist so angepaßt, daß sie unterhalb eine Spinndüse 113 angeordnet ist. Die Kammer 106 der zweiten Stufe ist zwischen der Kammer 105 der ersten Stufe und der Röhre 119 angeordnet. Eine perforierte ringförmige Wand 902, die an einer zylinderförmigen Innenwand 103 am unteren Abschnitt der Kammer 105 der ersten Stufe angebracht ist, trennt die Kammer 105 der ersten Stufe von der Kammer 106 der zweiten Stufe. Durch einen Gaseinlaß 109 der zweiten Stufe wird der Kammer 106 der zweiten Stufe Gas zugeführt, das durch die ringförmige Wand 902 zur Kammer 105 der ersten Stufe fließt. Auf diese Weise wird durch den Gaseinlaß der zweiten Stufe den Spinnfäden in den Kammern sowohl der ersten als auch der zweiten Stufe Gas zugeführt.
12 zeigt eine Variante der Vorrichtungen von 3 und 4, wobei gleiche Elemente wie diejenigen in 3 und 4 durch die gleichen Bezugszeichen der 200-er und 300-er Serien und Elemente, die in 3 und 4 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 1100-er Serie bezeichnet werden. 12 zeigt eine vierstufige Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die erste Stufe 1105 ist zur Atmosphäre hin offen. Sich beschleunigende Luft in der Kammer 1106 der zweiten Stufe, die als Saugapparat wirkt, verursacht einen Gaszufluß in und durch die erste Stufe 1105. Die Gaszufuhr zum Gaseinlaß 1108 der zweiten Stufe erfolgt unter Überdruck. Die hohe Geschwindigkeit der sich beschleunigenden Luft im ersten konvergierenden Abschnitt 1166 wirkt wie eine Saugvorrichtung und saugt unter Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) stehendes Gas aus der ersten Stufe 1105 an. Ein Auslaß 1109 ist für die Kammer 1130 der dritten Stufe vorgesehen. Daher dient die Kammer 1130 der dritten Stufe zum Entfernen eines Teils der Heißluft aus den Kammern 1105 und 1106 der ersten und der zweiten Stufe. Die Geschwindigkeit der zu entfernenden Heißluft kann durch den Druck in der Auslaßstufe 1109 und/oder durch geeignete Dimensionierung des Dwchflußquerschnitts der zylinderförmigen Abschreckschirmeinheit 1111 und/oder der perforierten Röhre 1117 aktiv gesteuert werden. Ferner wird Gas durch den Gaseinlaß 1131 in der Kammer 1141 der vierten Stufe unter Atmosphärendruck oder Überdruck in das System eingeleitet.
13 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung von 4, wobei gleiche Elemente wie diejenigen in 4 durch die gleichen Bezugszeichen der 300-er Serie und Elemente, die in 4 nicht zu finden sind, durch neue Bezugszeichen einer 1200-er Serie bezeichnet werden. Die Erfindung, wie sie in 13 dargestellt ist, weist eine Röhre 1219 mit einem konvergierenden Abschnitt 1236 und einem geraden Abschnitt 1227 am Auslaß der Abschreckvorrichtung auf. Durchmesser und Länge des geraden Abschnitts 1227 der Röhre können so bemessen werden, daß ein optimaler Gegendruck zur Steuerung der in der Kammer 341 der vierten Stufe zu entfernenden Luftmenge entsteht. Auf ähnliche Weise kann der konvergierende Abschnitt 1236 so dimensioniert werden, daß für eine Aussteifung und Stabilität gegenüber der Luft gesorgt wird, welche die Spinnfäden umgibt.
In 13 trennt eine ringförmige Wand 302, die an der zylinderförmigen Wand 303 am unteren Abschnitt der Kammer 305 der ersten Stufe angebracht ist, die Kammer 305 der ersten Stufe von der Kammer 306 der zweiten Stufe. Ein erster konvergierender Abschnitt 1216 mit spitz zulaufender oder stetiger Konvergenz am Auslaß des konvergierenden Abschnitts ist zwischen der ersten Auslaßstufe 309 und der ringförmigen Wand 343 ausgebildet. Eine weitere ringförmige Wand 332, die an der zylinderförmigen Innenwand 333 am unteren Abschnitt der Kammer 306 der zweiten Stufe angebracht ist, trennt die Kammer 306 der zweiten Stufe von der Kammer 330 der dritten Stufe. Zwischen dem zweiten Gaseinlaß 331 und der Bodenwand 301 ist ein zweiter konvergierender Abschnitt 1235 ausgebildet. Eine dritte ringförmige Wand 343, die an der zylinderförmigen Innenwand 344 am unteren Abschnitt der Kammer 330 der dritten Stufe angebracht ist, trennt die Kammer 330 der dritten Stufe von der Kammer 341 der vierten Stufe.
Die in den 6-13 dargestellten Konzeptionen gelten ebensogut für ein- oder mehrstufige Abschreckvorrichtungen mit einem oder mehreren Gaseinlässen und wahlweise einem oder mehreren Auslässen. Eine einzige Stufe kann einen oder mehrere Gaseinlässe oder einen oder mehrere Auslässe oder eine Kombination von mindestens einem Auslaß und mindestens einem Einlaß aufweisen. Außerdem ist die Endung nicht auf eine runde oder zylinderförmige Geometrie beschränkt. Zum Beispiel können der Abschreckschirm, die perforierte Röhre, die Konvergenz- und Divergenzabschnitte von rechteckigem oder ovalem Querschnitt sein, wenn die Spinndüsenanordnung (Fadengruppe) einen rechteckigen oder unregelmäßigen Querschnitt aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein Abschrecksystem beschränkt, das eine runde Fadengruppe umgibt, sondern kann allgemeiner angewandt werden, z. B. auf andere geeignete Abschrecksysteme, die das Kühlgas an eine geeignet konfigurierte Anordnung von frisch extrudierten schmelzflüssigen Spinnfäden in einer Zone unterhalb einer Spinndüse heranführen.
In der obigen Beschreibung und im folgenden werden Details zur Herstellung von Polyesterspinnfäden angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Polyesterspinnfäden beschränkt, sondern kann auch auf andere schmelzspinnfähige Polymere angewandt werden, zu denen Polyolefine gehören, z. B. Polypropylen und Polyethylen. Zu den Polymeren gehören Copolymere, Mischpolymerisate, Gemische und verzweigtkettige Polymere, um nur einige Beispiele anzuführen. Außerdem wird der Begriff "Spinnfaden" generisch verwendet und schließt nicht unbedingt Schnittfasern (oft als Stapelfasern bezeichnet) aus, obwohl synthetische Polymere im allgemeinen zunächst in Form von endlosen Polymerspinnfäden hergestellt werden, da sie schmelzgesponnen (extrudiert) werden. Die Geschwindigkeit der Spinnfäden ist vom verwendeten Polymer abhängig. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber bei höheren Geschwindigkeiten als herkömmliche Systeme eingesetzt werden.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert. Das herkömmliche Radialabschrecksystem von 1 wurde als radiale Abschreck-Kontrolleinrichtung benutzt, die im folgenden als "RQ-Kontrolle A" bezeichnet wird. Die in den Beispielen erzeugten Fasern wurden durch Messung bestimmter Eigenschaften charakterisiert.
Die meisten Fasereigenschaften sind herkömmliche Zug- und Schrumpfungseigenschaften, die auf herkömmliche Weise gemessen werden, wie in den US-Patentschriften US-A-4687610 , 4691003 , 5141700 , 5034182 und 5824248 beschrieben.
Die Denierstreuung (DS = Streuung der Fadenstärke) ist ein Maß für die Ungleichmäßigkeit in Längsrichtung eines Garns, die durch Berechnung der in regelmäßigen Abständen entlang dem Garn gemessenen Masseschwankung bestimmt wird. Die Denierschwankung wird gemessen, indem man Garn durch einen Kondensatorschlitz laufen läßt, der auf die momentan in dem Schlitz enthaltene Masse anspricht. Die Probe wird elektronisch in acht 30 m lange Unterabschnitte mit Messungen in Abständen von je 0,50 m unterteilt. Differenzen zwischen den maximalen und minimalen Massemeßwerten innerhalb jedes der acht Unterabschnitte werden gemittelt. Die Denierstreuung wird aufgezeichnet als prozentualer Anteil dieser mittleren Differenz, dividiert durch die über die gesamten 240 m des Garns gemittelte Masse. Die Prüfung kann auf einem ACW400/DVA-Gerät (Automatisches Schnitt- und Wägegerät/Zusatzgerät für Denier-Abweichung), beziehbar von Lenzing Technik, Lenzing, Österreich, A-4860, ausgeführt werden.
Die Streckspannung (DT) in Gramm wurde bei einem Streckverhältnis von 1,7 und einer Temperatur der Heizeinrichtung von 180°C gemessen. Die Streckspannung dient als Maß für die Orientierung. Die Streckspannung kann auf einem DTI 400-Streckspannungsgerät gemessen werden, das gleichfalls von Lenzing Technik beziehbar ist.
Die Reißfestigkeit (Ten) wird in g/dtex gemessen, und die Dehnung (E) in %. Die Größen werden gemäß ASTM D2256 unter Verwendung einer Probe mit einer Meßlänge von 25,4 cm (10 Zoll) bei 65% relativer Feuchte und 21,1°C (70°F) und bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 60% pro Minute gemessen.
Die Durchflußmenge in Kubikfuß pro Minute (= 28 Liter/min = 0,466 Liter/s) wurde in Zoll Wasser gemessen.
Ein Uster-Tester 3, Modell C, hergestellt von der Zellweger Uster AG, CH-8610, Uster, Schweiz, wurde zur Messung der Massenunregelmäßigkeit U% (N) des Kontroll- und Prüfgarns benutzt. Die in Prozent angegebene Zahl zeigt den Abweichungsgrad der Masse von der mittleren Masse der getesteten Probe an und ist ein starker Indikator für die Gesamtgleichmäßigkeit des Materials. Die Prüfung erfolgte nach dem ASTM-Verfahren D 1425. Alle geprüften Garne ließ man 2,5 Minuten lang mit 183 m/min (200 yard/min) durchlaufen. Die Rotofil-Zwirnereinheit des Testgeräts wurde so eingestellt, daß in den Garnen die Zwirnung S erzielt wurde, und ihr Druck wurde so eingestellt, daß man den optimalen U%-Wert erhielt. Für teilverstreckte Garne (POY) 127-34, 170-34 und 115-100 betrug der Druck 0,1 MPa (1,0 bar), und für POY 265-34 wurde ein Druck von 0,15 MPa (1,5 bar) benutzt. Ein Druck von 0,1 MPa (1,0 bar) wurde auch zum Prüfen der hochverstreckten Garnprodukte (HOY) 100-34 verwendet.
BEISPIEL 1
Ein Polyestergarn von 127 Denier mit 34 Filamenten von rundem Querschnitt (127-34) wurde aus Poly(ethylenterephthalat)-Polymer unter Verwendung eines weiter oben beschriebenen und in 2 dargestellten Abschrecksystems mit den in der untenstehenden Tabelle 1 angegebenen Hauptparametern der Vorrichtung gesponnen, um Garn zu erzeugen, dessen Eigenschaften gleichfalls in Tabelle 1 angegeben sind. Abschreckluft für die erste Stufe wird durch eine Abschreckschirmeinheit 111 mit einem Innendurchmesser D zugeführt (23 Liter/s, 50 Kubikfuß/min), wobei unterhalb der Einheit der konvergierende Abschnitt der ersten Stufe mit einem Eintrittsdurchmesser D2 und einer Höhe L1 angeordnet ist. Ein durch die Innenwände des konvergierenden Abschnitts 116 gebildeter röhrenförmiger Abschnitt 125 weist einen Eintrittsdurchmesser D3, einen Austrittsdurchmesser D4 und eine Länge L2 auf. Eine unabhängige sekundäre Kühlluftquelle (20,5 Liter/s, 44 Kubikfuß/min) wird durch die zylinderförmige perforierte Röhre 117 bereitgestellt und vereinigt sich mit der Luftzufuhr der ersten Stufe am Einlaß (Durchmesser D5) des konvergierenden Abschnitts 126 der zweiten Stufe. Der konvergierende Abschnitt 126 der zweiten Stufe weist einen Austrittsdurchmesser D6 und eine Konvergenzlänge L3 auf und ist am Einlaß der Spinnröhre 119 angeordnet. Der untere Abschnitt der Spinnröhre 119 divergiert über die Länge L4 zum Durchmesser D7 und ist mit einem perforierten Auslaßdiffusorkegel 120 mit der Höhe L5 ausgestattet. Für alle Beispiele und gegebenenfalls Kontrollen beträgt die Länge der perforierten Röhre 117 der zweiten Stufe 4,762 cm (1,875 Zoll). Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Beispiel 1 wird nachstehend als "Ausführungsform A" bezeichnet. Das mit der Ausführungsform A gesponnene Garn wurde mit einer Abziehgeschwindigkeit von 3900 m/min gesponnen.
Zum Vergleich wurde außerdem ein Kontrollgarn aus dem gleichen Polymer unter Verwendung des früher beschriebenen und anhand von 1 erläuterten Abschrecksystems gesponnen, und das einschlägige Verfahren und die resultierenden Garneigenschaften sind zum Vergleich ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt. Das Kontrollgarnverfahren ist eine herkömmliche Ausführung mit "Radialabschreckung", wobei Kühlluft aus der Abschreckvorrichtung durch eine Auslaßröhre 15 austritt, deren Durchmesser dem Durchmesser der Abschreckschirmeinheit 11 entspricht, durch die Kühlluft zugeführt wird. Die Abschreckvorrichtung wurde mit 19,5 Liter/s (42 Kubikfuß/min) Kühlluft gespeist, und die Garnabziehgeschwindigkeit betrug 3100 m/min.
Dieses Beispiel demonstriert, daß die Fadengeschwindigkeit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht werden kann und Garn mit vergleichbaren hervorragenden Eigenschaften erzielt wird, wie sich in dem Näherungswert der Denierstreuung widerspiegelt. Dieses Beispiel zeigt auch ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen pneumatischen Spinnverfahrens, z. B. daß man mit höheren Geschwindigkeiten (und Produktivitäten) spinnen kann und dabei das gleiche oder ein besseres Produkt herstellt. Wenn man versuchen würde, ohne den Vorteil des pneumatischen Spinnens mit höheren Geschwindigkeiten zu arbeiten, etwa mit 3400 m/min und darüber, dann wäre das Produkt anders und dadurch inakzeptabel. Die Streckspannung wäre hoch und der %Eb-Wert niedrig. Wenn man beispielsweise für Beispiel 1 einen Kontrolltest (ohne pneumatisches Verfahren) mit 3900 m/min ausgeführt hätte, dann hätte die Streckspannung wahrscheinlich etwa 140 g betragen (siehe Spalte 8, Zeilen 19-22 von US-A-5824248 ). Für teilverstreckte Garne (POY) charakterisiert praktisch die Streckspannung das Garn. Wenn die Streckspannungen von zwei Proben gleich sind, dann sind der %Eb-Wert, die Reißfestigkeit und andere Eigenschaften annähernd gleich.
BEISPIEL 2
Ein zweites 127-34 Polyestergarn wird unter Anwendung des gleichen Abschrecksystems wie in Beispiel 1 gesponnen, außer daß die zwischen den konvergierenden Kegeln der ersten und der zweiten Stufe angeordnete gerade Röhre mit dem Eintrittsdurchmesser D3 und dem Austrittsdurchmesser D4 spitz zulaufend ist. Der Eintritsdurchmesser D3 beträgt 2,54 cm (1 Zoll) wie in Beispiel 1, aber der Abschnitt verjüngt sich zu einem Austrittsdurchmesser D4 von 1,905 cm (0,75 Zoll), wodurch das Kühlgas der ersten Stufe durch den konvergierenden Abschnitt auf eine höhere mittlere Geschwindigkeit beschleunigt wird als in dem Fall mit geradem Abschnitt. Die oben beschriebene modifizierte Vorrichtung von Beispiel 1 wird nachstehend als "Ausführungsform B" bezeichnet. In Beispiel 2 wurde die erste Stufe mit 15,4 Liter/s (33 Kubikfuß/min) Kühlluft gespeist, während die Luftzufuhr zur zweiten Stufe 16,3 Liter/s (35 Kubikfuß/min) betrug. Die mittlere Luftgeschwindigkeit am Auslaß der Röhre 125 der ersten Stufe für Beispiel 2 war um 17% höher als in Beispiel 1 (3225 gegenüber 2755 m/min). Die sich verjüngende Röhre ermöglicht eine Senkung des Gesamtverbrauchs der für das Spinnverfahren erforderlichen Kühlluft um annähernd 30% (31,7 Liter/s (68 Kubikfuß/min)) gegenüber 43,8 Liter/s (94 Kubikfuß/min) für die Luftzufuhr zur ersten und zweiten Stufe), liefert aber dennoch vergleichbare Abziehgeschwindigkeiten (= 3900 m/min) oder eine vergleichbare Produktivität und, was noch wichtiger ist, verbessert die Garngleichmäßigkeit durch Absenken der Denierstreuung, d. h. 0,65% gegenüber 1,1%.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel zeigt, daß unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung andere Produkttypen gesponnen und abgeschreckt werden können. Zum Beispiel können Garne mit jeder gewünschten Fadenfeinheit (Denier) durch Steuerung des Luftabschrecksystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit höheren Geschwindigkeiten als in herkömmlichen Anlagen hergestellt werden. Zu den Steuereinrichtungen für diese Versuche gehören auch ein im Handel erhältliches BARMAG-Querströmungsabschrecksystem (XFQ-Kontrolle) und eine zweite Radialabschreckungs-Kontrolleinrichtung, RQ-Kontrolle B. Das herkömmliche Querströmungsabschrecksystem lieferte 603 Liter/s (1278 Kubikfuß/min) für je 6 Fadenläufe durch einen Diffusorschirm von 119,9 cm (47,2 Zoll) Länge und 83,1 cm (32,7 Zoll) Breite und mit einer Querschnittsfläche von 9955 cm² (1543 Zoll²). Die RQ-Kontrolle B ist ein handelsüblicher Radialabschreckungsdiffusor, dessen Geometrie in 1 dargestellt ist, jedoch mit D = 7,62 cm (2,5 Zoll) und D1 = 6,99 cm (2,75 Zoll) und C = 19,81 cm (7,8 Zoll).
Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Für alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und gegebenenfalls die Kontrolleinrichtungen beträgt die Länge der perforierten Röhre 117 4,762 cm (1,875 Zoll). Für alle Versuche außer Versuch 3 betrug die Abschreckverzögerungshöhe 8,255 cm (3,25 Zoll).
Unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 2 wurden sechs verschiedene Polyestergarntypen gesponnen. Die erste Charge war ein teilverstrecktes 127-34 oder 3,7 dpf-Polyestergarn (POY) von geringer Fadenstärke, das unter Verwendung einer XFQ-Kontrolle mit 3035 m/min, einer RQ-Kontrolle A mit 3100 m/min, der Ausführungsform A mit 3940 m/min, der Ausführungsform B mit 3900 m/min und der Ausführungsform B mit einem Ausheizer mit 4500 m/min gesponnen wurde.

Weitere Abmessungen und Parameter waren die folgenden:
Temperatur des Kontrollspinnblocks = 293°C
Temperatur des erfindungsgemäßen Spinnblocks = 297°C
Abschreckluftstrom in der ersten Stufe:
RQ-Kontrolle A = 19,57 Liter/s (42,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform A = 20,50 Liter/s (44,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform B = 15,38 Liter/s (33,0 Kubikfuß/min)
Abschreckluftstrom in der zweiten Stufe = 16,31 Liter/s (35,0 Kubikfuß/min), falls anwendbar.

Ausführungsform A zeigt im Vergleich zu der Radialabschreck-Kontrolleinrichtung, daß die Erfindung ähnliche Produkte mit einer um 27% höheren Spinngeschwindigkeit liefert.
Für Ausführungsform A gegenüber Ausführungsform B werden Ergebnisse für einen spitz zulaufenden Kegelabschnitt (Röhre mit 2,54 zu 1,90 cm (1 zu 0,75 Zoll) Durchmesser) mit einem geraden Kegelabschnitt (Röhre mit 2,54 cm (1 Zoll) Durchmesser) verglichen. Die Ergebnisse zeigen an, daß man einen spitz zulaufenden Kegelauslaß erhielt, der eine bessere Gleichmäßigkeit (% DS, U% (N)) liefern kann, während weniger Luft verbraucht wurde. Die Spinngeschwindigkeit war etwa die gleiche.
Eine Ausführungsform B mit Verwendung eines Ausheizers in Verbindung mit dem Abschrecksystem entsprechend der Ausführungsform B wurde gleichfalls in diesem Versuch dargestellt. Es wurde ein Ausheizer (200°C, 100 mm Ausheizlänge) in Kombination mit einer kleineren Vorrichtung eingesetzt, die einen Kegelaustrittsdurchmesser der ersten Stufe (1S) (gerade Röhre von 1,52 cm (0,60 Zoll) Durchmesser, gegenüber 2,54/1,90 cm (1,0/0,75 Zoll) Durchmesser für Ausführungsform B), einen viel geringeren Luftstrom der ersten Stufe (8,85 Liter/s (19 Kubikfuß/min) gegenüber 15,38 Liter/s (33 Kubikfuß/min) für Ausführungsform B) und eine niedrigere Polymertemperatur (290 gegenüber 297°C für Ausführungsform B) aufwies. Die Spinngeschwindigkeit nahm mit dem Ausheizer von 3900 m/min auf 4500 m/min zu. Dieses Beispiel zeigt eine weitere Variante der Erfindung und die zusätzlichen Vorteile, wenn sie mit weiterer Hardware kombiniert wird, wie z. B. einem Ausheizer. Dieses Beispiel demonstriert außerdem die Fähigkeit zur unabhängigen Steuerung der Spinnproduktivität mittels der Auslegung der ersten Stufe, um das Ausziehen bzw. Strecken der Schmelze zu maximieren.
Die nächste Charge war ein teilverstrecktes 170-34 oder 5 dpf-Polyestergarn (POY) von mittlerer Fadenstärke, das unter Verwendung der RQ-Kontrolle A mit 3445 m/min, der Ausführungsform A mit 4290 m/min und der Ausführungsform A mit 4690 m/min gesponnen wurde.
Weitere Abmessungen und Parameter waren die folgenden:

Temperatur der Kontrollspinnblocks = 291°C
Temperatur des erfindungsgemäßen Spinnblocks = 293°C
Abschreckluftstrom in der ersten Stufe:
RQ-Kontrolle A = 27,03 Liter/s (58,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform A (4290 m/min) = 16,31 Liter/s (35,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform A (4690 m/min) = 20,50 Liter/s (44,0 Kubikfuß/min)
Abschreckluftstrom in der zweiten Stufe:
Ausführungsform A (4290 m/min) = 16,31 Liter/s (35,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform A (4690 m/min) = 23,30 Liter/s (50,0 Kubikfuß/min)

Die RQ-Kontrolle A wurde bei erhöhten Geschwindigkeiten für ein Garn von mittlerer Fadenstärke (Denier) mit Ausführungsform A verglichen. Die Ergebnisse zeigen die Auswirkungen auf die Spinnproduktivität, die durch Erhöhen des Luftstroms in den Stufen eins und zwei erzielt werden. Mit 43,80 Liter/s (94 Kubikfuß/min) wurde ein Produktivitätsanstieg um 36,1% gegenüber 24,5% bei 32,62 Liter/s (70 Kubikfuß/min) erzielt.
Die dritte Charge war ein teilverstrecktes 265-34 oder 7,8 dpf-Polyestergarn (POY) von grober Fadenstärke, das unter Verwendung der XFQ-Kontrolle mit 3200 m/min, der RQ-Kontrolle A mit 3406 m/min und 19,57 Liter/s (42,0 Kubikfuß/min) Luftstrom in Stufe eins, der RQ-Kontrolle A mit 3406 m/min und 27,03 Liter/s (58,0 Kubikfuß/min) Luftstrom in Stufe eins, der Ausführungsform B mit 4272 m/min und 13,75 Liter/s (29,5 Kubikfuß/min) Luftstrom in Stufe eins und der Ausführungsform B mit 4422 m/min und 15,38 Liter/s (33,0 Kubikfuß/min) in Stufe eins gesponnen wurde.
Weitere Abmessungen und Parameter waren die folgenden:

Temperatur der Spinnblocks für RQ-Kontrollen und die Erfindung = 281°C
Abschreckluftstrom in der ersten Stufe:
RQ-Kontrolle A (42 Kubikfuß/min) = 19,57 Liter/s (42,0 Kubikfuß/min)
RQ-Kontrolle A (58 Kubikfuß/min) = 27,03 Liter/s (58,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform B (29,5 Kubikfuß/min) = 13,75 Liter/s (29,5 Kubikfuß/min)
Ausführungsform B (33 Kubikfuß/min) = 15,38 Liter/s (33,0 Kubikfuß/min)
Abschreckluftstrom in der zweiten Stufe = 16,31 Liter/s (35,0 Kubikfuß/min)
Abschreckverzögerungshöhe = 3,17 cm (1,25 Zoll)

Die Ergebnisse der dritten Charge zeigten die Auswirkungen der Erhöhung der Abschreckluftströme auf die Produktivität für RQ-Kontrollen. Keine Auswirkungen waren erkennbar, wenn der Luftstrom von 19,57 Liter/s (42 Kubikfuß/min) auf 27,03 Liter/s (58 Kubikfuß/min) (+38%) erhöht wurde. Die Ergebnisse zeigen ferner die Auswirkungen der Erhöhung der Abschreckluftströme auf die Produktivität für das Abschrecksystem der Ausführungsform B. Die Produktivität stieg von 25,4% auf 29,8%, wenn der Luftstrom von 13,75 Liter/s (29,5 Kubikfuß/min) auf 15,38 Liter/s (33,0 Kubikfuß/min) (+11,9%) erhöht wurde.
Der Versuch 4 wurde unter Verwendung eines teilverstreckten 115-100 Mikropolyestergarns (Mikro-POY) an der RQ-Kontrolle B mit 2670 m/min, der Ausführungsform B mit 3490 m/min und der Ausführungsform B mit 3500 m/min ausgeführt. Die Ergebnisse zeigten, daß ein vergleichbares Produkt mit höheren Spinngeschwindigkeiten für Mikrodenier-Garn hergestellt werden konnte.
Weitere Abmessungen und Parameter sind die folgenden:

Spinnblocktemperatur +297°C
Abschreckluftstrom in der ersten Stufe:
RQ-Kontrolle B = 19,57 Liter/s (42,0 Kubikfuß/min)
Ausführungsform B (3490 m/min) = 13,75 Liter/s (29,5 Kubikfuß/min)
Abschreckluftstrom in der zweiten Stufe = 16,31 Liter/s (35,0 Kubikfuß/min)

Der Versuch 5 wurde unter Verwendung eines teilverstreckten 170-100 oder 170-34 Polyestergarns ausgeführt. Das 170-100 oder 170-34 Polyestergarn wurde unter Verwendung der RQ-Kontrolle B mit 3200 m/min und der Ausführungsform B mit 4580 m/min ausgeführt. Wieder zeigten die Ergebnisse, daß ein vergleichbares Produkt mit höheren Spinngeschwindigkeiten für Mikrodenier-Garn hergestellt werden konnte.
Eine letzte Charge bestand aus hochverstrecktem 100-34 Polyestergarn (HOY), das in der Ausführungsform B mit 5000, 6000, 7000 und 7500 m/min gesponnen wurde. Die Ergebnisse zeigten, daß hochverstrecktes Garn mit hohen Geschwindigkeiten gesponnen werden konnte.
Obwohl die Erfindung oben zum Zweck der Erläuterung ausführlich beschrieben worden ist, versteht es sich, daß der Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vornehmen kann, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen, die durch die nachstehenden Patentansprüche definiert sind.

Claims

Schmelzspinnvorrichtung zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden, die aufweist: eine Gaseinlaßkammer einer ersten Stufe, die so angepaßt ist, daß sie unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist, und eine Gaseinlaßkammer einer zweiten Stufe, die unterhalb der Gaseinlaßkammer der ersten Stufe angeordnet ist, wobei die Gaseinlaßkammern der ersten und der zweiten Stufe den Spinnfäden Gas zuführen, um die Temperatur der Spinnfäden zu steuern; und eine unterhalb der Gaseinlaßkammer der zweiten Stufe angeordnete Röhre, um die Spinnfäden während der Abkühlung zu umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine Innenwand mit einem konvergierenden Abschnitt aufweist, an den sich ein divergierender Abschnitt anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Gaseinlaßkammer der ersten Stufe und der Gaseinlaßkammer der zweiten Stufe ein konvergierender Abschnitt der ersten Stufe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Gehäuse, das so angepaßt ist, daß es unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist, eine Kammer der ersten Stufe und eine Kammer der zweiten Stufe aufweist die jeweils in der Innenwand des Gehäuses ausgebildet sind, wobei in einem unteren Abschnitt der Kammer der ersten Stufe eine Wand an der Innenwand angebracht ist, um die Kammer der ersten Stufe von der Kammer der zweiten Stufe zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Abschreckschirm aufweist, der zentral in der Kammer der ersten Stufe angeordnet ist, wobei die Vorrichtung so angepaßt ist, daß Druckgas vom Gaseinlaß der ersten Stufe nach innen durch die Kammer der ersten Stufe in eine in der Innenwand des Abschreckschirms ausgebildete Zone geblasen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen im Inneren der Innenwand ausgebildeten konvergierenden Abschnitt der ersten Stufe und eine perforierte Röhre aufweist, die unterhalb des konvergierenden Abschnitts der ersten Stufe und zwischen dem Gaseinlaß der ersten Stufe und dem Gaseinlaß der zweiten Stufe angeordnet ist, wobei die perforierte Röhre zentral innerhalb der Kammer der zweiten Stufe angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen konvergierenden Kegel mit perforierten Wänden aufweist, der unterhalb des divergierenden Abschnitts angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine in der Innenwand des Gehäuses ausgebildete Kammer der dritten Stufe und einen Gaseinlaß der dritten Stufe für die Gaszufuhr zur Kammer der dritten Stufe aufweist, wobei die Röhre unterhalb der Gaseinlaßkammer der dritten Stufe angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner einen unterhalb des divergierenden Abschnitts angeordneten Saugkasten aufweist, wobei der Saugkasten den konvergierenden Kegel umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen unterhalb des divergierenden Abschnitts angeordneten Saugkasten und eine unterhalb des divergierenden Abschnitts angeordnete geradwandige Röhre aufweist, wobei der Saugkasten die geradwandige Röhre umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der divergierende Abschnitt ein gekrümmtes divergierendes Stück ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der divergierende Abschnitt ein gekrümmtes divergierendes Stück ist, das ferner eine perforierte Röhre unterhalb des divergierenden Abschnitts aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der divergierende Abschnitt perforiert ist, um einen Teil des Gases bei der Ausdehnung ausströmen zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der eine Gaseinlaß Umgebungsluft in eine Kammer der ersten Stufe einläßt und ein zweiter Gaseinlaß unter Überdruck stehendes Gas in eine Kammer der zweiten Stufe einläßt.
Schmelzspinnverfahren zum Spinnen von endlosen Polymerspinnfäden, mit den folgenden Schritten: Einleiten einer erhitzten Polymerschmelze in eine Spinndüse zum Formen von Spinnfäden; Zufuhr eines Gases zu den Spinnfäden aus einer unterhalb der Spinndüse angeordneten Gaseinlaßkammer in einer ersten Stufe; Zufuhr eines Gases zu den Spinnfäden aus einer Gaseinlaßkammer in einer zweiten Stufe; Durchlauf der Spinnfäden zu einer Röhre unterhalb der Gaseinlaßkammern, wobei die Röhre eine Innenwand mit einem konvergierenden Abschnitt aufweist, an den sich ein divergierender Abschnitt anschließt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Spinnfäden aus der Röhre austreten und durch eine Aufwickelrolle aufgenommen werden, wobei die Rolle mit einer Oberflächengeschwindigkeit von mindestens 500 Meter pro Minute angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Spinnfäden und das Gas den konvergierenden Abschnitt durchlaufen und wobei sich ferner das Gas in der Spinnfadenlaufrichtung beschleunigt, während sich die Spinnfäden weiter abkühlen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Druckgas nach innen in eine Zone geblasen wird, wo sich die Spinnfäden in der Gaseinlaßkammer der ersten Stufe abzukühlen beginnen, und wobei ferner Druckgas aus dem Gaseinlaß der zweiten Stufe nach innen geblasen wird und das Gas der zweiten Stufe sich in dem konvergierenden Abschnitt mit dem Gas der ersten Stufe vereinigt, um die Abkühlung der Spinnfäden zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Geschwindigkeit des vereinigten Gases aus der ersten und der zweiten Stufe in der Laufrichtung der Spinnfäden im konvergierenden Abschnitt zunimmt und dann abnimmt, während sich das Gas durch den divergierenden Abschnitt bewegt.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Anlegen eines Unterdrucks an die Spinnfäden aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Öffnen der Kammer der ersten Stufe zur Atmosphäre, die Luftzufuhr unter Überdruck zum Gaseinlaß der zweiten Stufe, das Absaugen von Atmosphärengas aus der Kammer der ersten Stufe, das Entfernen eines Teils der Luft aus den Kammern der ersten und der zweiten Stufe und das Einleiten von Gas unter Atmosphärendruck oder Überdruck in einen Gaseinlaß einer vierten Stufe aufweist.