EP2079861B1

EP2079861B1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines faserkabels

Info

Publication number: EP2079861B1
Application number: EP07821280A
Authority: EP
Inventors: Horst Kropat; Bernhard Schoennagel
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2006-10-21
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: EP2079861A2; RU2421554C2; CN101528992A; WO2008046794A2; WO2008046794A3; RU2009118827A; CN101528992B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Faserkabels für die Herstellung von synthetischen Stapelfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung sind aus der US 6,203,743 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird das aus einer Vielzahl synthetischer Filamentstränge gebildete Faserkabel nach Abzug aus einem Kannengatter zunächst durch eine Befeuchtungseinrichtung in Form eines Tauchbades geführt, um eine gleichmäßige Benetzung aller Faserstränge und damit einen sicheren Zusammenhalt der Einzelfasern während der Behandlung zu erhalten. Als Fluid wird dabei bevorzugt ein Präparationsmittel verwendet, das einen sicheren Lauf des Faserkabels über die Behandlungseinrichtungen der Faserstraße ermöglicht. Zudem führt das Fluid innerhalb des Faserkabels zu einem im Wesentlichen guten und gleichmäßigen Wärmeübergang und einer Beweglichkeit der Filamentstränge untereinander während des Verstreckvorgangs. Nur mit einem ausreichenden Feuchtegehalt lässt sich das Faserkabel mit hohen Verstreckungen erzeugen. So wird das feuchte Faserkabel anschließend in einer Streckzone zwischen zwei Streckwalzwerken verstreckt. Anschließend wird das verstreckte Faserkabel zum Fixieren und Trocknen über mehrere beheizte Kalanderwalzen geführt. Um insbesondere die zum Trocknen des Faserkabels benötigte Energie an den Kalanderwalzen auf ein Minimum zu reduzieren, wird unmittelbar vor Einlauf in die Fixiereinrichtung das Faserkabel einer Abquetscheinrichtung zugeführt, in welcher das Faserkabel durch einen durch Stahlwalzen gebildeten Walzenspalt geführt wird. Damit lässt sich das Fluid in großer Menge aus dem Faserkabel herausführen, bevor das Faserkabel an den Kalanderwalzen behandelt wird. Nach dem Trocknen und Fixieren des Faserkabels erfolgt eine Abkühlung sowie eine Kräuselung der Fasern, um sie anschließend zu Stapelfasern zu zerschneiden.
Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung besteht der Nachteil, dass die zwischen der Fixierung und dem Verstrecken des Faserkabels durchgeführten Behandlungen, insbesondere die Temperierung des Faserkabels, mit hohem Feuchtegehalt des Faserkabels ausgeführt werden müssen. Somit wird ein Großteil der für die Temperierung des Faserkabels genutzte Energie allein zur Erwärmung des im Faserkabel enthaltenen Fluids benötigt. Zudem erfolgt die Reduzierung des Fluids in dem Faserkabel an einer Position innerhalb der Faserstraße, bei welcher bereits eine relativ hohe Fasergeschwindigkeit vorherrscht. Somit sind besondere Vorkehrungen zu treffen, um das in großen Mengen und kurzen Zeiten auftretende Fluid dem Faserkabel zu entziehen. Des Weiteren ergeben sich dadurch Probleme, die zu ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilungen über die Breite des Faserkabels führen, da die Gefahr von Schwingungen der Quetschmittel in der Abquetscheinrichtung und damit Unregelmäßigkeiten im Walzenspalt sich erhöhen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass bei der Behandlung des Faserkabels der Fluidgehalt in dem Faserkabel den Behandlungsschritten angepasst ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Reduzierung des Fluids in dem Faserkabel derart vorzunehmen, dass eine über die gesamte Breite gleichmäßige Verteilung des Restfluids in dem Faserkabel vorherrscht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Zur Lösung der Aufgabe beschreitet die Erfindung einen völlig neuen Weg, der bisher in der Fachwelt als nicht ausführbar galt, da die Meinung vorherrschte, dass ein Quetschen des Faserkabels im hohen Maße innerhalb einer Streckzone zu Beschädigungen der Fasern führen müsste. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass innerhalb der Streckzone Bereiche vorhanden sind, in denen eine Abquetschung des Faserkabels zur Reduzierung des Fluids im Faserkabel keine Beschädigungen der Fasern bewirkt. Im Gegenteil konnte ein hoher Grad des Fluids aus dem Faserkabel bereits innerhalb der Streckzone abgeführt werden. Die Quetschung des Faserkabels innerhalb der Streckzone wurde dabei über die gesamte Breite des Faserkabels derart ausgeführt, dass sich über die Behandlungsbreite des Faserkabels ein gleichmäßig verteilter Gewichtsanteil von <10% des Fluids in dem Faserkabel einstellt. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung biegesteife Quetschmittel auf, die das Faserkabel auf der gesamten Breite gleichmäßig und mit im Wesentlichen vordefiniertem Druck zum Auspressen des Fluids quetschen. Der eigentliche Streckvorgang des Faserkabels bleibt hiervon unbeeinflusst, so dass der für das Verstrecken erforderliche Flüssigkeitsgehalt in dem Faserkabel einen entsprechend hohe Gewichtsanteil im Bereich von >20% aufweisen kann. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Faserkabel in einem Bereich mit relativ niedrigen Laufgeschwindigkeiten der Abquetscheinrichtung zugeführt werden kann. Insoweit lassen sich Schwingungen und Unregelmäßigkeiten vermeiden. Zudem ist eine sichere Führung der Faserstränge durch die Quetschmittel ohne jegliche Mitnahme von einzelnen Fasern gewährleistet. Durch die niedrigen Geschwindigkeiten erhöht sich zudem die Einwirkzeit beim Abquetschen des Faserkabels, so das das Fluid in großen Mengen aus dem Faserkabel herausgeführt werden kann.
Um eine intensive und hohe Verstreckung der Filamentstränge des Faserkabels zu erhalten, wird bevorzugt die Weiterbildung der Erfindung verwendet, bei welcher das Faserkabel im Einlaufbereich eines die Streckzone begrenzenden Streckwalzenwerkes gequetscht wird, wobei das Faserkabel innerhalb der Streckzone durch ein beheiztes Fluid auf eine Strecktemperatur zur Auslösung eines Streckpunktes in dem Fasermaterial erwärmt wird. Zur Erwärmung des Faserkabels auf eine Strecktemperatur wird das Faserkabel bevorzugt durch einen Dämpfkanal mit heißem Dampf oder durch ein temperiertes Streckbad geführt. Die Abquetscheinrichtung ist im Einlauf des zweiten Streckwalzenwerkes angeordnet, so dass die in die Abquetscheinrichtung einlaufenden Filamentstränge bereits ihre wesentliche Verstreckung aufweisen.
Zum Quetschen des Faserkabels hat sich insbesondere bewährt, wenn die Quetschmittel durch Stahlwalzen gebildet sind, die zwischen sich einen Walzenspalt aufweisen. Je nach Fluidanteil und Faserkabelbeschaffenheit werden die Stahlwalzen mit einer Linienlast im Bereich von 30 N/mm bis 100 N/mm gegeneinander gehalten. Damit ist gewährleistet, dass selbst bei großen Mengen von Flüssigkeit innerhalb des Faserkabels sich ein Gewichtsanteil von <10% Fluid einstellt.
Dabei wird das Faserkabel in dem Walzenspalt auf mindestens 70% seiner ursprünglichen Kabeldicke zusammengedrückt. Dies ermöglicht insbesondere für den Streckprozess einen hohen Fluidgehalt, der im Bereich von oberhalb 40% liegen kann. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Faserkabel bei Auflauf auf eine erste Streckwalze des zweiten Streckwalzenwerkes durch eine an der Streckwalze anliegende Andrückwalze gequetscht wird. Somit lässt sich der für das Verstrecken vorgegebene Fadenlauf des Faserkabels einhalten. Zudem sind die Einrichtungen der Abquetscheinrichtung apparativ auf ein Minimum reduziert, da ein separater Antrieb zum Antreiben der Stahlwalzen nicht erforderlich ist. Durch die angetriebene Streckwalze lässt sich die Andrückwalze vorteilhaft allein durch Friktion antreiben.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass das Faserkabel in mehreren Stufen gequetscht wird, um den gewünschten Flüssigkeitsgehalt zu erreichen. Hierzu sind in dem Streckwalzenwerk mehrere Positionen vorgesehen, in welchen das Faserkabel gequetscht wird. So lassen sich neben einer am Einlauf vorgesehenen Streckwalze auch andere Streckwalzen mit einer Andrückwalze kombinieren. Ebenso wäre es möglich, zwei separate Stahlwalzen in dem Streckwalzenwerk zu integrieren.
Für die Behandlung der synthetischen Filamentstränge innerhalb des Faserkabels ist die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt verwendet, bei welchen das Faserkabel durch die beheizten Streckwalzen des zweiten Streckwalzenwerkes nach dem Abquetschen des Fluids erwärmt werden. Aufgrund des geringen Fluidgehaltes in dem Faserkabel lässt sich die durch die Streckwalzen bereitgestellte Energie unmittelbar zur Erwärmung des Faserkabels nutzen. Eine Verlustenergie, die ausschließlich zur Erwärmung eines Fluids genutzt würde, ist auf ein Minimum reduziert.
Zur Fixierung und Schrumpfbehandlung des Faserkabels hat sich insbesondere die Behandlung durch Kalanderwalzen bewährt. Hierzu wird das Faserkabel nach dem Verstrecken über mehrere Kalanderwalzen geführt, wobei die für die Trocknung des Faserkabels erforderliche Energie aufgrund des geringen Fluidgehaltes des Faserkabels ebenfalls auf ein Minimum reduziert werden kann.
Insgesamt stellt das erfindungsgemäßen Verfahren eine besonders vorteilhafte und sichere Behandlungsmöglichkeit eines Faserkabels dar, bei welcher gegenüber herkömmlichen Verfahren erhebliche Energieeinsparungen realisiert werden können. So lässt sich beispielsweise durch die Quetschung des Faserkabels bereits vor Einlauf in das zweite Streckwalzenwerk die Energie zur Fixierung des Faserkabels um 20 % reduzieren. Ein weiterer besonders vorteilhafter Effekt stellt sich dabei bei der Wärmebehandlung zur Fixierung des Faserkabels ein. Aufgrund des geringen Fluidgehaltes in dem Faserkabel werden höhere Faserfestigkeiten erreicht, die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um 6 bis 10 % erhöht werden konnten.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich insbesondere die als Stahlwalzen ausgebildeten Quetschmittel innerhalb der Streckzone in einfacher Art und Weise integrieren. Hierbei hat sich insbesondere die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewährt, bei welcher eine der Stahlwalzen durch eine angetriebene Streckwalze des zweiten Streckwalzenwerkes und die zweite Stahlwalze durch eine den Umfang der Streckwalze zugeordnete Andrückwalze gebildet ist. Somit ist eine vollständige Integration der Abquetscheinrichtung innerhalb der Streckzone gewährleistet, ohne dass zusätzliche Führungselemente und Umlenkelemente zur Führung des Faserkabels erforderlich werden.
Die Andrückwalze wird hierzu bevorzugt als nicht angetriebene Walze mit einseitiger oder beidseitiger Lagerung ausgebildet.
Um gegenüber der im Durchmesser größeren und stabileren Streckwalze einen konstanten und gleichmäßigen Walzenspalt zu erzeugen, wird die Andrückwalze bevorzugt mit einem durchbiegungskompensierten Stahlmantel ausgebildet, so dass der Walzenspalt zwischen der Andrückwalze und der Streckwalze über die gesamte Breite des Faserkabels gleich groß ist. Der durchbiegungskompensierte Stahlmantel der Andrückwalze ist dabei derart beschaffen, dass der Walzenspalt mit einer Spaltbreitenvarianz von <0,05 mm vorliegt. Damit lassen sich über die Breite des Faserkabels sehr gleichmäßige Fluidanteile realisieren.
Die zwischen den Stahlwalzen erforderliche Quetschkraft zum Zusammendrücken des Faserkabels wird vorteilhaft durch eine Kraftgebereinrichtung erzeugt, die zumindest eine über die Breite der Stahlwalzen gleichmäßige Linienlast im Bereich von 30 N/mm bis 100 N/mm erzeugt.
Zum Ausquetschen des Faserkabels in mehrere Stufen lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausführen, dass in mehreren hintereinander liegenden Positionen jeweils mehrere Walzenpaarungen vorgesehen sind. Insoweit können die Walzenpaarungen auch durch mehrere Andrückwalzen ausgebildet sein, die jeweils einer der Streckwalzen des zweiten Streckwalzenwerkes zugeordnet sind.
Unabhängig von der Ausbildung des Walzenpaares wird die Andrückwalze oder beide Stahlwalzen mit einer gehärteten Oberfläche ausgebildet, die bevorzugt eine apfelsinenförmige Oberflächenstruktur aufweist. Damit wird ein Anhaften und Ankleben der Fasern bei Austritt der Faserstränge aus dem Walzenspalt am Umfang der Walzen vermieden. Die Faserstränge lösen sich somit vorteilhaft von der Oberfläche der Stahlwalzen, so dass Wicklerbildungen nicht entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden bevorzugt eingesetzt, um Faserkabel aus Polyester vor dem Zerschneiden zu Stapelfasern in mehreren Stufen zu behandeln. Hierbei werden die Filamentstränge des Faserkabels bevorzugt aus bereitgestellten Kannen abgezogen, die zuvor in einem Spinnprozess durch Schmelzspinnen der Filamentstränge gefüllt wurden. Grundsätzlich ist das Verfahren jedoch nicht nur auf derartige Zweistufenverfahren zur Herstellung von Stapelfasern beschränkt. So besteht auch die Möglichkeit, dass die Filamentstränge in einem Einstufenprozess hergestellt werden.
Um den Polyesterfasern nach dem Verstrecken eine möglichst hohe Festigkeit zu verleihen, wird das Faserkabel nach dem Verstrecken bevorzugt über eine Mehrzahl beheizter Kalanderwalzen geführt. Aufgrund des relativ geringen Feuchtegehaltes in dem Faserkabel wird eine intensive Wärmebehandlung des Fasermaterials möglich, wobei im Wesentlichen die zum Trocknen des Fasermaterials erforderliche Energie in den Kalanderwalzen eingespart werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind natürlich nicht nur auf das Fasermaterial aus Polyester beschränkt. Das Faserkabel lässt sich auch vorteilhaft aus anderen Polymeren wie beispielsweise Polypropylen oder Polyamid herstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es stellen dar:

Fig. 1: schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2: schematisch eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 3: schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Abquetscheinrichtung im Einlaufbereich eines Streckwalzenwerkes
Fig. 4: schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3
Fig. 5: schematisch eine Seitenansicht eines Streckwalzenwerkes mit integrierter Abquetscheinrichtung

In Fi. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Behandeln eines Faserkabels für die Herstellung von Stapelfasern schematisch in einer Seitenansicht gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Behandlungseinrichtungen auf, die hintereinander zu einer Faserstraße angeordnet sind, wobei die Laufrichtung des Faserkabels durch einen Pfeil in Fig. 1 gekennzeichnet ist.
Zu Beginn der Faserstraße ist eine Abzugseinrichtung 2 vorgesehen, an welchen mehrere Abzugswalzen 20 zu einem Fadenlauf angeordnet sind. Das Faserkabel 1, das aus einer Vielzahl synthetischer Filamentstränge gebildet wird, wird an den Abzugswalzen 20 bandförmig geführt. Die synthetischen Filamentstränge werden beispielsweise aus einem Kannengatter mit einer Vielzahl von Kannen abgezogen. Jeder der Kannen enthält einen bündelförmigen Filamentstrang, der eine Vielzahl von Einzelfilamenten aufweist und als Spinnkabel am Ende eines Schmelzspinnprozesses gelegt wird.
Das Faserkabel 1, das in einer Breite von beispielsweise >1 m geführt wird, gelangt von der Abzugseinrichtung 2 in eine Befeuchtungseinrichtung 3. Die Befeuchtungseinrichtung ist durch ein Tauchbad 21 gebildet, in welchem ein Fluid vorzugsweise ein Präparationsmittel enthalten ist, um das Faserkabel 1 zu befeuchten. Insbesondere bei zwischengelagerten Filamentsträngen in Kannen treten Ungleichmäßigkeiten in der Präparation der einzelnen Fasern auf, so dass eine Vergleichmäßigung und Erneuerung der Präparation an dem Faserkabel 1 erforderlich ist.
Zur weiteren Behandlung der Fasern wird das Faserkabel 1 von einem ersten Streckwalzenwerk 4 mit mehreren Streckwalzen 15 aus der Befeuchtungseinrichtung 3 abgezogen und in eine Streckzone geführt. Die Streckzone erstreckt sich hierbei zwischen dem ersten Streckwalzenwerk 4 und einem zweiten Streckwalzenwerk 5. Das zweite Streckwalzenwerk 5 weist ebenfalls mehrere Streckwalzen 16 auf, die das Faserkabel mit Teilumschlingung führen. Die Streckwalzen 15 des ersten Streckwalzenwerkes 4 und die Streckwalzen 16 des zweiten Streckwalzenwerkes 5 werden mit einer Geschwindigkeitsdifferenz zum Verstrecken des Faserkabels 1 angetrieben.
Innerhalb der Streckzone ist ein Dämpfkanal 6 vorgesehen, in welchem das. Faserkabel 1 mittels eines unter Druck stehenden Dampfes auf eine Strecktemperatur erhitzt wird.
Bevor das Faserkabel 1 innerhalb der Streckzone in das zweite Streckwalzenwerk 5 einläuft, wird unmittelbar in dem Einlaufbereich des zweiten Streckwalzenwerkes 5 das Faserkabel 1 durch eine Abquetscheinrichtung 7 zur Reduzierung des Fluids in dem Faserkabel 1 behandelt. Die Abquetscheinrichtung 7 weist als Quetschmittel zwei biegsteife Stahlwalzen 17.1 und 17.2 auf, die einen Walzenspalt zwischen sich bilden. Hierbei wirkt eine Kraftgebernchtung 32 auf die Stahlwalzen 17.1 und 17.2 ein, so dass in dem Walzenspalt eine Druckkraft zum Quetschen des Faserkabels 1 vorherrscht.
Im unteren Bereich weist die Abquetscheinrichtung 7 eine Auffangwanne 18 auf, die mit einem Abfluss 19 verbunden ist. Hierüber wird das aus dem Faserkabel 1 gequetschte Fluid gesammelt und kontinuierlich abgeführt.
Zur weiteren Behandlung wird das Faserkabel 1 nach dem Verstrecken einer Wärmebehandlung zugeführt, die durch eine Dampfkammer 8 und eine anschließende Fixiereinrichtung 9 erfolgt. Die Fixiereinrichtung 9 weist eine Mehrzahl von Kalanderwalzen 22 auf, die einen beheizten Walzenmantel besitzen. Das Faserkabel 1 wird mit Teilumschlingung am Umfang der Kalanderwalzen 22 geführt.
Nach der Wärmebehandlung wird das Faserkabel 1 einem Kühlwalzenwerk 10 zugeführt, dass mehrere Kühlwalzen 23 aufweist.
Um die Fasern des Faserkabels 1 zu kräuseln wird zunächst die Behandlungsbreite des Faserkabels 1 durch eine Faserverlegeeinrichtung 11 auf eine Kräuselbreite eingestellt. Hierzu weist die Faserverlegeeinrichtung 11 mehrere Verlegerollen 24 auf.
Die Kräuseleinrichtung 12, die der Faserverlegeeinrichtung 11 folgt, weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Kräuselwalzen 25 auf, die mit einer Stauchkammer 26 zusammenwirken.
Am Ende der Faserstraße ist eine Zugstelleinrichtung 13 sowie eine Schneideinrichtung 14 vorgesehen, um die Fasern des Faserkabels 1 kontinuierlich zu Stapelfasern mit vorgegebener Faserlänge zu schneiden.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Behandlung eines Faserkabels ist im Aufbau und Anordnung der einzelnen Behandlungseinrichtungen beispielhaft. So lassen sich zwischen der Abzugseinrichtung 2 und der Schneideinrichtung 14 zusätzliche Behandlungseinrichtungen anordnen und hinzufügen. Für eine Mehrstufenverstreckung könnte beispielsweise dem zweiten Streckwalzenwerk ein drittes Streckwalzenwerk folgen. Insbesondere ist zwischen der Kräuseleinrichtung 12 und der Schneideinrichtung 14 eine Trockeneinrichtung vorgesehen, um die gekräuselten Fasern des Faserkabels 1 in einer Endstufe zu trocknen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Faserkabel 1 vor dem Verstrecken mit einem Fluid benetzt. Hierbei wird ein relativ hoher Feuchtegehalt in dem Faserkabel hergestellt, um neben einer sicheren Führung über die Walzen des Streckwerkes einen Zusammenhalt der Fasern zu erhalten. Zudem ist das Fluid geeignet, um einen guten und gleichmäßigen Wärmeübergang bei der Aufheizung des Faserkabels zu erhalten. Für das Verstrecken des Faserkabels ist jedoch die Präparation besonders wichtig, um einen Verzug der einzelnen Fasern ungehindert ausführen zu können. Nur mit einem entsprechend feuchten Faserkabel kann eine maximale Verstreckung erreicht werden. Der Feuchtegehalt des Faserkabels kann in einem Bereich von 40 bis 50% Gewichtsanteil des Fluids liegen. Bei einer Behandlungsbreite des Faserkabels von über einem Meter wird eine relativ große Menge Fluid in dem Faserkabel 1 beim Verstrecken mitgeführt.
Zum Verstrecken des Faserkabels 1 sind die Streckwalzen 15 des ersten Streckwalzenwerkes 4 sowie die Streckwalzen 16 des zweiten Streckwalzenwerkes 5 bevorzugt beheizt ausgebildet, so dass das Faserkabel auf einer Behandlungstemperatur, die unterhalb der Strecktemperatur liegt, erwärmt ist.
Zum Verstrecken wird das Faserkabel 1 in einem Dämpfkanal 6 durch ein unter Druck stehendes Dampfmedium erhitzt. Hierbei wird das Faserkabel 1 auf eine Strecktemperatur des Fasermaterials erhitzt, so dass sich der für den Streckvorgang der Fasern notwendige Streckpunkt ausbildet. Durch die zwischen den Streckwalzen 15 und 16 der beiden Streckwalzenwerke 4 und 5 eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz erfolgt ein Verzug, wobei die Geschwindigkeitsdifferenz den jeweiligen Verstreckungsgrad bestimmen.
Nach dem Verstrecken wird noch innerhalb der Streckzone das Faserkabel derart gequetscht, dass sich über die Behandlungsbreite des Faserkabels ein gleichmäßig verteilter Gewichtsanteil des Fluids von <10% in dem Faserkabel einstellt. Hierzu ist die Abquetscheinrichtung 7 mit zwei biegesteifen Stahlwalzen ausgebildet, die einen Walzenspalt zum Quetschen des Faserkabels bilden. Den Stahlwalzen 17.1 und 17.2 ist eine Kraftgebereinrichtung 32 zugeordnet, so dass die Stahlwalzen 17.1 und 17.2 mit einer Linienlast im Bereich von 30 N/m bis 100 N/mm gedrückt werden. Die relativ hohe Konstanz des Walzenspaltes durch die Biegesteifigkeit der Stahlwalzen gewährleistet hierbei die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die gesamte Behandlungsbreite des Faserkabels 1.
In den anschließenden Wärmebehandlungen sowohl an den Streckwalzen 16 des zweiten Streckwalzenwerkes 5 als insbesondere auch an den Kalanderwalzen 22 der Fixiereinrichtung 9 ist nur auf die Erwärmung des Fasermaterials ausgelegt, da im wesentlichen nur noch 10 % des Gewichtanteils an Fluid in dem Faserkabel 1 enthalten ist. Insbesondere bei der Wärmebehandlung innerhalb der Fixiereinrichtung 9 lassen sich somit Energiekosten einsparen. Zudem ist die Abfuhr des aus dem Faserkabel 1 entnommenen Fluid wesentlich einfacher und vorteilhafter in der Abquetscheinrichtung 7 ausführbar. Hierzu weist die Abquetscheinrichtung 7 eine Auffangwanne 18 und ein Abfluss 19 auf. Dabei treten Fluidmengen in beachtlicher Größenordnung auf, wobei Massenströme des Fluids von über 1.000 kg/h erreicht werden. Aufwendige Absaugeinrichtungen, die den Kalanderwalzen zugeordnet sind, lassen sich dadurch vermeiden.
Zur thermischen Schrumpfbehandlung des Faserkabels 1 sind die Kalanderwalzen bevorzugt auf eine Oberflächentemperatur eingestellt, die oberhalb 200°C liegt. Hierbei werden physikalische Eigenschaften erreicht, die bei einem Heißluftschrumpf von <6% und einer Faserfestigkeit von >6 cN/dtex liegen.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht gezeigt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im Wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass nachfolgend nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorhergehenden Beschreibung genommen wird.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sind die dem ersten Streckwalzenwerk 4 vorgeordneten Behandlungsleinrichtungen 2 und 3 sowie die dem zweiten Streckwalzenwerk 5 nachgeordneten Behandlungseinrichtungen 8, 9, 10, 11, 12, 13 und 14 identisch zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgeführt.
Zum Verstrecken des Faserkabels 1 wird das Faserkabel 1 von dem ersten Streckwalzenwerk 4 zur weiteren Temperierung in ein Streckbad 27 geführt. Das Streckbad 27 enthält ein temperiertes Fluid, um das Fasermaterial in dem Faserkabel 1 auf eine Strecktemperatur zu erhitzen. Anschließend wird das Faserkabel 1 durch das zweite Streckwalzenwerk 5 aus dem Streckbad 27 abgezogen.
Im Einlaufbereich des zweiten Streckwalzenwerkes 5 ist die Abquetscheinrichtung 7 vorgesehen, die in diesem Fall durch eine Andrückwalze 28 gebildet ist, die mit einer ersten Streckwalze 16 des zweiten Streckwalzenwerkes 5 ein Walzenspalt zum Quetschen des Faserkabels 1 bildet. Der ersten Streckwalze 16 im Streckwalzenwerk 5 und der anliegenden Andrückwalze 28 ist im unteren Bereich des Streckwalzenwerkes 5 eine Auffangwanne 18 zugeordnet, die mit einem Abfluss 19 gekoppelt ist. Hierüber lässt sich das aus dem Faserkabel gedrückte Fluid auffangen und kontinuierlich abführen.
Die Andrückwalze 28 weist einen Stahlmantel auf, der bevorzugt mit einer Durchbiegungskompensation ausgeführt ist. Somit lassen sich hohe Gleichmäßigkeiten über der gesamten Behandlungsbreite des Faserkabels in dem Fluidgehalt erreichen. Bei einer derartigen Anordnung, bei welchen die Andrückwalze ohne eigenen Antrieb nur über den Antrieb der Streckwalze 16 mitgeführt wird, konnten bei Quetschen des Faserkabels 1 das Fluid auf sehr geringe Gewichtsanteile von 5 bis 7 % reduziert werden.
In Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Abquetscheinrichtung 7 in Verbindung mit einem Walzenwerk gezeigt. In Fig. 3 ist hierbei schematisch eine Seitenansicht und in Fig. 4 schematisch eine Querschnittsansicht der Einrichtung dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
Die Abquetscheinrichtung 7 ist durch eine Andrückwalze 28 gebildet, die mit einer Streckwalze 16 einen Walzenspalt 38 bildet. Die Streckwalze 16 ist einseitig an einer Gestellwand drehbar gelagert und mit einem Antrieb gekoppelt.
Die Andrückwalze 28 ist an beiden Enden mit einer Walzenachse 29 an einem Walzenträger 30 drehbar gelagert. Der Walzenträger 30 ist hierzu gabelförmig ausgebildet und über eine Schwenkachse 35 mit einem Maschinengestell 31 verbunden. An einem der Schwenkachse 35 gegenüberliegendem freien Ende ist der Walzenträger 30 über ein Drehgelenk 35 mit einer Kraftgebereinrichtung 32 gekoppelt. Die Kraftgebereinrichtung 32 wird in diesem Fall durch einen Hubzylinder 33 gebildet, der über eine Kolbenstange 34 mit dem Drehgelenk 36 gekoppelt ist. Über den Hubzylinder 33 wird der Walzenträger 30 mit der frei drehbar gelagerten Andrückwalze 28 gegen den Umfang der Streckwalze 16 gehalten. Hierbei wird ein Walzenspalt 38 zwischen der Streckwalze 16 und der Andrückwalze 28 gebildet, welche eine Spalthöhe aufweist.
In der Fig. 3 ist das Faserkabel mit seiner Kabeldicke vor dem Quetschen durch einen Großbuchstaben S_w und nach dem Quetschen mit dem Großbuchstaben S_o bezeichnet. Die Kabeldicke S_o liegt im Verhältnis zu der Kabeldicke S_w im Bereich <0,7 S_w. Zum Quetschen des Faserkabels 1 wird zwischen der Andrückwalze 28 und der Streckwalze 16 durch die Kraftgebereinrichtung 32 eine Kraft erzeugt, die die Stahlwalzen mit einer Linienlast im Bereich von 30 N/mm bis 100 N/mm gegeneinander hält. Hierzu sind beide Walzen 28 und 16 mit einem Stahlmantel ausgebildet.
Um insbesondere über der gesamten Behandlungsbreite des Faserkabels 1 eine gleichmäßige Spalthöhe des Walzenspaltes 38 und damit einen gleichmäßig verteilten Flüssigkeitsgehalt in dem Faserkabel 1 zu erreichen, ist die Andrückwalze 28 mit einem durchbiegungskompensierten Stahlmantel 37 ausgeführt. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen durchbiegungskompensierten Stahlmantels 37 gezeigt. Hierbei ist insbesondere im mittleren Bereich der Stahlmantel 37 der Andrückwalze 28 mit größerer Wandstärke versehen, als im äußeren Bereich. Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen durchbiegungskompensierten Stahlmantel der Walzenspalt 38 mit einer Spaltbreitenvarianz von <0,05 mm erzeugt werden konnte. Als Spaltbreitenvarianz wird hierbei die maximal Abweichung der Spalthöhe von einem Sollwert bezeichnet.
Um das Ablösen der aus dem Walzenspalt 38 austretenden Fasern des Faserkabels 1 zu erleichtern und damit Wicklerbildungen vorzubeugen, ist die Stahloberfläche der Walzen vorzugsweise mit einer apfelsinenförmigen Oberflächenstruktur ausgeführt. Hochglatte und polierte Oberflächen werden dadurch vermieden, so dass keine intensive Haftung zwischen den Fasern und der Stahloberfläche der Walzen entstehen kann. Zudem sind die Walzenoberflächen bevorzugt gehärtet ausgeführt.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eine zweiten Streckwalzenwerkes mit integrierter Abquetscheinrichtung gezeigt, wie es beispielsweise in den Ausführungsbeispielen der Faserstraße nach Fig. 1 oder Fig. 2 einsetzbar wäre.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des zweiten Streckwalzenwerkes 5 sind insgesamt vier Streckwalzen 16 in einem Walzengestell 39 angeordnet. Die Streckwalzen 16 sind zu beiden Seiten gelagert und mit einem Antrieb verbunden. Hierbei ist die Anordnung der Streckwalzen 16 derart gewählt, dass das Faserkabel an jeder der Walzen 16 mit möglichst hoher Umschlingung von >180° geführt ist.
Die innerhalb des Streckwalzenwerkes 5 integrierte Abquetscheinrichtung 7 wird in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls durch eine Andrückwalze 28 gebildet, die über eine Kraftgebereinrichtung 32.1 an den Umfang der ersten Streckwalze 16 des Streckwalzenwerkes 5 gehalten ist. Die Andrückwalze 28 könnte hierbei entsprechend dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Im weiteren Verlauf des Faserkabels innerhalb des Streckwalzenwerkes 5 ist zwischen den mittleren Streckwalzen 16 eine weitere Walzenpaarung der Abquetscheinrichtung 7 vorgesehen, die durch zwei Stahlwalzen 17.1 und 17.2 gebildet sind. Insoweit erfolgt das Abquetschen des Faserkabels 1 zur Reduzierung des Fluids in zwei aufeinander folgenden Stufen. Sowohl die Stahlwalzen 17.1 und 17.2 als auch die Andrückwalze 28 verfügen jeweils über eine durchbiegungskompensierten Stahlmantel, so dass zum einen relativ geringe Restmengen an Fluid nach Verlassen des Faserkabels 1 erreicht werden und andererseits eine hohe Gleichmäßigkeit des Restfluids innerhalb des Faserkabels erzielt wird. Die Stahlwalzen 17.1 und 17.2 sind jeweils über einen hier nicht dargestellten Antrieb angetrieben. Demgegenüber wird die Andrückwalze 28 als nicht angetriebene Beilaufrolle betrieben. Die Kraft zum Auspressen des Fluids wird durch eine weitere Kraftgebereinheit 32.2 erzeugt.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die am Umfang der Streckwalze 16 angeordneten Andrückwalzen 28 mit einem Antrieb zu koppeln. Ebenso besteht die Möglichkeit, sowohl die Stahlwalzen als auch die Andrückwalzen der Abquetscheinrichtung 7 als einseitig gelagerte Walzen auszuführen.

Bezugszeichenliste

1: Faserkabel
2: Abzugseinrichtung
3: Befeuchtungseinrichtung
4: erstes Streckwalzenwerk
5: zweites Streckwalzenwerk
6: Dämpfkanal
7: Abquetscheinrichtung
8: Dampfkammer
9: Fixiereinrichtung
10: Kühlwalzenwerk
11: Faserverlegeeinrichtung
12: Kräuseleinrichtung
13: Zugstelleinrichtung
14: Schneideinrichtung
15: Streckwalze - erstes Streckwalzenwerk
16: Streckwalze - zweites Streckwalzenwerk
17.1, 17.2: Stahlwalzen
18: Auffangwanne
19: Abfluss
20: Abzugswalzen
21: Tauchbad
22: Kalanderwalze
23: Kühlwalze
24: Verlegerolle
25: Kräuselwalze
26: Stauchkammer
27: Streckbad
28: Andrückwalze
29: Walzenachse
30: Walzenträger
31: Maschinengestell
32: Kraftgebereinrichtung
33: Hubzylinder
34: Kolbenstange
35: Schwenkachse
36: Drehgelenk
37: Stahlmantel
38: Walzenspalt
39: Walzengestell

Claims

Verfahren zum Behandeln eines Faserkabels für die Herstellung von synthetischen Stapelfasern, bei welchem das Faserkabel aus einer Vielzahl synthetischer Filamentstränge gebildet ist, bei welchem das Faserkabel vor dem Zerschneiden zu Stapelfasern zumindest in einer Streckzone verstreckt wird, wobei das Faserkabel vor dem Verstrecken mit einem Fluid behandelt wird, und bei welchem das Faserkabel nach dem Verstrecken eine Wärmebehandlung zur Fixierung erhält, wobei das in dem Faserkabel enthaltende Fluid vor der Wärmebehandlung durch ein Quetschen des Faserkabels reduziert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel innerhalb der Streckzone über seine Breite derart gequetscht wird, dass sich über die Breite des Faserkabels ein gleichmäßig verteilter Gewichtsanteil von < 10% des Fluids in dem Faserkabel einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel im Einlaufbereich eines die Streckzone begrenzenden Streckwalzwerkes gequetscht wird, wobei das Faserkabel innerhalb der Streckzone durch ein beheiztes Fluid auf eine Strecktemperatur zur Auslösung eines Streckpunktes in dem Fasermaterial erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel zum Quetschen durch einen zwischen Walzen mit Stahlmänteln gebildeten Walzenspalt geführt wird, wobei die Stahlwalzen mit einer Linienlast im Bereich von 30 N/mm bis 100 N/mm gegeneinander gehalten sind.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel in dem Walzenspalt mindestens auf 70% seiner ursprünglichen Kabeldicke zusammengedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel bei Auflauf auf eine erste Streckwalze durch eine an der Streckwalze anliegenden Andrückwalze gequetscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel in mehreren Positionen hintereinander innerhalb des Streckwalzenwerkes gequetscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel durch die beheizten Streckwalzen des zweiten Streckwerkes nach dem Abquetschen des Fluids erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Faserkabel zur Wärmebehandlung über mehrerer beheizte Kalanderwalzen geführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mehreren zu einer Faserstrasse angeordneten Behandlungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 9), wobei zumindest eine Streckzone zwischen einem ersten Streckwalzenwerk (4) und einem zweiten Streckwalzenwerk (5) zum Verstrecken des Faserkabels (1) gebildet ist, wobei zumindest eine Befeuchtungseinrichtung (3) vor der Streckzone zum Befeuchten des Faserkabels (1) mit einem Fluid vorgesehen ist, wobei dem zweiten Streckwalzenwerk (5) eine Fixiereinrichtung (9) zur Wärmebehandlung des Faserkabels (1) nachgeordnet ist und wobei eine Abquetscheinrichtung (7) zur Reduzierung des Fluids im Faserkabel (1) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abquetscheinrichtung (7) innerhalb der Streckzone angeordnet ist und derart biegesteife Quetschmittel (17.1, 17.2) aufweist, dass sich über die Breite des Faserkabels (1) ein gleichmäßig verteilter Gewichtsanteil von < 10% des Fluids in dem Faserkabel einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abquetscheinrichtung (7) im Einlauf des zweiten Streckwalzenwerkes (5) angeordnet ist und dass dem zweiten Streckwalzenwerk (5) innerhalb der Streckzone ein temperiertes Streckbad (27) oder ein Dämpfkanal (6) vorgeordnet ist, durch welche das Faserkabel (1) innerhalb der Streckzone durch das beheizte Fluid auf eine Strecktemperatur zur Auslösung eines Streckpunktes in dem Fasermaterial erwärmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Quetschmittel der Abquetscheinrichtung (7) durch zwei biegesteife Stahlwalzen (17.1, 17.2) gebildet sind, die zwischen sich einen Walzenspalt bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Stahlwalzen durch eine angetriebene Streckwalze (16) des zweiten Streckwalzenwerkes (5) und die zweite Stahlwalze durch eine dem Umfang der Streckwalze zugeordnete Andrückwalze (28) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Andrückwalze (28) an einem stirnseitigen Ende oder an beiden stirnseitigen Enden freidrehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Andrückwalze (28) einen durchbiegungskompensierten Stahlmantel (37) aufweist, durch welchen der Walzenspalt mit einer Spaltbreitenvarianz von < 0,05mm bestimmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
den Stahlwalzen (17.1, 17.2) eine Kraftgebereinrichtung (32) zugeordnet ist, durch welche die Stahlwalzen (17.1, 17.2) mit einer Linienlast im Bereich von 30 N/mm bis 100 N/mm gegeneinander gehalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mehrere Walzenpaarungen (28/16, 17.1/17.2) vorgesehen sind, durch welche das Faserkabel (1) in mehreren Positionen hintereinander innerhalb des Streckwalzenwerkes (5) gequetscht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Andrückwalzen vorgesehen sind, die jeweils einer der Streckwalzen des zweiten Streckwerkes zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stahlwalzen (17.1, 17.2) eine gehärtete Oberfläche mit einer apfelsinenförmigen Oberflächenstruktur aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil der Streckwalzen (16) des zweiten Streckwalzenwerkes (5) beheizbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fixiereinrichtung (9) durch eine Mehrzahl beheizter Kalanderwalzen (22) gebildet ist.