EP1583855B1 - Verfahren und vorrichtung zum spinnen und kräuseln eines synhetischen fadens - Google Patents
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- EP1583855B1 EP1583855B1 EP20030815046 EP03815046A EP1583855B1 EP 1583855 B1 EP1583855 B1 EP 1583855B1 EP 20030815046 EP20030815046 EP 20030815046 EP 03815046 A EP03815046 A EP 03815046A EP 1583855 B1 EP1583855 B1 EP 1583855B1
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Definitions
- the invention relates to a method for spinning and crimping a synthetic thread according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for spinning and crimping a synthetic thread according to the preamble of claim 8.
- a crimped yarn In the production of a crimped yarn, first a plurality of strand-like filaments are extruded by means of a spinning device of a thermoplastic melt. The filament bundle is summarized after cooling and then popped by means of a crimping to a yarn plug.
- the individual filaments of the filament bundle are deformed by means of a preferably hot fluid into loops and bows in the yarn plug.
- the crimping device contains a stuffer box, in which the filament bundle is pushed up by the conveying medium to the thread stopper. Upon impact of the filaments on the yarn plug within the stuffer box thus created the desired loops and bows of individual filaments.
- the yarn is preferably passed through a hot medium and at the same time heated, so that a plastic deformation in the individual filaments can take place.
- a cooling section is preferably formed by a cooling groove on the circumference of a rotating cooling drum. The length of the cooling section is determined by the diameter of the cooling drum and by a partial looping around the circumference of the cooling drum.
- the cooling drum is driven in rotation, so that the peripheral speed of the cooling groove is equal to the cooling speed of the yarn plug, with which the yarn plug passes through the cooling section.
- Such a method and apparatus for the Spinning and crimping of a synthetic thread are for example from DE 196 13 177 A1 known.
- a device for crimping a synthetic multifilament yarn is known.
- the thread is compacted by means of a texturizer to a yarn plug.
- the yarn plug is then cooled by means of a cooling device and dissolved into a crimped thread.
- the yarn plug passes through a hot stretch, which is essentially defined by the distance between a stopper outlet of the texturing device and a stopper receptacle of the cooling device.
- an adjusting means is provided to adjust the distance between the plug outlet and the plug receptacle.
- the object of the invention is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 8.
- the invention is based on the findings that the key parameter for the cooling of the yarn plug is the residence time of the yarn plug within the cooling section or in the cooling groove.
- the temperature difference between the yarn plug and the cooling medium and the volume flow of the cooling medium is known. The influence of these parameters is small in relation to the duration of the cooling.
- a further improvement of the crimping of 4% could be achieved.
- the length of the cooling section and the cooling speed of the yarn plug are relevant parameters for the duration of the cooling of the yarn plug.
- the inventive method is characterized in that the length of the cooling section and the cooling speed of the yarn plug in relation to each other, that the yarn plug is cooled over a period of min. 1 sec.
- the thread plug at the beginning of the cooling section meandering in preferably several layers is placed one above the other in the cooling groove.
- the length of the cooling section and the cooling speed of the thread plug are preferably such chosen that the yarn plug is cooled over a period of at least 2 sec. At the periphery of the cooling drum.
- the length of the cooling section can be varied or, for a given length of the cooling section, the cooling speed of the yarn plug can be changed.
- the cooling section is determined essentially by the structural nature of the intended for receiving the yarn plug cooling groove and is often limited by a permissible space.
- the method variant is preferably used, in which the yarn plug is guided before cooling with a guide speed and during cooling at the cooling speed, wherein the cooling rate is lower than the guide speed.
- the cooling section per unit time more yarn plug material is supplied. In this case, the greater the difference between the guide speed and the cooling speed, the greater the time duration for cooling the yarn plug.
- the yarn plug at the beginning of the cooling section is laid down in a meandering manner preferably in several layers in the cooling groove, a uniform filling of the cooling groove and thus a uniform cooling of the yarn plug can be achieved.
- the cooling of the yarn plug is preferably carried out by a cooling medium flow, which penetrates the yarn plug.
- a cooling medium flow which penetrates the yarn plug.
- the cooling medium flow is generated by a vacuum source.
- a positive pressure source which is blown, for example, as cooling air on the yarn plug.
- the inventive method is characterized by a significantly increased crimping of the thread.
- a carpet made with such yarn exhibited high hiding power without any streaking and clouding.
- the inventive method is suitable for all types of polymers such as PA and PP.
- the width of the cooling groove for receiving and guiding the yarn plug is dimensioned such that the yarn plug can be guided in a meandering manner in several layers one above the other. Even at high process speeds, an intensive cooling of the yarn plug can be guaranteed, since the guide speed can be set much higher than the cooling speed of the yarn plug.
- a distance is set between the outlet of the texturing device and the cooling groove, wherein the width of the cooling groove is at least twice as large as the diameter of the yarn plug.
- the cooling groove can basically be formed on a band-shaped carrier or according to an advantageous development of the invention on the circumference of a cooling drum.
- the cooling speed can be controlled to guide the yarn plug by the drive of the cooling drum in a simple manner.
- the cooling drum is preferably associated with a vacuum source, through which a the yarn plug and the sieve-shaped groove bottom of the cooling groove penetrating the cooling medium flow can be generated.
- the cooling drum may be associated with an additional blowing device with an overpressure source, through which a directed to the cooling groove and the yarn plug additional cooling medium flow can be generated.
- a first embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention is shown schematically.
- the device has a spinning device 1 which is connected via a melt feed 3 to a melt generator, for example a pump or an extruder (not shown here).
- the spinning device 1 has a spinning head 2, which contains at least one spinneret 4 on the underside.
- the spinneret 4 has a plurality of nozzle bores through which the polymer melt supplied to the spinner head 2 is extruded under pressure to a plurality of individual filaments 6.
- a cooling shaft 5 is provided, through which the filaments 6 are guided, so that the emerging at approximately melt temperature filaments are cooled.
- the cooling shaft 5 could be connected, for example, to a transverse flow blow through which a cooling air is blown substantially transversely onto the filaments 6.
- a yarn guide and a preparation device 8 is arranged in the outlet region of the cooling shaft 5, a yarn guide and a preparation device 8 is arranged.
- a spin finish is applied to the filaments 6, so that the filaments 6 join together to form a filament bundle 10.
- the filament bundle 10 is drawn off from the spinneret 4 through an inlet godet unit 9 arranged below the cooling shaft 5 and guided to a subsequent draw godet unit 12. From the draw godet unit 12, the filament bundle 10 passes into a curling device 7. In the curling device 7, the previously stretched filament bundle 10 is upset to form a yarn plug 13.
- the crimping device 7 is followed by a cooling device 11 with a moving cooling groove 26.
- the cooling groove 26 serves to accommodate and cool the yarn plug 13.
- the structure and function of the cooling device 11 will be explained in more detail below.
- Fig. 1 The construction and the arrangement of the individual aggregates of in Fig. 1 shown embodiment is exemplary.
- the treatment facilities and guide elements can be supplemented, replaced or replaced.
- swirling means 18 may be arranged before and / or after crimping.
- Fig. 1 illustrated embodiment of the device according to the invention is particularly suitable for the production of carpet yarns
- the crimped yarn has a sufficient for finishing ripple.
- the crimping device 7 and the cooling device 11 arranged downstream of the crimping device 7 constitute a treatment step which is significant for the process and which is explained in more detail below.
- Fig. 2 is a section of the embodiment according to Fig. 1 shown.
- Fig. 2.1 schematically shows a cross-sectional view of the crimping device 7 and the downstream cooling device 11.
- Fig. 2.2 is shown schematically a side view of the units.
- Fig. 2 is the crimping device 7 and the downstream in the crimping device 7 cooling device 11 of the embodiment of the device according to the invention after Fig. 1 shown.
- the crimping device 7 has a nozzle-shaped conveying channel 20.
- the conveying channel 20 here consists essentially of two sections, which are separated by a narrowest cross section. In a first section, just before the narrowest cross-section, nozzle bores of an injector 19 open into the delivery channel 20. The injector 19 is connected to a fluid source, not shown here. In the second section below the narrowest cross-section of the delivery channel 20 expands and opens into an immediately adjacent stuffer box 22nd
- the stuffer box wall is formed permeable to air and disposed within a discharge chamber 21.
- the stuffer box 22 continued by a discharge tube 23 with a substantially unchanged cross-section.
- a plug outlet 24 is formed at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 at the end of the discharge pipe 23 .
- the cooling device 11 is designed as a rotatable cooling drum 25.
- the cooling drum 25 is driven via a drive shaft 30 by a drive 31 at a peripheral speed.
- the cooling drum 25 has for receiving the yarn plug 13 produced by the crimping device 7 on the circumference of a circumferential cooling groove 26.
- the groove bottom 27 of the cooling groove 26 is formed permeable to air, so that a preferably generated from outside to inside the cooling medium flow penetrates the guided in the cooling groove 26 yarn plug 13 and cools.
- a pressure chamber 34 is formed in the interior of the cooling drum 25, which is coupled via a suction line 28 with a vacuum source 29.
- the ambient air outside the cooling drum 25 is used for cooling as a cooling medium.
- the cooling groove 26 formed on the circumference of the cooling drum 25 has a width B.
- the width B of the cooling groove 26 is sized relative to the yarn plug 13 so that the width B is preferably greater than twice the amount of the yarn plug diameter D, i. B> 2D.
- a free distance A is formed to allow a free deposit of the yarn plug 13 in the cooling groove 26.
- the distance A remains unchanged during the crimping.
- a hot conveying fluid is fed into the delivery channel 20 via the injector 19. This creates at the upper end of the conveying channel 20, a suction, which sucks the filament bundle 10 in the crimping device 7.
- the filament bundle 10 is guided via the conveying fluid through the delivery channel 20 into the stuffer box 22. In the stuffer box 22, the filament bundle 10 accumulates to a yarn plug 13.
- the filament bundle 10 opens and the individual filaments 6 lie in loops and sheets on each other.
- the formation of the yarn plug 13 is in this case essentially by the nature of the conveying fluid and by the pressure of the conveying fluid certainly. Hot air is preferably used as the conveying fluid.
- the upper region of the stuffer box 22 is designed to be permeable to air in the form of louvers or louvers, so that the conveying fluid can escape into a discharge chamber 21 and from there to the outside.
- the yarn plug 13 is guided at a defined set guide speed V F through the plug chamber 22 to the plug outlet 24.
- the yarn plug 10 now comes with the guide speed v F in the cooling groove 26 a.
- the cooling groove 26 moves at a cooling speed v K determined by the peripheral speed of the cooling drum 25.
- the cooling speed v K is set much lower than the guide speed v F.
- the width B of the cooling groove 26 and the speed ratio between the guide speed and the cooling speed is coordinated so that a uniform filling of the cooling groove 26 is achieved with the yarn plug 13.
- the yarn plug 13 passes through the cooling section on the circumference of the cooling drum 25.
- the cooling section is determined by the degree of wrap of the yarn plug 13 on the cooling drum 25.
- the cooling drum 25 is looped with a wrap angle of 180 ° from the yarn plug 13.
- the yarn plug 13 is cooled by the cooling medium flow generated from outside to inside. After cooling of the yarn plug 13 at the end of the cooling section of the yarn plug 13 is dissolved to the crimped yarn 15.
- the length of the cooling section is determined by the diameter of the cooling drum 25 and the degree of wrap of the yarn plug 13 on the circumference of the cooling drum 25.
- the cooling drum 25 usually have a diameter of 0.3 to 0.6 m. In one embodiment, a cooling drum with a diameter of 400 mm was used. At a wrap angle of 180 °, this results in a length of the cooling section of about 0.6 m.
- the Guide speed v F was 90 m / min.
- the cooling rate v K was at 20 m / min. set. This resulted in a period of time for cooling the yarn plug of about 1.8 sec. This ensured that the yarn plug after passing through the cooling section has received intensive cooling and thus the thread 15 showed a stable and high crimp.
- Fig. 3 is a graph showing the relationship between the period of time for cooling the yarn plug and the crimping of the produced crimped yarn.
- the curve shown makes it clear that in the range below 1 sec. Cooling time, a strong dependence between the duration of the cooling and the crimping is given. As the cooling time increases, the curve flattens to approach asymptotically a crimp limit.
- This relationship between the duration of the cooling and the crimping of the crimped thread is basically valid for all types of polymer. In that regard, it is ensured by the inventive method at a minimum period of cooling of 1 sec. Preferably, of 2 sec., That a high degree of crimping is achieved in the yarn produced.
- Essential here is the uniform filling of the cooling groove 26 on the circumference of the cooling drum 25.
- the meandering multi-layer storage of the yarn plug is set such that no significant gaps arise within the cooling groove 26. This has a uniform flow resistance and thus a uniform cooling of the yarn plug result.
- the filing of the yarn plug can be influenced by additional guide elements. However, the confused filing of the yarn plug in the cooling groove can also be simple Way by controlling the distance A ( Fig. 2.1 ) between the Fadenstopfenauslenfin and the cooling groove and by selecting the width B of the cooling groove.
- Fig. 4 is a modification of the cooling device of the embodiment Fig. 1 shown schematically.
- a blowing device 32 is arranged at a distance from the cooling drum 25 in the region of the cooling groove 26, which is connected to a positive pressure source 33.
- the blowing device 32 has an elongate shape covering at least a partial section of the cooling section.
- a cooling medium flow generated by the overpressure source 33 and directed to the yarn plug 13 in the cooling groove 26 over numerous blow holes.
- the structure of the crimping device 7 and the cooling device 11 is identical to the previous embodiment, so that reference can be made to the preceding description.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
- Bei der Herstellung eines gekräuselten Fadens wird zunächst eine Vielzahl von strangförmigen Filamenten mittels einer Spinneinrichtung aus einer thermoplastischen Schmelze extrudiert. Das Filamentbündel wird nach einer Abkühlung zusammengefaßt und anschließend mittels einer Kräuseleinrichtung zu einem Fadenstopfen aufgestaucht. Hierbei werden die einzelnen Filamente des Filamentbündels mittels eines vorzugsweise heißen Fluids zu Schlingen und Bögen in dem Fadenstopfen verformt. Um eine derartige Formänderung der Filamente zu erreichen, enthält die Kräuseleinrichtung eine Stauchkammer, in welcher das Filamentbündel durch das Fördermedium zu dem Fadenstopfen aufgestaucht wird. Beim Auftreffen der Filamente auf den Fadenstopfen innerhalb der Stauchkammer entstehen somit die gewünschten Schlingen und Bögen der Einzelfilamente. Zum Erreichen einer möglichst stabilen Kräuselung wird der Faden vorzugsweise durch ein heißes Fördermedium geführt und gleichzeitig erwärmt, so daß eine plastische Formänderung in den einzelnen Filamenten stattfinden kann. Zur Fixierung der Kräuselung wird der Fadenstopfen durch eine Kühlstrecke geführt. Die Kühlstrecke ist durch eine Kühlnut vorzugsweise am Umfang einer sich drehenden Kühltrommel ausgebildet. Dabei wird die Länge der Kühlstrecke durch den Durchmesser der Kühltrommel und durch eine Teilumschlingung am Umfang der Kühltrommel bestimmt. Während der Kühlung wird die Kühltrommel drehend angetrieben, so daß die Umfangsgeschwindigkeit der Kühlnut gleich der Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens ist, mit welcher der Fadenstopfen die Kühlstrecke durchläuft. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens sind beispielsweise aus der
DE 196 13 177 A1 bekannt. - So geht aus der
DE 196 13 177 A1 hervor, daß für eine möglichst effektive und gleichmäßige Abkühlung des Fadenstopfens eine bestimmte Zeitdauer der Kühlung vorherrschen muß. So wird vorgeschlagen, die Verweilzeit dadurch zu erhöhen, indem der Fadenstopfen mit einer Teilumschlingung an einer zweiten nachgeordneten Kühltrommel geführt wird. Damit läßt sich jedoch keine ununterbrochene gleichmäßige Abkühlung des Fadenstopfens erreichen, da der Übergang von einer ersten Kühltrommel zu einer zweiten Kühltrommel jeweils eine undefinierte Unterbrechung des Kühlprozesses darstellt. - Aus der
US 5,974,777 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Fadenstopfens bekannt, bei welchem der Fadenstopfen mit mehreren Umschlingungen am Umfang einer Kühltrommel geführt ist. Damit lassen sich zwar selbst bei höheren Prozeßgeschwindigkeiten größere Verweilzeiten zum Abkühlen des Fadenstopfens erreichen, jedoch mit dem Nachteil, daß die zusammengeführten Fadenstopfen sich am Umfang der Kühltrommel gegenseitig beeinflussen, so daß beispielsweise Einzelfilamente der benachbarten Stopfen sich miteinander verhaken und beim Auflösen ungewünschten Filamentbrüchen führen. Zudem müssen die Fadenstopfen an der Kühltrommeloberfläche verschoben werden, so daß zusätzliche Schubkräfte an den Stopfen wirken. Eine derartige Verschiebung am Umfang der Kühltrommel kann zudem zu Verhakungen von Einzelfilamenten an der Kühloberfläche führen. - Aus der
WO 02/090632 - Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß nach einer Abkühlung des Fadenstopfens unabhängig von der Produktionsgeschwindigkeit sichergestellt ist, daß eine stabile und hohe Kräuselung des Fadens erreicht wird.
- Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
- Die Erfindung beruht auf den Erkenntnissen, daß die entscheidende Kenngröße für die Abkühlung des Fadenstopfens die Verweilzeit des Fadenstopfens innerhalb der Kühlstrecke bzw. in der Kühlnut ist. Als weitere Kenngrößen zur Abkühlung des Fadenstopfens ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Fadenstopfen und dem Kühlmedium sowie der Volumenstrom des Kühlmediums bekannt. Der Einfluß dieser Kenngrößen ist im Verhältnis zu der Zeitdauer der Abkühlung gering. So konnte bei Untersuchungen eines texturierten Fadens aus einem Polyamid PA6 festgestellt werden, daß eine Verdopplung der Zeitdauer von 0,25 sec. auf 0,5 sec. eine Verbesserung der Kräuselung des Fadens von ca. 10 % ergab. Bei einer weitere Verdopplung der Zeitdauer der Abkühlung von 0,5 sec. auf 1 sec. konnte noch eine weitere Verbesserung der Einkräuselung von 4 % erreicht werden. Dieses asymptotische Verhalten zwischen der Verweilzeit und der Einkräuselung trifft für alle Typen von Polymere zu. Somit sind die Länge der Kühlstrecke und die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens maßgebliche Parameter für die Zeitdauer der Abkühlung des Fadenstopfens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlstrecke und die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens in einem Verhältnis zueinander stehen, daß der Fadenstopfen über eine Zeitdauer von mind. 1 sec. in der Kühlnut abgekühlt wird, wobei der Fadestopfen zu Beginn der Kühlstrecke mäanderförmig in vorzugsweise mehreren Lagen übereinander in die Kühlnut abgelegt wird. Damit ist ein im wesentlichen vollständige Abkühlung des Fadenstopfens gewährleistet, so daß ein sehr hoher Grad an Kräuselung in dem Faden erreicht werden kann.
- Bei weiteren Ausnutzungen des asymptotischen Verhaltens zwischen der Zeitdauer der Abkühlung und der Kräuselung des texturierten Fadens wird die Länge der Kühlstrecke und die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens vorzugsweise derart gewählt, daß der Fadenstopfen über ein Zeitdauer von mind. 2 sec. am Umfang der Kühltrommel gekühlt wird.
- Hierbei bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten, um das zur Abkühlung des Fadenstopfens maßgebliche Verhältnis zwischen der Länge der Kühlstrecke und der Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens einzuhalten. So läßt sich bei vorgegebener Kühlgeschwindigkeit die Länge der Kühlstrecke variieren oder bei vorgegebener Länge der Kühlstrecke die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens verändern. Die Kühlstrecke wird im wesentlichen durch die konstruktive Beschaffenheit der zur Aufnahme des Fadenstopfens vorgesehenen Kühlnut bestimmt und wird oft durch einen zulässigen Bauraum begrenzt. Um jedoch selbst bei relativ kurzen Kühlstrecken das maßgebliche Verhältnis der Länge der Kühlstrecke zu der Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens einzuhalten, wird bevorzugt die Verfahrensvariante verwendet, bei welcher der Fadenstopfen vor dem Abkühlen mit einer Führungsgeschwindigkeit und während des Abkühlens mit der Kühlgeschwindigkeit geführt wird, wobei die Kühlgeschwindigkeit niedriger ist, als die Führungsgeschwindigkeit. Somit wird der Kühlstrecke pro Zeiteinheit mehr Fadenstopfenmaterial zugeführt. Dabei gilt, je größer die Differenz zwischen der Führungsgeschwindigkeit und der Kühlgeschwindigkeit ist, desto größer ist die Zeitdauer zur Abkühlung des Fadenstopfens.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem der Fadenstopfen zu Beginn der Kühlstrecke mäanderförmig in vorzugsweise mehreren Lagen übereinander in die Kühlnut abgelegt wird, läßt sich eine gleichmäßige Füllung der Kühlnut und damit eine gleichmäßige Abkühlung des Fadenstopfens erreichen.
- Die Abkühlung des Fadenstopfens erfolgt vorzugsweise durch ein Kühlmediumstrom, welcher den Fadenstopfen durchdringt. Hierzu besteht die Möglichkeit, daß der Kühlmediumstrom durch eine Unterdruckquelle erzeugt wird. Zur Verstärkung der Abkühlung kann zudem ein zusätzlicher Kühlmediumstrom durch eine Überdruckquelle erzeugt werden, die beispielsweise als Kühlluft auf den Fadenstopfen geblasen wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine deutlich erhöhte Kräuselung des Fadens aus. Ein mit einem derartigen Garn hergestellter Teppich zeigte eine hohe Deckkraft ohne jegliche Streifen- und Wolkenbildung.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Polymertypen wie beispielsweise PA und PP geeignet.
- Um das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können, hat sich insbesondere die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 9 bewährt. Hierbei ist erfindungsgemäß die Breite der Kühlnut zur Aufnahme und Führung des Fadenstopfens derart bemessen, daß der Fadenstopfen mäanderförmig in mehreren Lagen übereinander führbar ist. Selbst bei hohen Prozeßgeschwindigkeiten läßt sich eine intensive Abkühlung des Fadenstopfens gewährleisten, da die Führungsgeschwindigkeit wesentlich höher eingestellt werden kann als die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens.
- Zur Erreichung einer gleichmäßigen Füllung der Kühlnut ist zwischen dem Auslaß der Texturiereinrichtung und der Kühlnut ein Abstand eingestellt ist, wobei die Breite der Kühlnut mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser des Fadenstopfens.
- Die Kühlnut läßt sich grundsätzlich an einem bandförmigen Träger oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an dem Umfang einer Kühltrommel ausbilden. Dabei kann die Kühlgeschwindigkeit zu Führung des Fadenstopfens durch den Antrieb der Kühltrommel auf einfache Art und Weise gesteuert werden.
- Der Kühltrommel ist vorzugsweise eine Unterdruckquelle zugeordnet, durch welche ein den Fadenstopfen und den siebförmigen Nutgrund der Kühlnut durchdringenden Kühlmediumstrom erzeugbar ist.
- Zur zusätzlichen Abkühlung des Fadenstopfens innerhalb der Kühlnut kann der Kühltrommel eine zusätzliche Blaseinrichtung mit einer Überdruckquelle zugeordnet sein, durch welche ein auf die Kühlnut und den Fadenstopfen gerichteter zusätzlicher Kühlmediumstrom erzeugbar ist.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben und weitere Vorteile aufgezeigt.
- Es stellen dar:
- Fig.1
- schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- Fig. 2
- schematisch ein Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 - Fig. 3
- schematisch ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Zeitdauer der Abkühlung des Fadenstopfens und der Kräuselung des Fadens
- Fig. 4
- schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Abkühlung des Fadenstopfens
- In
Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren schematisch dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Spinneinrichtung 1 auf, die über eine Schmelzezuführung 3 mit einem Schmelzeerzeuger, beispielsweise einer Pumpe oder einem Extruder (hier nicht dargestellt) verbunden ist. Die Spinneinrichtung 1 besitzt einen Spinnkopf 2, welcher auf der Unterseite zumindest eine Spinndüse 4 enthält. Die Spinndüse 4 besitzt eine Vielzahl von Düsenbohrungen, durch welche die dem Spinnkopf 2 zugeführte Polymerschmelze unter Druck zu einer Vielzahl von einzelnen Filamenten 6 extrudiert werden. Unterhalb der Spinneinrichtung 1 ist ein Kühlschacht 5 vorgesehen, durch welche die Filamente 6 geführt werden, so daß die mit annähern Schmelzetemperatur austretenden Filamente abgekühlt werden. Der Kühlschacht 5 könnte hierzu beispielsweise an einer Querstromanblasung angeschlossen sein, durch welche eine Kühlluft im wesentlichen quer auf die Filamente 6 geblasen wird. - Im Auslaßbereich des Kühlschachtes 5 ist ein Fadenführer und eine Präparationseinrichtung 8 angeordnet. Durch die Präparationseinrichtung 8 wird auf den Filamenten 6 ein Präparationsmittel aufgetragen, so daß sich die Filamente 6 zu einem Filamentbündel 10 zusammenfügen. Das Filamentbündel 10 wird durch eine unterhalb des Kühlschachtes 5 angeordnet Einlaufgaletteneinheit 9 von der Spinndüse 4 abgezogen und zu einer nachfolgenden Streckgaletteneinheit 12 geführt. Von der Streckgaletteneinheit 12 gelangt das Filamentbündel 10 in eine Kräuseleinrichtung 7. In der Kräuseleinrichtung 7 wird das zuvor verstreckte Filamentbündel 10 zu einem Fadenstopfen 13 aufgestaucht.
- Der Kräuseleinrichtung 7 ist eine Kühleinrichtung 11 mit einer sich bewegenden Kühlnut 26 nachgeordnet. Die Kühlnut 26 dient zur Aufnahme und Abkühlung des Fadenstopfens 13. Der Aufbau und die Funktion der Kühleinrichtung 11 wird nachfolgend noch näher erläutert. Zur Auflösung des Fadenstopfens 13 wird der gekräuselte Faden 15 durch eine Abzugsgaletteneinheit 14 abgezogen und zu der Aufwickeleinrichtung 16 geführt. In der Aufwickeleinrichtung 16 wird der gekräuselte Faden 15 zu einer Spule 17 aufgespult.
- Der Aufbau und die Anordnung der einzelnen Aggregate des in
Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist beispielhaft. So können die Behandlungseinrichtungen und Führungselemente ergänzt, ausgetauscht oder ersetzt werden. Um einen Fadenschluß zwischen den Filamenten bzw. den gekräuselten Filamenten herzustellen, können beispielsweise Verwirbelungseinrichtung 18 vor und / oder nach der Kräuselung angeordnet sein. - Das in
Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere zur Herstellung von Teppichgarnen geeignet Hierzu ist es erforderlich, daß der gekräuselte Faden eine für die Endverarbeitung ausreichende Kräuselung aufweist. Somit stellt die Kräuseleinrichtung 7 und die der Kräuseleinrichtung 7 nachgeordnete Kühleinrichtung 11 eine für den Prozeß bedeutender Behandlungsschritt dar, der nachfolgend näher erläutert ist. - In
Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel nachFig. 1 gezeigt. Hierbei stelltFig. 2.1 schematisch eine Querschnittsansicht der Kräuseleinrichtung 7 und der nachgeordneten Kühleinrichtung 11 dar. InFig. 2.2 ist schematisch eine Seitenansicht der Aggregate dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren. - In
Fig. 2 ist die Kräuseleinrichtung 7 und die in der Kräuseleinrichtung 7 nachgeschaltete Kühleinrichtung 11 des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachFig. 1 dargestellt. Die Kräuseleinrichtung 7 besitzt einen düsenförmigen Förderkanal 20. Der Förderkanal 20 besteht hierbei im wesentlichen aus zwei Abschnitten, die durch einen engsten Querschnitt voneinander getrennt sind. In einem ersten Abschnitt kurz vor dem engsten Querschnitt münden Düsenbohrungen eines Injektors 19 in den Förderkanal 20. Der Injektor 19 ist mit einer hier nicht dargestellten Fluidquelle verbunden. Im zweiten Abschnitt unterhalb des engsten Querschnittes erweitert sich der Förderkanal 20 und mündet in eine unmittelbar anschließende Stauchkammer 22. - Im Einlaßbereich der Stauchkammer 22 ist die Stauchkammerwand luftdurchlässig ausgebildet und innerhalb einer Entlastungskammer 21 angeordnet. Unterhalb der Entlastungskammer 21 wird die Stauchkammer 22 durch ein Austragsrohr 23 mit im wesentlichen unveränderten Querschnitt fortgesetzt. Am Ende des Austragsrohres 23 ist ein Stopfenauslaß 24 gebildet.
- Die Kühleinrichtung 11 ist als eine drehbare Kühltrommel 25 ausgebildet. Die Kühltrommel 25 wird über eine Antriebswelle 30 durch einen Antrieb 31 mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Die Kühltrommel 25 weist zur Aufnahme des durch die Kräuseleinrichtung 7 erzeugten Fadenstopfens 13 eine am Umfang umlaufende Kühlnut 26 auf. Der Nutgrund 27 der Kühlnut 26 ist luftdurchlässig ausgebildet, so daß ein vorzugsweise von außen nach innen erzeugter Kühlmediumstrom den in der Kühlnut 26 geführten Fadenstopfen 13 durchdringt und kühlt. Hierzu ist im Innem der Kühltrommel 25 ein Druckraum 34 gebildet, der über eine Saugleitung 28 mit einer Unterdruckquelle 29 gekoppelt ist. Somit wird zur Abkühlung als Kühlmedium die Umgebungsluft außerhalb der Kühltrommel 25 verwendet.
- Die am Umfang der Kühltrommel 25 ausgebildete Kühlnut 26 besitzt eine Breite B. Die Breite B der Kühlnut 26 ist im Verhältnis zu dem Fadenstopfen 13 derart bemessen, daß die Breite B vorzugsweise größer ist als der doppelte Betrag des Fadenstopfendurchmessers D, d.h. B>2D.
- Zwischen dem Stopfenauslaß 24 und der Kühlnut 26 ist ein freier Abstand A gebildet, um eine freie Ablage des Fadenstopfens 13 in die Kühlnut 26 zu ermöglichen. Der Abstand A bleibt während der Kräuselung unverändert. In der Kräuseleinrichtung 7 wird über den Injektor 19 ein heißes Förderfluid in den Förderkanal 20 eingespeist. Dadurch entsteht am oberen Ende des Förderkanals 20 eine Saugwirkung, die das Filamentbündel 10 in die Kräuseleinrichtung 7 einsaugt. Das Filamentbündel 10 wird über das Förderfluid durch den Förderkanal 20 in die Stauchkammer 22 geführt. In der Stauchkammer 22 staut sich das Filamentbündel 10 zu einem Fadenstopfen 13 auf. Das Filamentbündel 10 öffnet sich dabei und die einzelnen Filamente 6 legen sich in Schlingen und Bögen aufeinander ab. Die Bildung des Fadenstopfens 13 wird hierbei im wesentlichen durch die Beschaffenheit des Förderfluids und durch den Druck des Förderfluids bestimmt. Als Förderfluid wird vorzugsweise Heißluft verwendet Zum Abbau des Fluiddruckes des Förderfluids ist der obere Bereich der Stauchkammer 22 luftdurchlässig in Form von Luftschlitzen oder Lamellen ausgebildet, so daß das Förderfluid in eine Entlassungskammer 21 und von da nach außen entweichen kann. Der Fadenstopfen 13 wird mit einer definierten eingestellten Führungsgeschwindigkeit vF durch die Stopfenkammer 22 bis zum Stopfenauslaß 24 geführt. Der Fadenstopfen 10 trifft nun mit der Führungsgeschwindigkeit vF in der Kühlnut 26 ein. Die Kühlnut 26 bewegt sich mit einer Kühlgeschwindigkeit vK, die durch die Umfangsgeschwindigkeit der Kühltrommel 25 bestimmt ist. Die Kühlgeschwindigkeit vK ist wesentlich niedriger eingestellt als die Führungsgeschwindigkeit vF. In Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen der Führungsgeschwindigkeit und der Kühlgeschwindigkeit wird der Fadenstopfen 13 mehrlagig und aufgrund der freien Führung mäanderförmig in der Kühlnut 26 abgelegt. Hierbei ist die Weite B der Kühlnut 26 und das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Führungsgeschwindigkeit und der Kühlgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt, daß eine gleichmäßige Füllung der Kühlnut 26 mit dem Fadenstopfen 13 erreicht wird. Der Fadenstopfen 13 durchläuft die Kühlstrecke am Umfang der Kühltrommel 25. Die Kühlstrecke ist durch den Grad der Umschlingung des Fadenstopfens 13 an der Kühltrommel 25 bestimmt. Bei dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühltrommel 25 mit einem Umschlingungswinkel von 180° von dem Fadenstopfen 13 umschlungen. Innerhalb der Kühlstrecke erfolgt eine Abkühlung des Fadenstopfens 13 durch den von außen nach innen erzeugten Kühlmediumstrom. Nach Abkühlung des Fadenstopfens 13 am Ende der Kühlstrecke wird der Fadenstopfen 13 zu dem gekräuselten Faden 15 aufgelöst. - Die Länge der Kühlstrecke wird durch den Durchmesser der Kühltrommel 25 und dem Grad der Umschlingung des Fadenstopfens 13 am Umfang der Kühltrommel 25 bestimmt. Die Kühltrommel 25 haben üblicherweise einen Durchmesser von 0,3 bis 0,6 m. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine Kühltrommel mit einem Durchmesser von 400 mm verwendet. Bei einem Umschlingungswinkel von 180° ergibt sich somit eine Länge der Kühlstrecke von ca. 0,6 m. Die Führungsgeschwindigkeit vF betrug 90 m/min. Die Kühlgeschwindigkeit vK war auf 20 m/min. eingestellt. Hieraus resultiert eine Zeitdauer zur Abkühlung des Fadenstopfens von ca. 1,8 sec. Damit war sichergestellt, daß der Fadenstopfen nach Durchlauf der Kühlstrecke eine intensive Abkühlung erhalten hat und somit der Faden 15 eine stabile und hohe Kräuselung aufzeigte.
- In
Fig. 3 ist in einem Diagramm die Abhängigkeit zwischen der Zeitdauer zur Abkühlung des Fadenstopfens und der Einkräuselung des hergestellten gekräuselten Fadens gezeigt. Der dargestellte Kurvenverlauf macht deutlich, daß in dem Bereich unterhalb von 1 sec. Abkühlzeit eine starke Abhängigkeit zwischen der Zeitdauer der Abkühlung und der Einkräuselung gegeben ist. Mit steigender Zeitdauer der Abkühlung verflacht die Kurve, um sich asymptotisch einem Grenzwert der Einkräuselung zu nähern. Dieser Zusammenhang zwischen der Zeitdauer der Abkühlung und der Einkräuselung des gekräuselten Fadens ist für alle Polymertypen grundsätzlich gültig. Insoweit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Mindestzeitdauer der Abkühlung von 1 sec. vorzugsweise von 2 sec. sichergestellt, daß ein hoher Grad an Einkräuselung in dem hergestellten Faden erreicht wird. - Untersuchungen mit einer zusätzlichen Kaltluftkühlung des Fadenstopfens haben zudem ergeben, daß sich der positive Effekt der Kaltluftkühlung erst bei höheren Verweilzeiten ca. 0,5 sec. einstellt. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der Art und Weise der Kühlung des Fadenstopfens ein Maximum an Kräuselstabilität und Einkräuselung erreicht.
- Wesentlich hierbei ist die gleichmäßige Füllung der Kühlnut 26 am Umfang der Kühltrommel 25. Die mäanderförmige mehrlagige Ablage des Fadenstopfens wird derart eingestellt, daß keine wesentlichen Lücken innerhalb der Kühlnut 26 entstehen. Dies hat einen gleichmäßigen Strömungswiderstand und damit eine gleichmäßige Abkühlung des Fadenstopfens zur Folge. Die Ablage des Fadenstopfens läßt sich durch zusätzliche Führungselemente beeinflussen. Die wirre Ablage des Fadenstopfens in der Kühlnut läßt sich jedoch auch auf einfache Weise durch Regelung des Abstandes A (
Fig. 2.1 ) zwischen dem Fadenstopfenauslaß und der Kühlnut sowie durch Wahl der Breite B der Kühlnut erreichen. Das Verhältnis zwischen der Führungsgeschwindigkeit vF, mit welcher der Fadenstopfen vor der Abkühlung geführt wird, und der Kühlgeschwindigkeit vK, mit welcher der Fadenstopfen während der Abkühlung geführt ist, liegt im Bereich von vK/vF = 0,1 - 0,4. Damit lassen sich selbst hohe Produktionsgeschwindigkeiten von über 3.000 m/min. (Kräuselgeschwindigkeit) und eine lange Verweilzeit erreichen. - In
Fig. 4 ist eine Modifikation der Kühleinrichtung des Ausführungsbeispiels ausFig. 1 schematisch dargestellt. Hierbei ist im Abstand zu der Kühltrommel 25 im Bereich der Kühlnut 26 eine Blaseinrichtung 32 angeordnet, die mit einer Überdruckquelle 33 verbunden ist. Die Blaseinrichtung 32 besitzt eine längliche zumindest einen Teilabschnitt der Kühlstrecke überdeckende Form auf. Dabei werden über zahlreiche Blasöffnungen ein Kühlmediumstrom durch die Überdruckquelle 33 erzeugt und auf den Fadenstopfen 13 in der Kühlnut 26 gerichtet. - Der Aufbau der Kräuseleinrichtung 7 sowie der Kühleinrichtung 11 ist mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel identisch, so daß auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen werden kann.
-
- 1
- Spinneinrichtung
- 2
- Spinnkopf
- 3
- Schmelzezuführung
- 4
- Spinndüse
- 5
- Kühlschacht
- 6
- Filament
- 7
- Kräuseleinrichtung
- 8
- Präparationseinrichtung
- 9
- Einlaufgaletteneinheit
- 10
- Filamentbündel
- 11
- Kühleinrichtung
- 12
- Streckgaletteneinheit
- 13
- Fadenstopfen
- 14
- Abzugsgaletteneinheit
- 15
- Faden
- 16
- Aufwickeleinrichtung
- 17
- Spule
- 18
- Verwirbelungseinrichtung
- 19
- Injektor
- 20
- Förderkanal
- 21
- Entlastungskammer
- 22
- Stauchkammer
- 23
- Austragsrohr
- 24
- Stopfenauslaß
- 25
- Kühltrommel
- 26
- Kühlnut
- 27
- Nutgrund
- 28
- Saugleitung
- 29
- Unterdruckquelle
- 30
- Antriebswelle
- 31
- Antrieb
- 32
- Blaseinrichtung
- 33
- Überdruckquelle
- 34
- Druckraum
Claims (12)
- Verfahren zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens, bei welchem zumindest ein Filamentbündel aus einer Polymerschmelze gesponnen und zu einem Fadenstopfen gestaucht wird, bei welchem der Fadenstopfen zum Abkühlen innerhalb einer Kühlstrecke in einer bewegten Kühlnut mit einer Kühlgeschwindigkeit geführt wird, und bei welchem der Fadenstopfen nach dem Abkühlen zu den gekräuselten Faden aufgelöst und der Faden zu einer Spule aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlstrecke und die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens in einem Verhältnis zueinander stehen, daß der Fadenstopfen über eine Zeitdauer von mindestens 1 Sekunde in der Kühlnut abgekühlt wird, wobei der Fadenstopfen zu Beginn der Kühlstrecke mäanderförmig in vorzugsweise mehreren Lagen übereinander in die Kühlnut abgelegt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenstopfen über eine Zeitdauer von mindestens 2 Sekunden in der Kühlnut abgekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenstopfen vor dem Abkühlen mit einer Führungsgeschwindigkeit und während des Abkühlen mit der Kühlgeschwindigkeit geführt wird, wobei die Kühlgeschwindigkeit niedriger ist als die Führungsgeschwindigkeit.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgeschwindigkeit des Fadenstopfens mindestens doppelt so hoch ist wie die Kühlgeschwindigkeit des Fadenstopfens.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenstopfen in der Kühlnut am Umfang einer drehend angetriebenen Kühltrommel geführt wird, wobei der Nutgrund der Kühlnut eine luftdurchlässige Kühloberfläche bildet.
- Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenstopfen innerhalb der Kühlstrecke durch ein Kühlmediumstrom gekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmediumstrom durch eine Unterdruckquelle und/oder durch eine Überdruckquelle erzeugt wird.
- Vorrichtung zum Spinnen und Kräuseln eines synthetischen Fadens mit einer Spinneinrichtung (1) zum Spinnen eines Filamentbündels (10), mit einer Kräuseleinrichtung (7) zum Aufstauchen eines Fadenstopfens (13), mit einer bewegbaren Kühlnut (26) zur Aufnahme und Führung des Fadenstopfens (13) während einer Abkühlung und mit einer Aufwickeleinrichtung (17) zum Aufspulen des gekräuselten Fadens (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Kühlnut (26) derart bemessen ist, daß der Fadenstopfen (13) mäanderförmig in mehreren Lagen übereinander führbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auslaß (24) der Kräuseleinrichtung (7) und der Kühlnut (26) ein Abstand (A) eingestellt ist, wobei die Breite (B) der Kühlnut (26) mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser (D) des Fadenstopfens (13).
- Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlnut (26) am Umfang einer Kühltrommel (25) ausgebildet ist und daß der Kühltrommel (25) ein steuerbarer Antrieb (31) zugeordnet ist, um eine Kühlgeschwindigkeit zu Führung des Fadenstopfens (13) einzustellen.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühltrommel (25) eine Unterdruckquelle (29) zugeordnet ist, durch welche ein den Fadenstopfen (13) und den siebförmigen Nutgrund (27) der Kühlnut (26) durchdringenden Kühlmediumstrom erzeugbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühltrommel (25) eine Blaseinrichtung (32) mit einer Überdruckquelle (33) zugeordnet ist, durch welche ein auf die Kühlnut (26) und den Fadenstopfen (13) gerichteter Kühlmediumstrom erzeugbar ist.
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