WO2022157048A1 - Device for melt spinning and cooling a freshly extruded filament bundle - Google Patents

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WO2022157048A1
WO2022157048A1 PCT/EP2022/050542 EP2022050542W WO2022157048A1 WO 2022157048 A1 WO2022157048 A1 WO 2022157048A1 EP 2022050542 W EP2022050542 W EP 2022050542W WO 2022157048 A1 WO2022157048 A1 WO 2022157048A1
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cooling
filament
cylinder
cooling cylinder
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PCT/EP2022/050542
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Thorsten Wawra
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Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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    • D01D5/092—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes in shafts or chimneys

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet according to the preamble of claim 1.
  • a generic device for melt spinning and cooling a freshly extruded filament sheet is known from DE 102020 109250 A1.
  • the spinneret unit In the manufacture of synthetic filament yarns, it is known to feed a molten polymer to a spinneret assembly.
  • the spinneret unit is held on the underside of a heated spinning beam, which usually carries several spinneret units next to one another as well as a melt distribution system and a spinning pump.
  • the spinneret unit has several components to guide the polymer melt filtered to a nozzle plate.
  • the nozzle plate has a large number of nozzle openings through which fine filament strands are extruded.
  • the freshly extruded filament strands are then cooled below their solidification temperature, preferably by a stream of cooling air, in order to then be combined to form a thread.
  • a cooling cylinder with an air-permeable Significant cylinder wall arranged within an air chamber.
  • the cooling cylinder here has a filament inlet and a filament outlet in order to guide the freshly extruded filament sheet through.
  • a hollow-cylindrical cylinder section with an airtight wall is arranged, which forms a zone below the spinneret unit, which shields the cooling air from the filaments.
  • the cooling cylinder has a locking ring on the circumference and that the locking ring with a circumferential web encloses the cylinder wall over a partial length in a jacket-like manner in such a way that air passage is prevented.
  • the invention is characterized in that the cooling cylinder can be used directly to create a section in which the filament strands ge are not exposed to any cooling air.
  • the locking ring encloses the cylinder wall with a circumferential web over a partial length in such a way that air passage through the cylinder wall is prevented. This creates a zone inside the cooling cylinder that is created by the locking ring and in which the filament strands are not cooled.
  • the development of the invention is particularly advantageous, in which the locking ring is optionally assigned to the filament inlet of the cooling cylinder or the filament outlet of the cooling cylinder.
  • the locking ring is associated with the filament inlet of the cooling cylinder, a section without direct cooling is created immediately below the spinneret assembly.
  • Such transition zones are also referred to in the art as a so-called shroud.
  • the locking ring can advantageously be assigned to the filament outlet of the cooling cylinder.
  • the length section on the cooling channel, in which the filament strands are cooled by cooling air, remains unchanged.
  • the development of the invention is preferably designed in which the locking ring is designed to be adjustable on the cooling cylinder.
  • the locking ring could be automatically guided into different positions via lifting cylinders.
  • the peripheral web of the locking ring has a web height which reduces the permeability of the cylinder wall of the cooling cylinder by 10 to 15%. This allows length Realize cuts without cooling the filaments and length sections with cooling of the filaments in the usual range.
  • the air chamber for supplying the cooling cylinder is connected to an air conditioning air generator or to a vacuum generator.
  • conditioned cooling air can be directed via the cooling cylinder radially from the outside to the inside onto the filament strands, so that these flow out in the same direction as the filaments.
  • cooling air is preferably sucked in via the filament outlet of the cooling cylinder and guided radially from the inside outwards into the air chamber on the cooling cylinder.
  • a flow of cooling air is created counter to the running direction of the filaments, which in particular improves the cooling effect.
  • the air chamber is assigned a coaxial lower air distribution chamber, in which the air chamber and the air distribution chamber are connected by a perforated plate, in which the air distribution chamber is in the Area of the filament outlet of the cooling cylinder is penetrated by a pipe socket and in which the air distribution chamber has a connection for the air conditioning air generator or a connection for the vacuum generator.
  • the supply of the cooling air or the discharge of the used cooling air is routed via the air distribution chambers.
  • the air distribution chamber is connected to the air chamber in the vertical direction via the perforated plate, so that no radially directed forced flow occurs in the air chamber due to the supply or discharge of cooling air.
  • the device according to the invention for melt spinning and cooling a freshly extruded filament sheet is used for the production of threads and can be used for the production of threads with fine filament deniers up to Threads with thick filament deniers are used with an even cooling of the filament strands.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a filament sheet
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a further exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a filament bundle
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet.
  • FIG. 1 only shows the essential components of the device according to the invention, which are important for explaining the invention. Since devices of this type for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet are well known, a complete representation is omitted.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 has a spinneret unit 1, which carries a nozzle plate 1.1 with a large number of nozzle openings 1.2 on its underside.
  • the spinneret unit 1 is held below a heated spinning beam 2 and has a melt inlet, not shown here, for receiving a polymer melt.
  • a cooling cylinder 3 is arranged substantially coaxially to the nozzle plate 1.1.
  • the cooling cylinder 3 has an upper filament inlet
  • the cooling cylinder 3 extends with an air-permeable cylinder wall 3.3 within an air chamber 4.
  • the air chamber 4 encloses the cooling cylinder 3 in the form of a jacket and is closed off from the environment with walls 4.1.
  • the air distribution chamber 5 is penetrated by a pipe socket 6 which is coaxial to the cooling cylinder 3 and is directly connected to the filament outlet 3.2 of the cooling cylinder 3.
  • the air distribution chamber 5 has a lateral air connection opening 8 which is coupled to an air connection 9 .
  • a climate air generator 10 is connected to the air distribution chamber 5 via the air connection 9 .
  • the air chamber 4 and the air distribution chamber 5 are usually designed to be adjustable in height. The upper side of the air chamber 4 is held against an underside of the spinning beam 2 below the spinneret 1 . Between the spinning beam 2 and the wall
  • a locking ring 11 is assigned to the cooling cylinder 3 within the air chamber 4 .
  • the locking ring 11 has a circumferential web 12 which surrounds the cooling cylinder 3 in the form of a jacket and encloses the cylinder wall 3.3 over a partial length in such a way that air passage is prevented.
  • the locking ring 11 is assigned directly to the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3.
  • the locking ring 11 prevents air from entering the cooling cylinder 3 from the air chamber 4 with its peripheral web 12. This creates a zone directly at the filament inlet 3.1, in which no cooling air enters.
  • FIG. 1 shows the device for melt spinning and cooling according to the invention in an operating situation in which a polymer melt is extruded through the spinneret unit 1 into a large number of filament strands 15 .
  • the filament strands 15 are extruded through the nozzle openings 1.2 of the nozzle plate 1.1 and enter the cooling cylinder 3 via the filament inlet 3.1.
  • an air-conditioning air admitted into the air chamber 4 penetrates continuously from the outside radially into the inside in order to strands 15 to cool.
  • the entry of air-conditioning air into the cooling cylinder 3 is prevented by the locking ring 11 .
  • a zone is thus formed directly below the spinneret 1 in which no active cooling of the filament strands 15 occurs.
  • This transition zone which is also known in the art as a so-called shroud, thus enables a delayed cooling of the filament strands 15.
  • a titer uniformity can be achieved.
  • the locking ring 11 is adjustable. For example, if the take-off speed changes and the filament titer changes as a result, it may be necessary for the freshly extruded filaments to be cooled directly when they enter the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3.
  • the locking ring 11 is arranged in a lower position on the cooling cylinder 3 and assigned to the filament outlet 3.2.
  • the locking ring 11 can be adjusted automatically by actuators or manually. Due to the displacement of the locking ring 11 to the filament outlet 3.2, the overall cooling section within the cooling cylinder 3 remains constant.
  • the displacement of the locking ring 11 is shown in dashed lines in FIG.
  • the height of the circumferential web 12 on the locking ring 11 is designed in such a way that an active cooling length of at least 85% to 90% is retained on a cooling cylinder 3 .
  • a maximum of 15% of the cylinder wall 3.3 of the cooling cylinder 3 is covered by the circumferential web 12 of the locking ring 11 .
  • FIG. 2 is identical to the embodiment according to FIG. 1 in terms of the structure of the device parts, so that only the differences are explained here and otherwise reference is made to the above description.
  • the air distribution chamber 5 is connected to a vacuum generator 14 via the air connection 9 .
  • a negative pressure is thus generated within the air distribution chamber 5 by the negative pressure generator 14, which is propagated into the air chamber 4 and leads to the intake of cooling air.
  • the cooling air is introduced into the cooling cylinder 3 from the outside via the pipe socket 6 and the filament outlet 3.2.
  • a flow of cooling air thus occurs counter to the running direction of the filament strands 15.
  • the flows of cooling air are each indicated by arrows in FIGS.
  • the pressure reversal in the air chamber 5 thus generates a flow of cooling air on the cooling cylinder 3 from the inside to the outside, so that the used cooling air collects in the air chamber 4 and is discharged via the air distribution chamber 5 .
  • the locking ring 11 is assigned to the filament outlet 3.2 of the cooling cylinder 3.
  • the cooling air sucked in via the filament outlet 3.2 is initially guided without deflection against the running direction of the filaments.
  • the transition zone formed by the peripheral web 12 in the area of the filament outlet 3.2 thus leads to an increased cooling effect on the filament strands 15.
  • a higher proportion of the cooling air is routed to the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3, so that the filament strands 15 already cool when they enter the cooling cylinder 3 are actively cooled.

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

Abstract

The invention relates to a device for melt spinning and cooling a freshly extruded filament bundle, comprising at least one spinneret unit that is held on an underside of a spinning beam. A hollow-cylindrical cooling cylinder having an air-permeable cylinder wall is arranged beneath the spinneret unit, the cylinder wall extending within an air chamber between a filament inlet and a filament outlet. In order to provide a delayed cooling of the filament strands, the cooling cylinder has, on its circumference, a locking ring, which together with a circumferential rib, encases the cylinder wall over a partial length, in such a way that a passage of air is prevented.

Description

Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einerfrisch extrudierten Apparatus for melt spinning and cooling a freshly extruded
Filamentschar filament family
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschargemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an apparatus for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet according to the preamble of claim 1.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar ist aus der DE 102020 109250 A1 bekannt. A generic device for melt spinning and cooling a freshly extruded filament sheet is known from DE 102020 109250 A1.
Bei der Herstellung von synthetischen Filamentfäden ist es bekannt, dass ein schmelzflüssiges Polymereiner Spinndüseneinheit zugeführt wird. Die Spinndüseneinheit ist hierzu an der Unterseite eines beheizten Spinnbalkens gehalten, der üblicherweise mehrere Spinndüseneinheiten nebeneinander sowie ein Schmelzeverteilersystem und eine Spinnpumpe trägt. Die Spinndüseneinheit weist mehrere Bauteile auf, um die Polymerschmelze gefiltert zu einer Düsenplatte zu führen. Die Düsenplatte weist eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf, durch welche feine Filamentstränge extrudiert werden. Die frisch extrudierten Filamentstränge werden sodann vorzugsweise durch einen Kühlluftstrom unter ihre Erstarrungstemperatur abgekühlt, um dann zu einem Faden zusammengeführt zu werden. In the manufacture of synthetic filament yarns, it is known to feed a molten polymer to a spinneret assembly. For this purpose, the spinneret unit is held on the underside of a heated spinning beam, which usually carries several spinneret units next to one another as well as a melt distribution system and a spinning pump. The spinneret unit has several components to guide the polymer melt filtered to a nozzle plate. The nozzle plate has a large number of nozzle openings through which fine filament strands are extruded. The freshly extruded filament strands are then cooled below their solidification temperature, preferably by a stream of cooling air, in order to then be combined to form a thread.
Bei der Optimierung der Herstellungsprozesses hat sich bei bestimmten Fadentypen es als vorteilhaft herausgestellt, dass die Filamentstränge unmittelbar nach dem Extrudieren zunächst für eine gewisse Zeit noch nicht abzukühlen. Dies wird erreicht, indem beispielsweise unterhalb der Spinndüseneinheit eine Abschirmung mit einer hohlzylindrischen Wandung angebracht ist, die die Kühlluft zunächst von den Filamenten abschirmt. Eine derartige Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentschar ist aus der DE 102020 109250 A1 bekannt. When optimizing the manufacturing process, it has turned out to be advantageous for certain thread types that the filament strands do not initially cool down for a certain time immediately after extrusion. This is achieved, for example, by installing a shield with a hollow-cylindrical wall underneath the spinneret unit, which initially shields the cooling air from the filaments. Such a device for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet is known from DE 102020 109250 A1.
Bei der bekannten Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer Filamentschar ist unterhalb der Spinndüseneinheit ein Kühlzylinder mit einer luftdurchläs- sigen Zylinderwand innerhalb einer Luftkammer angeordnet. Der Kühlzylinder weist hierbei einen Filamenteinlass und einen Filamentauslass auf, um die frisch extrudierte Filamentschar hindurchzuführen. Im Bereich zwischen der Spinndüseneinheit und dem Kühlzylinder ist ein hohlzylindrischer Zylinderabschnitt mit einer luftundurchlässigen Wandung angeordnet, der eine Zone unterhalb der Spinndüseneinheit bildet, die die Kühlluft von den Filamenten abschirmt. In the known device for melt spinning and cooling a filament sheet, a cooling cylinder with an air-permeable Significant cylinder wall arranged within an air chamber. The cooling cylinder here has a filament inlet and a filament outlet in order to guide the freshly extruded filament sheet through. In the area between the spinneret unit and the cooling cylinder, a hollow-cylindrical cylinder section with an airtight wall is arranged, which forms a zone below the spinneret unit, which shields the cooling air from the filaments.
Um in dem Spinnprozess einen Fadentyp erzeugen zu können, dessen Filamentstränge keine verzögerte Abkühlung erfordern, wären umfangreiche Umbauarbeiten erforderlich, die eine Abschirmung unterhalb der Spinndüseneinheit vermeidet. Derartige Umbaumaßnahmen müssen direkt an dem heißen Spinnbalken ausgeführt werden, die vor allem mit Hinblick auf die Verletzungsgefahr durch möglicherweise herabtropfendes schmelzflüssiges Polymer und aufgrund der Tatsache, dass diese Maßnahme über Kopf durchzuführen sind, kaum praxisgerecht sind. In order to be able to produce a thread type in the spinning process whose filament strands do not require delayed cooling, extensive conversion work would be necessary, which would avoid shielding below the spinneret unit. Such conversion measures must be carried out directly on the hot spinning beam, which are hardly practical, especially with regard to the risk of injury from possibly dripping molten polymer and due to the fact that this measure has to be carried out overhead.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einerfrisch extrudierten Filamentschar derart zu verbessern, dass mit einfachen Umbaumaßnahmen die Abkühlung der Filamentstränge unterhalb der Spinndüseneinheit flexibel mit oder ohne verzögerte Abkühlung ausführbar ist. It is therefore the object of the invention to improve a generic device for melt spinning and cooling a freshly extruded filament sheet in such a way that the cooling of the filament strands below the spinneret unit can be carried out flexibly with or without delayed cooling with simple conversion measures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlzylinder am Umfang einen Sperrring aufweist und dass der Sperrring mit einem Umfangssteg die Zylinderwand über eine Teillänge derart mantelförmig umschließt, dass ein Luftdurchtritt verhindert wird. This object is achieved according to the invention in that the cooling cylinder has a locking ring on the circumference and that the locking ring with a circumferential web encloses the cylinder wall over a partial length in a jacket-like manner in such a way that air passage is prevented.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert. Advantageous developments of the invention are defined by the features and feature combinations of the dependent claims.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass unmittelbar der Kühlzylinder dazu genutzt werden kann, um einen Abschnitt zu erzeugen, in welchem die Filamentsträn- ge mit keiner Kühlluft beaufschlagt werden. Der Sperrring umschließt mit einem Umfangssteg die Zylinderwand über eine Teillänge derart, dass ein Luftdurchtritt durch die Zylinderwand verhindert wird. Somit entsteht innerhalb des Kühlzylinders eine durch den Sperrring erzeugte Zone, in welchem die Filamentstränge ungekühlt sind. The invention is characterized in that the cooling cylinder can be used directly to create a section in which the filament strands ge are not exposed to any cooling air. The locking ring encloses the cylinder wall with a circumferential web over a partial length in such a way that air passage through the cylinder wall is prevented. This creates a zone inside the cooling cylinder that is created by the locking ring and in which the filament strands are not cooled.
Um wahlweise Fadentypen mit direkter Kühlung unterhalb der Spinndüseneinheit und Fadentypen mit verzögerter Abkühlung unterhalb der Spinndüseneinheit herstellen zu können, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der Sperrring wahlweise dem Filamenteinlass des Kühlzylinders oder dem Filamentauslass des Kühlzylinders zugeordnet ist. Im Fall, dass der Sperrring dem Filamenteinlass des Kühlzylinders zugeordnet ist, wird unmittelbar unterhalb der Spinndüseneinheit ein Abschnitt ohne direkte Kühlung geschaffen. Derartige Übergangszonen werden im Fachkreis auch als sogenannter Shroud bezeichnet. In order to be able to produce thread types with direct cooling below the spinneret unit and thread types with delayed cooling below the spinneret unit, the development of the invention is particularly advantageous, in which the locking ring is optionally assigned to the filament inlet of the cooling cylinder or the filament outlet of the cooling cylinder. In case the locking ring is associated with the filament inlet of the cooling cylinder, a section without direct cooling is created immediately below the spinneret assembly. Such transition zones are also referred to in the art as a so-called shroud.
Für die direkte Kühlung der Filamentstränge unterhalb der Spinndüsen lässt sich der Sperrring vorteilhaft dem Filamentauslass des Kühlzylinders zuordnen. Somit bleibt der Längenabschnitt am Kühlkanal, in welcher die Filamentstränge durch eine Kühlluft gekühlt werden, unverändert. For the direct cooling of the filament strands below the spinneret, the locking ring can advantageously be assigned to the filament outlet of the cooling cylinder. Thus, the length section on the cooling channel, in which the filament strands are cooled by cooling air, remains unchanged.
Um die Umbauten an dem Kühlzylinder in einfacher Art und Weise ausführen zu können, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher der Sperrring verstellbar an dem Kühlzylinder ausgebildet ist. So könnte der Sperrring beispielsweise über Hubzylinder automatisiert in verschiedene Positionen geführt werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Sperrring manuell zu verstellen. In order to be able to carry out the conversions on the cooling cylinder in a simple manner, the development of the invention is preferably designed in which the locking ring is designed to be adjustable on the cooling cylinder. For example, the locking ring could be automatically guided into different positions via lifting cylinders. Alternatively, however, there is also the option of manually adjusting the locking ring.
Um die für die Fadenherstellung gängigen Einstellungen vornehmen zu können, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Umfangssteg des Sperrringes eine Steghöhe aufweist, durch welche eine Durchlässigkeit der Zylinderwand des Kühlzylinders um 10 bis 15 % gemindert ist. Damit lassen sich Längenab- schnitte ohne Kühlung der Filamente und Längenabschnitte mit Kühlung der Filamente im üblichen Bereich realisieren. In order to be able to make the usual settings for thread production, the development of the invention is provided in which the peripheral web of the locking ring has a web height which reduces the permeability of the cylinder wall of the cooling cylinder by 10 to 15%. This allows length Realize cuts without cooling the filaments and length sections with cooling of the filaments in the usual range.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Luftkammer zur Versorgung des Kühlzylinders mit einem Klimalufterzeuger oder mit einem Unterdruckerzeuger verbunden. Somit können unterschiedliche Kühleffekte an den Filamentsträngen realisiert werden. Bei der Anbindung der Luftkammer an einen Klimalufterzeuger lässt sich eine klimatisierte Kühlluft über den Kühlzylinder radial von außen nach innen auf die Filamentstränge leiten, so dass diese mit den Filamenten gleichgerichtet abströmen. According to an advantageous development of the invention, the air chamber for supplying the cooling cylinder is connected to an air conditioning air generator or to a vacuum generator. In this way, different cooling effects can be realized on the filament strands. When the air chamber is connected to a climate air generator, conditioned cooling air can be directed via the cooling cylinder radially from the outside to the inside onto the filament strands, so that these flow out in the same direction as the filaments.
Bei der Verwendung eines Unterdruckerzeugers wird vorzugsweise eine Kühlluft überden Filamentauslass des Kühlzylinders eingesogen und am Kühlzylinder radial von innen nach außen in die Luftkammer geleitet. Insoweit entsteht eine Kühlluftstrom entgegen der Filamentlaufrichtung, was insbesondere die Kühlwirkung verbessert. When using a vacuum generator, cooling air is preferably sucked in via the filament outlet of the cooling cylinder and guided radially from the inside outwards into the air chamber on the cooling cylinder. In this respect, a flow of cooling air is created counter to the running direction of the filaments, which in particular improves the cooling effect.
Um über die gesamte Länge des Kühlzylinders eine gleichmäßige Luftströmung zu erhalten, hat sich die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher der Luftkammer koaxial eine untere Luftverteilkammer zugeordnet ist, bei welcher die Luftkammer und die Luftverteilkammer durch ein Lochblech verbunden sind, bei welcher die Luftverteilkammer im Bereich des Filamentauslasses des Kühlzylinders von einem Rohrstutzen durchdrungen ist und bei welche die Luftverteilkammer einen Anschluss für den Klimalufterzeuger odereinen Anschluss für den Unterdruckerzeuger aufweist. Somit wird die Zufuhr der Kühlluft oder die Abfuhr der verbrauchten Kühlluft über die Luftverteilkammern geleitet. Die Luftverteilkammer ist in vertikaler Richtung überdas Lochblech mit der Luftkammer verbunden, so dass in der Luftkammer keine radial gerichtete Zwangsströmung durch eine Zufuhr oder Abfuhr von Kühlluft entsteht. In order to obtain a uniform air flow over the entire length of the cooling cylinder, the further development of the invention has proven its worth, in which the air chamber is assigned a coaxial lower air distribution chamber, in which the air chamber and the air distribution chamber are connected by a perforated plate, in which the air distribution chamber is in the Area of the filament outlet of the cooling cylinder is penetrated by a pipe socket and in which the air distribution chamber has a connection for the air conditioning air generator or a connection for the vacuum generator. Thus, the supply of the cooling air or the discharge of the used cooling air is routed via the air distribution chambers. The air distribution chamber is connected to the air chamber in the vertical direction via the perforated plate, so that no radially directed forced flow occurs in the air chamber due to the supply or discharge of cooling air.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar wird für die Herstellung von Fäden eingesetzt und kann dabei sowohl für die Herstellung von Fäden mit feinen Filamenttitern bis hin zu Fäden mit dicken Filamenttitern mit einer vergleichmäßigten Kühlung der Filamentstränge eingesetzt werden. The device according to the invention for melt spinning and cooling a freshly extruded filament sheet is used for the production of threads and can be used for the production of threads with fine filament deniers up to Threads with thick filament deniers are used with an even cooling of the filament strands.
Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar sind nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Some exemplary embodiments of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet are explained in more detail below with reference to the attached figures.
Es stellen dar: They represent:
Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer Filamentschar 1 shows a schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a filament sheet
Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer Filamentschar 2 shows a schematic cross-sectional view of a further exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a filament bundle
In der Fig. 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar gezeigt. Die Fig. 1 stellt jedoch nur die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, die für die Erläuterung der Erfindung von Bedeutung sind. Da derartige Vorrichtungen zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar hinlänglich bekannt sind, wird auf eine Komplettdarstellung verzichtet. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet. However, FIG. 1 only shows the essential components of the device according to the invention, which are important for explaining the invention. Since devices of this type for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet are well known, a complete representation is omitted.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine Spinndüseneinheit 1 auf, die an einer Unterseite eine Düsenplatte 1.1 mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen 1.2 trägt. Die Spinndüseneinheit 1 ist unterhalb eines beheizten Spinnbalkens 2 gehalten und weist einen hier nicht dargestellten Schmelzeeinlass zur Aufnahme einer Polymerschmelze auf. Unterhalb der Spinndüseneinheit 1 ist im wesentlichen koaxial zur Düsenplatte 1.1 ein Kühlzylinder 3 angeordnet. Der Kühlzylinder 3 weist einen oberen FilamenteinlassThe exemplary embodiment shown in FIG. 1 has a spinneret unit 1, which carries a nozzle plate 1.1 with a large number of nozzle openings 1.2 on its underside. The spinneret unit 1 is held below a heated spinning beam 2 and has a melt inlet, not shown here, for receiving a polymer melt. Below the spinneret unit 1, a cooling cylinder 3 is arranged substantially coaxially to the nozzle plate 1.1. The cooling cylinder 3 has an upper filament inlet
3.1 und am unteren Enden einen Filamentauslass 3.2 auf. Der Kühlzylinder 3 erstreckt sich mit einer luftdurchlässigen Zylinderwand 3.3 innerhalb einer Luftkammer 4. Die Luftkammer 4 umschließt den Kühlzylinder 3 mantelförmig und ist mit Wandungen 4.1 gegenüber einer Umgebung abgeschlossen. An einer Unterseite der Luftkammer 4 schließt sich eine Luftverteilkammer 5 an, die durch ein Lochbloche 7 von der Luftkammer 4 getrennt ist. Die Luftverteilkammer 5 wird von einem Rohrstutzen 6 durchdrungen, der koaxial zum Kühlzylinder 3 sich unmittelbar an Filamentauslass 3.2 des Kühlzylinders 3 anschließt. Die Luftverteilkammer 5 weist eine seitliche Luftanschlussöffnung 8 auf, die mit einem Luftanschluss 9 gekoppelt ist. Über den Luftanschluss 9 ist ein Klimalufterzeuger 10 mit der Luftverteilkammer 5 verbunden. Die Luftkammer 4 und die Luftverteilkammer 5 sind üblicherweise höhenverstellbar ausgeführt. Dabei wird die Luftkammer 4 mit ihrer Oberseite an eine Unterseite des Spinnbalkens 2 unterhalb der Spinndüse 1 gehalten. Zwischen dem Spinnbalken 2 und der Wandung3.1 and a filament outlet 3.2 at the lower end. The cooling cylinder 3 extends with an air-permeable cylinder wall 3.3 within an air chamber 4. The air chamber 4 encloses the cooling cylinder 3 in the form of a jacket and is closed off from the environment with walls 4.1. On the underside of the air chamber 4 there is an air distribution chamber 5 which is separated from the air chamber 4 by a perforated block 7 . The air distribution chamber 5 is penetrated by a pipe socket 6 which is coaxial to the cooling cylinder 3 and is directly connected to the filament outlet 3.2 of the cooling cylinder 3. The air distribution chamber 5 has a lateral air connection opening 8 which is coupled to an air connection 9 . A climate air generator 10 is connected to the air distribution chamber 5 via the air connection 9 . The air chamber 4 and the air distribution chamber 5 are usually designed to be adjustable in height. The upper side of the air chamber 4 is held against an underside of the spinning beam 2 below the spinneret 1 . Between the spinning beam 2 and the wall
4.1 der Luftkammer 4 ist eine Dichtung 13 vorgesehen. 4.1 of the air chamber 4 a seal 13 is provided.
Innerhalb der Luftkammer 4 ist dem Kühlzylinder 3 ein Sperrring 11 zugeordnet. Der Sperrring 11 weist einen Umfangssteg 12 auf, der mantelförmig den Kühlzylinder 3 umgibt und die Zylinderwand 3.3 über eine Teillänge derart umschließt, dass ein Luftdurchtritt verhindert wird. Der Sperrring 11 ist unmittelbar dem Filamenteinlass 3.1 des Kühlzylinders 3 zugeordnet. Der Sperrring 11 verhindert mit seinem Umfangssteg 12 einen Lufteintritt aus der Luftkammer 4 in den Kühlzylinder 3. Somit entsteht unmittelbar am Filamenteinlass 3.1 eine Zone, in welcher keine Kühlluft eintritt. A locking ring 11 is assigned to the cooling cylinder 3 within the air chamber 4 . The locking ring 11 has a circumferential web 12 which surrounds the cooling cylinder 3 in the form of a jacket and encloses the cylinder wall 3.3 over a partial length in such a way that air passage is prevented. The locking ring 11 is assigned directly to the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3. The locking ring 11 prevents air from entering the cooling cylinder 3 from the air chamber 4 with its peripheral web 12. This creates a zone directly at the filament inlet 3.1, in which no cooling air enters.
In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen in einer Betriebssituation dargestellt, in weichereine Polymerschmelze durch die Spinndüseneinheit 1 in eine Vielzahl von Filamentsträngen 15 extrudiert werden. Die Filamentstränge 15 werden durch die Düsenöffnungen 1.2 der Düsenplatte 1.1 extrudiert und treten über den Filamenteinlass 3.1 in den Kühlzylinder 3 ein. Durch die luftdurchlässige Zylinderwand 3.3 des Kühlzylinders 3 dringt eine in der Luftkammer 4 eingelassene Klimaluft kontinuierlich von außen radial ins Innere, um die Filament- stränge 15 zu kühlen. Im oberen Bereich des Kühlzylinders 3 wird der Eintritt der Klimaluft in den Kühlzylinder 3 durch den Sperrring 11 verhindert. Somit bildet sich unmittelbar unterhalb der Spinndüse 1 eine Zone aus, in welcher keine aktive Kühlung der Filamentstränge 15 eintritt. Diese Überganszone, die in der Fachwelt auch als sogenannter Shroud bezeichnet wird, ermöglicht somit eine verzögerte Abkühlung der Filamentstränge 15. Somit kann insbesondere bei feinen Filamentsträngen 15 eine Titergleichmäßigkeit erzielt werden. 1 shows the device for melt spinning and cooling according to the invention in an operating situation in which a polymer melt is extruded through the spinneret unit 1 into a large number of filament strands 15 . The filament strands 15 are extruded through the nozzle openings 1.2 of the nozzle plate 1.1 and enter the cooling cylinder 3 via the filament inlet 3.1. Through the air-permeable cylinder wall 3.3 of the cooling cylinder 3, an air-conditioning air admitted into the air chamber 4 penetrates continuously from the outside radially into the inside in order to strands 15 to cool. In the upper area of the cooling cylinder 3 , the entry of air-conditioning air into the cooling cylinder 3 is prevented by the locking ring 11 . A zone is thus formed directly below the spinneret 1 in which no active cooling of the filament strands 15 occurs. This transition zone, which is also known in the art as a so-called shroud, thus enables a delayed cooling of the filament strands 15. Thus, in particular with fine filament strands 15, a titer uniformity can be achieved.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist der Sperrring 11 verstellbar ausgebildet. So kann beispielsweise bei veränderter Abzugsgeschwindigkeit und damit veränderten Fialmenttiter es erforderlich werden, dass die Kühlung der frisch extrudierten Filamente direkt bei Eintritt in den Filamenteinlass 3.1 des Kühlzylinders 3 erforderlich wird. Hierzu wird der Sperrring 11 in einer untere Position am Kühlzylinder 3 angeordnet und dem Filamentauslass 3.2 zugeordnet. Die Verstellung des Sperrringes 11 kann hierbei automatisiert durch Aktoren oder auch manuell erfolgen. Durch die Verlagerung des Sperrringes 11 zu dem Filamentauslass 3.2 bleibt insgesamt die Kühlstrecke innerhalb des Kühlzylinders 3 konstant. Die Verlagerung des Sperrringes 11 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. In the device shown in Fig. 1, the locking ring 11 is adjustable. For example, if the take-off speed changes and the filament titer changes as a result, it may be necessary for the freshly extruded filaments to be cooled directly when they enter the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3. For this purpose, the locking ring 11 is arranged in a lower position on the cooling cylinder 3 and assigned to the filament outlet 3.2. The locking ring 11 can be adjusted automatically by actuators or manually. Due to the displacement of the locking ring 11 to the filament outlet 3.2, the overall cooling section within the cooling cylinder 3 remains constant. The displacement of the locking ring 11 is shown in dashed lines in FIG.
Der Umfangssteg 12 an dem Sperrring 11 ist in seiner Steghöhe derart ausgelegt, dass an einem Kühlzylinder 3 eine aktive Kühllänge von mindestens 85 % bis 90 % erhalten bleibt. Damit wird von dem Umfangssteg 12 des Sperrringes 11 maximal 15 % der Zylinderwand 3.3 des Kühlzylinders 3 abgedeckt. The height of the circumferential web 12 on the locking ring 11 is designed in such a way that an active cooling length of at least 85% to 90% is retained on a cooling cylinder 3 . Thus, a maximum of 15% of the cylinder wall 3.3 of the cooling cylinder 3 is covered by the circumferential web 12 of the locking ring 11 .
Um bestimmte Kühleffekte zu erzielen, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Sperrring 11 im mittleren Bereich des Kühlzylinders 3 anzuordnen. Insoweit können aktive und passive Zonen an dem Kühlzylinder 3 durch den Sperrring 11 variabel gestaltet werden. In order to achieve specific cooling effects, there is also the fundamental possibility of arranging the locking ring 11 in the middle area of the cooling cylinder 3 . In this respect, active and passive zones on the cooling cylinder 3 can be designed variably by the locking ring 11 .
Um eine möglichst große Kühlwirkung an den Filamentsträngen 15 zu erzielen, ist in Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in seinem Aufbau der Vorrichtungsteile identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird. In order to achieve the greatest possible cooling effect on the filament strands 15, a further exemplary embodiment of the device according to the invention for Melt spinning and cooling of a freshly extruded filament sheet shown in a cross-sectional view. The embodiment according to FIG. 2 is identical to the embodiment according to FIG. 1 in terms of the structure of the device parts, so that only the differences are explained here and otherwise reference is made to the above description.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Luftverteilkammer 5 über den Luftanschluss 9 mit einem Unterdruckerzeuger 14 verbunden. Durch den Unterdruckerzeuger 14 wird somit innerhalb der Luftverteilkammer 5 ein Unterdrück erzeugt, der sich in die Luftkammer 4 fortpflanzt und zum Ansaugen einer Kühlluft führt. Die Kühlluft wird dabei von außen über den Rohrstutzen 6 und den Filamentauslass 3.2 in den Kühlzylinder 3 eingeleitet. Es entsteht somit ein Kühlluftstrom entgegen der Laufrichtung der Filamentstränge 15. Die Kühlluftströme sind in den Fig. 1 und 2 jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 , the air distribution chamber 5 is connected to a vacuum generator 14 via the air connection 9 . A negative pressure is thus generated within the air distribution chamber 5 by the negative pressure generator 14, which is propagated into the air chamber 4 and leads to the intake of cooling air. The cooling air is introduced into the cooling cylinder 3 from the outside via the pipe socket 6 and the filament outlet 3.2. A flow of cooling air thus occurs counter to the running direction of the filament strands 15. The flows of cooling air are each indicated by arrows in FIGS.
Durch die Druckumkehr in der Luftkammer 5 wird somit ein Kühlluftstrom an dem Kühlzylinder 3 von innen nach außen erzeugt, so dass die verbrauchte Kühlluft sich in der Luftkammer 4 sammelt und über die Luftverteilkammer 5 abgeführt wird. The pressure reversal in the air chamber 5 thus generates a flow of cooling air on the cooling cylinder 3 from the inside to the outside, so that the used cooling air collects in the air chamber 4 and is discharged via the air distribution chamber 5 .
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung der Erfindung ist der Sperrring 11 den Filamentauslass 3.2 des Kühlzylinders 3 zugeordnet. Somit wird die über den Filamentauslass 3.2 angesaugte Kühlluft zunächst ohne Umlenkung entgegen der Laufrichtung der Filamente geführt. Die durch den Umfangssteg 12 gebildete Übergangszone im Bereich des Filamentauslasses 3.2 führt somit zu einer erhöhten Kühlwirkung an den Filamentsträngen 15. Zudem wird ein höherer Anteil der Kühlluft bis zum Filamenteinlass 3.1 des Kühlzylinders 3 geführt, so dass die Filamentstränge 15 bereits bei Eintritt in den Kühlzylinder 3 aktiv gekühlt werden. In the embodiment of the invention shown in FIG. 2, the locking ring 11 is assigned to the filament outlet 3.2 of the cooling cylinder 3. Thus, the cooling air sucked in via the filament outlet 3.2 is initially guided without deflection against the running direction of the filaments. The transition zone formed by the peripheral web 12 in the area of the filament outlet 3.2 thus leads to an increased cooling effect on the filament strands 15. In addition, a higher proportion of the cooling air is routed to the filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3, so that the filament strands 15 already cool when they enter the cooling cylinder 3 are actively cooled.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Sperrring 11 in einer obere Position dem Filamenteinlass 3.1 des Kühlzylinders 3 zuzuordnen. Diese Situation ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. In der gestrichelten Position des Sperrringes 11 wird dieser zur Einstellung einer Übergangszone ohne aktive Kühlung an den Filamentsträngen 15. Die in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 dargestellten Luftzuführungen der Luftkammer mit Hilfe der Luftverteilkammer ist beispielhaft. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Luftkammer direkt über einen Luftanschluss mit einem Klimalufterzeuger oder einem Unterdruckerzeuger zu verbinden. Zudem ist es üblich, dass derartige Luftkammern mehrere Kühlzylinder enthalten, die mehrere Spinndüseneinheiten an einem Spinnbalken zugeordnet sind. In the embodiment of the device according to the invention for melt spinning and cooling of a freshly extruded filament sheet shown in FIG. 2, however, there is also the possibility of locking ring 11 in an upper position Assign filament inlet 3.1 of the cooling cylinder 3. This situation is shown in broken lines in FIG. In the dashed position of the locking ring 11, this is used to set a transition zone without active cooling on the filament strands 15. The air supply of the air chamber shown in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 with the aid of the air distribution chamber is exemplary. In principle, it is also possible to connect the air chamber directly to an air conditioning air generator or a vacuum generator via an air connection. In addition, it is common for air chambers of this type to contain a number of cooling cylinders which are assigned to a number of spinning nozzle units on a spinning beam.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar (15) mit zumindest einer Spinndüseneinheit (1), die an einer Unterseite eines Spinnbalkens (2) gehalten ist, mit zumindest einem hohlzylindrischen Kühlzylinder (3) unterhalb der Spinndüseneinheit (1), der eine luftdurchlässige Zylinderwand (3.3) aufweist und sich innerhalb einer Luftkammer (4) zwischen einem Filamenteinlass (3.1) und einem Filamentauslass (3.2) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlzylinder (3) am Umfang einen Sperrring (11) aufweist und dass der Sperrring (11) mit einem Umfangssteg (12) die Zylinderwand (3.3) über eine Teillänge derart mantelförmig umschließt, dass ein Luftdurchtritt verhindert wird. 1. Device for melt-spinning and cooling a freshly extruded filament sheet (15) with at least one spinneret unit (1), which is held on the underside of a spinning beam (2), with at least one hollow-cylindrical cooling cylinder (3) below the spinneret unit (1), the has an air-permeable cylinder wall (3.3) and extends within an air chamber (4) between a filament inlet (3.1) and a filament outlet (3.2), characterized in that the cooling cylinder (3) has a locking ring (11) on the circumference and that the locking ring (11) with a peripheral web (12) encloses the cylinder wall (3.3) over a partial length in a jacket-like manner in such a way that air passage is prevented.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch der Sperrring (11) wahlweise dem Filamenteinlass (3.1) des Kühlzylinders (3) oder dem Filamentauslass (3.2) des Kühlzylinders (3) zugeordnet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the locking ring (11) is optionally assigned to the filament inlet (3.1) of the cooling cylinder (3) or to the filament outlet (3.2) of the cooling cylinder (3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrring (11) verstellbar an dem Kühlzylinder (3) ausgebildet ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the locking ring (11) is adjustable on the cooling cylinder (3).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangssteg (12) des Sperrringes (11) eine Steghöhe aufweist, durch welche eine Durchlässigkeit der Zylinderwand (3.3) des Kühlzylinders (3) um 10% bis 15% gemindert ist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the peripheral web (12) of the locking ring (11) has a web height through which a permeability of the cylinder wall (3.3) of the cooling cylinder (3) is reduced by 10% to 15% is.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkammer (4) mit einem Klimalufterzeuger (10) oder mit einem Unterdruckerzeuger (14) verbunden ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the air chamber (4) is connected to an air-conditioning generator (10) or to a vacuum generator (14).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkammer (4) koaxial eine untere Luftverteilkammer (5) zugeordnet ist, dass die Luftkammer (4) und die Luftverteilkammer (5) durch ein Lochblech (7) verbunden sind, dass die Luftverteilkammer (5) im Be- reich des Filamentauslasses (3.2) des Kühlzylinders (3) von einem Rohrstutzen (6) durchdrungen ist und dass die Luftverteilkammer (5) einen Anschluss für den Klimalufterzeuger (10) odereinen Anschluss für den Unterdruckerzeuger (14) aufweist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the air chamber (4) is coaxially associated with a lower air distribution chamber (5), that the air chamber (4) and the air distribution chamber (5) are connected by a perforated plate (7). that the air distribution chamber (5) in the area of the filament outlet (3.2) of the cooling cylinder (3) is penetrated by a pipe socket (6) and that the air distribution chamber (5) has a connection for the air conditioning air generator (10) or a connection for the vacuum generator (14).
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