DE102021000436A1

DE102021000436A1 - Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels

Info

Publication number: DE102021000436A1
Application number: DE102021000436.1A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Wawra; Florian Homölle; Martin Fischer; Winfried Wübken; Roland Nitschke; Simon Matthes
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-08-04
Also published as: CN114808159A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels zur Herstellung eines Fadens, der zumindest einen Kühlzylinder, durch welchen die Filamente geführt sind, und eine Absaugeinrichtung aufweist. Die Absaugeinrichtung wirkt mit dem Kühlzylinder derart zusammen, dass ein Gegenluftstrom innerhalb des Kühlzylinders erzeugbar ist. Um eine gleichmäßige Kühlluftströmung innerhalb des Kühlzylinders zur Abkühlung der Filamente zu erhalten, weist der Kühlzylinder zwischen einem Filamenteinlass und einem Filamentauslass zumindest einen oberen luftdurchlässigen Längenabschnitt und einen unteren geschlossenen Längenabschnitt auf, wobei dem geschlossenen Längenabschnitt des Kühlzylinders ein Luftleitmittel an dem Filamentauslass zugeordnet ist, durch welchen eine durch die Absaugeinrichtung angesaugte Kühlluft zum Kühlzylinder führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels zur Herstellung eines Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden ist allgemein bekannt, dass eine Vielzahl feiner Filamentstränge durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen einer Spinndüse aus einer Polymerschmelze extrudiert werden. Die Filamentstränge bilden hierbei ein Bündel, das nach einer Abkühlung zu einem Faden zusammengeführt wird. Damit die Filamentstränge innerhalb eines Fadenverbundes sich nicht verbinden, müssen die Filamentstränge nach dem Extrudieren zur Verfestigung abgekühlt werden. Die Abkühlung der Filamentstränge erfolgt üblicherweise durch einen Kühlluftstrom, der auf die Filamentstränge einwirkt. Hierbei müssen jedoch möglichst alle Filamentstränge innerhalb des Filamentbündels eine gleichmüßige Kühlung zur Ausbildung möglichst gleichmäßiger physikalischer Eigenschaften erhalten.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen zum Abkühlen frisch extrudierter Filamentstränge bekannt, die sich im wesentlichen in mehrere Gruppen zur Erzeugung eines Kühlluftstromes unterteilen lassen. Bei einer ersten Gruppe, wie sie beispielsweise aus der DE 44 04 258 A1 bekannt ist, wird ein quer gerichteter Kühlluftstrom auf die extrudierten Filamentstränge gerichtet. Hierzu erstreckt sich in Laufrichtung der Filamente eine Blaswand, die mit einer Blaskammer gekoppelt ist, in welcher eine Klimaluft gefördert und über die Blaswand quergerichtet auf die Filamente trifft. Derartige, auch als sogenannte Querstromanblasung, bekannte Vorrichtungen, besitzen eine relativ gute Kühlwirkung, jedoch grundsätzlich mit dem Nachteil, dass das Filamentbündel nur von einer Seite mit einem Kühlluftstrom beaufschlagt wird.
Um einen Kühlluftstrom von allen Seiten auf das Filamentbündel zu richten, ist eine zweite Gattung von Abkühlvorrichtungen bekannt, bei welchem das Filamentbündel innerhalb eines zylindrisches Kühlschachtes geführt ist, der eine gasdurchlässige Wandung aufweist und innerhalb einer Blaskammer angeordnet ist. Eine in die Blaskammer geführte Kühlluft tritt somit über die gasdurchlässige Wandung des Kühlschachtes von außen ins innere des Kühlschachtes, um die Filamentstränge zu kühlen. Damit lässt sich über den gesamten Umfang des Filamentbündels ein quergerichteter Kühlluftstrom erzeugen. Diese Art der Abkühlung wird in Fachkreisen auch als sogenannter Radialanblasung bezeichnet und geht beispielsweise aus der US5,219,582 hervor. Derartige Radialanblasungen besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass der Kühlluftstrom gleichgerichtet mit den Filamentsträngen über ein Filamentauslass abgeführt werden. Dabei sind die in Laufrichtung der Filamentstränge sich ausbildenden Mantelströme isolierend und behindern das Zusammentreffen mit der Kühlluft.
Sowohl der Querstromanblasung als auch die Radialanblasung erzeugen zudem eine quergerichtete Kühlluftströmung in einem Bereich der Filamentstränge, in welchem diese noch schmelzflüssig sind. Insoweit ist es erforderlich, dass die Filamentstränge bei Auftreffen der Kühlluft über eine bereits ausreichende Vorverfestigung verfügen, um keine Querschnittsveränderungen, insbesondere der äußeren Filamentstränge beim Auftreffen der Kühlluft zu erhalten.
Um einen weniger durch Überdruck erzeugten Kühlluftstrom zu erhalten, sind auch Vorrichtungen bekannt, beispielsweise aus der DE 100 48 133 A1 , bei welchen ein Kühlschacht mit seinen unteren Ende an eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist, so dass innerhalb des Kühlschachtes ein Unterdruck entsteht. Hierbei wird die Kühlluft in einem oberen Abschnitt des Kühlschachtes mit luftdurchlässiger Wandung eingesogen. Dadurch entsteht eine im wesentlichen in Laufrichtung der Filamente geführter Kühlluftstrom. Auch hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass durch Abzug der Filamente von der Spinndüse eine sich am Mantel der Filamentstränge ausbildender Mantelluftstrom unzureichend durch den in Fadenlaufrichtung gerichteten Kühlluftstrom verdrängt wird. Daher haben sich derartige Vorrichtungen zur Erzeugung eines Kühlluftstromes in Fadenlaufrichtung bei der Fadenherstellung nicht bewährt.
Aus dem Stand der Technik ist jedoch auch eine gattungsgemäße Vorrichtung aus der DE 11 19 45 67 A1 bekannt, bei welcher ein entgegen der Laufrichtung der Filamente erzeugter Kühlluftstrom zur Abkühlung der Filamente genutzt wird. So wurde beispielsweise bereits vor sehr langer Zeit versucht, einen derartigen Abkühlstrom durch eine Absaugeinrichtung zu erzeugen, die unmittelbar unterhalb einer Spinndüse angeordnet ist. Derartige Absaugeinrichtungen werden üblicherweise zum Entfernen von Abgasen genutzt, die beim Extrudieren einer Polymerschmelze insbesondere beim Extrudieren von Polyamid entstehen und zu ungewünschten Verschmutzungen führen.
Bei der DE 11 19 456 A1 bekannten Vorrichtung zum Abkühlen eines Filamentbündels ist ein Kühlzylinder unmittelbar an der Absaugeinrichtung unterhalb der Spinndüse angeordnet. Der Kühlzylinder wird von den Filamentsträngen durchlaufen, wobei über die Saugwirkung der Absaugeinrichtung am unteren Ende des Kühlzylinders eine Kühlluft eintritt und innerhalb des Kühlzylinders einen Gegenstrom erzeugt. So strömt die Kühlluft entgegen der Laufrichtung der Filamentstränge, so dass der Kühlluftstrom entgegen einer möglichen Mantelströmung am Umfang der Filamente gerichtet ist. Bei der bekannten Vorrichtung wirkt die Absaugeinrichtung unmittelbar auf der Einlaufseite des Kühlzylinders, so dass ein relativ hoher Unterdruck unterhalb der Spinndüse erzeugt werden muss, damit ein Gegenstrom der Kühlluft innerhalb des Kühlzylinders vorherrscht. Derartige starke Saugwirkungen führen jedoch bei dem Lufteintritt auf der Auslassseite des Kühlzylinders zu ungewünschten Luftturbulenzen, die sich insbesondere negativ auf die Gleichmäßigkeit der Abkühlung aller Filamentstränge auswirkt.
Unter Berücksichtigung der zahlreichen Varianten zur Erzeugung eines Kühlluftstromes zur Abkühlung von frisch extrudierten Filamenten bei der Fadenherstellung stellt sich nun die Aufgabe, die gattungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen der Filamentstränge mit einem Gegenluftstrom der Kühlluft derart zu verbessern, dass die Filamentstränge mit hoher Gleichmäßigkeit zur Erzeugung eines synthetischen Fadens herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlzylinder zwischen einem Filamenteinlass und einem Filamentauslass zumindest einen oberen luftdurchlässigen Längenabschnitt und einen unteren geschlossenen Längenabschnitt aufweist und dass dem geschlossenen Längenabschnitt des Kühlzylinders ein Luftleitmittel an dem Filamentauslass angeordnet ist, durch welchen eine durch die Absaugeinrichtung angesaugte Kühlluft zum Kühlzylinder führbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass die Saugwirkung über einen Längenabschnitt am Umfang des Kühlzylinders und die Gegenluftströmung der Kühlluft ungestört in einem geschlossenen Längenabschnitt des Kühlzylinders zu Kühlung der Filamente wirkt. Darüberhinaus lässt sich die über den Filamentauslass eingesogene Kühlluft vorteilhaft durch das Leitmittel derart lenken, dass auch bei relativ hohen Unterdrücken eine gleichmäßige Gegenluftströmung im Kühlzylinder erzeugt wird. Insbesondere lässt sich durch das Leitmittel am Filamentauslass des Kühlzylinders auch ein Durchsatz der Kühlluft vorteilhaft auf die jeweiligen Fadentypen anpassen.
Um einen Eintritt der Kühlluft möglichst wirbelfrei zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher das Luftleitmittel durch eine ringförmige Einströmdüse gebildet ist, die zur Umgebung hin einen Einlassquerschnitt und zum Kühlzylinder hin einen Auslassquerschnitt aufweist. Damit ist vorteilhaft eine Bündelung der aus der Umgebung angesaugten Kühlluft möglich.
Hierzu ist der Einlassquerschnitt der Einströmdüse größer als der Auslassquerschnitt der Einströmdüse, wobei eine Übergangswandung der Einströmdüse zwischen den beiden Querschnitten konisch und / oder gerundet ausgebildet ist. So können Düseneffekte genutzt werden, um den Lufteintritt in den Kühlzylinder zu beeinflussen. Eine Vergleichmäßigung des Kühlluftstromes innerhalb des Kühlzylinders wirkt sich insbesondere auf die Ausbildung der Uster-Werte der Filamentstränge besonders positiv aus.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Lufteintritt an dem Filamenteinlass über eine längere Einlassstrecke zuzuführen. Hierzu ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher das Luftleitmittel durch einen hohlzylindrischen Einströmzylinder ausgebildet ist, der zum Kühlzylinder eine im wesentlichen gleichgroßen Strömungsquerschnitt aufweist und der in Verlängerung des Kühlzylinders am Filamentauslass gehalten ist. Allein durch die Länge des Einströmzylinders lässt sich das Ansaugen der Kühlluft aus der Umgebung beeinflussen. Je länger der Einströmzylinder ausgebildet ist, umso geringer ist die Luftmenge, die über die Saugwirkung in den Kühlzylinder eingesogen werden kann.
Um das Eintreten der angesaugten Umgebungsluft über die Länge des Einströmzylinders zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Einströmzylinder am Mantel eine Vielzahl über den Umfang verteilt ausgebildete Einströmöffnungen aufweist. Damit lässt sich ebenfalls eine vergleichmäßigte Zuführung der Kühlluft in dem Kühlzylinder erreichen. Durch verstellbare Öffnungsquerschnitte der Einströmöffnungen ist zudem eine Beeinflussung der Luftmenge möglich.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die eintretende Luftmenge an dem Einströmzylinder durch die Weiterbildung der Erfindung zu beeinflussen, bei welcher der Einströmzylinder an einem freien Ende eine verstellbare Auslassblende aufweist, durch welche ein Einströmquerschnitt des Einströmzylinders veränderbar ist. Damit besteht die Möglichkeit, die axial zugeführte Kühlluft gegenüber der radial zugeführten Kühlluft an dem Einströmzylinder zu beeinflussen.
Da die in Gegenströmung fließende Kühlluft erfahrungsgemäß eine intensive Kühlwirkung an den Filamentsträngen erzeugt, ist eine Weiterbildung der Erfindung besonders auf die Herstellung von feinen Filamenttitern abgestimmt. Hierzu ist das Leitmittel durch einen hohlzylindrischen Auslasszylinder gebildet, der mit einem freien oberen Ende in den Kühlzylinder hineinragt und gemeinsam mit dem geschlossen Längenabschnitt des Kühlzylinders einen ringförmigen Einströmspalt bildet. Insoweit wird die Kühlluft zunächst über den Einströmspalt in den Kühlzylinder ohne Kontakt zu den Filamentsträngen eingesogen. Durch die in den Kühlzylinder hineinragende Länge des Auslasszylinders lässt sich vorteilhaft die Kühlstrecke innerhalb des Kühlzylinders beeinflussen, in welcher die Kühlluft mit den Filamenten zusammentrifft. Je feiner die Filamentstränge sind, umso länger ragt der Auslasszylinder in den Kühlzylinder hinein.
Um sicherzustellen, dass die eingesogene Kühlluft ausschließlich über den Einströmspalt in den Kühlzylinder gelangt, ist desweiteren vorgesehen, dass der Auslasszylinder den Filamentauslass durchdringt und mit einem freien unteren Ende aus dem Kühlzylinder herausragt. Die Filamentstränge werden somit durch den hohlzylindrischen Auslasszylinder ohne Kontakt geführt. Die aus der Umgebung zugeführte Kühlluft tritt somit erste im Innern des Kühlzylinders mit den Filamentsträngen zusammen.
Damit an dem luftdurchlässigen Längenabschnitt des Kühlzylinders eine gleichmäßige Saugwirkung entsteht, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der luftdurchlässige Längenabschnitt des Kühlzylinders innerhalb einer geschlossenen Saugkammer angeordnet ist und dass die Saugkammer mit der Absaugeinrichtung verbunden ist. Die Saugkammer ummantelt somit den betreffenden Längenabschnitt des Kühlzylinders, um über den gesamten Längenabschnitt eine Luftströmung radial von innen nach außen an den Kühlzylinder zu erzeugen. Der dabei innerhalb des Kühlzylinders erzeugte Unterdruck führt zu der gewünschten Gegenluftströmung in dem gesamten Kühlzylinder. Die zur Kühlung der Filamente verbraucht Kühlluft lässt sich hierbei vorteilhaft über die Saugkammer abführen. Ein Austreten der verbrauchten Kühlluft gemeinsam mit dem Filamentbündel wird dadurch vorteilhaft verhindert.
Zur Erzeugung einer gleichmäßigen am Umfang des luftdurchlässigen Längenabschnittes des Kühlzylinders wirkenden Saugströmung hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welcher der geschlossene Längenabschnitt des Kühlzylinders ein Unterdruckkammer durchdringt, bei welcher die Unterdruckkammer unterhalb des Saugkammer angeordnet ist und mit der Saugkammer verbunden ist und bei welcher die Absaugeinrichtung an der Unterdruckkammer angeschlossen ist. Somit kann über den gesamten Querschnitt der Saugkammer ein gleichmäßiger Unterdruck erzeugt werden, der am Umfang des luftdurchlässigen Längenabschnittes des Kühlzylinders anliegt. So lassen sich ungleichmäßig verteilte Saugströmungen innerhalb der Saugkammer vorteilhaft vermeiden. Die in der Saugkammer gelangte verbrauchte Kühlluft wird von der unterhalb der Saugkammer angeordneten Unterdruckkammer aufgenommen und über die Absaugeinrichtung abgeführt.
Um den gesamten Querschnitt zur Abfuhr der verbrauchten Kühlluft nutzen zu können, ist die Saugkammer und die Unterdruckkammer durch eine luftdurchlässige Trennwand miteinander verbunden, wobei die Trennwand einen Boden der Saugkammer bildet.
Die Herstellung synthetischer Fäden erfolgt üblicherweise in Spinnpositionen, in welchen mehrere Fäden parallel nebeneinander als eine Fadenschar erzeugt werden. Insoweit ist die Erfindung nicht auf das Abkühlen einer Filamentschar beschränkt. So besteht die Möglichkeit, dass innerhalb der Saugkammer mehrere Kühlzylinder mit deren gasdurchlässigen Längenabschnitten gehalten sind. Hierbei sind die Kühlzylinder analog zu den Spinndüsen an einem Spinnbalken in einer Reihenanordnung gehalten. So lassen sich vorteilhaft durch eine Saugkammer mehrere Gegenluftströmungen in mehreren Kühlzylindern erzeugen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels zur Herstellung eines synthetischen Fadens ist besonders für hohe Filamenttiter geeignet, um eine vergleichmäßigte Kühlung der Filamentstränge zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels ist nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:

1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels
2 bis 4 schematisch jeweils eine Querschnittsansicht weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels

In der 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels gezeigt. Das Ausführungsbeispiel weist einen Kühlzylinder 1 auf, der an einem oberen Ende einen Filamenteinlass 2 und an einem unteren Ende ein Filamentauslass 3 bildet. Der Kühlzylinder 1 weist mehrere unterschiedliche Längenabschnitte auf, wobei zumindest einer der Längenabschnitte 1.1 durch eine luftdurchlässige Zylinderwand 4 gebildet ist. Der luftdurchlässige Längenabschnitt 1.1 des Kühlzylinders 1 ist im oberen Bereich des Kühlzylinders 1 unterhalb des Filamenteinlasses 2 ausgebildet.
Unterhalb des luftdurchlässigen Längenabschnittes 1.1 erstreckt sich ein geschlossener Längenabschnitt 1.2, der durch eine geschlossene Zylinderwand 5 gebildet wird. Die geschlossene Zylinderwand 5 des geschlossenen Längenabschnittes 1.2 des Kühlzylinders 1 erstreckt sich bis zum Filamentauslass 3. Die Längenabschnitte 1.1 und 1.2 des Kühlzylinders 1 sind bevorzugt durch separate Zylinderwände 4 und 5 ausgebildet. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, den Kühlzylinder 1 einteilig auszuführen.
Der Kühlzylinder 1 durchdringt mit dem luftdurchlässigen Längenabschnitt 1.1 eine Saugkammer 6. Die Saugkammer 6 umschließt den Umfang des Kühlzylinders 1 im Bereich der luftdurchlässigen Zylinderwand 4. Die Saugkammer 6 ist zur Umgebung durch ein Kammergehäuse 6.1 geschlossen. Unterhalb der Saugkammer 6 ist eine Unterdruckkammer 8 ausgebildet, die von dem geschlossenen Längenabschnitt 1.2 des Kühlzylinders 1 durchdrungen ist. Ein Boden der Saugkammer 6 wird durch eine luftdurchlässige Trennwand 7 gebildet, die die Saugkammer 6 von der Unterdruckkammer 8 separiert. Die Trennwand 7 umschließt den Kühlzylinder 1 im Übergangsbereich zwischen der luftdurchlässigen Zylinderwand 4 und der geschlossenen Zylinderwand 5. Der geschlossene Längenabschnitt 1.2 des Kühlzylinders erstreckt sich somit innerhalb der Unterdruckkammer 8 und durchdringt diese. Hierbei besteht die Möglichkeit, den Filamentauslass 3 des Kühlzylinders 1 an einer Unterseite der Unterdruckkammer 8 oder mit einem Abstand zur Unterseite der Unterdruckkammer 8 auszubilden. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungseispiel ist der Filamentauslass 3 des Kühlzylinders 1 mit Abstand zu einer Unterseite der Unterdruckkammer 8 ausgebildet.
Die Unterdruckkammer 8 ummantelt den Kühlzylinder 1 mit koaxialem Querschnitt zur Saugkammer 6. Die Unterdruckkammer 8 ist durch ein Kammergehäuse 8.1 gegenüber der Umgebung abgeschlossen.
An einer Seite der Unterdruckkammer 8 weist das Kammergehäuse 8.1 eine Saugöffnung 8.2 auf, an welchem ein Saugstutzen 9 angeschlossen ist. Der Saugstutzen 9 verbindet die Unterdruckkammer 8 mit einer Absaugeinrichtung 10. Die Absaugeinrichtung 10 weist zumindest eine Unterdruckquelle 10.1 auf, um innerhalb der Unterdruckkammer 8 einen Unterdruck zu erzeugen. Üblicherweise kann die Absaugeinrichtung 10 noch weitere Vorrichtungen zur Aufbereitung und Filtrierung der verbrauchten Kühlluft aufweisen, die hier nicht gezeigt sind.
Oberhalb der Saugkammer 6 ist eine Dichtung 11 angeordnet, die im Bereich des Filamenteinlasses 2 einen Ausschnitt 11.1 aufweist. Die Dichtung 11 ist derart ausgelegt, dass die gesamte Vorrichtung zum Abkühlen unmittelbar an einer Unterseite eines Spinnbalkens dichtend gehalten werden kann.
Unterhalb der Unterdruckkammer 8 ist dem Filamentauslass 3 des Kühlzylinders 1 ein Luftleitmittel 14 zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Luftleitmittel 14 durch eine Einströmdüse 15 gebildet. Die Einströmdüse 15 ist unmittelbar am Ende des Kühlzylinders 1 dem Filamenteinlass 3 zugeordnet und beispielsweise durch einen hier nicht dargestellten Halter an der Unterseite der Unterdruckkammer 8 gehalten. Die Einströmdüse 15 weist gegenüber dem Filamentauslass 3 einen Auslassquerschnitt 15.2 auf. Gegenüber der Umgebung ist ein Einlassquerschnitt 15.1 an der Einströmdüse 15 ausgebildet, der größer ist als der Auslassquerschnitt 15.2. Der Auslassquerschnitt 15.2 entspricht dem Strömungsquerschnitt des Kühlzylinders 1. Zwischen dem Einlassquerschnitt 15.1 und dem Auslassquerschnitt 15.2 weist die Einströmdüse 15 eine Übergangswandung 15.3 mit einer Verrundung auf. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Übergangswandung 15. 3 der Einströmdüse 15 durch einen Konus auszubilden.
Im Betrieb ist die Vorrichtung derart platziert, dass der Kühlzylinder 1 im wesentlichen koaxial zu einer Spinndüse 12 gehalten ist. Die Spinndüse 12 ist zur Erläuterung der Funktion in 1 gestrichelt dargestellt. Durch die Spinndüse 12 werden eine Vielzahl von Filamentsträngen 13 aus mehreren Düsenöffnungen der Spinndüse 12 extrudiert. Die Filamentstränge sind bündelförmig angeordnet und durchdringen den Kühlzylinder 1. Die Filamentstränge 13 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Funktion nur gestrichelt dargestellt.
Zur Abkühlung des frisch extrudierten Filamentbündels wird durch die Unterdruckquelle 10.1 der Absaugeinrichtung 10 innerhalb der Unterdruckkammer 8 ein Unterdruck erzeugt, der sich über die Saugkammer 6, die gasdurchlässige Zylinderwand 4 ins Innere des Kühlzylinders 1 fortpflanzt. Dadurch entsteht eine Saugwirkung, so dass der Einlassquerschnitt 15.1 der Einströmdüse 15 einen Lufteintritt bildet. Die durch die Einströmdüse 15 angesaugte Kühlluft wird unmittelbar über den Filamentauslass 3 in den Kühlzylinder 1 geleitet. So wird eine Kühlluft aus der Umgebung angesaugt, die als ein Gegenluftstrom vom Filamentauslass 3 zum Filamenteinlass 2 innerhalb des Kühlzylinders 1 strömt. Die Kühlluft strömt somit entgegen der Fadenlaufrichtung der Filamente 13. So lassen sich beim Abzug der Filamentstränge 13 ausbildende Mantelströmungen am Umfang der Filamentstränge vorteilhaft durch die gegengerichtete Kühlluftströmung aufbrechen, um die Filamentstränge zu kühlen. Die Zuführung der Kühlluft durch die Einströmdüse 15 führt zudem zu einer vergleichmäßigten und beruhigten Luftströmung.
Die Kühlluftströmung ist in 1 und auch in den nachfolgenden Figuren schematisch durch Pfeile dargestellt.
Der Kühlluftstrom wird nach Abkühlung der Filamentstränge über die luftdurchlässige Zylinderwand 4 des Kühlzylinders 1 in die Saugkammer 6 abgeleitet und gelangt von dort über die Unterdruckkammer 8 zur Absaugeinrichtung 10. So wird die durch die Kühlung der Filamente und verbrauchte Kühlluft aus dem Prozess abgeführt. Ein Austreten in der Umgebung kann damit vorteilhaft vermieden werden.
Gleichzeitig lassen sich unterhalb der Spinndüse beim Extrudieren der Filamentstränge auftretende Abgase wie beispielsweise Monomere oder Oligomere direkt mit abführen.
Um bei einer großen Vielzahl von Filamentsträngen und insbesondere bei größeren Fadentitern eine möglichst lange Kühlstrecke zu realisieren, ist in der 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar schematisch in einer Querschnittsansicht gezeigt. Das Ausführungsbeispiel nach 2 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1. Insoweit werden nur die Unterschiede erläutert und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorbezeichnete Beschreibung Bezug genommen.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aufbau des Kühlzylinders 1, der Saugkammer 6 und der Unterdruckkammer 8 identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel. Nur das dem Filamentauslass 3 zugeordnete Luftleitmittel 14 wird in dem Ausführungsbeispiel nach 2 durch einen Einströmzylinder 16 gebildet. Der Einströmzylinder 16 ist in Verlängerung des Kühlzylinders 1 am Filamentauslass 3 angeordnet. Hierbei kann der Einströmzylinder 16 ebenfalls durch einen hier nicht dargestellten Halter an der Unterseite der Unterdruckkammer 8 gehalten sein. Der Einströmzylinder 16 weist einen im Vergleich zum Kühlzylinder 1 im wesentlichen gleichgroßen Strömungsquerschnitt auf und bildet somit eine Verlängerung des Kühlzylinders 1 am Filamentauslass 3. Der Einströmzylinder 16 bildet somit am unteren Ende eine Einströmöffnung 16.1, durch welche eine angesaugte Kühlluft eintritt und in den Kühlzylinder 1 geleitet wird.
Um eine möglichst vergleichmäßigte Luftströmung in Richtung des Kühlzylinders 1 zu erhalten, sind am Mantel des Einströmzylinders 16 eine Vielzahl über den Umfang verteilt ausgebildete Einströmöffnungen 16.2 ausgebildet. Die Einströmöffnungen 16.2 können beispielsweise durch eine siebförmige Zylinderwand oder ein Lochblech gebildet sein. Insoweit wird über die Länge des Einströmzylinders 16 eine quergerichtete Saugströmung erzeugt, die gemeinsam mit der axial einströmenden Kühlluft gemeinsam zum Kühlzylinder 1 geführt wird. Insbesondere kann hierbei die durch den Einströmzylinder 16 gebildete Kühlstrecke zusätzlich genutzt werden, um die Filamentstränge mit einem Gegenluftstrom der Kühlluft zu kühlen.
Um an dem Einströmzylinder 16 die axial eintretende Kühlluft, die radial eintretende Kühlluft im Verhältnis zueinander zu beeinflussen ist in der 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer frisch extrudierten Filamentschar gezeigt. Das Ausführungsbeispiel in 3 ist identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 2, so dass die vorgehende Beschreibung hier ebenfalls zutreffend ist. Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 2 liegt darin, dass am freien Ende des Einströmzylinders 16 eine verstellbar Auslassblende 17 angeordnet ist. Durch die Auslassblende 17 lässt sich der am Ende des Einströmzylinders 16 ausgebildete Einströmquerschnitt 16.1 für den Eintritt der angesaugten Kühlluft verändern. Somit besteht die Möglichkeit, die im wesentlichen Anteil der zugeführten Kühlluft über die Einströmöffnungen 16.2 am Mantel des Einströmzylinders 16 zu erhalten. Die Einströmöffnungen 16.2 am Mantel des Einströmzylinders 16 können hierbei zudem in ihrer Größe in Abhängigkeit vom Abstand zum Filamentauslass 3 variieren. Ebenso besteht die Möglichkeit, durch eine Verstelleinrichtung die Öffnungsweite der Einströmöffnungen 16.2 oder die Anzahl der geöffneten Einströmöffnungen 16.2 am Umfang des Einströmzylinders 16 zu verändern. Somit lassen sich flexible Kühlbedingungen zur Herstellung von unterschiedlichen Fadentypen realisieren.
Um möglichst feine Filamentstränge trotz einer Gegenluftströmung der Kühlluft erzeugen zu können, ist in der 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach 4 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorher genannten Beschreibung genommen wird.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels ist der Aufbau der Kühlzylinders 1 der Saugkammer 6 und der Unterdruckkammer 8 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1. Nur das an der Unterseite der Unterdruckkammer 8 angeordnete Luftleitmittel 14 in dem Ausführungsbeispiel nach 4 durch einen Auslasszylinder 18 gebildet. Der Auslasszylinder 18 ist hohlzylindrisch ausgebildet und ummantelt die Filamentstränge 13. Hierbei ragt der Auslasszylinder mit einem freien oberen Ende in den Kühlzylinder 1 hinein, wobei der Auslasszylinder 18 im Aussendurchmesser kleiner ausgebildet ist gegenüber dem Innendurchmesser des Kühlzylinders 1. Somit wird zwischen dem geschlossenen Längenabschnitt 1.2 des Kühlzylinders 1 und dem Auslasszylinder 18 ein ringförmiger Einströmspalt 19 gebildet. Hierzu ist ein oberes Ende 18.1 des Auslasszylinders 18 innerhalb des Kühlzylinders 1 angeordnet. Der Auslasszylinder 18 durchdringt den Filamentauslass 3 und ragt mit einem unteren Ende 18.2 aus dem Kühlzylinder 1 heraus. Somit ergibt sich ein ringförmiger Einströmspalt 19 zwischen dem Auslasszylinder 18 und dem Kühlzylinder 1. Die über die Unterdruckwirkung im Kühlzylinder 1 eingesaugte Kühlluft wird dabei im wesentlichen über den ringförmigen Einströmspalt 19 eingesogen und in den Kühlzylinder 1 geleitet. Die Kühlluft trifft dabei am oberen Ende 18.1 des Auslasszylinders 18 auf die Filamentstränge 13, so dass eine relativ kurze Kühlstrecke zur Abkühlung der Filamenstränge wirkt. Durch die Lage des Auslasszylinders 18 lässt sich somit die Länge einer Kühlstrecke bestimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels ist zur Herstellung von textilen Fäden und technischen Fäden oder sogar für Teppichfäden geeignet. Wesentlich hierbei ist, dass die Filamentschar bündelförmig durch den Kühlzylinder führbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4404258 A1 [0003]
US 5219582 [0004]
DE 10048133 A1 [0006]
DE 11194567 A1 [0007]
DE 1119456 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung zum Abkühlen eines frisch extrudierten Filamentbündels zur Herstellung eines Fadens mit einem hohlzylindrischen Kühlzylinder (1), durch welchen die Filamente geführt sind, und mit einer Absaugeinrichtung (10), die mit dem Kühlzylinder (1) derart zusammenwirkt, dass ein Gegenluftstrom einer Kühlluft innerhalb des Kühlzylinders (1) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlzylinder (1) zwischen einem Filamenteinlass (2) und einem Filamentauslass (3) zumindest einen oberen luftdurchlässigen Längenabschnitt (1.1) und einen unteren geschlossenen Längenabschnitt (1.2) aufweist und dass dem geschlossenen Längenabschnitt (1.2) des Kühlzylinders ein (1) Luftleitmittel (14) an dem Filamentauslass (3) zugeordnet ist, durch welchen eine durch die Absaugeinrichtung (10) angesaugte Kühlluft zum Kühlzylinder (1) führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitmittel (14) durch eine ringförmige Einströmdüse (15) gebildet ist, die zur Umgebung hin einen Einlassquerschnitt (15.1) und zum Kühlzylinder (1) hin einen Auslassquerschnitt(15.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassquerschnitt (15.1) der Einströmdüse (15) größer ist als der Auslassquerschnitt (15.2) der Einströmdüse (15), wobei eine Übergangswandung (15.3) der Einströmdüse (15) zwischen den beiden Querschnitten (15.1, 15.2) konisch und/oder gerundet ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitmittel (14) durch einen hohlzylindrischen Einströmzylinder (16) ausgebildet ist, der zum Kühlzylinder (1) einen im Wesentlichen gleich großen Strömungsquerschnitt aufweist und der in Verlängerung des Kühlzylinders (1) am Filamentauslass (3) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmzylinder (16) am Mantel eine Vielzahl über den Umfang verteilt ausgebildete Einströmöffnungen (16.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmzylinder (16) an einem freien Ende eine verstellbare Auslassblende (17) aufweist, durch welche ein Einlassquerschnitt (16.1) des Einströmzylinders (16) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitmittel (14) durch einen hohlzylindrischen Auslasszylinder (18) gebildet ist, der mit einem freien oberen Ende (18.1) in den Kühlzylinder (1) hineinragt und gemeinsam mit dem geschlossen Längenabschnitt (1.2) des Kühlzylinders (1) einen ringförmigen Einströmspalt (19) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasszylinder (18) den Filamentauslass (3) durchdringt und mit einem freien unteren Ende (18.2) aus den Kühlzylinder (1) herausragt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der luftdurchlässige Längenabschnitt (1.1) des Kühlzylinders (1) innerhalb einer geschlossenen Saugkammer (6) angeordnet ist und dass die Saugkammer (6) mit der Absaugeinrichtung (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Längenabschnitt (1.2) des Kühlzylinders (1) eine Unterdruckkammer (8) durchdringt, dass die Unterdruckkammer (8) unterhalb der Saugkammer (6) angeordnet und mit der Saugkammer (6) verbunden ist und dass die Absaugeinrichtung (10) an der Unterdruckkammer (8) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugkammer (6) und die Unterdruckkammer (8) durch eine luftdurchlässige Trennwand (7) miteinander verbunden sind, wobei die Trennwand (7) einen Boden der Saugkammer(6) bildet.