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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der
WO 2010/102921 A2 bekannt.
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Bei der Herstellung von Monofilamenten für technische Anwendungen, wie beispielsweise für einen Kunstrasen, eine Gewebebahn oder auch Säcke und Seile, ist es üblich, dass die Monofilamente aus einem thermoplastischen Material beispielsweise einem Polypropylen extrudiert werden. So wird in einem Extruder das gewünschte thermoplastische Material mit entsprechenden Additiven aufgeschmolzen und einem Extrusionskopf mit einer Spinndüse zugeführt. Die Spinndüse weist an ihrer Unterseite eine Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen auf, durch welche das aufgeschmolzene thermoplastische Material unter Druck zu einzelnen Monofilamenten extrudiert wird. Zur Verfestigung werden die Monofilamente unmittelbar nach dem Extrudieren in ein Kühlbad geleitet und durch ein Kühlfluid, vorzugsweise einem temperierten Wasser abgekühlt und innerhalb des Kühlbades über einen Fadenauslass von der Spinndüse abgezogen, so dass die nachfolgenden Behandlungsschritte in einer vertikal ausgerichteten Behandlungsstrecke mit mehreren Behandlungszonen ausführbar sind.
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Damit die Monofilamente als eine Fadenschar abgezogen und behandelt werden können, werden die frisch extrudierten Monofilamente innerhalb des Kühlbades umgelenkt und in eine parallele Anordnung nebeneinander aufgespreizt, so dass die Monofilamente als eine Fadenschar mit parallel nebeneinander liegenden Monofilamenten durch ein Abzugsmittel vorzugsweise eine Abzugswalze geführt werden können.
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Um eine große Anzahl von Monofilamenten herzustellen oder um einen Verbundfaden aus unterschiedlichen Monofilamenten zu bilden, ist es ebenfalls bekannt, die Fadenschar der Monofilamente durch Extrusion mehrerer Spinndüsen zu bilden. Hierzu werden die Spinndüsen vorzugsweise parallel zum Abzugsmittel nebeneinander angeordnet, so dass jeder der extrudierten Monofilamente im wesentlichen eine gleichlange Kühlstrecke innerhalb des Kühlbades durchläuft. Derartige Anordnungen besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass größere Auslenkungen und Aufspreizungen der Monofilamente erforderlich sind, um an dem Fadenauslass des Kühlbades eine parallele Anordnung der Monofilamente als Fadenschar zu erhalten. Des Weiteren lassen sich bei Verwendung separater Extruder die Schmelzezuführung zu den Spinndüsen nur über relativ lange Schmelzeleitungen realisieren, was zur Ungleichmäßigkeit in den Verweilzeiten des thermoplastischen Materials zwischen dem Extruder und der jeweilig angeschlossenen Spinndüsen führt. Derartige unterschiedliche Verweilzeiten der Schmelze bewirken unterschiedliche Filamentqualitäten, was jedoch unerwünscht ist.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Extrudieren und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass die aus mehreren Spinndüsen extrudierten Monofilamente in ihrer Form und in ihrer Materialeigenschaft mit hoher Gleichmäßigkeit erzeugt werden können.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine möglichst kompakte Vorrichtung zum Extrudieren und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten mit mehreren Spinndüsen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spinndüsen oberhalb des Kühlbades in einer Abzugsrichtung der Monofilamente reihenförmig hintereinander angeordnet sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich die unterschiedlichen Kühlstrecken, die sich zwischen dem Fadenauslass des Kühlbades und den Spinndüsen einstellen, keine wesentlichen Unterschiede bei der Verfestigung des thermoplastischen Materials der Monofilamente ergeben. Damit war es möglich, die Spinndüsen oberhalb des Kühlbades in einer reihenförmigen Anordnung zu halten, so dass scharfe Umlenkungen und Aufspreizungen vermieden werden können. Zudem hat sich herausgestellt, dass das Handling beim Anspinnen und Anlegen der Monofilamente dadurch vereinfacht wurde, da die Bedienung von einer Längsseite des Kühlbades heraus erfolgen kann.
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Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die zwischen den Spinndüsen und dem Fadenauslass des Kühlbades gebildeten Kühlstrecken dadurch zu verlängern, dass die Spinndüsen in ungleich großen Abständen oberhalb des Kühlbades gehalten werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sowohl bei einer Unterwasserextrusion oder auch bei einer zusätzlichen Luftkühlung der Monofilamente keine wesentlichen Materialunterschiede erreicht wurden, so dass die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt verwendet wird, bei welcher die Spinndüsen in einem gleichgroßen Abstand oberhalb des im Kühlbad enthaltenen Kühlfluids gehalten sind.
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Um die Umlenkung und Verlegung der Monofilamente möglichst gering zu halten, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Spinndüsen mit einem Versatz zwischen den Mittelachsen derart zu halten, dass die in Abzugsrichtung extrudierten Monofilamente bei Abzug einen Abstand zueinander aufweisen. Somit können beispielsweise die in den Mittelachsen der Spinndüsen erzeugten Monofilamente ohne jegliche Verlegung parallel nebeneinander dem Fadenauslass zugeführt werden.
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Bei der Erzeugung und Zuführung der Polymerschmelze ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher einer der Extruder gegenüberliegend zum Fadenauslass des Kühlbades angeordnet ist und mit der Spinndüse verbunden ist, die mit einem größten Abstand zum Fadenauslass des Kühlbades gehalten ist. Damit lassen sich sehr kurze Schmelzeleitungen zwischen der Spinndüse und dem Extruder auf der zum Fadenauslass gegenüberliegenden Seite des Kühlbades realisieren.
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Um möglichst identische Längen in der Schmelzeleitungszuführung zu erhalten, sind die benachbarten Extruder seitlich zum Fadenauslass des Kühlbades angeordnet und mit den benachbarten Spinndüsen verbunden. Unabhängig von der Anzahl der Spinndüsen lassen sich somit gleiche Bedingungen bei der Herstellung und Extrusion der Monofilamente realisieren.
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Vorteilhaft ist jedem Extruder eine separate Einspeiseeinrichtung zugeordnet, durch welche das thermoplastische Material sowie Additive und sonstige Zusätze kontinuierlich im Extruder beigemengt werden können.
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Für die Weiterbehandlung der extrudierten Monofilamente ist die Variante der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher eine Trocknungeinrichtung vorgesehen ist, die zwischen dem Fadenauslass des Kühlbades und der Abzugseinrichtung angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders geeignet, um eine hohe Anzahl von Monofilamenten gleicher Qualität auch mit einer unterschiedlichen Materialzusammensetzung in einem Extrusionsprozess zu erzeugen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug zu den beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 schematisch eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus 1
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3 schematisch eine Draufsicht eines Kühlbades mit vorgeordneten Spinndüsen eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren und Abkühlen einer Vielzahl von Monofilamenten in mehreren Ansichten gezeigt. In 1 ist eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels und in 2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
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Das Ausführungsbeispiel weist zwei separate Extruder 1.1 und 1.2 auf, die jeweils über Schmelzeleitungen 3.1 und 3.2 mit zwei separaten Extrusionsköpfen 4.1 und 4.2 verbunden sind.
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Den Extrudern 1.1 und 1.2 ist jeweils ein separater Extruderantrieb 15.1 und 15.2 sowie separate Einspeiseeinrichtungen 2.1 und 2.2 zugeordnet. Die Einspeiseeinrichtungen 2.1 und 2.2 sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet und weisen mehrere Anschlüsse zur Einspeisung mehrerer Komponenten auf. So lassen sich über die Einspeiseeinrichtungen 2.1 und 2.2 jedem der Extruder 1.1 und 1.2 ein Granulat eines thermoplastischen Materials sowie mehrere Additive und Zusätze wie beispielsweise Farbadditive zufügen.
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Die Extruder 1.1 und 1.2 sind jeweils mit ihrer Auslassseite einer Abkühleinrichtung 9 zugeordnet, die ein Kühlbad 7 aufweist. Das Kühlbad 7 enthält ein Kühlfluid 8, das sich unmittelbar unterhalb der Extrusionsköpfe 4.1 und 4.2 erstreckt. Die Extrusionsköpfe 4.1 und 4.2 weisen auf der dem Kühlfluid 8 zugewandten Seite eine Spinndüse 5.1 und 5.2 auf, die an ihren Unterseiten jeweils ein hier nicht näher dargestellte Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist.
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Wie aus der Darstellung in 2 hervorgeht, in welcher das Kühlbad 7 in einer Querschnittansicht gezeigt ist, sind die Spinndüsen 5.1 und 5.2 mit gleichgroßem Abstand oberhalb des Kühlbades bzw. oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels des Kühlfluids 8 gehalten. Innerhalb des Kühlbades 7 sind mehrere Umlenkrollen vorgesehen, wobei eine erste Umlenkrolle 11.1 unmittelbar unterhalb der Spinndüse 5.1 und eine zweite Umlenkrolle 11.2 unterhalb der Spinndüse 5.2 gehalten sind. Die in einer Abzugsrichtung innerhalb des Kühlbades 7 nachgeordneten Umlenkrollen 11.3 und 11.4 sind einem Fadenauslass 10 des Kühlbades 7 zugeordnet.
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Wie aus den Darstellungen in 1 und 2 hervorgeht, sind die Extrusionsköpfe 4.1 und 4.2 und damit die Spinndüsen 5.1 und 5.2 oberhalb des Kühlbades 7 in Abzugsrichtung der Monofilamente reihenförmig hintereinander angeordnet. Die Monofilamente 6.1 der Spinndüse 5.1 werden durch die Umlenkrolle 11.1 umgelenkt und zu dem Fadenauslass 10 hin aufgespreizt. Die durch die Spinndüsen 5.2 extrudierten Monofilamente 6.2 werden über die Umlenkrolle 11.2 umgelenkt und zu dem Fadenauslass 10 des Kühlbades 7 hin aufgespreizt. Die Auslenkung und Aufspreizung der Monofilamente 6.2 ist dabei im wesentlichen von der Länge des Kühlbades 7 bzw. von dem Abstand zwischen dem Fadenauslass 10 des Kühlbades und der Umlenkrolle 11.2, in welcher die Filamente 6.2 der Spinndüse 5.2 geführt sind, abhängig.
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Wie insbesondere aus der Darstellung in 1 hervorgeht, ist jeder Extrusionskopf 4.1 und 4.2 über eine separate Schmelzeleitung 3.1 und 3.2 mit dem jeweiligen zugeordneten Extruder 1.1 und 1.2 verbunden. Der Extruder 1.1 ist unmittelbar in Verlängerung der Abzugsrichtung an der dem Fadenauslass 10 gegenüberliegenden Seite des Kühlbades 7 angeordnet. Der Extruder 1.1 ist über die Schmelzeleitung 3.1 mit der Spinndüse 5.1 gekoppelt, die mit größtem Abstand zu dem Fadenauslass 10 oberhalb des Kühlbades 7 gehalten ist.
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Der oberhalb des Kühlbades 7 benachbarte Extrusionskopf 4.2 ist über die Schmelzeleitung 3.2 mit dem Extruder 1.2 verbunden. Der Extruder 1.2 ist im wesentlichen orthogonal zu dem Extruder 1.1 ausgerichtet und seitlich neben dem Fadenauslass 10 des Kühlbades 7 gehalten. Die Anbindung über die Schmelzeleitung 3.2 zwischen dem Extruder 1.2 und dem Extrusionskopf 4.2 sind somit im wesentlichen identisch zu der Schmelzeleitung 3.1 zwischen dem Extruder 1.1 und dem Extrsionskopf 4.1. Neben einer sehr kompakten Anordnung der Extrusionsaggregate lassen sich auch im wesentlichen gleiche Verweilzeiten beim Extrudieren und zuführen der Schmelzen zu den Spinndüsen 5.1 und 5.2 realisieren.
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Um möglichst kurze Schmelzeleitungen 3.1 und 3.2 zwischen den Extrusionsköpfen 4.1 und 4.2 und den Extrudern 1.1 und 1.2 zu realisieren, sind die Extruder 1.1 und 1.2 jeweils auf einem Gestell 12 gehalten. Damit lassen sich im wesentlichen geradlinige Schmelzeführungen zwischen dem Extrusionsköpfen und den Extrudern realisieren.
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Um die extrudierten Monofilamente 6.1 und 6.2 als eine gemeinsame Fadenschar von den Spinndüsen 5.1 und 5.2 abziehen zu können, ist dem Fadenauslass 10 des Kühlbades 7 eine Abzugseinrichtung 14 nachgeordnet. Die Abzugseinrichtung 14 weist bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Abzugswalzen 16 auf, an denen die Fadenschar mit einfacher Umschlingung geführt ist. Die Abzugswalzen 16 werden hierzu mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben.
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Zur Abnahme einer noch anhaftende Restflüssigkeit von der Fadenschar ist zwischen der Abzugseinrichtung 14 und der Abkühleinrichtung 9 eine Trockeneinrichtung 13 vorgesehen, die beispielsweise mehrere Abstreifwalzen 17 aufweist. Den Abstreifwalzen 17 können noch Absaugdüsen oder Glasdüsen zugeordnet sein, um die Monofilamente von Restmengen des Kühlfluids zu befreien.
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Das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Betriebszustand dargestellt, in welchem jede der Spinndüsen 5.1 und 5.2 jeweils eine Vielzahl von Monofilamenten 6.1 und 6.2 aus einem aufgeschmolzenen thermoplastischen Material extrudieren. Die Spinndüsen 5.1 und 5.2 sind als Runddüsen ausgebildet, so dass die Monofilamentschar in einer kreisförmigen Anordnung extrudiert werden. Die durch die Extruder 1.1 und 1.2 separat erzeugten Polymerschmelzen können hierbei identisch oder alternativ für verschiedene Polymere und/oder Additive gebildet sein.
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Die durch die Spinndüsen 5.1 und 5.2 extrudierten Monofilamente 6.1 und 6.2 werden in Abzugsrichtung in einer reihenförmigen Anordnung hintereinander in das Kühlfluid 8 des Kühlbades 7 geleitet und über mehrere Umlenkrollen 11.1 bis 11.4 umgelenkt und zum Fadenauslass 10 hin aufgespreizt. Anschließend werden die Monofilamente 6.1 und 6.2 gemeinsam als eine Fadenschar durch die Abzugseinrichtung 14 abgezogen und weiteren Behandlungszonen zugeführt.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einer Draufsicht der Spinndüsen 5.1 und 5.2 gezeigt, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 einsetzbar wäre. Hierbei sind die nicht dargestellten Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch zu den vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Spinndüsen 5.1 und 5.2 ebenfalls oberhalb des Kühlbades 7 in einer reihenförmigen Anordnung hintereinander in Abzugsrichtung der Monofilamente angeordnet. Um insbesondere beim Abziehen der im mittleren Bereich der Spinndüsen 5.1 und 5.2 erzeugten Monofilamente eine parallele Anordnung beim Abzug der Fadenschar zu erhalten, ist zwischen den Mittelachsen der Spinndüsen 5.1 und 5.2 jeweils ein Versatz eingestellt. In 3 ist der Versatz mit dem Kennbuchstaben t gekennzeichnet. In Abhängigkeit von der Anzahl und dem Titer der Monofilamente kann der Versatz t einige mm oder cm betragen. Damit lässt sich eine gleichmäßige Verteilung der beiden Monofilamentscharen am Fadenauslass 10 des Kühlbades 7 einstellen.
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Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Spinndüsen 5.1 und 5.2 in einer reihenförmigen Anordnung oberhalb des Kühlbades 7 gehalten. Die Anzahl der Spinndüsen ist hierbei beispielhaft. Grundsätzlich könnten auch mehrere Spinndüsen in einer reihenförmigen Anordnung gehalten werden, wobei die seitlich neben den Fadenauslass 10 angeordneten Extruder parallel zueinander angeordnet wären.
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Bezugszeichenliste
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- 1.1, 1.2
- Extruder
- 2.1, 2.2
- Einspeiseeinrichtung
- 3.1, 3.2
- Schmelzeleitung
- 4.1, 4.2
- Extrusionskopf
- 5.1, 5.2
- Spinndüse
- 6.1, 6.2
- Monofilamente
- 7
- Kühlbad
- 8
- Kühlfluid
- 9
- Abkühleinrichtung
- 10
- Fadenauslass
- 11.1, 11.2, 11.3, 11.4
- Umlenkrollen
- 12
- Gestell
- 13
- Trockeneinrichtung
- 14
- Abzugseinrichtung
- 15.1, 15.2
- Extruderantrieb
- 16
- Abzugswalzen
- 17
- Abstreifwalzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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