EP1951936A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und abkühlen eines multifilen fadens mit kühllufttemperaturmessung innerhalb des filamentbündels - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und abkühlen eines multifilen fadens mit kühllufttemperaturmessung innerhalb des filamentbündels

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Publication number
EP1951936A1
EP1951936A1 EP06829081A EP06829081A EP1951936A1 EP 1951936 A1 EP1951936 A1 EP 1951936A1 EP 06829081 A EP06829081 A EP 06829081A EP 06829081 A EP06829081 A EP 06829081A EP 1951936 A1 EP1951936 A1 EP 1951936A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling air
temperature
cooling
filaments
filament bundle
Prior art date
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EP06829081A
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English (en)
French (fr)
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EP1951936B1 (de
Inventor
Detlev Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1951936A1 publication Critical patent/EP1951936A1/de
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Publication of EP1951936B1 publication Critical patent/EP1951936B1/de
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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
    • D01D13/02—Elements of machines in combination

Definitions

  • the invention relates to a method for melt spinning and cooling of a multifilen yarn according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method according to claim 11.
  • the filament is formed from a multiplicity of fine filamentary filaments.
  • each of the filaments is extruded from the polymer melt through a nozzle bore of a spinneret. After extrusion, the filaments guided at a distance from one another within a bundle are cooled and then brought together after solidification to the thread. During the transition of the filament
  • certain physical properties of the subsequent filament can be determined by certain cooling conditions.
  • compliance with the uniformity of the cooling conditions for the production of high-quality threads is of particular importance.
  • DE 100 31 106 A1 discloses a method and a device in which the temperature of a cooling air occurring during the cooling of the filaments is measured and monitored.
  • the cooling air is measured when entering a cooling shaft and exiting a cooling shaft.
  • Another object of the invention is to provide a method and an apparatus for melt-spinning and cooling a thread with which threads with predetermined and uniform cooling history can be wound into coils.
  • the invention is based on the finding that, depending on the number of filaments and the leadership of the filaments, in particular the distances the filaments to each other during cooling, the cooling results are significantly influenced by the thread.
  • the problem arises of uniformly guiding the cooling air through the filter bundle.
  • temperature measurements of the cooling air at various measuring points within the cooling zone revealed large differences.
  • the cooling history assigned to the individual filaments must be evaluated differently.
  • the invention now represents a solution in which approximately the effective cooling effect on the thread can be detected by simple temperature measurements of the cooling air. For this purpose, the temperature of the cooling air is measured in at least one measuring point within the filament bundle.
  • the temperatures of the cooling air within the filament bundle are well above the temperatures measured outside the filament bundle.
  • the measurement of the temperature of the cooling air within the filament bundle gives a good measure to determine the instantaneous solidification state in the filaments.
  • the uniformity of the cooling of the individual filaments within the filament bundle can be predetermined and specifically altered by intervention in the cooling process.
  • the external influences of the cooling such as soiling on the blowing wall, spinneret errors, etc., can be detected and stopped at an early stage.
  • the method variant is particularly advantageous in which the filaments spread during cooling by an outer leading edge of a shaped body and out become. This makes it possible to produce larger filament spacings, in which a temperature measurement of the cooling air emerging in the back of the filament bundle is advantageously possible.
  • the shaped body is preferably used for preparing the filaments. In this case, the leading edge is wetted with a spin finish.
  • a high uniformity of the cooling is achieved by an annular or disc-shaped molded body, on which the filaments of the filament bundle are guided.
  • the method variant is preferably used in which the temperature of the cooling air are measured simultaneously at several measuring points within the filament bundle or outside the filament bundle or preferably within and simultaneously outside the filament bundle.
  • temperature gradients can be detected over the cross-sections of a filament bundle, so that an even greater uniformity to the solidification of the single filament can be adjusted and so that the Abkühlhistorie the FIIa • elements with even greater accuracy detected and monitored is.
  • the measurements of the temperatures of the cooling air can be carried out both at vertical or horizontal side by side aligned measuring points.
  • the vertical orientation of the measurement points allows the transition from the molten state of the filament material to the solidified material within the cooling zone z ⁇ detect.
  • the measured temperature of the cooling air is particularly suitable for performing quality monitoring on the thread. Maintaining the most uniform possible cooling conditions on the thread essentially requires predetermined physical properties of the thread.
  • the method variant is particularly advantageous, in which at least one temperature measurement or a plurality of time-sequential temperature measured values of the cooling air are stored and compared with a desired value or a limit value range. From this it is possible to conclude directly on the constancy of the yarn quality produced.
  • the production process can be monitored particularly advantageously by the variant of the method in which the chronologically successive temperature measured values of the cooling air are converted to a statistical average or a plurality of statistical mean values and the mean value or mean values of the temperature measured values are compared with a desired value or a limit value range.
  • the setpoint values and also the limit value ranges for the mean value of the cooling air temperature can be determined, for example, by empirical tests in which the physical properties ascertained on the thread were related to the cooling of the filaments. Thus, for example, by monitoring the mean temperature measured value of the cooling air temperature within a tolerance band with an upper limit value and a lower limit value, the course of the process for producing the thread can be monitored.
  • the limit value overshoots that occur can represent additional monitoring and evaluation parameters that are important for documentation of • thread quality or for intervention in the process.
  • a quality value of the thread from the deviations of the measured temperature measured values or the average temperature measured values from the setpoint value or the limit value range of the cooling air temperature.
  • the quality value can be directly related to a predetermined product parameter, so that, for example, the thread can receive a quality mark after production.
  • the method variant in which the quality value is used to determine a product parameter, has the particular advantage that a product parameter determined by the cooling can be directly assigned to the yarn produced. This allows defining a product parameter that represents a measure of the internal uniformity of the thread. In particular, with a high uniform crystallinity of the yarn, a uniform ink absorption is made possible, so that an assessment, for example of the dyeing ability, is already given immediately upon production of the yarn. The case by the Quality value derived product parameters could thus be characterized in terms of their probable dyeability.
  • Cooling air streams are cooled and that for each thread a temperature reading of the cooling air is detected and used to monitor the quality of the respective thread. This makes it possible to compare the qualities of the threads already during production with each other in order to then make the following quality classifications.
  • the coils produced on a winding spindle could already have threads of different quality levels, so that sorting based on the quality values would be possible in good time.
  • the method variant is particularly advantageous, in which at least one momentary measured value of the temperature of the cooling air is adjusted to a desired value of the temperature and a difference signal is generated and converted to a control signal for intervention in the manufacturing process.
  • the control signal can be used to change a process parameter or a process sequence that determines the production of the thread.
  • the process parameters for changing the cooling of the filaments can be influenced such that a previously determined difference between the measured cooling air temperature and the predetermined setpoint temperature is as small as possible and compensated.
  • the process sequence for producing the thread could be influenced so that, for example, a premature bobbin change during winding of the thread is performed.
  • the inventive method thus allows early intervention in the manufacturing process of a synthetic thread, in particular to analyze the orientation and crystallinity of the filament material by cooling targeted and influence or to eliminate quickly eliminate external influences on the cooling disturbances, so that the setting of predetermined tex- tylphysikalischen properties or certain staining behavior or behavior are possible.
  • the process according to the invention can be carried out independently of the further treatment of the melt-spun yarn.
  • textile threads can be partially stretched or fully stretched and technical yarns, carpet yarns or staple fibers produced.
  • the device according to the invention has at least one temperature sensor within the filament bundle arranged between a spinneret and one of the spinning nozzles.
  • a measuring point within the filament bundle can be realized in the area of cooling.
  • the temperature sensor is associated with a guide means by which the filament strands are spread in the yarn path between the spinneret and the yarn guide, is a preferred embodiment to place the temperature sensor within the filament bundle. The danger of unwanted contacts between the temperature sensors and the filaments can thus be avoided.
  • the spreading of the filaments can be preferably carried out by a shaped body with an outer leading edge, which is held substantially concentric to the spinneret and the filaments leads to the leading edge.
  • the temperature sensor is preferably held centric to the shaped body within the filament bundle.
  • the development of the device according to the invention is preferably used, in which the shaped body is formed by a preparation device, in which the peripheral leading edge carries a wetting agent.
  • the formation of the shaped body by a circular disk or a circular ring allows guidance of the filament bundle, in which a cooling air directed from the outside onto the filament bundle can penetrate the filament bundle as uniformly as possible.
  • the device according to the invention can also be developed in such a way that the sensor means is formed by a plurality of temperature sensors which are arranged horizontally or vertically next to one another inside or outside or inside and outside the filament bundle.
  • the sensor means is formed by a plurality of temperature sensors which are arranged horizontally or vertically next to one another inside or outside or inside and outside the filament bundle.
  • a device variant is provided in which temperature profiles in relation to the cross section of the filament bundle or at which temperature profiles along the thread run could be detected.
  • Each temperature sensor represents a measuring point in which the temperature of the cooling air is detected.
  • the sensor means is advantageously coupled to a control device which has electronic means for measuring value evaluation, means for data storage and means for signal generation. With the aid of the control device, a measured value evaluation in the sense of the method according to the invention and a targeted control intervention in the production process can be made possible.
  • control device is coupled to at least one or more control devices that influence individual process units or process sequences.
  • At least one of the control units is connected to a cooling air source of the cooling device, then in that a blowing wall connected to the cooling air source can generate a predetermined cooling air flow for cooling the filament bundle.
  • control device it is also possible to couple the control device to an output device, so that the measured value analysis or the quality values of the thread resulting from the measured value analysis can be directly observed and documented.
  • the arithmetic operations known for the statistical evaluation can be carried out.
  • microprocessors with appropriate software equipment.
  • the design of the device is preferably used, in which at least one of the temperature sensors is arranged in an upper third of the cooling section extending between the spinneret and the yarn guide.
  • the device variant provides a particular advantage, in which at least one of the temperature sensors is held by a height-adjustable holding carrier.
  • the measuring point within the filament bundle can be realized at different heights and thus different temperature levels.
  • the device according to the invention extends essentially to all known cooling devices which generate a cooling air flow for cooling the filaments.
  • the cooling device can preferably be formed by a side blowing wall, which is connected via the blow chamber with the cooling air source. This produces a one-sided directed to the filament bundle cooling air.
  • Fig. 2 shows schematically different views of a first embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 3 shows schematically a cross-sectional view of another embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 4 shows schematically a further embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 5 shows schematically a further embodiment of the device according to the invention
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for melt-spinning and cooling a multifilament yarn.
  • 1 shows the device schematically in a cross-sectional view and FIG. 2 in a side view. Unless an explicit reference is made to one of the figures, the following description applies to both figures.
  • the spinneret 2 has on the underside of the spinner 1 a plurality of nozzle bores (not shown here) which are connected to a melt feed 4. Via the melt feed 4, the spinning head 1 is connected to a melt source, for example to an extruder. Within the spinning head 1 2 further facilities for distribution and management of the given over the melt supply 4 polymer melt to the spinneret 2 such as spinning pumps and distribution lines may be arranged. The spinning head 1 is formed heated.
  • the cooling device 6 is designed as a cross-flow blowing for generating a cooling air flow.
  • the cooling device 6 has a blowing wall 7, which extends below the spinning head 1 via a cooling path laterally adjacent to the spinneret 2, so that the extruded through the spinneret 2 filaments 3 are guided directly adjacent to the blowing wall 7.
  • the blowing wall 7 is coupled via a blow chamber 8 with a blower 9.
  • the blowing wall 7 is gas-permeable, so that a cooling air generated by the blower 9 exits the blow chamber 8 through the blowing wall 7 as a cooling air flow and acts substantially transversely from the outside on the extruded through the spinneret 2 filaments 3.
  • the plurality of filaments extruded through the spinneret 2 are guided as a filament bundle 5 through the cooling path extending parallel to the blast wall 7.
  • a yarn guide 11 is provided below the blowing wall 7, to bring together the filaments 3 of the filament bundle 5, so that a multifilament yarn 16 is formed.
  • the yarn guide 11 thus represents the convergence point associated with the spinneret 2, in which all the filaments 3 are bundled together to form the yarn 16.
  • the yarn guide 16 is coupled to a preparation device (not shown here) in order to improve the cohesion of the filament strands 3 by a spin finish.
  • the sensor means 10 has a temperature sensor 12, which is arranged within the filament bundle 5.
  • the temperature sensor 12 is coupled via a signal line with a control device 17 arranged outside.
  • the sensor means 10 is associated with a guide means 13, which is characterized by a concentra- is formed trically to the spinneret 2 held molding 14.
  • the molded body 14 is upstream of the yarn guide 11 in the yarn path, wherein the shaped body 14 has a circumferential leading edge 15 which causes a deflection to the natural convergence of the filaments, so that the filament bundle 5 is spread by the molding 14 after deduction of the spinneret 2.
  • the leading edge 15 of the molded body 14 preferably has an envelope diameter which is equal to or greater than the enveloping contour formed by the nozzle bores of the spinneret 2.
  • a free space formed essentially centrally with respect to the filament bundle is formed, in which the temperature sensor 12 is held.
  • the temperature sensor 12 is held at the free end of a rod-shaped sensor carrier 26, which is connected to its opposite end with the shaped body 14.
  • the spreading of the filament bundle 5 through the shaped body 14 has the particular advantage that the distances between the filaments 3 change as the movement of the filaments progresses depending on the size of the shaped body 14.
  • the outer filaments 3 can be largely parallel to each other with substantially the same size between the shaped body 14 and the spinneret 2.
  • the shaped body 14 for spreading the filament bundle 5 is larger than the arrangement of the nozzle bores in the spinneret 2, can be in the outer filaments with continuous guidance, the distances between the filaments even increase.
  • the device according to the invention has a control device 17 coupled to the sensor means.
  • the control device 17 has electrical and electronic means which carry out signal evaluation, signal and data storage and signal generation allow for control.
  • the control device 17 is coupled to a control unit 18.1, which is assigned directly to the blower 9 acting as a cooling air source.
  • a plurality of filaments 3 are continuously extruded from a pressurized polymer melt via the spinneret 2.
  • the filaments 3 are guided together as a filament bundle 5 along the cooling path laterally to the blast wall 7 and deflected at the leading edge 15 of the shaped body 14 to be merged by den- yarn guide 11 to a thread 16.
  • the cooling device 6 In order for the filament material in the filaments 3 to solidify in a predetermined manner, the cooling device 6 generates a cooling air flow oriented essentially transversely to the direction of yarn travel from the outside and blows it through the blowing wall 7 against the filament bundle 5.
  • the cooling air of the cooling air flow penetrates the filament bundle 5 and causes the molten filament material after extrusion to solidify as the agitation progresses to obtain a crystalline structure of the filamentary material as defined by the deduction of the filaments 3 and cooling air condition.
  • the method according to the invention starts by measuring the cooling air occurring inside the filament bundle 5 with respect to its temperature.
  • the temperature value of the cooling air detected by the temperature sensor 12 in the measuring point within the filament bundle 5 is supplied to the control device 17 via a signal line.
  • the current temperature reading of the cooling air could for example be st Ti.
  • control device 17 can advantageously be specified for compliance predetermined target temperature of the cooling air as Ts o ii deposit so in that a nominal / actual comparison of the cooling air temperatures indicates compliance or deviation of the predetermined cooling by the means contained in the control device 17.
  • a control signal S is generated in the control device 17 from the difference signal, which is used directly to the control unit 18.1 for controlling the cooling air source in this case of the blower 9.
  • a higher cooling air flow rate can be generated so that, for example, an internal air temperature that is too high Ti st is lowered and thus improved cooling is achieved.
  • the difference signal is additionally or alternatively converted into an alarm signal that leads to a visual or acoustic display or is directed to a higher-order control unit.
  • Li Fig. 3 is a further embodiment of the device according to the invention is shown schematically in a cross-sectional view.
  • the sensor means 10 is formed by a plurality of temperature sensors 12.1 and 12.4 for realizing a plurality of measuring points within the filament bundle and outside the filament bundle.
  • the temperature sensors 12.1 and 12.2 are held at a distance from each other on a rod-shaped sensor carrier 26.1, which is coupled to a conical shaped body 14.
  • a first measuring point within the filament bundle 5 is defined by the temperature sensor 12.
  • the temperature sensors 12.3 and 12.4 represent two further measuring points outside the filament bundle, which are formed in particular on the side of the filament bundle 5 facing away from the blowing wall 7. In this case, the inner and outer measuring points for detecting the cooling air temperature are each at the same height of the cooling section.
  • the temperature sensors 12.3 and 12.4 are held on a second sensor carrier 26.2, which is fixed directly to a support rod 23.
  • the support rod 23 protrudes with a free end into the filament bundle 5 and carries the molded body 14.
  • the molded body 14 is formed conically, wherein the pointed cone end of the spinneret 12 faces and the sensor carrier 26.1 holds. At the blunt cone end, a leading edge 15 is formed, on which the extruded from the nozzle bores of the spinneret 2 filament 3 are guided.
  • the free end of the support rod 23 is externally coupled to a cross member 24, which is guided in a vertical guide 25.
  • the cross member 24 is adjustable in the guide 25, so that the position of the molded body 14 and thus the degree of spreading within the cooling section and the measurement points formed by the temperature sensors 12.1 to 12.4 are selectable and changeable.
  • the temperature sensors 12.1 to 12.4 are coupled to the control device 17 via signal lines.
  • the control device 17 is connected to the control unit 18.1 for influencing a process parameter and to an output device 19 for displaying and outputting a quality value.
  • connection of an output device 19 makes it possible to directly display a quality value derived by the temperature measurement, so that the manufacturing quality of the thread 13 can be monitored continuously at the output device 19.
  • the output device 19 can be formed by a monitor 20 and a printer 21.
  • the output device 19 is linked to the control device 17 via a microprocessor.
  • a temperature gradient within the cooling section can be detected directly in relation to the cooling of the filaments 3 for carrying out the method according to the invention by the temperature sensors 12.1 to 12.4. Furthermore, by means of the measuring points arranged at a height of the cooling section, temperature measurements over the profile of the filament bundle 5 are possible, which allow immediate information about the uniformity of the cooling. In this way, very precise measurements can be made of the actual cooling behavior of the filaments 3, so that orientations and crystallinities of the filament material during cooling can be influenced in a targeted manner. The production of threads with predetermined textilphysikalsichen properties or certain staining behavior or specific behavior is thus possible. By directly engaging in the cooling process, the highest thread qualities can be produced.
  • the measured value analyzes which are contained in the control device 17 for evaluating the temperature measured values, the means for data storage and the means for signal generation, depending on the given software configuration, can be carried out in different ways.
  • the deviation between the target value and the temperature measurement value is detected as a difference value and can be immediately displayed as a quality value on the monitor 20.
  • the temperature measured value curves with regard to a setpoint value overshoot can be displayed so that the course of the process and thus the yarn quality, in particular the uniformity of the yarn quality, becomes visible.
  • measured value fluctuations and blurring of the measurements are first compensated for by converting the temporally consecutive temperature values of the cooling air to a statistical mean value.
  • the mean values are formed in specific time segments, so that a course of the mean value also sets over time.
  • the mean value curve of the measured cooling air temperature can be assigned directly to a desired value or to a limit value range, preferably with an upper limit value and a lower limit value.
  • the difference values determined between the mean of the temperature measured values and the desired value or the limit value range likewise represent a measure of the quality of the thread or a measure of the uniformity of the cooling of the filaments. The difference values thus obtained can advantageously be displayed directly as a quality value.
  • the uniformity of the cooling of the filaments has a positive effect on uniform crystallinity and thus uniform dyeability of the filament.
  • the staining behavior of the thread can be defined by the quality values.
  • value ranges of the quality value can be defined which determine a permissible uniformity or an unacceptable uniformity of the dyeability of the thread.
  • quality ratings can be made already during the production of the thread.
  • the threads produced with a high quality value can be classified as A quality and, moreover, lower qualities can be classified as B or C qualities. From this it is possible, in particular for the further processing of the threads, to make advantageous classifications of the wound coils.
  • a measuring point is directly assigned to the spinning head, through which, for example, the polymer melt temperature control or else directly the Melting temperature of the polymer melt is detected.
  • a temperature sensor 12.5 is shown in dashed lines on the spinning head 1.
  • the temperature sensor 12.5 is likewise coupled to the control device 17 via a signal line. This makes it possible to perform additional evaluations and analyzes to determine the cooling behavior of the filaments 3.
  • FIGS. 1 and 2 a further embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention is shown, which is formed substantially identical to the embodiment of FIGS. 1 and 2. In so far, reference is made to the above description and explained at this point only the differences.
  • the devices used for further treatment of the melt-spun thread are also shown by way of example.
  • the Discharge members are formed by godets or godet units that pull the thread 16 from the cooling section and from the spinneret 2.
  • the structure of the treatment device 27 is dependent on the thread type to be produced. Thus, fully drawn or partially drawn threads can be produced.
  • additional units such as turbulators, or tempering or KL syndromesel boots may be provided to perform individual treatment steps on the thread can.
  • a winding device 29 is provided.
  • the winding device 29 is preferably formed by a Spulrevolver having two held on a turntable spindles, which are used alternately for winding the thread. In that regard, a continuous process for the production of • yarn 16 is possible.
  • the winding device 29 is assigned a control device 18. 2, which is coupled to the control device 17.
  • another method variant of the invention can be carried out, in which the monitoring of the cooling air temperature inside the filament bundle is used to control the process.
  • the difference between the measured cooling air temperature T ⁇ and the required cooling air temperature Ts 0U is too large and thus an impermissible limit value is exceeded in an actual-target comparison between a temperature reading and a target value within the control device 17 , there is the possibility to generate from the difference signal, a further control signal for controlling the winding device 29.
  • the controller 18.1 for controlling the blower 9 and the control unit 18.2 to control the take-up device 29 can be controlled via the control device 17.
  • the control of the blower 9 causes a correction of the cooling of the filaments 3 in the required manner, so that an approximation is achieved between the measured cooling air temperature and the required cooling air temperature.
  • the takeup device 29 is controlled via the control device 18. 2 in such a way that a coil Change is performed.
  • the thread produced with a non-optimized cooling can be classified in a targeted manner by means of defined winding processes, so that during the further processing process the original bobbins can be provided in a defined manner according to specific criteria.
  • the embodiment shown in Fig. 4 is particularly suitable for the production of textile threads.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • the embodiment is substantially identical to the embodiment of FIG. 3, wherein the embodiment shown in Fig. 5 is shown in a side view. With reference to the description of FIG. 3, only the differences to the embodiment of FIG. 5 are explained. The components of the same function have been given identical reference numerals.
  • a plurality of multifilament threads 16 spun parallel to one another are produced at the same time.
  • the apparatus has a total of four spinning stations 33.1 to 33.4.
  • the spinning stations 33.1 to 33.4 is associated with a beam-shaped spinning head 1, which is connected via a melt feed 4 with a melt source, not shown here.
  • the spinning head 1 has a spinneret 2 for each spinning station 33.1 to 33.4. In that regard, a total of four spinnerets 2 are held side by side on the spinner 1.
  • the cooling device 6 is arranged with a blowing wall 7, which extends over the entire width of the spinning stations 33.1 to 33.4, so that the extruded in the spinning stations 33.1 to 33.4 filament strands 3 are guided at a distance to the blowing wall 7.
  • the blowing wall 7 is connected to a blower via a blowing chamber (see FIG. 3).
  • each spinneret 2 in the spinning stations 33.1 to 33.4 is assigned one of the preparation device 30 in each case.
  • the preparation device 30 has within the spinning stations 33.1 to 33.4 each have a conical shaped body 14.
  • a guide edge 15 wetted by a spin finish is formed, on which the filament strands 3 extruded from the nozzle bores of the spinneret 2 are guided.
  • the molded body 14 has for this purpose in the back distribution lines and liquid chambers, which are connected via a supply line 31 with a preparation pump 32. As a result, a continuous supply of a lubricant to the moldings 14 for wetting the leading edge 15 is ensured.
  • the fluid at the periphery of the leading edge 15 of the molded body 14 is continuously absorbed by the filament strands 3, so that a uniform preparation takes place.
  • Temperature sensors are respectively arranged at the pointed cone end of the molded body 14, wherein the temperature sensor 12.1 of the spinning station 33.1, the temperature sensor 12.2 of the spinning station 33.2, etc. are assigned.
  • the temperature sensors 12.1 to 12.4 are coupled to the control device 17 via signal lines.
  • the spinning units 33.1 to 33.4 associated with the preparation device 30 is held together with the moldings 14 and the temperature sensors 12.1 to 12.4 on a height-adjustable cross member 24.
  • the cross member 24 is formed height adjustable via a guide 25. The position of the molded bodies 14 and thus the degree of spreading within the cooling section and the height position of the temperature sensors 12.1 to 12.4 can thereby be selected and changed.
  • each thread guide 11 are provided in the spinning stations 33.1 to 33.4, which merge the filament strands 3 to a respective thread 16.
  • the control device 17, which is connected via parallel signal lines with the temperature sensors 12.1 to 12.4 in the spinning units 33.1 to 33.4, essentially has one or more means for evaluating the measured values by statistical methods, which are brought to an output device 9 for display and output.
  • the control device 17 is connected via a control line with a control device or a higher-level control device (not shown here).
  • the cooling air flow for cooling the filaments is formed by a cooling device which, as cross-flow blowing, generates a cooling air flow directed unidirectionally transversely. In principle, however, it is also possible to use a radially outwardly inwardly directed cooling air generation in order to cool the filament bundle.
  • the shaping of the guide means for spreading the filament bundles is exemplary, preferably circular or annular shaped bodies are used.
  • oval or oblong forms are also possible for spreading filament bundles.
  • both round, annular or rectangular arrangements of nozzle bores in a spinneret can be used.
  • the sensor means are also advantageous to place without additional guide means within the filament bundle
  • the apparatus and method of the present invention are suitable for making any multifilament yarns of synthetic materials with high uniformity in physical properties. This can be used to create textile, technical or carpet yarns.
  • the invention extends to the methods and apparatus in which a plurality of frusto-fibrous fiber strands are cooled from a polymeric material after being extruded by a cooling air or gas stream.
  • the invention is also suitable for monitoring a staple fiber melt spinning process.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Dabei wird aus eine Polymerschmelze eine Vielzahl von Filamenten extrudiert, die als Filamentbündel geführt und durch einen quer auf das Filamentbündel gerichteter Kühlluftstrom gekühlt werden, wobei eine Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente austretenden Kühlluft gemessen und überwacht wird. Um den Abkühlzustand der Filamente und daraus abgeleitet die Eigenschaft des Fadens zu erfassen, wird erfindungsgemäß die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen. Hierzu ist ein Temperatursensor zwischen der Spinndüse und einem der Spinndüse zugeordneten Fadenführer innerhalb des Filamentbündels angeordnet.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SCHMELZSPINNEN UND ABKÜHLEN EINES MULTIFILΞN FADENS MIT KÜHLLUFTTEMPERATURMΞSSUNG INNERHALB DES FILAMENTBÜNDELS
5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifüen Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 11.
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden aus einer Polymerschmelze wird der 10 Faden aus einer Vielzahl feiner strangförmiger Filamente gebildet. Jedes der Filamente wird hierzu durch eine Düsenbohrung einer Spinndüse aus der Polymerschmelze extrudiert. Nach dem Extrudieren werden die mit Abstand zueinander innerhalb eines Bündels geführten Filamente abgekühlt und anschließend nach Verfestigung zu dem Faden zusammengeführt. Beim Übergang des Filamentmate-
15 rials vom schmelzflüssigen Zustand zum verfestigten Zustand lassen sich durch bestimmte Abkühlbedingungen grundlegende physikalische Eigenschaften des späteren Fadens bestimmen. Insoweit ist die Einhaltung der Gleichmäßigkeit der Abkühlbedingungen zur Erzeugung hochqualitativer Fäden von besonderer Bedeutung.
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So ist beispielsweise aus der DE 100 31 106 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei welcher die Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente auftretenden Kühlluft gemessen und überwacht wird. Hierbei wird die Kühlluft bei Eintritt in einen Kühlschacht und bei Austritt aus einem Kühlschacht gemes-
25 sen, um möglichst immer einen konstanten Temperaturanstieg der Abluft während der Abkühlung der Filament zu erhalten. Das bekannte Verfahren lässt jedoch keine Schlussfolgerung auf die an den einzelnen Filamenten eintretenden Abkühlvorgängen zu. Insbesondere bleibt ungeklärt, in welchem Maße eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamente untereinander vorhanden ist.
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Aus der DE 44 04 258 Al ist ein Verfahren zum Schmelzspinnen einer Vielzahl von Filamenten bekannt, bei welchem an den verfestigten Filamenten fortlaufend eine physikalische oder textiltechnische Größe gemessen, mit einem Sollwert verglichen und zur Steuerung eines Prozessparameters, insbesondere der Abkühlung genutzt wird. Derartige physikalische Größen wie beispielsweise der Fadentiter, Festigkeit oder Doppelbrechung lassen sich jedoch kaum an einem laufenden Fa- den mit ausreichend hoher Messgenauigkeit erfassen, so dass keine für die Qualitätsbestimmung eines Fadens hinreichende Messung und Überwachung erreicht wird.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Ab- kühlen eines multifüen Fadens der gattungs gemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchem die Abkühlung des Fadens im wesentlichen dem Abkühlverhalten der Filamente angepasst werden kann.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass aus der Abkühlung des Fadens unmittelbar Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Fadens möglich sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines Fadens bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher Fäden mit vorbestimmter und gleichmäßiger Abkühlhistorie zu Spulen gewickelt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Abhängigkeit von der Anzahl der Filamente sowie der Führung der Filamente, insbesondere der Abstände der Filamente zueinander während der Abkühlung, die Abkühlergebnisse am Faden maßgeblich beeinflusst werden. So tritt insbesondere bei bündeiförmig gerührten Filamenten das Problem auf, die Kühlluft gleichmäßig durch das FiIa- mentbündel zu führen. So wurde bei Temperaturmessungen der Kühlluft an ver- schiednen Messpunkten innerhalb der Abkühlzone große Unterschiede festgestellt. Somit ist in Abhängigkeit von dem Messpunkt die den einzelnen Filamenten zugewiesene Abkühlhistorie unterschiedlich zu bewerten. Die Erfindung stellt nun eine Lösung dar, bei welcher annähernd die am Faden wirksamen Abkühleffekte durch einfache Temperaturmessungen der Kühlluft erfasst werden können. Hierzu wird die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen. Es hat sich gezeigt, dass die Temperaturen der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels deutlich oberhalb der Temperaturen liegen, die außerhalb des Filamentbündels gemessen werden. Insoweit gibt die Messung der Temperatur der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels- ein gutes Maß, um den momentanen Verfestigungszustand in den Filamenten zu bestimmen. Zudem lässt sich die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der einzelnen Filamente innerhalb des Filamentbündels vorherbestimmen und durch Eingriff in den Abkühlprozess gezielt verändern. Zudem lassen sich insbesondere die von außen einwirkenden Störeinflüsse der Abkühlung, wie z.B. Verschmutzungen an der Blaswand, Spinndüsenfehler usw., frühzeitig erkennen und abstellen.
Um einerseits eine im wesentlichen kontaktlose Temperaturmessung der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels ausführen zu können und andererseits die Vergleichmäßigung der Abkühlung der Filamente innerhalb des Filamentbündels zu erhöhen, ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher die Filamente beim Abkühlvorgang durch eine äußere Führungskante eines Formkörpers aufgespreizt und geführt werden. Damit lassen sich größere Filamentabstände erzeugen, in welchen eine Temperaturmessung der im hinern des Filamentbündels austretenden Kühlluft vorteilhaft möglich ist. Für den Fall, dass die Filamente vor der Konvergenzstelle eine Benetzung erhalten, wird der Formkörper bevorzugt zum Präparieren der Filamente eingesetzt. In diesem Fall ist die Führungskante mit einem Präparationsmittel benetzt. Eine hohe Gleichmäßigkeit der Abkühlung wird dabei durch einen ringförmigen oder scheibenförmigen Formkörper erreicht, an dem die Filamente des Filament- bündels gefuhrt sind.
Um das Abkühlverhalten der Filamente unter den vorgegebenen Abkühlbedingungen möglichst genau zu erfassen, wird die Verfahrensvariante bevorzugt verwendet, bei welcher die Temperatur der Kühlluft gleichzeitig in mehreren Messpunkten innerhalb des Filamentbündels oder außerhalb des Filamentbündels oder bevorzugt innerhalb und gleichzeitig außerhalb des Filamentbündels gemessen werden. Damit sind Temperaturverläufe über den Querschnitte eines Filamentbündels erfassbar, so dass eine noch größere Gleichmäßigkeit zur Verfestigung der einzelnen Filament einstellbar sind bzw. so dass die Abkühlhistorie der FiIa- • mente mit noch größerer Genauigkeit feststellbar und überwachbar ist.
Die Messungen der Temperaturen der Kühlluft können dabei sowohl an vertikal oder horizontal nebeneinander ausgerichteten Messpunkten erfolgen. Insbesondere die vertikale Ausrichtung der Messpunkte ermöglicht den Übergang vom schmelzflüssigen Zustand des Filamentmaterials hin zum verfestigten Material innerhalb der Abkühlzone zμ erfassen.
Es hat sich gezeigt, dass die gemessene Temperatur der Kühlluft insbesondere geeignet ist, um eine Qualitätsüberwachung an dem Faden auszuführen. Die Einhaltung möglichst gleichmäßiger Abkühlbedingungen an den Faden bedingt im wesentlichen vorbestimmte physikalische Eigenschaften des Fadens. Insoweit ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher zumindest ein Temperaturmesswert oder mehrere zeitlich aufeinander folgende Temperaturmesswerte der Kühlluft gespeichert und mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden. Hieraus lässt sich unmittelbar auf die Konstanz der hergestellten Fadenqualität schließen. Der Herstellungsprozess lässt sich besonders vorteilhaft durch die Verfahrensvariante überwachen, bei welchem die zeitlich aufeinander folgenden Temperaturmesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert oder mehreren statistischen Mittelwerten überführt werden und dass der Mittelwert oder die Mittelwerte der Temperaturmesswerte mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden. Die Sollwerte und auch die Grenzwertbereiche für den Mittelwert der Kühllufttemperatur können beispielsweise durch empirische Versuche bestimmt sein, in welchen die an dem Faden festgestellten physikalischen Eigenschaften mit der Abkühlung der Filamente in Bezug gebracht wurden. So lässt sich beispielsweise durch Beobachtung des mittleren Temperaturmesswertes der Kühllufttemperatur innerhalb eines Toleranzbandes mit einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert der Prozessverlauf zur Herstellung des Fadens ü- berwachen. Die dabei auftreten Grenzwertüberschreitungen können weitere für eine Dokumentation der • Fadenqualität oder für einen Eingriff in den Prozess maßgebliche Überwachungs- und Auswertungsparameter darstellen.
Insoweit lässt sich aus den Abweichungen der gemessen Temperaturmesswerte oder der mittleren Temperaturmesswerte zu dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich der Kühllufttemperatur vorteilhaft ein Qualitätswert des Fadens ableiten. Der Qualitätswert kann unmittelbar mit einem vorbestimmten Produktparameter im Zusammenhang stehen, so dass beispielsweise der Faden nach Herstellung eine Qualitätskennzeichnung erhalten kann.
Die Verfahrensvariante, bei welcher der Qualitätswert zur Bestimmung eines Pro- duktparameters genutzt wird, besitz den besonderen Vorteil, dass dem hergestellten Faden unmittelbar ein durch die Abkühlung bestimmter Produktparameter zugewiesen werden kann. So lässt sich ein Produktparameter definieren, der ein Maß der inneren Gleichmäßigkeiten des Fadens darstellt. Insbesondere bei einer hohen gleichmäßigen Kristallinität des Fadens wird eine gleichmäßige Farbauf- nähme ermöglicht, so dass eine Beurteilung zum Beispiels des Anfärbevermögens bereits unmittelbar bei Herstellung des Fadens gegeben ist. Der dabei durch den Qualitätswert abgeleitete Produktparameter könnte so im Hinblick auf die voraussichtliche Anfärbbarkeit charakterisiert werden.
Da bei der Herstellung von synthetischen Fäden es üblich ist, gleich eine Mehr- zahl von Fäden parallel nebeneinander zu extrudieren, abzukühlen, zu behandeln und zu Spulen aufzuwickeln, ist die Verfahrensvariante besonders bevorzugt verwendet, bei welcher mehrere Fäden durch den Kühlluftstrom oder durch mehrere separate Kühlluftströme gekühlt werden und dass zu jedem Faden ein Temperaturmesswert der Kühlluft erfasst und zur Qualitätsüberwachung des jeweiligen Fadens genutzt wird. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Qualitäten der Fäden bereits bei Herstellung miteinander zu vergleichen, um dann nachfolgende Qualitätseinstufungen vorzunehmen. So könnten die an einer Spulspindel erzeugten Spulen bereits Fäden unterschiedlicher Qualitätsstufe aufweisen, so dass eine Sortierung anhand der Qualitätswerte frühzeitig möglich wäre.
Für die Prozessführung sowie für die Produktherstellung ist dabei die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher zumindest ein momentaner Messwert der Temperatur der Kühlluft mit einem Sollwert der Temperatur abgeglichen wird und ein Differenzsignal erzeugt und zu einem Steuersignal zum Eingriff in den Herstellungsprozess überführt wird. So werden frühzeitig äußere Störungen des Prozesses erkannt und schnell eliminiert.
Das Steuersignal lässt sich einerseits zur Änderung eines Prozessparameters oder einer die Herstellung des Fadens bestimmenden Prozessfolge nutzen. So lassen sich beispielsweise die Prozessparameter zur Änderung der Abkühlung der Filamente derart beeinflussen, dass sich eine zuvor festgestellte Differenz zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur und der vorgegebenen Sollwerttemperatur möglichst klein und ausgeregelt wird. Für den Fall, dass die festgestellte Differenz einen vorgegebenen Grenzwertbereich überschreitet, so dass die Abkühlbedin- gungen zu einem qualitativ minderwertigen Faden führen, könnte die Prozessfolge zur Herstellung des Fadens derart beeinflusst werden, so dass beispielsweise ein vorzeitiger Spulenwechsel beim Aufwickeln des Fadens ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen frühzeitigen Eingriff in den Herstellungsprozess eines synthetischen Fadens, um insbesondere die Orientierung und die Kristallinität des Filamentmaterials durch das Abkühlen gezielt zu analysieren und zu beeinflussen oder äußere auf die Abkühlung einwirkende Störeinflüsse schnell zu eleminieren, so dass die Einstellung von vorbestimmten tex- tilphysikalischen Eigenschaften oder bestimmten Anfärbeverhalten oder Gebrauchsverhalten möglich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei unabhängig von der Weiterbehandlung des schmelzgesponnenen Fadens ausführen. Hierbei können textile Fäden teil verstreckt oder voll verstreckt sowie technische Garne, Teppichgarne oder Stapelfasern hergestellt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest einen zwischen einer Spinndüse und einem der Spinn-- düse zugeordneten Fadenführer angeordneten Temperatursensor innerhalb des Filamentbündels auf. Somit lässt sich ein Messpunkt innerhalb des Filamentbün- dels im Bereich der Abkühlung realisieren.
Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchem dem Tem- peratursensor ein Führungsmittel zugeordnet ist, durch welches die FiIa- mentstränge im Fadenlauf zwischen der Spinndüse und dem Fadenführer aufgespreizt sind, stellt eine bevorzugte Ausbildung dar, um den Temperatursensor innerhalb des Filamentbündels zu platzieren. Die Gefahr von ungewollten Kontakten zwischen den Temperatursensoren und den Filamenten lässt sich damit ver- meiden.
Die Aufspreizung der Filamente lassen sich bevorzugt durch einen Formkörper mit einer äußeren Führungskante vornehmen, welche im wesentlichen konzentrisch zu der Spinndüse gehalten ist und die Filamente an der Führungskante führt. Der Temperatursensor wird dabei bevorzugt zentrisch zu dem Formkörper innerhalb des Filamentbündels gehalten. Für den Fall einer Benetzung der Filamente ist die Weiterbildung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung bevorzugt eingesetzt, bei welcher der Formkörper durch eine Präparationsvorrichtung gebildet ist, bei welcher die umlaufende Führungskante ein Benetzungsmittel trägt.
Die Ausbildung des Formkörpers durch eine kreisförmige Scheibe oder einen kreisförmigen Ring ermöglicht eine Führung des Filamentbündels, bei welcher eine von außen auf das Filamentbündel gerichtete Kühlluft möglichst gleichmäßig das Filamentbündel durchdringen kann.
Zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch derart weiterbilden, dass das Sensormittel durch mehrere Temperatursensoren gebildet ist, die horizontal oder vertikal nebeneinander innerhalb oder außerhalb oder innerhalb und außerhalb des Filamentbündels angeord- net sind. Damit wird eine Vorrichtungsvariante bereitgestellt, bei welcher Tempe- raturprofile im Verhältnis zum Querschnitt des Filamentbündels oder bei welchen Temperaturverläufe entlang des Fadenlaufs erfasst werden könnten. Jeder Temperatursensor stellt dabei einen Messpunkt dar, in welchem die Temperatur der Kühlluft erfasst wird.
Das Sensormittel ist vorteilhaft mit einer Steuereinrichtung gekoppelt, welche elektronische Mittel zur Messwertauswertung, Mittel zur Datenspeicherung und Mittel zur Signalerzeugung aufweist. Mit Hilfe der Steuereinrichtung lässt sich eine Messwertauswertung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahren und ein gezielter Steuereingriff in den Herstellungsprozess ermöglich.
Zur Veränderung eines Prozessparameters oder einer Prozessfolge ist die Steuereinrichtung mit zumindest einer oder mehreren Steuergeräten gekoppelt, die einzelne Prozessaggregate oder Prozessfolgen beeinflussen.
Zur Einhaltung vorbestimmter und vorgegebener Kühlbedingungen ist zumindest eines der Steuergeräte mit einer Kühlluftquelle der Kühleinrichtung verbunden, so dass eine an die Kühlluftquelle angeschlossene Blaswand einen vorbestimmten Kühlluftstrom zur Abkühlung des Filamentbündels erzeugen kann.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Steuereinrichtung mit einem Ausga- begerät zu koppeln, so dass die Messwertanalyse oder die aus der Messwertanalyse hervorgegangenen Qualitätswerte des Fadens unmittelbar beobachtet und dokumentiert werden können. Bei der Messwertanalyse lassen sich dabei die zur statistischen Auswertung bekannten Rechenoperationen ausfuhren. Als Mittel zur Messwertanalyse werden daher bevorzugt durch Mikroprozessoren mit entspre- chender Softwarebestückung verwendet.
Zur Bestimmung des Abkühlverhaltens der Filamente ist die Ausbildung der Vorrichtung bevorzugt verwendet, bei welchem zumindest einer der Temperatursensoren in einem oberen Drittel der sich zwischen der Spinndüse und dem Faden- führer erstreckenden Kühlstrecke angeordnet. Damit sind Temperaturmessungen bereits unmittelbar nach Extrusion der Filament in einem relativ heißen Bereich der Abkühlzone möglich.
Zur Prozessanpassung bei Herstellung unterschiedlicher Fadentypen stellt die Vorrichtungsvariante einen besonderen Vorteil, bei welcher zumindest einer der Temperatursensoren durch einen höhenverstellbaren Halteträger gehalten ist. Damit kann der Messpunkt innerhalb des Filamentbündels in unterschiedlichen Höhen und damit unterschiedlichen Temperaturniveaus realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erstreckt sich im wesentlichen auf alle bekannte Kühleinrichtungen, welche einen Kühlluftstrom zur Abkühlung der Filamente erzeugen. Besonders bei der Herstellung von textilen Filamenten, die bekanntlich zu mehreren nebeneinander gleichzeitig erzeugt werden, lässt sich die Kühleinrichtung bevorzugt durch eine seitliche Blaswand bilden, welche über die Blaskammer mit der Kühlluftquelle verbunden ist. Damit wird ein einseitig auf das Filamentbündel gerichtete Kühlluft erzeugt. Anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 und
Fig. 2 schematisch verschiedene Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 3 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 5 schematisch ein weiters Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
In Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfϊndungsgemäßen Vorrich- tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 die Vorrichtung schematisch in einer Querschnittsansicht und Fig. 2 in einer Seitenansicht. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Spinnkopf 1 zur Aufnahme einer Spinndüse 2. Die Spinndüse 2 hat an der Unterseite des Spinnkopfes 1 eine Vielzahl von Düsenbohrungen (hier nicht dargestellt), die mit einer Schmelzezuführung 4 verbunden sind. Über die Schmelzezuführung 4 ist der Spinnkopf 1 mit einer Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder verbunden. Innerhalb des Spinnkopfes 1 können zur Verteilung und Führung der über die Schmelzezuführung 4 aufgegebenen Polymerschmelze zur Spinndüse 2 weitere Einrichtungen wie beispielsweise Spinnpumpen und Verteilerleitungen angeordnet sein. Der Spinnkopf 1 ist beheizt ausgebildet.
Unterhalb des Spinnkopfes 1 ist eine Kühleinrichtung 6 angeordnet. Die Kühlein- richtung 6 ist als eine Querstromanblasung zur Erzeugung eines Kühlluftstromes ausgebildet. Hierzu weist die Kühleinrichtung 6 eine Blaswand 7 auf, die sich unterhalb des Spinnkopfes 1 über eine Kühlstrecke seitlich neben der Spinndüse 2 erstreckt, so dass die durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente 3 unmittelbar neben der Blaswand 7 geführt sind. Die Blaswand 7 ist über eine Blaskammer 8 mit einem Gebläse 9 gekoppelt. Die Blaswand 7 ist gasdurchlässig ausgebildet, so dass eine durch das Gebläse 9 erzeugte Kühlluft aus der Blaskammer 8 durch die Blaswand 7 als Kühlluftstrom austritt und im wesentlichen quer von außen auf die durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente 3 einwirkt.
Die Vielzahl der durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente werden als ein Filamentbündel 5 durch die parallel zur Blaswand 7 verlaufenden Kühlstrecke geführt. Unterhalb der Blaswand 7 ist ein Fadenführer 11 vorgesehen, um die Filamente 3 des Filamentbündels 5 zusammenzuführen, so dass sich ein multifiler Faden 16 ausbildet. Der Fadenführer 11 stellt somit die der Spinndüse 2 zugeord- nete Konvergenzstelle dar, in welcher alle Filamente 3 gebündelt zu dem Faden 16 zusammengeführt werden. Üblicherweise ist der Fadenführer 16 mit einer Präparationseinrichtung (hier nicht dargestellt) gekoppelt, um den Zusammenhalt der Filamentstränge 3 durch ein Präparationsmittel zu verbessern.
Innerhalb der Kühlstrecke zwischen der Spinndüse 2 und dem Fadenführer 11 ist ein Sensormittel 10 vorgesehen. Das Sensormittel 10 weist einen Temperatursensor 12 auf, der innerhalb des Filamentbündels 5 angeordnet ist. Der Temperatursensor 12 ist über eine Signalleitung mit einer außerhalb angeordneten Steuereinrichtung 17 gekoppelt.
Zur Führung der Filamente 3 und zur Platzierung des Temperatursensors 12 ist dem Sensormittel 10 ein Führungsmittel 13 zugeordnet, das durch einen konzen- trisch zu der Spinndüse 2 gehaltenen Formkörper 14 gebildet ist. Der Formkörper 14 ist im Fadenlauf dem Fadenführer 11 vorgeordnet, wobei der Formkörper 14 eine umlaufende Führungskante 15 aufweist, die eine Auslenkung zum natürlichen Konvergenzverlauf der Filamente bewirkt, so dass das Filamentbündel 5 durch den Formkörper 14 nach Abzug von der Spinndüse 2 aufgespreizt wird. Die Führungskante 15 des Formkörpers 14 weist hierzu vorzugsweise einen Hülldurchmesser auf, der gleichgroß oder größer ist als die durch die Düsenbohrungen der Spinndüse 2 gebildete Hüllkontur. Dadurch entsteht unmittelbar oberhalb des Formkörpers ein im wesentlichen zentrisch zu dem Filamentbündel ausgebildeter Freiraum, in welchem der Temperatursensor 12 gehalten ist. Hierzu ist der Temperatursensor 12 am freien Ende eines stangenformigen Sensorträgers 26 gehalten, der seinem gegenüber liegenden Ende mit dem Formkörper 14 verbunden ist. Somit lässt sich vorteilhaft ein Temperaturmesspunkt innerhalb des Filamentbün- dels 5 realisieren, mit welchem eine Temperatur einer durch das Filamentbündel 5 strömende Kühlluft gemessen werden kann.
Neben der Schaffung eines Freiraums innerhalb des Filamentbündels 5 besitzt die Aufspreizung des Filamentbündels 5 durch den Formkörper 14 den besonderen Vorteil, dass sich die Abstände zwischen den Filamenten 3 bei fortschreitender Bewegung der Filamente in Abhängigkeit von der Größe des Formkörpers 14 verändern. So lassen sich beispielsweise die äußeren Filamente 3 bei wesentlich gleicher Größe zwischen dem Formkörper 14 und der Spinndüse 2 überwiegend parallel nebeneinander führen. Für den Fall, dass der Formkörper 14 zur Aufspreizung des Filamentbündels 5 größer ist als die Anordnung der Düsenbohrungen in der Spinndüse 2, lassen sich bei den äußeren Filamenten mit fortlaufender Führung die Abstände zwischen den Filamenten sogar vergrößern. Diese Abstandsveränderungen der Filamente 3 insbesondere des äußeren Bereiches des Filamentbündels 5 geführten Filamente 3 führt dazu, dass der durch die Blaswand 7 erzeugte Kühlluftstrom ungehindert in das Filamentbündel 5 eindringen kann und somit zu einer gleichmäßigen Abkühlung der inneren und der von der Blaswand 7 abgewandten Filamente 3 führt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit dem Sensormittel 10 gekoppelte Steuereinrichtung 17. Zur Aufnahme der durch den Temperatursensor 12 gelieferten Messsignale weist die Steuereinrichtung 17 elektrische und elektronische Mittel auf, die eine Signal- auswertung, eine Signal- und Datenspeicherung sowie Signalerzeugung zur Steuerung ermöglichen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 17 mit einem Steuergerät 18.1 gekoppelt, das unmittelbar dem als Kühlluftquelle wirkenden Gebläse 9 zugeordnet ist.
Im Betrieb wird über die Spinndüse 2 kontinuierlich eine Vielzahl von Filamenten 3 aus einer unter Druck zugeführten Polymerschmelze extrudiert. Die Filamente 3 werden gemeinsam als ein Filamentbündel 5 entlang der Kühlstrecke seitlich zur Blaswand 7 geführt und an der Führungskante 15 des Formkörpers 14 umgelenkt, um durch den- Fadenführer 11 zu einem Faden 16 zusammengeführt zu werden. Damit sich das Filamentmaterial in den Filamenten 3 in vorbestimmter Art und Weise verfestigt, wird durch die Kühleinrichtung 6 ein von außen im wesentlichen quer zu der Fadenlaufrichtung gerichteter Kühlluftstrom erzeugt und durch die Blaswand 7 gegen das Filamentbündel 5 geblasen. Die Kühlluft des Kühlluftstromes durchdringt das Filamentbündel 5 und führt dazu, dass das schmelzflüssige Filamentmaterial nach dem Extrudieren sich bei fortschreitender Bewegung verfestigt, um einen in Abhängigkeit vom Abzug der Filamente 3 und der Kühlluftbedingung definierten kristallinen Aufbau des Filamentmaterials zu erhalten. Um beispielsweise eine vorbestimmte textile Eigenschaft an dem Faden zu erzeugen, die beispielsweise die innere Gleichmäßigkeit der Kristallinität der Filamente zur Realisierung eines definierten Anfärbeverhaltens beinhalten könnte, setzt das erfindungsgemäße Verfahren ein, indem die im Innern des Filamentbündels 5 auftretende Kühlluft hinsichtlich ihrer Temperatur gemessen wird. Der in dem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels 5 durch den Temperatursensor 12 erfasste Temperaturrnesswert der Kühlluft wird über eine Signalleitung der Steuereinrich- tung 17 zugeführt. Der momentane Temperaturmesswert der Kühlluft könnte beispielsweise Tist sein. In der Steuereinrichtung 17 lässt sich vorteilhaft eine zur Einhaltung vorgegebene Soll-Temperatur der Kühlluft als Tsoii hinterlegen, so dass durch die in der Steuereinrichtung 17 enthaltenen Mittel ein Soll-Ist- Vergleich der Kühllufttemperaturen die Einhaltung oder die Abweichung der vorbestimmten Abkühlung aufzeigt. Für den Fall einer unzulässigen Differenz zwischen Tlst und Tsoii wird in der Steuereinrichtung 17 aus dem Differenzsignal ein Steuersignal S erzeugt, welches unmittelbar dem Steuergerät 18.1 zur Ansteuerung der Kühlluftquelle in diesem Fall des Gebläses 9 benutzt wird. So lässt sich beispielsweise durch Intensivierung des Kühlluftstromes und damit Erhöhung der Gebläseleistung des Gebläses ein höherer Kühlluftdurchsatz erzeugen, so dass eine beispielsweise zu hohe innere Kühllufttemperatur Tist abgesenkt und damit eine verbesserte Kühlung erreichen wird. Somit können bereits beim Herstel- lungsprozess wichtige für die Weiterbehandlung maßgebliche textile Eigenschaften wie beispielsweise das Anfärbverhalten gezielt beeinflusst werden. Die durch eine äußere Störung, beispielsweise eine verschmutzte Blaswand, eintretende Veränderung der Abkühlung der Filamente wird unmittelbar durch die Änderung der Temperaturmesswerte Tist und den anschließenden Ist-Soll- Vergleich erfasst und durch entsprechende Steuerung des Gebläses 9 sofort ausgeglichen. Somit lassen sich die Filamente mit im wesentlichen konstanten Abkühlbedingungen abkühlen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass bei einer zu großen Abweichung zwischen dem Temperaturmesswert und dem Temperatursollwert das Differenzsignal zusätzlich oder alternativ in ein Alarmsignal überführt wird, dass zu einer visuellen oder akustischen Anzeige führt oder zu einer übergeordneten Steuereinheit geleitet wird.
Li Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Die Ausbildung und die Anordnung der Vorrichtungsteile ist im wesentlichen identisch zu vorher beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug der vorgenannten Beschreibung genommen wird. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Sensormittel 10 durch mehrere Temperatursensoren 12.1 und 12.4 zur Realisierung mehrerer Messpunkte innerhalb des Filamentbündels und außerhalb des Filamentbündels gebildet. Die Temperatursensoren 12.1 und 12.2 sind im Abstand zueinander an einem stangenförmigen Sensorträger 26.1 gehalten, welcher mit einem kegelförmigen Formkörper 14 gekoppelt ist. Hierbei wird durch den Temperatursensor 12.1 an dem freien Ende des Sensorträgers 26.1 ein erster Messpunkt innerhalb des Filamentbündels 5 definiert, welcher sich vorzugsweise im ersten Drittel der Kühlstrecke unmittelbar unterhalb der Spinndüse 2 befindet. Der durch den Temperatursensor 12.2 in gleicher Ebene realisierte Messpunkt befindet sich im mittleren Bereich der Kühlstrecke, so dass ein innerhalb der Kühlstrecke an der Kühlluft festgestellter Temperaturgefalle erfassbar ist. Die Temperatursensoren 12.3 und 12.4 stellen zwei weitere Messpunkte außerhalb des Filamentbündels dar, die insbesondere auf der zur Blaswand 7 abge- wandten Seite des Filamentbündels 5 gebildet sind. Hierbei liegen die inneren und äußeren Messpunkte zur Erfassung der Kühllufttemperatur jeweils auf einer gleichen Höhe der Kühlstrecke. Die Temperatursensoren 12.3 und 12.4 sind an einem zweiten Sensorträger 26.2 gehalten, der unmittelbar mit einer Haltestange 23 fixiert ist. Die Haltestange 23 ragt mit einem freien Ende in das Filamentbündel 5 hinein und trägt den Formkörper 14. Der Formkörper 14 ist kegelig ausgebildet, wobei das spitze Kegelende der Spinndüse 12 zugewandt ist und den Sensorträger 26.1 hält. An dem stumpfen Kegelende ist eine Führungskante 15 ausgebildet, an welcher die aus den Düsenbohrungen der Spinndüse 2 extrudierten Filament 3 geführt werden.
Zur Höhenverstellung der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sowie des Formkörpers 14 ist das freie Ende der Haltestange 23 außerhalb mit einem Querträger 24 gekoppelt, welcher in einer vertikalen Führung 25 geführt ist. Der Querträger 24 ist in der Führung 25 verstellbar, so dass die Position des Formkörpers 14 und damit der Grad der Aufspreizung innerhalb der Kühlstrecke sowie die durch die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 gebildeten Messpunkte wählbar und veränderbar sind. Die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind über Signalleitungen mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 17 ist mit dem Steuergerät 18.1 zur Beeinflussung eines Prozessparameters sowie mit einem Ausgabegerät 19 zur Anzeige und Ausgabe eines Qualitätswertes verbunden. Durch die Anbindung eines Ausgabegerätes 19 besteht die Möglichkeit, einen durch die Temperaturmessung abgeleiteten Qualitätswert unmittelbar zur Anzeige zu bringen, so dass die Herstellungsqualität des Fadens 13 fortlaufend an dem Ausgabegerät 19 überwacht werden kann. So lässt sich das Ausgabegerät 19 durch einen Monitor 20 und einen Drucker 21 bilden. Vorteilhaft ist das Ausgabegerät 19 über einen Mikroprozessor mit der Steuereinrichtung 17 verknüpft.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel lässt sich zur Durchfuhrung des erflndungsgemäßen Verfahrens durch die Temperatursensoren- 12.1 bis 12.4 sowohl ein Temperaturgefälle innerhalb der Kühlstrecke unmittelbar im Bezug zur Abkühlung der Filamente 3 erfassen. Des weiteren sind durch die auf einer Höhe der Kühlstrecke angeordneten Messpunkte Temperaturmessungen über das Profil des Filamentbündels 5 möglich, die unmittelbar eine Aussage über die Gleichmäßigkeit der Abkühlung zulassen. Damit können sehr präzise Messungen zum tatsächlichen Abkühlverhalten der Filamente 3 erstellt werden, so dass Orientierungen und Kristallinitäten des Filamentmaterials während des Abkühlens gezielt beeinflusst werden können. Die Herstellung von Fäden mit vorbestimmten textilphysikalsichen Eigenschaften oder bestimmten Anfärbeverhalten oder bestimmten Gebrauchverhalten ist damit möglich. Durch den unmittelbaren Eingriff in den Abkühlprozess lassen sich höchste Fadenqualitäten erzeugen.
Zur Überwachung des Herstellungsprozesses lassen sich durch die in der Steuereinrichtung 17 enthaltenen Mittel zur Auswertung der Temperaturmesswerte, die Mittel zur Datenspeicherung und die Mittel zur Signalerzeugung je nach vorgege- bener Softwarekonfiguration die Messwertanalysen in unterschiedlicher Art und Weise ausführen. In einfachster Version wird beispielsweise ein durch den Temperatursensor 12.1 signalisierter Temperaturmesswert mit einem Sollwert der Kühllufttemperatur verglichen. Die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Temperaturmesswert wird als Differenzwert erfasst und lässt sich unmittelbar als ein Qualitätswert an dem Monitor 20 anzeigen. Hierbei können zusätzlich die Temperaturmesswertverläufe im Hinblick auf eine Sollwertüberschreitung zur Anzeige gebracht werden, so dass der Prozessverlauf und damit die Fadenqualität, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Fadenqualität sichtbar wird.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass Messwertschwankungen und Unscharfen der Messungen dadurch zunächst ausgeglichen werden, in dem die zeit- lieh aufeinander folgenden Temperaturrnesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert überführt werden. Vorzugsweise werden die Mittelwerte in bestimmten Zeitabschnitten gebildet, so dass sich ebenfalls ein Verlauf des Mittelwertes über die Zeit einstellt. Der Mittelwertverlauf der gemessenen Kühllufttemperatur kann unmittelbar einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich vorzugs- weise mit einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert zugeordnet werden. Die zwischen dem Mittelwert der Temperaturmesswerte und dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich festgestellten Differenzwerte stellen dabei ebenfalls ein Maß für die Qualität des Fadens bzw. ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der Filamente dar. Die dadurch gewonnenen Differenzwerte lassen sich vorteilhaft unmittelbar als einen Qualitätswert anzeigen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die zuvor erwähnte Messwertauswertung parallel zu jedem der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 ausgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die gemessenen Temperaturen innerhalb des Fi- lamentbündels 3 zu einem Mittelwert und die Temperaturen außerhalb des FiIa- mentbündels 3 zu einem Mittelwert jeweils zusammengefasst werden. Grundsätzlich sind eine Vielzahl von Auswertungsmöglichkeiten ausführbar, die eine unmittelbar Qualitätsbewertung des hergestellten Fadens zulassen.
Es hat sich insbesondere gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der Filamente sich positiv in eine gleichmäßige Kristallinität und damit in eine gleichmäßige Anfärbbarkeit des Fadens auswirkt. Insoweit besteht auch die Mög- lichkeit, den Qualitätswert unmittelbar zur Qualitätsbestimmung eines Produktparameters zu nutzen. So lässt sich das Anfärbeverhalten des Fadens beispielsweise durch die Qualitätswerte definieren. Dabei können Wertebereiche des Qualitätswertes definiert werden, die eine zulässige Gleichmäßigkeit oder eine unzulässige Gleichmäßigkeit der Anfärbbarkeit des Fadens bestimmen. Dabei lassen sich bereits bei der Herstellung des Fadens Qualitätseinstufungen vornehmen. So können beispielsweise die mit einem hohen Qualitätswert erzeugten Fäden als A-Qualität und darüber hinaus mindere Qualitäten als B oder C-Qualitäten eingestuft werden. Daraus lassen sich insbesondere für die Weiterverarbeitung der Fäden vorteilhafte Einstufungen der gewickelten Spulen vornehmen.
Um die Abkühlhistorie des Fadens möglichst exakt zu erfassen und zu bestimmen lässt sich bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens noch dadurch- zu verbessern, dass ein Messpunkt unmittelbar dem Spinn- köpf zugeordnet ist, durch welchen beispielsweise die Polymerschmelzetemperierung oder aber unmittelbar die Schmelzetemperatur der Polymerschmelze erfasst wird. Hierzu ist ein Temperatursensor 12.5 gestrichelt an dem Spinnkopf 1 dargestellt. Der Temperatursensor 12.5 ist ebenfalls über eine Signalleitung mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt. Damit lassen sich zusätzliche Auswertungen und Analysen zur Bestimmung des Abkühlverhaltens der Filamente 3 ausführen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, das im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ausgebildet ist. In- soweit wird auf die vorgenannte Beschreibung Bezug genommen und an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind neben den zum Spinnen und Abkühlen benötigten Einrichtungen auch die zur Weiterbehandlung des schmelzgesponnen Fadens verwendeten Einrichtungen beispielhaft dargestellt. So ist unterhalb der Kühleinrichtung 6 der Spinndüse 2 unmittelbar eine Behandlungseinrichtung 27 mit einem oder mehreren Abzugsorganen zugeordnet. Die Abzugsorgane sind dabei durch Galetten oder Galetteneinheiten gebildet, die den Faden 16 aus der Kühlstrecke und von der Spinndüse 2 abziehen. Der Aufbau der Behandlungseinrichtung 27 ist dabei abhängig vom herzustellenden Fadentyp. So lassen sich vollverstreckte oder teilverstreckte Fäden erzeugen. Zudem können zusätzliche Aggregate wie beispielsweise Verwirbelungseinrichtungen, oder Temperiereinrichtungen oder KLräuseleinrichtungen vorgesehen sein, um einzelne Behandlungsschritte an dem Faden ausführen zu können.
Am Ende wird der Faden 16 zu einer Spule 28 aufgewickelt. Hierzu ist eine Auf- Wickeleinrichtung 29 vorgesehen. Die Aufwickeleinrichtung 29 wird vorzugsweise zu durch einen Spulrevolver gebildet, welcher zwei an einem Drehteller gehaltene Spulspindeln aufweist, die abwechselnd zum Aufwickeln des Fadens eingesetzt werden. Insoweit ist eine kontinuierliche Prozessführung zur Herstellung des • Fadens 16 möglich. Der Aufwickeleinrichtung 29 ist ein Steuergerät 18.2 zuge- ordnet, welches mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt ist.
Mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung lässt sich eine weitere Verfahrensvariante der Erfindung ausführen, bei welcher die Überwachung der Kühllufttemperatur im Innern des Filamentbündels zur Steuerung des Prozesses genutzt wird. Für den Fall, dass bei einem Ist-Soll- Vergleich zwischen einem Temperaturmesswert und einem Sollwert innerhalb der Steuereinrichtung 17 die Differenz zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur T^ und der geforderten Kühllufttemperatur Ts0U zu groß ist und somit ein unzulässiger Grenzwert überschritten wird, besteht die Möglichkeit, aus dem Differenzsignal ein weiteres Steuersignal zur Ansteuerung der Aufwickeleinrichtung 29 zu erzeugen. So lässt sich beispielsweise über die Steuereinrichtung 17 das Steuergerät 18.1 zur Ansteuerung des Gebläses 9 und das Steuergerät 18.2 zur Ansteuerung der Aufwickeleinrichtung 29 ansteuern. Zunächst bewirkt die Steuerung des Gebläses 9 eine Korrektur der Abkühlung der Filamente 3 in der geforderten Art und Weise, so dass zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur und der geforderten Kühllufttemperatur eine Angleichung erzielt wird. Sobald die geforderten Grenzwerte eingehalten sind, wird über das Steuergerät 18.2 die Aufwickeleinrichtung 29 derart gesteuert, dass ein Spulen- Wechsel ausgeführt wird. Somit wird der qualitativ nun einwandfreie hergestellte Faden unmittelbar auf eine neue Spule gewickelt. Der mit einer nicht optimierten Abkühlung hergestellte Faden lässt sich gezielt durch definierte Aufspulvorgänge klassifizieren, so dass beim Weiterbearbeitungsprozess die Vorlagenspulen nach bestimmten Kriterien definiert bereitgestellt werden können. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist insbesondere zur Herstellung von textilen Fäden geeignet.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, wobei das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht dargestellt ist. Unter Bezug auf die Beschreibung zu der Fig. 3 werden zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nur die Unterschiede erläutert. Die Bauteile gleicher Funktion haben hierbei identische Bezugszeichen erhalten.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden gleichzeitig mehrere parallel nebeneinander gesponnene multifile Fäden 16 erzeugt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Vorrichtung insgesamt vier Spinnstellen 33.1 bis 33.4 auf. Den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 ist ein balkenförmiger Spinnkopf 1 zugeordnet, welcher über eine Schmelzezuführung 4 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle verbunden ist. Der Spinnkopf 1 weist zu jeder Spinnstelle 33.1 bis 33.4 jeweils eine Spinndüse 2 auf. Insoweit werden insgesamt vier Spinndüsen 2 nebeneinander an dem Spinnkopf 1 gehalten.
Unterhalb des Spinnkopfes 1 ist die Kühleinrichtung 6 mit einer Blaswand 7 angeordnet, die sich über die gesamt Breite der Spinnstellen 33.1 bis 33.4 erstreckt, so dass die in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 extrudierten Filamentstränge 3 mit Abstand zu der Blaswand 7 geführt sind. Der Blaswand 7 ist über eine Blaskam- mer mit einem Gebläse verbunden (vgl. Fig. 3). Wie in Fig. 5 gezeigt, ist jeder Spinndüse 2 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils eine der Präparations Vorrichtung 30 zugeordnet. Die Präparationsvorrichtung 30 weist innerhalb der Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils einen kegelförmigen Formkörper 14 auf. An dem stumpfen Ende des kegelförmigen Formkörpers 14 ist eine durch ein Präparationsmittel benetzte Führungskante 15 ausgebildet, an welcher die aus den Düsenbohrungen der Spinndüse 2 extrudierten Filamentsträn- ge 3 geführt werden. Der Formkörper 14 weist hierzu im hinern Verteilungsleitungen und Flüssigkeitskammern auf, die über eine Versorgungsleitung 31 mit einer Präparationspumpe 32 verbunden sind. Dadurch wird eine kontinuierliche Zufuhr eines Präparationsmittels zu den Formkörper 14 zur Benetzung der Führungskante 15 gewährleistet. Das Fluid am Umfang der Führungskante 15 des Formkörpers 14 wird kontinuierlich durch die Filamentstränge 3 aufgenommen, so dass eine gleichmäßige Präparierung erfolgt.
An dem spitzen Kegelende des Formkörpers 14 sind jeweils Temperatursensoren angeordnet, wobei der Temperatursensor 12.1 der Spinnstelle 33.1, der Temperatursensor 12.2 der Spinnstelle 33.2 usw. zugeordnet sind. Die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind über Signalleitungen mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt.
Die den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 zugeordnete Präparations Vorrichtung 30 ist gemeinsam mit den Formkörpern 14 und den Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 an einem höhenverstellbaren Querträger 24 gehalten. Der Querträger 24 ist über eine Führung 25 höhenverstellbar ausgebildet. Die Position der Formkörper 14 und damit der Grad der Aufspreizung innerhalb der Kühlstrecke sowie die Hö- henposition der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind dadurch wählbar und veränderbar.
Unterhalb der Abkühleinrichtung 6 sind in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils Fadenführer 11 vorgesehen, die die Filamentstränge 3 zu jeweils einem Faden 16 zusammenführen. Die Steuereinrichtung 17, die über parallele Signalleitungen mit den Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 verbunden ist, weist im wesentlichen ein oder mehrere Mittel zur Messwertauswertung nach statistischen Methoden auf, die über ein Ausgabegerät 9 zur Anzeige und Ausgabe gebracht werden. Darüberhinaus ist die Steuereinrichtung 17 über eine Steuerleitung mit einem Steuergerät oder einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden (hier nicht dargestellt).
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung werden gleichzeitig mehrere Fäden extrudiert und abgekühlt. Um die Abkühlhistorie der Filamente 3 unabhängig voneinander zu erfassen, wird innerhalb jedes der Fialmentbündel 3 ein Temperaturmesswert über die Temperatursensoren 12.1 und 12.4 erfaßt und der Steuereinrichtung 17 aufgegeben. Zu jeder Spinnstelle 33.1 bis 33.4 wird innerhalb der Steuereinrichtung 17 eine Messwert- . auswertung ausgeführt. Hierbei wird vorzugsweise ein Ist-/Soll-Vergleich zwischen einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich mit einem Temperaturmesswerte oder einem aus den Temperaturmesswerten gewonnenen Mittelwert gebildet. Die dabei festgestellten Differenzwerte lassen sich unmittelbar mit den Differenzwerten benachbarter Spinnstellen vergleichen. Somit ist ein Abgleich zwi- sehen den in den einzelnen Spinnstellen hergestellten Filamentbündel möglich. Jedem der Filamentbündel 3 und damit jedem der Fäden 16 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 läßt sich somit ein Qualitätswert zuordnen, der über den Prozessverlauf kontinuierlich ermittelt und angezeigt werden kann.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass bei unzulässigen Abweichungen zwischen den Temperatursollwerten und den Temperaturmesswerten innerhalb der Steuereinrichtung 17 Steuersignale generiert werden, die eine Veränderung der Prozesseinstellung bewirken. Darüberhinaus lassen sich auch Alarmsignale erzeugen, falls unzulässige Grenzwertüberschreitungen festgestellt werden, so dass entsprechende Maßnahmen durch Bedienpersonen zur Korrektur in den Einrichtungen ausgeführt werden könnnen. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis Fig. 5 ist der Kühlluftstrom zur Abkühlung der Filamente durch eine Kühleinrichtung gebildet, die als Querstrom- anblasung einen einseitig quer gerichteten Kühlluftstrom erzeugt. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine radial von außen nach innen gerichtete Kühllufterzeugung zu verwenden, um das Filamentbündel zu kühlen. Zudem lassen sich auch vorteilhaft innerhalb des Filamentbündels mehrere Messpunkte auf einer Höhe realisieren. Ebenso ist die Formgebung der Führungsmittel zur Auf- spreizung der Filamentbündel beispielhaft, wobei bevorzugt kreisförmige oder ringförmige Formkörper verwendet werden. Es sind jedoch auch ovale oder läng- liehe Formen zum Aufspreizen von Filamentbündeln möglich. Hierbei können sowohl runde, ringförmige oder rechteckige Anordnungen von Düsenbohrungen in einer Spinndüse genutzt werden. Bei Einsatz von ringförmigen Spinndüsen sind die Sensormittel auch vorteilhaft ohne zusätzliche Führungsmittel innerhalb des Filamentbündels zu platzieren
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind geeignet, um jegliche Multifϊlamentgarne aus synthetischen Materialien mit hoher Gleichmäßigkeit in den physikalischen Eigenschaften herzustellen. So lassen sich textile, technische oder Teppichgarne damit erzeugen. Die Erfindung erstreckt sich insbesondere auf die Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen eine Mehrzahl bündeiförmig geführter Faserstränge aus einem Polymermaterial nach dem Extrudieren durch eine Kühlluft oder einem Gasstrom abgekühlt werden. Insoweit ist die Erfindung auch geeignet, um einen Stapelfaserschmelzspinnprozess zu ü- berwachen.
Bezugszeichenliste
1 Spinnkopf
2 Spinndüse
3 Filament
4 Schmelzezuführung
5 Filamentbündel
6 Kühleinrichtung
7 Blaswand
8 Blaskammer
9 Gebläse
10 Sensormittel
11 Fadenführer
12, 12.1 ..-. 12.4 Temperatursensor
13 Führungsmittel
14 Formkörper
15 Führungskante
16 Faden
17 Steuereinrichtung
18.1, 18.2 Steuergerät
19 Ausgabegerät
20 Monitor
21 Drucker
23 Haltestange
24 Querträger
25 Führung
26, 26.1, 26.2 Sensorträger
27 Behandlungseinrichtung
28 Spule
29 Aufwickeleinrichtung
30 Präparationsvorrichtung
31 Versorgungsleitung 32 Präparationspumpe
33.1 ... 33.4 Spinnstelle

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens, bei welchem der Faden aus einer Polymerschmelze hergestellt wird, wobei eine Vielzahl von extrudierten Filamenten als ein Filamentbündel durch einen auf das Filamentbündel gerichteten Kühlluftstrom abgekühlt und anschließend zu den Faden zusammengefasst wird und wobei eine Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente auftretenden Kühlluft gemessen und ü- berwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft im Zentrum des Filamentbündels gemessen wird, wobei die Fi- lamente durch eine äußere Führungskante eines Formkörpers aufgespreizt und geführt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente des Filamentbündels durch einen ringförmigen Formkörper geführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft gleichzeitig in mehreren Messpunkten innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels gemessen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Temperaturen der Kühlluft innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels in vertikal oder horizontal nebeneinander angeordneten Messpunkten erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperaturmesswert oder mehrere zeitlich aufeinander fol- gende Temperaturmesswerte der Kühlluft gespeichert und mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich auf- einander folgenden Temperaturmesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert oder mehreren statistischen Mittelwerten überführt werden und dass der Mittelwert oder die Mittelwerte der Temperaturmesswerte mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen zu dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich als ein Differenzwert oder als mehrere Differenzwerte erfasst werden und zu einem Qualitätswert des Fadens überführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätswert zur Qualitätsbestimmung eines Produktparameters genutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktparameter ein Farbaufnahmevermögen des Fadens für eine Weiterbehandlung bestimmt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fäden durch den Kühlluftstrom oder durch mehrere separate Kühlluftströme gekühlt werden und dass zu jedem Faden ein Temperatur- messwert der Kühlluft erfasst und zur Qualitätsüberwachung des jeweiligen
Fadens genutzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein momentaner Temperaturmesswert der Kühlluft mit ei- nem hinterlegten Sollwert der Temperatur abgeglichen wird und dass ein
Differenzsignal erzeugt und zu einem Steuersignal überfuhrt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Änderung eines Prozessparameters oder einer die Herstellung des Fadens bestimmende Prozessfolge genutzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesspa- rameter die Abkühlung der Filamente in derart beeinflusst, dass sich eine dem vorgegebenen Sollwert entsprechende Temperatur der Kühlluft einstellt.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer Spinndüsen (2) zum Extrudieren einer Vielzahl von Filamenten (3), mit einer Kühleinrichtung (6) zur Erzeugung eines quer auf die als Filamentbündel (5) geführten Filamente (3) gerichteten Kühlluftstroms, mit einem der Spinndüse (2) zugeordneten Fadenführer (11) zur Bildung einer die Zusammenführung der Filamente (3) bewirkende Konvergenzstelle und mit einem Sensormittel (10) zur Messung einer Temperatur der Kühlluft, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) durch zumindest einen zwischen der Spinndüse (2) und dem Fadenführer (11) innerhalb des Filamentbündels (5) angeordneten Temperatursensor (12) gebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperatursensor (12) ein Führungsmittel (13) zugeordnet ist, durch welches die Filamentstränge (3) im Fadenlauf zwischen der Spinndüse (2) und dem Fa- denführer (11) aufgespreizt sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (13) durch einen Formkörper (14) mit einer äußeren Führungskante (15) gebildet ist, welcher im wesentlichen konzentrisch zu der Spinn- düse (2) gehalten ist und die Filamente (3) an der Führungskante (15) führt und dass der Temperatursensor (12) im wesentlichen zentrisch zu dem Formkörper (14) gehalten ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkör- per (14) durch eine kreisförmige Scheibe oder einen kreisförmigen Ring ausgebildet ist, wobei die Führungskante (15) am Umfang der Scheibe oder des Ringes angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (14) durch eine Präparationsvorrichtung (30) gebildet ist, bei welcher die umlaufende Führungskante (15) ein Benetzungsmittel trägt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) durch mehrere Temperatursensoren (12.1, 12.2) gebildet ist, die horizontal oder vertikal nebeneinander innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels (5) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) mit einer Steuereinrichtung (17) gekoppelt ist, welche elektronische Mittel zur Messwertauswertung, Mittel zur Datenspeicherung und Mittel zur Signalerzeugung aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) mit einem Steuergerät (18.1) zur Veränderung eines Prozessparameters oder einer Prozessfolge verbunden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (18.1) einer Kühlluftquelle (9) der Kühleinrichtung (6) zugeordnet ist, welche zur Erzeugung einer Kühlluft mit einer Blaswand (7) verbunden ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) mit einem Ausgabegerät (19) zur Ausgabe eines Qualitätswertes verbunden ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Temperatursensoren (12.1, 12.2) in einem oberen Drittel der sich zwischen der Spinndüse (2) und dem Fadenführer (11) erstreckenden Kühlstrecke angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Temperatursensoren (12.1, 12.2) durch eine höhenverstellbare Haltestange (23) gehalten ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaswand (7) seitlich zu der Spinndüse (2) angeordnet und über eine Blaskammer (8) mit der Kühlluftquelle (9) verbunden ist.
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