WO2016110537A1 - Verfahren und vorrichtung zum verstrecken einer vielzahl von schmelzgesponnenen fasersträngen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verstrecken einer vielzahl von schmelzgesponnenen fasersträngen Download PDF

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WO2016110537A1
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fiber
draw
fiber strands
fiber cable
control device
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PCT/EP2016/050206
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Wilhelm-Martin Callsen-Bracker
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Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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    • D01D5/16—Stretch-spinning methods using rollers, or like mechanical devices, e.g. snubbing pins
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    • D01D10/02—Heat treatment
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    • D01D5/26—Formation of staple fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/22—Stretching or tensioning, shrinking or relaxing, e.g. by use of overfeed and underfeed apparatus, or preventing stretch
    • D02J1/224—Selection or control of the temperature during stretching

Definitions

  • the invention relates to a method for drawing a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable according to the preamble of claim 1 and an apparatus for drawing a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable according to the preamble of claim 10.
  • the physical properties are determined essentially by stretching the fibers.
  • the fiber strands are led together as a fiber cable band-shaped stretching rollers.
  • the fiber strands are stretched and stretched. This process is essentially determined by the set differential speed of the draw rolls and the thermal state of the fibers.
  • a measure of the uniformity of the stretching represents the position of the so-called draw point (neck point), which defines the beginning of the flow zone in the fiber.
  • the fibers of the fiber cable are preferably by a ther- mixed treatment brought to a stretching temperature optimized for the stretching process.
  • WO 2004/007817 discloses a method and a device for drawing a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable, in which a device for steam treatment is arranged within a draw zone. By adjusting the steam conditions, a temperature control of the fiber strands and the triggering of a draw point are possible.
  • Another object of the invention is to perform the stretching of the fiber cable as energy efficient.
  • the invention is based on the finding that in a fiber cable, the flow or stretching of the fiber strands leads to the release of heat energy, which is directly detectable as heating of the fibers.
  • the thermal state of the fibers within the draw zone provides information as to whether a draw point has formed on the fibers.
  • a surface temperature is measured at the fiber strands of the fiber cable within the draw zone. Depending on the actual value of the surface temperature then the setting of the process parameter can be adjusted.
  • the draw zone In order to detect the thermal state of the fiber strands of the fiber cable within the draw zone, the draw zone is associated with a measuring device for measuring a surface temperature at the fiber strands.
  • the measuring device is directly coupled to the control device, so that depending on the thermal state of the fiber cable within the draw zone, a direct intervention in the drawing process becomes possible.
  • the development of the invention is preferably used, in which the actual value of the surface temperature of the fiber strands is compared with a predetermined target value of the surface temperature of the fiber strands and in which the setting of the process parameter in Depending on a difference value formed from the actual value and the target value is changed.
  • thermal treatments of the fiber strands can be adapted to the stretching process and the fiber properties such as fiber titer and total titer of the fiber tow. Since the parallel juxtaposed fiber strands in the fiber cable form a sufficient energy potential, the surface temperature at the fiber strands is measured without contact by a detection of infrared rays according to an advantageous embodiment of the invention. The process for hiding the fiber strands remains undisturbed.
  • the infrared rays of the fiber strands are preferably detected flat on the fiber cable in order to be able to detect as far as possible pronounced flow zones within the fiber strands.
  • different measures can be carried out to regulate the position of the draw point.
  • the process variant in which the process parameter acts on a tempering agent which tempers the fiber strands inside or outside the draw zone is preferred. By heating or cooling the fiber strands, the onset of the flow zone within the fiber strands can be accelerated or decelerated, so that a shift of the draw point begins.
  • the process parameter acts on at least one roller drive of one of the draw rolls, by means of which the differential speed between the draw rolls is changed.
  • the draw ratio can be increased or reduced. which also has a direct influence on the position of the draw point.
  • the process parameter acts on a conditioning agent which generates a degree of moisture of the fiber cable. It is thus known that the degree of dryness of the fiber strands within the fiber cable has a significant influence on the energy input, in particular during heating. Thus, by reducing the water content with the same energy input, the heating of the fibers can be improved.
  • the process variant in which the process parameter acts on a spinning device, by means of which the fibers of the fiber cable are produced can be used advantageously.
  • the cooling of the fibers by a blowing stream or the wetting of the fibers with a spin finish are preferably used to influence the properties of the fibers for stretching.
  • the device according to the invention is characterized in that it can also be integrated into existing systems without additional conversion measures.
  • the measuring device in which the measuring device at a distance from the fiber strands arranged infrared detector means, the sensors are aligned with one or more measuring zones on the fiber cable, is particularly suitable to control the position of the draw point on the fiber strands within a draw zone.
  • the infrared detector device is preferably designed as a thermal imaging camera.
  • a tempering means is provided with a temperature control device for tempering the fiber strands of the fiber tow, the temperature control device being connected to the control device and / or directly to the measuring device. In this way, the control commands induced by the measuring device can be fed directly to the temperature control device for the purpose of changing a process parameter.
  • a conditioning means with a control unit for moisture regulation of the fiber strands of the fiber cable is provided, wherein the control device is connected to the control device and / or the measuring device.
  • the degree of dryness on the fiber cable can be influenced.
  • the conditioning agent is preferably carried out by a squeegee roller with a pressure device, wherein the squeegee roller with the discharge roller of the drafting system a nip to guide the fiber cable forms.
  • the moisture content of the fiber cable is adjustable at the inlet of the draw zone.
  • suitable conditioners are also dryers, which leads to the reduction of the liquid content in the fiber cable.
  • the device according to the invention is fundamentally suitable for being integrated in a melt spinning process or in a fiber line.
  • one of the draw rolls is formed by a discharge roll of a drafting system, wherein the drafting arrangement has a plurality of driven rolls.
  • the other drafting roller is preferably formed by an inlet roller of a downstream drafting system, wherein the drafting device has a plurality of driven rollers.
  • the drafting systems are preferably arranged to form a fiber strand with a high degree of wrap, so that the stretching forces required for drawing the fiber cable can be set between the two drafting systems.
  • the rollers of the drafting systems can be driven individually or jointly, wherein between the rollers of the drafting the draw zone is formed.
  • the rolls can also be used in pairs as duo-rolls in order to achieve multiple wrapping and thus longer contact times at e.g. To obtain tempered Walzenmänteln the rolls.
  • the device s variant is preferably used, in which a blowing agent for cooling the fresh extruded fibers and / or a wetting agent for the preparation of the fibers of a spinning device is connected to a spinning control device, which is directly networked with the measuring device or with the control device.
  • a blowing agent for cooling the fresh extruded fibers and / or a wetting agent for the preparation of the fibers of a spinning device is connected to a spinning control device, which is directly networked with the measuring device or with the control device.
  • the parameters within the spinning device can already be used to obtain a uniform fiber stretching.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of the device according to the invention for stretching a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable
  • Fig. 2 shows schematically a further embodiment of the device according to the invention for stretching a plurality of melt-spun fiber strands of the fiber cable
  • Fig. 3 shows schematically a plan view of a fiber cable
  • Fig. 4 shows schematically a plan view of a fiber cable within the draw zone
  • Fig. 5 shows schematically a further embodiment of the device according to the invention for stretching a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable
  • Fig. 6 shows schematically another embodiment of the device according to the invention for stretching a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable
  • 1 shows schematically a first embodiment of the device for stretching a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable.
  • the embodiment has only the essential for explaining the invention device steep.
  • a first draw roll 1 is shown, which is coupled to a roll drive 2.
  • the roller drive 2 is controllable via a drive control unit 7.1 such that the draw roller 1 can be driven with a selectable peripheral speed.
  • the first draw roll 1 is assigned a second draw roll 5 at a distance.
  • the draw rolls 1 and 5 include a draw zone 4 in which a fiber tow 3 is drawn.
  • the draw roller 5 is driven by a roller drive 6, which is coupled to the drive control unit 7.2.
  • the drive controller 7.2 is connected to a control device 8, which is also coupled to the drive control unit 7.1 of the roller drive 2 of the first draw roller 1.
  • the draw rolls 1 and 5 can each be set to a differential speed for hiding the fiber strands of the fiber tow 3.
  • the fiber cable 3 wraps around the draw rolls 1 and 5 with a wrap angle in the range of 100 ° to 270 °.
  • the draw roll 1 is assigned a tempering means 12, which is connected to the control device 8 via a temperature control device 13.
  • the tempering means 12 is formed in this embodiment as a radiant heater, which is held at a distance from the circumference of the draw roll 1 and by a heat mestrahlung the fiber strands of the fiber cable 3 on the circumference of the draw roll 1 tempering.
  • a measuring device 9 for detecting a surface temperature of the fiber strands of the fiber cable 3 is arranged at a distance from the fiber cable 3 and connected to the control device 8.
  • the measuring device 9 has an infrared detector device 10, whose sensors (not shown here) are aligned with one or more measuring zones on the fiber cable 3.
  • the infrared detector device 10 could for example comprise a thermal imaging camera 11 which detects the infrared rays emitted by the fiber cable 3.
  • a surface temperature of the fiber strands within a measuring zone can be detected.
  • Fig. 3 is an example of a plan view of the fiber cable 3 within the draw zone 4 is shown.
  • the fiber cable 3 is formed by a plurality of fine fiber strands 15, which are arranged side by side in close proximity to each other and form the band-shaped fiber cable 3.
  • several tens of thousands of fiber strands 15 up to one hundred thousand fiber strands 15 may be merged into a fiber tow.
  • the fiber strands 15 are usually crimped after hiding and cut into staple fibers.
  • the staple fiber processes are differentiated in the so-called single-stage processes and in the two-stage processes. In a one-shot process, the fibers are withdrawn directly from the spinners, drawn and further processed until the fiber strands are cut.
  • melt-spun fibers are temporarily stored.
  • the intermediate fibers of the cans are then stretched in a second process on a fiber strand, crimped and cut into fibers.
  • the invention is independent of whether the stretching takes place in a single-stage process or in a downstream fiber-strand process.
  • a linear measuring zone 14 is shown schematically by dotted lines.
  • the linear measuring zone 14 extends transversely to the fiber cable 3 and extends in this case over the entire width of the fiber cable 3, so that all fiber strands 15 guided within the fiber cable are detected.
  • the infrared rays generated by the fiber strands 15 within the measuring zone 14 are detected by the infrared detector device 10 and generated at a surface temperature. Depending on the actual value of the surface temperature, it is now possible to generate logic operations and possibly control commands for regulating the drafting of the fiber strands 15.
  • the so-called draw point (neck point) is formed, which indicates the beginning of the flow process and thus the beginning of the molecular change in the polymer material.
  • neck point In an arrangement of a plurality of fiber strands of the draw point is of course not punctiform but formed in a draw region. Nevertheless, the term stretch point was retained for illustration and explanation.
  • this material change energy is released, which leads to the heating of the fiber strands 15.
  • the position of the draw point can be defined and monitored. Taking into account a linear measuring zone and a determined actual value of the surface temperatures, the following logical operations can be carried out in the measuring device 9.
  • the previously empirically determined surface temperature of the draw point is stored as the setpoint temperature within the measuring device 9.
  • a comparison between the actual value of the surface temperature of the fiber strands with the predetermined target value of the surface temperature of the fiber strands thus provides information about whether the draw point is in the range of the measuring zone.
  • this is used to change a process parameter.
  • a control signal for changing the setting of the respective process parameter is generated within the control device 8.
  • the draw point can propagate within the draw zone 4 both in the direction of the draw roll 5, ie in the direction of fiber travel or in the direction of the draw roll 1, ie counter to the direction of fiber travel.
  • the adjustment of the process parameter which determines the peripheral speeds of the draw rolls 1 and 5 can thus increase or decrease the draw ratio in the draw zone.
  • the inlet temperature of the fiber cable 3 in the draw zone by changing the heating power of the Temper michsstoffs 12 can be increased or decreased.
  • the infrared detector device 10 can also be formed in such a way that the sensors are aligned with several measurement zones and thus several surface temperatures can be detected. In FIG.
  • measuring zones 14.1, 14.2 and 14.3 of flat design on the fiber cable 3 are shown schematically.
  • the measuring zones 14.1, 14.2 and 14.3 lie one behind the other in the running direction of the fiber cable 3, so that within the draw zone 4 a larger measuring range can be detected.
  • an actual value of the surface temperature of the fiber strands is determined.
  • the middle measuring zone 14.2 is set to the desired position of the drawing point.
  • the setting of the process parameter is changed such that, for example, the draw ratio is increased or the fiber temperature of the fiber strands is lowered.
  • the draw point shifts into the measuring zone 14.2.
  • the setting of the process parameter is changed in the control device 8 such that, for example, the draw ratio is increased or the fiber temperature of the fiber strands is lowered.
  • the change in the setting of the process parameter leads to a shift of the draw point into the original region of the measuring zone 14.2.
  • the stretching of the fiber strands 15 of the fiber tow 3 can be performed with high uniformity.
  • high-strength fibers which require a relatively high draw ratio can be produced.
  • the circumferential speeds of the draw rolls 1 and 5 and thus the draw ratio and the temperature control of the fibers by the temperature control means 12 were changeable as process parameters in order to obtain optimized draw ratios.
  • FIG. 2 an embodiment of a device for drawing a plurality of melt-spun fiber strands of a fiber cable is shown schematically.
  • the exemplary embodiment in FIG. 2 has two drafting devices 16 and 17.
  • Each of the drafting units has a plurality of driven rollers 16.1 to 16.3 and 17.2 to 17.4.
  • the last roller of the first drafting system 16 is referred to here as a drainage roller and identified by the reference numeral 16.4.
  • the discharge roller 16.4 is associated with a squeeze roller 19, so that between the discharge roller 16.4 and the squeeze roller 19 a nip 21 is formed, in which the fiber strands of the fiber cable 3 are guided.
  • a pressure device 20 which acts on the squeegee roller 19, the nip 21 can be adjusted in its thickness.
  • the squeegee roller 19 and the pressure device 20 form a conditioning agent 18 to influence the degree of dryness of the fiber cable 3.
  • the conditioning means 18 is connected directly to a control device 8.
  • the draw zone 4 is delimited by a first roll of the second drafting device 17, which is designated here as an infeed roll and is identified by the marking 17.1. The draw zone 4 thus forms between the drain roll 16.4 and the inlet roll 17.1.
  • the rollers 16.1 to 16.4 of the first drafting system 16 are preferably each formed with individual drives (not shown here), which are controllable via the drive control unit 7.1.
  • the drive control devices 7.1 and 7.2 are connected to the control device 8.
  • a measuring device 9 is arranged at a distance from the fiber cable 3.
  • the measuring device 9 is identical to the aforementioned embodiment of FIG. 1, so that no further explanation takes place at this point and reference is made to the above description.
  • a tempering means 12 between the rollers 16.2 and 16.3 of the first drafting system 16 is arranged.
  • the tempering means 12 is formed by a damping channel 22, to which a hot steam is supplied via a valve 23.
  • the valve 23 is controllable by a valve control device 24, wherein the valve control device 24 is connected to the control device 8.
  • the monitoring of the draw point is carried out in the embodiment of FIG. 2 by the measuring device 9, for example, by a Thermal imager 11 is formed.
  • the detection and evaluation of the surface temperature of the fiber strands of the fiber cable 3 is carried out according to the previous embodiment.
  • a number of process parameters are now available whose setting can be changed via the control device 8.
  • the drive control units 7.1 and 7.2 can be the peripheral speeds of the rollers 16.1 to 16.4 of the first drafting system 16 and / or the peripheral speeds of the rollers 17.1 to 17.4 of the second drafting 17 change.
  • the tempering of the fiber cable 3 in the damping channel 22 can be influenced.
  • the amount of hot steam supplied via the valve 23 can be changed via the valve control unit 24, so that the respective setting of the process parameter determines the temperature control of the fiber cable.
  • the roller gap 21 formed between the drainage roller 16.4 and the squeegee roller 19 can be changed by the pressure device 20.
  • the pressure device 20 is associated with a pressure control device 25 which is connected to the control device 8.
  • the contact pressure for dewatering the fiber cable 3 can be increased or decreased. This makes it possible to influence the degree of dryness of the fiber cable 3 immediately before entry into the draw zone 4.
  • the exemplary embodiments of the device according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 are particularly suitable for influencing a plurality of process parameters in parallel as a function of the signals of the measuring device via a central control device.
  • a central control device For example, in the device shown in FIG. 1, both the circumferential speed of the draw rolls and the temperature control of the fiber strands can be changed in coordination with one another.
  • the measuring device for detecting the surface temperature of the fiber cable is directly connected to a control device of a treatment device in order to obtain a desired process change as a function of the measurement evaluation.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the device according to the invention for drawing a fiber cable for this purpose.
  • the exemplary embodiment has two juxtaposed drafting units 16 and 17 which comprise a plurality of driven rollers 16.1 to 16.4 and 17.1 to 17.6.
  • the rollers 16.1 to 16.4 of the first drafting system form two duo rolls 27.1 and 27.2, which are wrapped around the circumference of a fiber strand 3 multiple times.
  • the rollers 17.1 to 17.6 are also arranged to a plurality of duo rolls 27.3, 27.4 and 27.5 to guide the fiber cable 3 with multiple wrapping.
  • the duo rolls 27.1 to 27.5 can be operated by a group drive or a single drive.
  • the duos 27.2 and 27.3 are operated at a differential speed.
  • a measuring device 9 is arranged to detect a surface temperature at the surface of the fiber tow.
  • the measuring device 9 is identical to the aforementioned embodiment of FIGS. 1 and 2, so that at this point reference is made to the above description and no further explanation.
  • a reflector 28 is arranged on a side opposite the measuring device 9 side of the fiber cable. The reflector 28 is aligned parallel to the fiber cable 3 and extends substantially over the entire length of the draw zone.
  • the reflector 28 forms at least one further measuring zone, which is detected by the measuring device 9.
  • the temperature control means 12 are formed by cooled roller jackets 12 in this embodiment.
  • the roller shells 12 of the rollers 16.1 to 16.4 are preferably cooled by means of a cooling fluid.
  • the supply of the cooling fluid and thus the surface temperature of the roller shells of the rollers 16.1 to 16.4 are controlled by a temperature control unit 13.
  • the temperature control device 13 is coupled directly to the measuring device 9.
  • 9 direct control commands to change the thermal treatment of the fiber cable to the rollers 16.1 to 16.4 can be performed on the measuring device. Short and fast control can be achieved in order to stabilize the stretching of the fibers in the draw zone between the draw frames 16 and 17.
  • the exemplary embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 5 is particularly suitable for a single-stage process in which the fibers are fed directly from a spinning device.
  • single stage processes allow further regulation for adjusting the stretching parameters which result directly from the spinning device.
  • FIG. 6 An embodiment of the device according to the invention for drawing a fiber cable is shown schematically in FIG.
  • the embodiment according to FIG. 6 is essentially identical to the exemplary embodiment according to FIG. 5, so that only the differences are explained at this point and otherwise reference is made to the aforementioned description.
  • the drafting units 16 and 17 are preceded by a spinning device 26.
  • the spinning device 26 has at least one spinneret 30, a blowing agent 31 and a wetting agent 32.
  • the blowing means 31 is formed by a arranged below the spinneret 30 Blaskerze 31.2, which is connected to a fan 31.1. Via the blower 31.1, a cooling air of the blow candle 31.2 is supplied, which generates a continuous cooling air flow for cooling the freshly extruded from the spinneret 30 fibers via a gas-permeable candle shell.
  • the formation of the blowing agent 31 is exemplary.
  • the blowing agent 31 could also be formed by a blow chamber with a cooling cylinder.
  • the wetting agent 32 is arranged in the form of a preparation ring 32.2 and a metering pump 32.1.
  • the preparation ring 32.2 is contacted by the fiber strands guided in an annular arrangement and wets the fibers with a spin finish.
  • the blower 31.1 and the metering pump 32.1 are designed to be controllable and coupled to a spinning control device 29.
  • the fiber strands are removed from the drafting system 16, wherein after bundling the fiber cable is deflected below the spinning device 26 by a guide roller 33.
  • a measuring device 9 which detects the fiber cable continuously via an infrared detector device 10.
  • the measuring device 9 is identical to the aforementioned embodiments of FIGS. 1 and 2, so that reference is made to avoid repetition of the above description.
  • the measuring device 9 is coupled directly to the spinning control device.
  • the signals generated by the measuring device can be used to tune the cooling of the fibers and / or the wetting of the fibers to the drawing process.
  • the tempering of the fiber tow can be advantageously pre-set by the intensity of the cooling in the spinner or the degree of moisture in the fiber tow by the wetting of the fibers in the spinner.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for stretching melt-spun fiber strands of a fiber cable are characterized by a high degree of uniformity of stretching.
  • stable running conditions are ensured in a fiber line.
  • the production of high-strength fibers requires a high draw ratio, so that the secure control of the draw point results in the efficient production of high-quality fibers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eines Faserkabels. Das Faserkabel wird zumindest in einer Streckzone zwischen zwei Streckwalzen geführt und durch eine Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen verstreckt. Dabei bildet sich innerhalb der Streckzone ein Streckpunkt aus, der durch eine Einstellung von zumindest einem Prozessparameter bestimmt ist. Zur Überwachung und Lagekorrektur des Streckpunktes wird innerhalb der Streckzone an den Fasersträngen des Faserkabels eine Ober- flächentemperatur gemessen und in Abhängigkeit von einem Ist-Wert der Oberflächentemperatur die Einstellung des Prozessparameters angepasst. Hierzu ist der Streckzone eine Messeinrichtung zur Messung einer Oberflächentemperatur der Faserstränge zugeordnet und mit der Steuereinrichtung und/oder einem Steuergerät gekoppelt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eines Faserkabels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnen Fasersträngen eines Faserkabels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Bei der Herstellung von Stapelfasern ist es üblich, aus einer Polymerschmelze eine Vielzahl von feinen Fasersträngen zu extrudieren, abzukühlen und in mehreren Stufen gemeinsam zu behandeln. Hierbei werden insbesondere die physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise die Festig- keit der Fasern wesentlich durch eine Verstreckung der Fasern bestimmt. Zum Verstrecken werden die Faserstränge gemeinsam als ein Faserkabel bandförmig über Streckwalzen geführt. Innerhalb einer Streckzone, die durch zumindest zwei mit Differenzgeschwindigkeit betriebenen Streckwalzen begrenzt ist, werden die Faserstränge auf Zug beansprucht und ge- dehnt. Dieser Vorgang wird im Wesentlichen durch die eingestellte Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen sowie den thermischen Zustand der Fasern bestimmt. Ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verstreckung stellt dabei die Lage des sogenannten Streckpunktes (Neck-Point) dar, der den Beginn der Fließzone in der Faser definiert. Um bei einem Faserkabel, das aus einer Vielzahl von mehreren zehntausenden von Fasern gebildet ist, eine möglichst gleichmäßige Ausbildung der Streckpunkte in allen Fasern zu erhalten, werden die Fasern des Faserkabels bevorzugt durch eine ther- mische Behandlung auf eine für den Streckprozess optimierte Strecktemperatur gebracht.
So ist beispielsweise aus der WO 2004/007817 ein Verfahren und eine Vor- richtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eine Faserkabels bekannt, bei welcher innerhalb einer Streckzone eine Einrichtung zur Dampfbehandlung angeordnet ist. Durch Einstellung der Dampfkonditionen sind eine Temperierung der Faserstränge und das Auslösen eines Streckpunktes möglich.
Eine derartige thermische Streckpunktfixierung beim Verstrecken der Fasern lässt jedoch nur bestimmte Verstreckverhältnisse innerhalb der Streckzone zu. Zudem ist ein hoher Energieverbrauch erforderlich, um die thermische Behandlung des Faserkabels einzuhalten.
Im Stand der Technik sind jedoch auch andere Verfahren und Vorrichtung zum Verstrecken eines Faserkabels bekannt, so geht aus der JP56101910 eine Methode hervor, bei welchem die Temperierung der Faserstränge durch beheizte Streckwalzen erfolgt. Dabei wird versucht, die Lage des Streckpunktes an den Fasern innerhalb der Streckzone durch Einstellung der Umfangsgeschwindigkeiten der Streckwalzen zu beeinflussen. Derartige Streckpunktfixierungen sind jedoch völlig unzureichend und können zu einem sogenannten Wandern des Streckpunktes führen. Insbesondere eine Verlagerung des Streckpunktes innerhalb der Fasern auf eine Walzenober- fläche einer der Streckwalzen führt zu Filamentbrüchen, die in der Regel Wicklungen zur Folge haben. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eines Faserkabels sowie eine Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnen Fasersträngen eines Faserkabels der gattungsgemäßen Art derart weiterzu- bilden, dass Fasern mit hoher Festigkeit bei entsprechend hohen Verstreckverhältnissen sicher herstellbar sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, das Verstrecken des Faserkabels möglichst energieeffizient durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 2 gelöst. Für die Vorrichtung ist die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Faserkabel das Fließen bzw. Dehnen der Faserstränge zur Freisetzung einer Wärmeenergie führt, die unmittelbar als Erwärmung der Fasern detektierbar ist. Somit gibt der thermische Zustand der Fasern innerhalb der Streckzone Auskunft dar- über, ob sich ein Streckpunkt an den Fasern ausgebildet hat. So wird innerhalb der Streckzone an den Fasersträngen des Faserkabels eine Oberflä- chentemperatur gemessen. In Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Oberflä- chentemperatur lässt sich dann die Einstellung des Prozessparameters anpassen.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Oberflächentemperatu- ren der Faserstränge des Faserkabels in mehreren hintereinander liegenden Messzonen zu messen, so dass die Anpassung der Einstellung des Pro- zessparameters in Abhängigkeit von einem Vergleich der Ist-Werte der Oberflächentemperaturen erfolgt. Dabei lassen sich Lageänderungen des Streckpunktes im Faserkabel gezielt korrigieren.
Um den thermischen Zustand der Faserstränge des Faserkabels innerhalb der Streckzone zu detektieren, ist der Streckzone eine Messeinrichtung zur Messung einer Oberflächentemperatur an den Fasersträngen zugeordnet. Die Messeinrichtung ist unmittelbar mit der Steuereinrichtung gekoppelt, so dass in Abhängigkeit von dem thermischen Zustand des Faserkabels innerhalb der Streckzone ein direkter Eingriff in den Streckprozess möglich wird.
Um eine definierte Anpassung in der Einstellung des Prozessparameters zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt genutzt, bei welcher der Ist-Wert der Oberflächentemperatur der Faserstränge mit einem vorgegebenen Soll- Wert der Oberflächentemperatur der Faserstränge verglichen wird und bei welchem die Einstellung des Prozessparameters in Abhängigkeit von einem aus dem Ist-Wert und dem Soll- Wert gebildeten Differenzwert geändert wird. So können insbesondere thermische Behandlungen der Faserstränge auf den Streckprozess und die Fasereigenschaften wie beispielsweise Fasertiter und Gesamttiter des Faserkabels abgestimmt werden. Da die parallel nebeneinander geführten Faserstränge in dem Faserkabel ein ausreichendes Energiepotential bilden, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Oberflächentemperatur an den Fasersträngen durch eine Erfassung von Infrarotstrahlen berührungslos gemessen. Der Prozessablauf zum Verstecken der Faserstränge bleibt somit ungestört.
Die Infrarotstrahlen der Faserstränge werden bevorzugt flächig am Faserkabel detektiert, um möglichst auch ausgeprägte Fließzonen innerhalb der Faserstränge erfassen zu können. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Infrarotstrahlen der Faserstränge linear quer zum Faserkabel zu detek- tieren, um möglichst eine gesamte Breite des Faserkabels in die Messung der Oberflächentemperatur einbeziehen zu können. Um den Streckpunkt der Faser stränge in einem vordefinierten Abschnitt der Streckzone zu erhalten, lassen sich unterschiedliche Maßnahmen zur Regulierung der Lage des Streckpunktes ausführen. Bevorzugt ist die Verfahrensvariante, bei welcher der Prozessparameter auf ein Temperierungsmittel einwirkt, welches die Faserstränge innerhalb oder außerhalb der Streckzone temperiert. Durch Erwärmung oder Abkühlung der Faserstränge kann das Einsetzen der Fließzone innerhalb der Faserstränge beschleunigt oder verzögert werden, so dass eine Verlagerung des Streckpunktes einsetzt.
Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Prozesspa- rameter auf zumindest einen Walzenantrieb einer der Streckwalzen einwirkt, durch welches die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Streckwalzen geändert wird. So kann das Verstreckverhältnis erhöht oder redu- ziert werden, was ebenfalls unmittelbaren Einfluss auf die Lage des Streckpunktes hat.
Als weitere Maßnahme ist auch möglich, dass der Prozessparameter auf ein Konditioniermittel einwirkt, welches einen Grad an Feuchtigkeit des Faserkabels erzeugt. So ist bekannt, dass der Trocknungsgrad der Faserstränge innerhalb des Faserkabels insbesondere bei der Erwärmung einen maßgeblichen Einfluss auf den Energieeintrag hat. So lässt sich durch Verringerung des Wassergehaltes bei gleichem Energieeintrag die Erwärmung der Fasern verbessern.
Bei den sogenannten einstufigen Stapelfaserprozessen ist die Verfahrensvariante vorteilhaft einsetzbar, bei welcher der Prozessparameter auf eine Spinneinrichtung einwirkt, durch welche die Fasern des Faserkabel erzeugt werden. Hierbei werden bevorzugt die Abkühlung der Fasern durch einen Blasstrom oder die Benetzung der Fasern mit einem Präparationsmittel genutzt, um die Eigenschaften der Fasern zum VerStrecken zu beeinflussen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ohne zusätzliche Umbaumaßnahmen auch an bestehende Anlagen integrierbar ist. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Messvorrichtung in den Prozessablauf über eine zentrale Steuereinrichtung oder direkt über eine Verbindung mit einem Steuergerät einer Behandlungseinrichtung zu integrieren. So lassen sich die den Verstreckvorgang beeinflussenden Prozessparameter schnell und zielgerichtet ändern.
Insbesondere durch die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Messeinrichtung eine mit Abstand zu den Fasersträngen angeordnete Infrarotdetektoreinrichtung aufweist, deren Sensoren auf ein oder mehrere Messzonen am Faserkabel ausgerichtet sind, ist besonders geeignet, um innerhalb einer Streckzone die Lage des Streckpunktes an den Fasersträngen zu kontrollieren.
Die Infrarotdetektoreinrichtung wird vorzugsweise als eine Wärmebildkamera ausgebildet. Damit können die Infrarot- Strahlen eines oder mehrerer Messzonen gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden. Um neben der Umfangsgeschwindigkeit der Streckwalzen weitere Streckparameter ändern zu können, ist gemäß einer Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ein Temperierungsmittel mit einem Temperatursteuergerät zur Temperierung der Faserstränge des Faserkabels vorgesehen, wobei das Temperatursteuergerät mit der Steuereinrichtung und/oder direkt mit der Messvorrichtung verbunden ist. Damit lassen sich die durch die Messeinrichtung induzierten Steuerbefehle unmittelbar zur Änderung eines Prozessparameters dem Temperatursteuergerät zuführen.
Alternativ oder zusätzlich ist ein Konditionierungsmittel mit einem Steuer- gerät zur Feuchtigkeitsregulierung der Faser stränge des Faserkabels vorgesehen, wobei das Steuergerät mit der Steuereinrichtung und/oder der Messvorrichtung verbunden ist. Damit kann beispielsweise der Trocknungsgrad an dem Faserkabel beeinflusst werden. Es hat sich herausgestellt, dass das Konditionierungsmittel bevorzugt durch eine Abquetschwalze mit einer Druckeinrichtung ausgeführt ist, wobei die Abquetschwalze mit der Ablaufwalze des Streckwerkes einen Walzenspalt zur Führung des Faserkabels bildet. Damit ist am Einlauf der Streckzone der Feuchtegrad des Faserkabels einstellbar.
Als Konditionierungsmittel sind jedoch auch Trockner geeignet, die zum Abbau des Flüssigkeitsanteils in dem Faserkabel führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist grundsätzlich geeignet, um in einem Schmelzspinnprozess oder in einer Faserstraße integriert zu werden. Insbesondere zum VerStrecken eines Faserkabels in einer Faserstraße ist die Wei- terbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher eine der Streckwalzen durch eine Ablaufwalze eines Streckwerkes gebildet ist, wobei das Streckwerk mehrere angetriebene Walzen aufweist. Damit können höhere Streckkräfte an dem Faserkabel erzeugt werden. Die andere Streckwalze ist dabei vorzugsweise durch eine Einlaufwalze eines nachgeordneten Streckwerkes gebildet, wobei das Streckwerk mehrere angetriebene Walzen aufweist. Die Streckwerke sind bevorzugt zu einem Faserlauf mit hohem Umschlingungsgrad angeordnet, so dass zwischen den beiden Streckwerken die für die Verstreckung des Faserkabels erforderli- chen Streckkräfte einstellbar sind. Die Walzen der Streckwerke können einzeln oder gemeinsam angetrieben werden, wobei zwischen den Walzen der Streckwerke die Streckzone ausgebildet ist. Zudem lassen sich die Walzen auch paarweise als Duowalzen nutzen, um eine mehrfache Umschlingung und damit längere Kontaktzeiten an z.B. temperierten Walzenmänteln der Walzen zu erhalten.
Bei sogenannten einstufigen Stapelfaserprozesse ist die Vorrichtung s Variante bevorzugt eingesetzt, bei welcher ein Blasmittel zur Abkühlung der frisch extrudierten Fasern und/oder ein Benetzungsmittel zur Präparation der Fasern einer Spinneinrichtung mit einem Spinnsteuergerät verbunden ist, das direkt mit der Messeinrichtung oder mit der Steuereinrichtung vernetzt ist. Damit können die Parameter innerhalb der Spinneinrichtung bereits genutzt werden, um eine gleichmäßige Faserverstreckung zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eines Faserkabels
Fig. 2 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnene Fasersträngen des Faserkabels
Fig. 3 schematisch eine Draufsicht eines Faserkabels
Fig. 4 schematisch eine Draufsicht eines Faserkabels innerhalb der Streckzone
Fig. 5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnene Fasersträngen eines Faserkabels
Fig. 6 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnene Fasersträngen eines Faserkabels In der Fig. 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnene Fasersträngen eines Faserkabels dargestellt. Das Ausführungsbeispiel weist dabei nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Vorrichtung steile auf. Hierzu ist eine erste Streckwalze 1 gezeigt, die mit einem Walzenantrieb 2 gekoppelt ist. Der Walzenantrieb 2 ist über ein Antriebs Steuergerät 7.1 derart steuerbar, dass die Streckwalze 1 mit einer wählbaren Umfangsgeschwindigkeit antreibbar ist.
Der ersten Streckwalze 1 ist in einem Abstand eine zweite Streckwalze 5 zugeordnet. Die Streckwalzen 1 und 5 schließen eine Streckzone 4 ein, in welcher ein Faserkabel 3 verstreckt wird. Die Streckwalze 5 ist durch einen Walzenantrieb 6 angetrieben, der mit dem Antriebs Steuergerät 7.2 gekop- pelt ist. Das Antriebs Steuergerät 7.2 ist mit einer Steuereinrichtung 8 verbunden, die ebenfalls mit dem Antriebs Steuergerät 7.1 des Walzenantriebes 2 der ersten Streckwalze 1 gekoppelt ist. Über die Steuereinrichtung 8 lässt sich den Streckwalzen 1 und 5 jeweils eine Differenzgeschwindigkeit zum Verstecken der Faserstränge des Faserkabels 3 einstellen. Das Faserkabel 3 umschlingt die Streckwalzen 1 und 5 mit einem Umschlingung swinkel im Bereich von 100° bis 270°.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Streckwalze 1 ein Temperierungsmittel 12 zugeordnet, das über ein Temperatursteuergerät 13 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Das Temperierungsmittel 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Heizstrahler ausgebildet, der im Abstand zum Umfang der Streckwalze 1 gehalten ist und durch eine Wär- mestrahlung die Faserstränge des Faserkabels 3 am Umfang der Streckwalze 1 temperieren.
Innerhalb der Streckzone 4 ist mit Abstand zu dem Faserkabel 3 eine Mess- einrichtung 9 zur Erfassung einer Oberflächentemperatur der Faserstränge des Faserkabels 3 angeordnet und mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Messeinrichtung 9 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Infrarotdetektoreinrichtung 10 auf, deren hier nicht näher dargestellten Sensoren auf ein oder mehrere Messzonen am Faserkabel 3 ausgerichtet sind. Die Infrarotdetektoreinrichtung 10 könnte beispielsweise eine Wärmebildkamera 11 aufweisen, die die von dem Faserkabel 3 abgegebenen Infrarotstrahlen erfasst. In Abhängigkeit von der Ausbildung der Infrarotdetektoreinrichtung 10 lässt sich eine Oberflächentemperatur der Faser stränge innerhalb einer Messzone erfassen.
In Fig. 3 ist beispielhaft eine Draufsicht des Faserkabels 3 innerhalb der Streckzone 4 dargestellt. Das Faserkabel 3 wird durch eine Vielzahl von feinen Fasersträngen 15 gebildet, die parallel nebeneinander dicht an dicht angeordnet sind und das bandförmige Faserkabel 3 bilden. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Prozess können mehrere zehntausend Faserstränge 15 bis hin zu einhunderttausend Fasersträngen 15 zu einem Faserkabel oder Tow zusammengeführt werden. So werden die Faserstränge 15 nach dem Verstecken üblicherweise gekräuselt und zu Stapelfasern geschnitten. Die Stapelfaserprozesse unterscheidet man dabei in den sogenannten Einstufen- prozessen und in den Zweistufenprozessen. Bei einem Einstufenprozess werden die Fasern unmittelbar aus den Spinneinrichtungen abgezogen, verstreckt und weiter behandelt bis zum Schneiden der Faserstränge. Bei einem Zweistufenprozess werden die schmelzgesponnenen Fasern in Kan- nen zwischengelagert. Die zwischengelagerten Fasern der Kannen werden anschließend in einem zweiten Prozess an einer Faserstraße verstreckt, gekräuselt und zu Fasern geschnitten. Die Erfindung ist unabhängig davon, ob die Verstreckung in einem Einstufenprozess oder in einem nachgeordneten Faserstraßenprozess erfolgt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ansicht des Faserkabels 3 ist eine lineare Messzone 14 schematisch durch strichpunktierte Linien dargestellt. Die lineare Messzone 14 verläuft quer zum Faserkabel 3 und erstreckt sich in diesem Fall über die gesamte Breite des Faserkabels 3, so dass alle innerhalb des Faserkabels geführten Faserstränge 15 erfasst werden. Die innerhalb der Messzone 14 von den Fasersträngen 15 erzeugten Infrarotstrahlen werden durch die Infrarotdetektoreinrichtung 10 erfasst und zu einer Ober- flächentemperatur generiert. In Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Ober- flächentemperatur lassen sich nun logische Verknüpfungen und ggf. Steuerbefehle zur Regulierung der Verstreckung der Faser stränge 15 erzeugen.
Beim Verstecken der Faserstränge bildet sich der sogenannte Streckpunkt (Neck-Point) aus, der den Beginn des Fließvorganges und damit den Beginn der molekularen Veränderung im Polymermaterial anzeigt. Bei einer Anordnung von einer Vielzahl von Fasersträngen ist der Streckpunkt natürlich nicht punktförmig sondern in einem Streckbereich ausgebildet. Trotzdem wurde zur Veranschaulichung und Erläuterung die Bezeichnung Streckpunkt beibehalten. Bei dieser Materialveränderung wird Energie frei, die zur Erwärmung der Faserstränge 15 führt. Insoweit lässt sich anhand der Oberflächentemperatur der Faserstränge die Lage des Streckpunktes definieren und überwachen. Unter Berücksichtigung einer linearen Messzone und eines ermittelten Ist- Wertes der Oberflächentemperaturen lassen sich folgende logische Verknüpfungen in der Messeinrichtung 9 ausführen. Hierbei wird die zuvor empirisch ermittelte Oberflächentemperatur des Streckpunktes als Soll- Temperatur innerhalb der Messeinrichtung 9 hinterlegt. Ein Vergleich zwischen dem Ist-Wert der Oberflächentemperatur der Faserstränge mit dem vorgegebenen Soll- Wert der Oberflächentemperatur der Faser stränge ergibt somit eine Information darüber, ob der Streckpunkt im Bereich der Messzone liegt. Für den Fall, dass eine unzulässige Differenz zwischen dem Soll- Wert der Oberflächentemperatur und dem Ist-Wert der Oberflächentemperatur festgestellt wird, wird dieser zur Änderung eines Prozessparameters genutzt. Insoweit wird innerhalb der Steuereinrichtung 8 ein Steuersignal zur Änderung der Einstellung des jeweiligen Prozessparameters erzeugt. Als Prozessparameter können gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 jeweils die Umfangsgeschwindigkeiten der Streckwalzen 1 und 5 und / oder die Heizleistung des Temperierungsmittels 12 verändert werden.
Grundsätzlich kann der Streckpunkt sich innerhalb der Streckzone 4 sowohl in Richtung der Streckwalze 5, also in Faserlaufrichtung oder in Richtung der Streckwalze 1, also entgegen der Faserlaufrichtung fortpflanzen. Zur Regulierung lässt sich somit die Einstellung des Prozessparameters, welcher die Umfangsgeschwindigkeiten der Streckwalzen 1 und 5 bestimmt, das Verstreckverhältnis in der Streckzone erhöhen oder absenken. Alternativ kann die Einlauftemperatur des Faserkabels 3 in die Streckzone durch Ver- änderung der Heizleistung des Temperierungsmittels 12 erhöht oder abgesenkt werden. Um möglichst eine schnelle und präzise Regelung und Einstellung des Streckpunktes innerhalb der Streckzone 4 zu erhalten, lässt sich die Infrarotdetektoreinrichtung 10 auch in der Art ausbilden, dass die Sensoren auf mehrere Messzonen ausgerichtet sind und somit mehrere Oberflächentem- peraturen erfasst werden können. In der Fig. 4 sind beispielhaft drei flächig ausgebildete Messzonen 14.1, 14.2 und 14.3 an dem Faserkabel 3 schematisch gezeigt. Die Messzonen 14.1, 14.2 und 14.3 liegen in Laufrichtung des Faserkabels 3 hintereinander, so dass innerhalb der Streckzone 4 ein größerer Messbereich erfassbar ist. In jeder der Messzonen 14.1, 14.2 und 14.3 wird ein Ist-Wert der Oberflächentemperatur der Faserstränge ermittelt. Durch Vergleich der Ist-Werte der Oberflächentemperatur der verschiedenen Messzonen lässt sich bereits eine Lageabweichung des Streckpunktes an den Fasersträngen 15 feststellen. Die mittlere Messzone 14.2 ist dabei auf die gewünschte Lage des Streckpunktes festgelegt. Für den Fall, dass der Ist-Wert der Oberflächentemperatur in der vorgelagerten Mess-Zone 14.1 höher ist als den übrigen Messzonen 14.2 und 14.3 wird die Einstellung des Prozessparameters dahingehend geändert, dass beispielsweise das Streckverhältnis erhöht oder die Fasertemperatur der Faserstränge abgesenkt wird. Damit verlagert sich der Streckpunkt in die Messzone 14.2.
Für den Fall, dass der Ist-Wert der Oberflächentemperatur in der Messzone 14.3 den Höchstwert anzeigt, wird in der Steuereinrichtung 8 die Einstellung des Prozessparameters dahingehend verändert, dass beispielsweise das Verstreckverhältnis erhöht wird oder die Fasertemperatur der Faserstränge gesenkt wird. In beiden Fällen führt die Änderung der Einstellung des Pro- zessparameters zu einer Verlagerung des Streckpunktes in den ursprünglichen Bereich der Messzone 14.2. Somit lässt sich die Verstreckung der Faserstränge 15 des Faserkabels 3 mit hoher Gleichmäßigkeit ausführen. Da- mit lassen sich insbesondere hochfeste Fasern, die ein relativ hohes Verstreckverhältnis erfordern, erzeugen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel waren als Prozesspa- rameter die Umfangsgeschwindigkeiten der Streckwalzen 1 und 5 und damit das Streckverhältnis sowie die Temperierung der Fasern durch das Temperierungsmittel 12 änderbar, um optimierte Verstreckverhältnisse zu erhalten. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Konditionierung der Faserstränge zu beeinflussen. So ist es bekannt, dass zur Füh- rung der Faser stränge das Faserkabel im hohen Maße benetzt wird. Die Benetzung erfolgt mit einem wasserhaltigen Präparationsmittel, das die Temperierung maßgeblich beeinflusst.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen eines Faserkabels schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 weist zwei Streckwerke 16 und 17 auf. Jedes der Streckwerke weist mehrere angetriebene Walzen 16.1 bis 16.3 und 17.2 bis 17.4 auf. Die letzte Walze des ersten Streckwerkes 16 ist hier als Ablaufwalze bezeichnet und mit dem Be- zugszeichen 16.4 gekennzeichnet. Der Ablaufwalze 16.4 ist eine Abquetschwalze 19 zugeordnet, so dass zwischen der Ablaufwalze 16.4 und der Abquetschwalze 19 sich ein Walzenspalt 21 bildet, in welchem die Faserstränge des Faserkabels 3 geführt. Durch eine Druckeinrichtung 20, die auf die Abquetschwalze 19 einwirkt, lässt sich der Walzenspalt 21 in seiner Dicke einstellen. Die Abquetschwalze 19 und die Druckeinrichtung 20 bilden ein Konditionierungsmittel 18, um den Trocknungsgrad des Faserkabels 3 zu beeinflussen. Über ein Steuergerät 25 ist das Konditionierungsmittel 18 direkt mit einer Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Streckzone 4 wird durch eine erste Walze des zweiten Streckwerkes 17 begrenzt, die hier als Einlaufwalze bezeichnet ist und mit dem Kennzeichen 17.1 gekennzeichnet ist. Die Streckzone 4 bildet sich somit zwischen der Ablaufwalze 16.4 und der Einlaufwalze 17.1 aus.
Die Walzen 16.1 bis 16.4 des ersten Streckwerkes 16 sind bevorzugt jeweils mit Einzelantrieben (hier nicht dargestellt) ausgebildet, die über das Antriebs Steuergerät 7.1 steuerbar sind. Den hier nicht dargestellten Antrieben der Walzen 17.1 bis 17.4 des zweiten Streckwerkes 17 ist ein zweites Antriebs Steuergerät 7.2 zugeordnet. Die Antriebs Steuergeräte 7.1 und 7.2 sind mit der Steuereinrichtung 8 verbunden.
Zur Überwachung des Streckpunktes innerhalb der Streckzone 4 ist eine Messeinrichtung 9 in Abstand zu dem Faserkabel 3 angeordnet. Die Messeinrichtung 9 ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erfolgt und Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird. Zur Temperierung der Fasern des Faserkabels 3 ist ein Temperierungsmittel 12 zwischen den Walzen 16.2 und 16.3 des ersten Streckwerkes 16 angeordnet. Das Temperierungsmittel 12 ist durch einen Dämpfkanal 22 gebildet, dem über ein Ventil 23 ein Heißdampf zuführbar ist. Das Ventil 23 ist durch ein Ventilsteuergerät 24 steuerbar, wobei das Ventilsteuergerät 24 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden ist.
Die Überwachung des Streckpunktes erfolgt in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch die Messeinrichtung 9, die beispielsweise durch eine Wärmebildkamera 11 gebildet ist. Die Erfassung und Auswertung der Oberflächentemperatur der Faserstränge des Faserkabels 3 erfolgt gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel. Zur Korrektur einer Lageabweichung des Streckpunktes innerhalb der Streckzone 4 stehen nun mehrere Pro- zessparameter zur Verfügung, deren Einstellung über die Steuereinrichtung 8 änderbar ist. Durch die Antriebs Steuergeräte 7.1 und 7.2 lassen sich die Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen 16.1 bis 16.4 des ersten Streckwerkes 16 und / oder die Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen 17.1 bis 17.4 des zweiten Streckwerkes 17 ändern. Als weiteres Parameter ist die Tempe- rierung des Faserkabels 3 in dem Dämpfkanal 22 beeinflussbar. So lässt sich die über das Ventil 23 zugeführte Heißdampfmenge über das Ventilsteuergerät 24 ändern, so dass die jeweilige Einstellung des Prozessparameters die Temperierung des Faserkabels bestimmt. Als weitere Variante lässt sich der zwischen der Ablaufwalze 16.4 und der Abquetschwalze 19 gebil- dete Walzen spalt 21 durch die Druckeinrichtung 20 ändern. Der Druckeinrichtung 20 ist ein Drucksteuergerät 25 zugeordnet, das mit der Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Insoweit kann der Anpressdruck zur Entwässerung des Faserkabels 3 erhöht oder gesenkt werden. Damit lässt sich der Trocknungsgrad des Faserkabels 3 unmittelbar vor Einlauf in die Streckzo- ne 4 beeinflussen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insbesondere geeignet, um über eine zentrale Steuereinrichtung parallel mehrere Prozessparameter in Abhängigkeit von den Signalen der Messeinrichtung zu beeinflussen. So kann beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sowohl die Umfangsgeschwindigkeit der Streckwalzen als auch die Temperierung der Faserstränge in Abstimmung zueinander geändert werden. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Messvorrichtung zur Erfassung der Oberflä- chentemperatur des Faserkabels direkt mit einem Steuergerät einer Behandlung seinrichtung verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Messauswertung eine gewünschte Prozessänderung zu erhalten.
In Fig. 5 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstrecken eines Faserkabels dargestellt. Das Ausführungsbeispiel weist zwei nebeneinander angeordnete Streckwerke 16 und 17 auf, die mehrere angetriebene Walzen 16.1 bis 16.4 und 17.1 bis 17.6 umfassen. Die Walzen 16.1 bis 16.4 des ersten Streckwerkes bilden zwei Duowalzen 27.1 und 27.2, die am Umfang von einem Faserstrang 3 mehrfach umschlungen sind. Die Walzen 17.1 bis 17.6 sind ebenfalls zu mehreren Duowalzen 27.3, 27.4 und 27.5 angeordnet, um das Faserkabel 3 mit mehrfacher Umschlingung zu führen.
Die Antriebe der Walzen 16.1 bis 16.4 sowie die Antriebe der Walzen 17.1 bis 17.6 sind hier nicht näher dargestellt. So können die Duowalzen 27.1 bis 27.5 durch einen Gruppenantrieb oder einen Einzelantrieb betrieben werden. Um das Faserkabel 3 in einer zwischen den Streckwerken 16 und 17 gebildeten Streckzone zu verstrecken, werden die Duos 27.2 und 27.3 mit einer Differenzgeschwindigkeit betrieben.
Innerhalb der Streckzone ist eine Messvorrichtung 9 angeordnet, um eine Oberflächentemperatur an der Oberfläche des Faserkabels zu detektieren. Die Messeinrichtung 9 ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ausgebildet, so dass an dieser Stelle Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird und keine weitere Erläuterung erfolgt. Innerhalb der Streckzone ist auf einer zur Messeinrichtung 9 gegenüberliegenden Seite des Faserkabels ein Reflektor 28 angeordnet. Der Reflektor 28 ist parallel zum Faserkabel 3 ausgerichtet und erstreckt sich im wesentli- chen über die gesamte Länge der Streckzone. Hierbei bildet der Reflektor 28 zumindest eine weitere Messzone, die von der Messeinrichtung 9 detek- tiert wird. So besteht die Möglichkeit, die Oberflächentemperatur des Faserkabels 3 an einer Oberseite und an einer Unterseite zu erfassen. Zur thermischen Behandlung des Faserkabels sind den Walzen 16.1 bis 16.4 des Streckwerkes 16 einzelner Temperierungsmittel 12 zugeordnet. Die Temperierungsmittel 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch gekühlte Walzenmäntel 12 gebildet. Die Walzenmäntel 12 der Walzen 16.1 bis 16.4 werden dabei bevorzugt mittels eines Kühlfluids gekühlt. Die Zu- fuhr des Kühlfluids und damit die Oberflächentemperatur der Walzenmäntel der Walzen 16.1 bis 16.4 werden über ein Temperatursteuergerät 13 gesteuert. Das Temperatursteuergerät 13 ist direkt mit der Messeinrichtung 9 gekoppelt. Damit können über die Messeinrichtung 9 direkte Steuerungsbefehle zur Veränderung der thermischen Behandlung des Faserkabels an den Walzen 16.1 bis 16.4 ausgeführt werden. Es lassen sich kurze und schnelle Regelung s strecken realisieren, um die Verstreckung der Fasern in der Streckzone zwischen den Streckwerken 16 und 17 zu stabilisieren.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung ist insbesondere für einen Einstuf enprozess geeignet, bei welchem die Fasern unmittelbar aus einer Spinneinrichtung zugeführt werden. Derartige Einstufenprozesse ermöglichen jedoch weitere Regelung smöglichkei- ten zur Einstellung der Ver Streckungsparameter, die sich unmittelbar aus der Spinneinrichtung heraus ergeben.
In Fig. 6 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung zum Verstrecken eines Faserkabels schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist im wesentlichen identisch zu dem Aus- führungsbeispiel nach Fig. 5, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen wird.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind den Streckwerken 16 und 17 eine Spinneinrichtung 26 vorgeordnet. Die Spinneinrichtung 26 weist zumindest eine Spinndüse 30, ein Blasmittel 31 und ein Benetzungsmittel 32 auf. Das Blasmittel 31 ist durch eine unterhalb der Spinndüse 30 angeordnete Blaskerze 31.2 gebildet, die an einem Gebläse 31.1 angeschlossen ist. Über das Gebläse 31.1 wird eine Kühlluft der Blaskerze 31.2 zugeführt, die über einen gasdurchlässigen Kerzenmantel einen kontinuierlichen Kühlluftstrom zur Abkühlung der frisch aus der Spinndüse 30 extru- dierten Fasern erzeugt. Die Ausbildung des Blasmittels 31 ist beispielhaft. So könnte das Blasmittel 31 auch durch eine Blaskammer mit einem Kühlzylinder gebildet sein.
Unterhalb des Blasmittels 31 ist das Benetzungsmittel 32 in Form eines Präparationsringes 32.2 und einer Dosierpumpe 32.1 angeordnet. Der Prä- parationsring 32.2 wird von den in einer ringförmigen Anordnung geführten Fasersträngen kontaktiert und benetzt die Fasern mit einem Präparationsmittel. Das Gebläse 31.1 und die Dosierpumpe 32.1 sind steuerbar ausgeführt und mit einem Spinnsteuergerät 29 gekoppelt. Die Faserstränge werden von dem Streckwerk 16 abgezogen, wobei nach einer Bündelung das Faserkabel unterhalb der Spinneinrichtung 26 durch eine Umlenkwalze 33 umgelenkt wird.
Im Einlaufbereich der Streckzone zwischen den Streckwerken 16 und 17 ist eine Messeinrichtung 9 vorgesehen, die über eine Infrarotdetektoreinrichtung 10 das Faserkabel kontinuierlich detektiert. Die Messeinrichtung 9 ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 ausgeführt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorgenannte Beschreibung Bezug genommen wird.
Die Messeinrichtung 9 ist direkt mit dem Spinnsteuergerät gekoppelt. So lassen sich die durch die Messeinrichtung erzeugten Signale dazu nutzen, um die Abkühlung der Fasern und / oder die Benetzung der Fasern auf den Verstreckprozess abzustimmen. So kann die Temperierung des Faserkabels durch die Intensität der Abkühlung in der Spinneinrichtung oder der Grad der Feuchtigkeit in dem Faserkabel durch die Benetzung der Fasern in der Spinneinrichtung vorteilhaft voreingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum VerStrecken schmelzgesponnener Faserstränge eines Faserkabels zeichnen sich durch eine hohe Gleichmäßigkeit der Verstreckung aus. Zudem werden stabile Laufverhältnisse in einer Faserstraße sichergestellt. Die Erzeugung von Fasern hoher Festigkeit erfordert ein hohes Verstreckverhältnis, so dass die sichere Kontrolle des Streckpunktes zu einer effizienten Erzeugung qualitativ hochwertiger Fasern führt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen in Form eines Faserkabels, bei welchem das Faserkabel zumindest in einer Streckzone zwischen zwei Streckwalzen geführt wird, bei welchem die Streckwalzen mit einer Differenzgeschwindigkeit zur Erzeugung einer an den Fasersträngen wirkenden Streckkraft angetrieben werden, bei welchem sich an den Fasersträngen des Faserkabels ein Streckpunkt ausbildet, und bei welchem die Lage des Streckpunktes innerhalb der Streckzone durch eine Einstellung von zumindest einem Prozessparametern bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Streckzone an den Fasersträngen des Faserkabels eine Oberflächentemperatur gemessen wird und dass in Abhängigkeit von einem Istwert der Oberflächentemperatur die Einstellung des Prozessparameters geändert wird.
Verfahren zum VerStrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen in Form eines Faserkabels, bei welchem das Faserkabel zumindest in einer Streckzone zwischen zwei Streckwalzen geführt wird, bei welchem die Streckwalzen mit einer Differenzgeschwindigkeit zur Erzeugung einer an den Fasersträngen wirkenden Streckkraft angetrieben werden, bei welchem sich an den Fasersträngen des Faserkabels ein Streckpunkt ausbildet, und bei welchem die Lage des Streckpunktes innerhalb der Streckzone durch eine Einstellung von zumindest einem Prozessparametern bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Streckzone an den Fasersträngen des Faserkabels mehrere Oberflächentemperaturen in mehrerer hintereinander liegenden Messzonen gemessen werden und dass in Abhängigkeit von einem Vergleich mehrerer Istwerte der Oberflächentemperaturen die Einstellung des Prozessparameters geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert der Oberflächentemperatur der Faserstränge mit einem vorgegeben Sollwert der Oberflächentemperatur der Faserstränge verglichen wird und dass die Einstellung des Prozessparameters in Abhängigkeit von einem aus dem Istwert und dem Sollwert gebildeten Differenzwert geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur an den Faserstränge durch eine Erfassung von Infrarotstrahlen berührungslos gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahlen der Faserstränge flächig oder linear quer zum Faserkabel erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter auf ein Temperierungsmittel einwirkt, welches die Faser stränge innerhalb oder außerhalb der Streckzone temperiert.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter auf zumindest einen Walzenantrieb einer der Streckwalzen einwirkt, durch welches die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Streckwalzen geändert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter auf ein Konditioniermittel einwirkt, welches einen Grad an Feuchtigkeit des Faserkabels erzeugt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter auf eine Spinneinrichtung einwirkt, durch welche die Fasern des Faserkabel erzeugt werden.
10. Vorrichtung zum Verstrecken einer Vielzahl von schmelzgesponnenen Fasersträngen (15) eines Faserkabels (3), mit zumindest zwei Streckwalzen (1, 5), die zwischen sich eine Streckzone (4) bilden, mit zwei den Streckwalzen (1, 5) zugeordnete Walzenantriebe (2, 6) und mit einer Steuereinrichtung (8), durch welche die Walzenantriebe (2, 6) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Streckzone (4) eine Messeinrichtung (9) zur Messung einer Oberflächentemperatur an den Fasersträngen (15) zugeordnet ist und dass die Messeinrichtung (9) mit der Steuereinrichtung (8) und/oder direkt mit einem Steuergerät (13, 29) gekoppelt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (9) eine mit Abstand zu den Fasersträngen (15) angeordnete Infrarotdetektoreinrichtung (10) aufweist, deren Sensoren (11) auf ein oder mehrere Messzonen am Faserkabel (3) ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Inf- rarotdetektoreinrichtung (10) als eine Wärmebildkamera (11) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperierungsmittel (12) mit einem Temperatursteuergerät (13) zur Temperierung der Faserstränge (15) des Faserkabels (3) vorgesehen ist und dass das Temperatursteuergerät (13) mit der Steuereinrichtung (8) und/oder direkt mit der Messeinrichtung (9) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konditionierungsmittel (18) mit einem Steuergerät (24, 25) zur Feuchtigkeitsregulierung der Faserstränge (15) des Faserkabels (3) vorgesehen ist und dass das Steuergerät (24, 25) mit der Steuereinrichtung (8) und/oder direkt mit der Messeinrichtung (9) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (18) durch eine Abquetschwalze (19) mit einer Druckeinrichtung (20) gebildet ist, wobei die Abquetschwalze (19) mit der Ablaufwalze (16.4) des Streckwerkes (16) einen Walzenspalt (21) zur Führung des Faserkabels (3) bildet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Streckwalzen durch eine Ablaufwalze (16.4) eines Streckwerkes (16) gebildet ist, wobei das Streckwerk (16) mehrere angetrieben Walzen (16.1 - 16.4)aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Streckwalze durch eine Einlaufwalzen (17.1) eines nachgeordne- ten Streckwerkes (17) gebildet ist, wobei das Streckwerk (17) mehrere angetriebene Walzen (17.1 - 17.4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blasmittel (31) zur Abkühlung der Fasern und/oder ein Benetzungsmittel (32) zum Präparieren der Fasern einer Spinneinrichtung (26) mit einem Spinnsteuergerät (29) verbunden ist und dass das Spinnsteuergerät (29) mit der Steuereinrichtung (8) und/oder direkt mit der Messeinrichtung (9) verbunden ist.
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