DE102021000550A1

DE102021000550A1 - Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102021000550A1
Application number: DE102021000550.3A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt Erfinder
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-04
Also published as: WO2022167427A1; CN116829772A; JP2024505293A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden, bei welchen die Fäden nach dem Schmelzspinnen durch mehrere Galetten mit angetriebenen und teilweise beheizten Galettenmänteln mit jeweils einfacher Umschlingung geführt werden. Die Galettenmäntel der Galetten sind in ihren Umfangsgeschwindigkeiten und in ihren Oberflächentemperaturen steuerbar. Zur Erweiterung der Produktion sind die Galettenmäntel der Galetten in einer festen Anordnung derart zu einem Fadenlauf gehalten, dass wahlweise die Fäden in einem trockenen Zustand oder die Fäden in einem geölten Zustand verstreckt und relaxiert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden ist aus der WO 2013/020866 A1 bekannt.
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden werden die für die Verwendung der Fäden erforderlichen Eigenschaften beispielsweise die Festigkeit und Dehnung im wesentlichen durch ein Abziehen, ein Verstrecken und ein Relaxieren der multifilen Fäden nach dem Schmelzspinnen erzeugt. Hierzu werden Galettenvorrichtungen mit mehreren Galetten eingesetzt, die jeweils einen angetriebenen Galettenmantel aufweisen. Zum Teil sind die Galettenmäntel durch Heizmittel auf vorbestimmte Oberflächentemperaturen erwärmt, um das Fadenmaterial der Fäden thermisch zu beeinflussen. Die Anordnung der Galetten mit beheizten und unbeheizten Galettenmänteln ist somit von großer Bedeutung, um in Abhängigkeit von jeweiligen Fadentyp die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Darüberhinaus lassen sich die durch eine Galettenanordnung erzeugten physikalischen Eigenschaften an den Fäden noch dadurch beeinflussen, indem die multifilen Fäden eine Vorbehandlung beispielsweise durch eine Benetzung erhalten.
So ist es aus der WO 2013/020866 A1 bekannt, die multifilen Fäden vor dem Verstrecken mit einem Fluid zu benetzen. Ein derartiger Flüssigkeitsauftrag auf den multifilen Faden erfordert jedoch eine intensivere Wärmebehandlung des Fadens um eine gewünschte Verstrecktemperatur an dem Faden zu erhalten. So wird ein erheblicher Anteil der Wärmeenergie allein zur Erwärmung des an dem Faden anhanftenden Fluids genutzt. Insoweit ist es üblich, die Kontaktlänge zwischen den Fäden und den Galetten durch die Anzahl der umschlungenen Galettenmäntel zu beeinflussen.
Für den Fall, dass die multifilen Fäden dagegen im trockenen Zustand nach dem Schmelzspinnen abgezogen und verstreckt werden, lässt sich das Fadenmaterial direkt in Kontakt mit den Oberflächen der Galettenmäntel erwärmen. Daher wird eine kürzere Kontaktlänge zwischen den Fäden und den Galettenmänteln der Galetten benötigt, um eine vordefinierte Strecktemperatur zu erreichen. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit der multifilen Fäden werden bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung dementsprechend angepasste Galettenvorrichtungen verwendet, die sich im wesentlichen durch ihre Anzahl von Galetten mit beheizten Galettenmänteln unterscheidet und somit erhebliche Umrüstarbeiten erfordern.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, mit welchem bzw. mit welcher ein großes Spektrum an synthetischen Fäden ohne aufwändige Umbauarbeiten herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine feste Anordnung von Galetten mit angetriebenen und teilweise beheizten Galettenmänteln genutzt werden kann, um unterschiedliche Prozesse zur Herstellung synthetischer Fäden durchführen zu können. Durch gezielte Änderungen der Umfangsgeschwindigkeiten und der Oberflächentemperaturen an den Galettenmänteln der Galettenvorrichtung ist es möglich, die synthetischen Fäden in unterschiedlichen Vorbehandlungszuständen mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen. So lassen sich wahlweise die Fäden in einem trockenen Zustand oder in einem geölten Zustand mit der festen Anordnung der Galetten verstrecken und Relaxieren. Ein Umbau der Galettenvorrichtung ist nicht erforderlich.
Die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher bei einer Prozessumstellung die Umfangsgeschwindigkeit und die Oberflächentemperatur nur einer der Galettenmäntel derart geändert wird, dass die Fäden im Zulauf des Galettenmantels oder im Ablauf des Galettenmantels verstreckt werden, ist besonders vorteilhaft zur Minimierung des Steuerungsaufwandes. Zudem lässt sich mit einfachen Mitteln die Kontaktlänge der Fäden zur Erreichung einer Verstrecktemperatur variieren. Bei einem trockenen Zustand der Fäden können diese bereits im Zulauf des Galettenmantels verstreckt werden. Demgegenüber wird bei einer Verstreckung der Fäden im Ablauf des Galettenmantels dieser zur thermischen Behandlung und Erreichen der Strecktemperatur in den Fäden genutzt, so dass vorteilhaft benetzte Fäden mit längeren Kontaktlängen an den Galettenmänteln bis zur Verstreckung geführt werden.
Je nach Zuordnung der betreffenden Galette eine Verstreckung im Zulauf oder im Ablauf des Galettenmantels zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Galettenmantel der Galette wahlweise mit der Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 1.800 bis 2.200 m/min. oder mit der Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 4.800 bis 5.200 m/min. angetrieben wird. Die höher eingestellte Umfangsgeschwindigkeit ermöglicht somit eine Verstreckung im Zulauf des Galettenmantels. Die niedriger eingestellte Umfangsgeschwindigkeit erlaubt demgegenüber eine Verstreckung der Fäden im Ablauf des Galettenmantels.
Für den Fall, dass die Fäden bereits im Zulauf des Galettenmantels verstreckt werden, ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher der Galettenmantel der Galette wahlweise auf die Oberflächentemperaturen im Bereich von 60 bis 110 °C oder auf die Oberflächentemperatur im Bereich von 130 bis 160 °C beheizt wird. So können die höheren Oberflächentemperaturen an dem Galettenmantel dazu genutzt werden, um ein Relaxieren der Fäden zu bewirken.
Um alle gängigen Fadentypen textiler Fäden herstellen zu können, hat sich die Verfahrensvariante bewährt, bei welcher die Fäden durch insgesamt fünf Galetten mit fünf beheizten Galettenmänteln verstreckt und relaxiert werden, wobei der Galttenmantel der mittleren Galette zur Prozessumstellung in Umfangsgeschwindigkeit und Oberflächentemperatur geändert wird. Damit lassen sich trotz einfacher Umschlingungen an den Galettenmänteln kompakte Galettenvorrichtungen realisieren. In Abhängigkeit vom Zustand de Fäden können somit wahlweise zwei oder drei beheizte Galettenmäntel zum Vorwärmen der Fäden genutzt werden. Dementsprechend lassen sich die Fäden wahlweise mit zwei oder drei beheizten Galettenmänteln relaxieren.
Um innerhalb einer Streckzone eine möglichst hohe Zugspannung erzeugen zu können, ist die Oberflächenbeschaffenheit insbesondere die Rauigkeit der Oberfläche des Galettenmantels entscheidend. Insoweit ist desweiteren vorgesehen, dass im Bedarfsfall der Galettenmantel der mittleren Galette bei Prozessumstellung ausgetauscht wird und somit austauschbar ausgebildet ist.
Um die Vorwärmung auf eine vorbestimmte Verstrecktemperatur an den geölten Fäden trotz begrenzter Kontaktlänge am Umfang der Galettenmäntel zu erreichen, ist desweiteren die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher der geölte Zustand der Fäden durch eine Präparierung der Fäden vor dem Verstrecken mit einer Emulsion mit >90%igem Anteil an Öl erreicht wird. Somit wird der Wassergehalt innerhalb der Emulsion bei der Benetzung der Fäden auf ein Minimum reduziert. Ein sogenanntes Auskochen des Wassers zum Erwärmen der Fäden ist nicht erforderlich.
Unabhängig davon, ob die Fäden im geölten Zustand oder im trockenen Zustand verstreckt und relaxiert werden, muss für die Weiterbehandlung der Fäden in einem Folgeprozess ein bestimmter Benetzungsgrad an den Fäden vorherrschen. Hierzu ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher die Fäden nach dem Verstrecken und Relaxieren wahlweise mit einer Emulsion mit 15 bis 50%igem Anteil an Öl oder einer Emulsion mit 0.5 bis 2%igem Anteil an Öl präpariert werden. Damit lässt sich insgesamt eine angepasste Benetzung an den Fäden am Prozessende erzeugen.
Hierzu weist die Präparationseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere schaltbare Stationen auf, so dass zumindest in einer der Stationen die Fäden wahlweise mit einer Emulsion mit 15 bis 50%igem Anteil an Öl oder einer Emulsion mit 0,5 bis 2%igem Anteil an Öl benetzbar sind.
Aufgrund des multifilen Charakters der Fäden, die aus einer Vielzahl von feinen Filamenten gebildet sind, ist die Verfahrensvariante bevorzugt ausgeführt, bei welcher die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Druckluft im Bereich von 0.05 bis 0.4 bar verwirbelt werden. Damit lässt sich im wesentlichen eine gleichmäßige Verflechtung ohne Bildung von sogenannten Verflechtungsknoten in den multifilen Fäden erzeugen. Der Zusammenhalt der Filamente kann dabei sowohl im trockenen Zustand als auch im gekühlten Zustand erzeugt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu eine Verwirbelungseinrichtung zwischen der Schmelzspinneinrichtung und der Galettenvorrichtung auf, durch welche die Fäden mittels einer Druckluft verwirbelbar sind.
Um an dem Galettenmantel der mittleren Galette eine Veränderung der Oberflächentemperatur unbeeinflusst vornehmen zu können, ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, bei welcher der Galettenmantel gegenüber benachbarten Galettenmänteln thermisch isoliert gehalten ist. Somit lassen sich die zum Vorwärmen der Fäden oder zum Relaxieren der Fäden erforderlichen Oberflächentemperaturen unbeeinflusst einstellen und halten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden erhöht im wesentlichen Maße die Flexibilität und den Produktbereich, um synthetische Fäden insbesondere für textile Anwendungen herstellen zu können.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden sind nachfolgend einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt und beschrieben.
Es stellen dar:

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren synthetischer Fäden
2 schematisch das Ausführungsbeispiel aus 1 nach einer Prozessumstellung
3 schematisch eine Querschnittsansicht einer der Galetten mit beheizten Galettenmantel

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden in einer Ansicht dargestellt. Zum Schmelzspinnen multifiler Fäden ist eine Schmelzspinnvorrichtung 1 mit einem beheizten länglichen Spinnbalken 1.1 vorgesehen, der an seiner Unterseite mehrere Spinndüsen 1.3 mit jeweils einer Vielzahl von Düsenöffnungen trägt. An der Oberseite des Spinnbalkens 1.1 ist ein Schmelzezulauf 1.2 dargestellt, der üblicherweise über eine Mehrfachspinnpumpe und einem Schmelzeverteilersystem innerhalb des Spinnbalkens 1.1 mit den Spinndüsen 1.3 verbunden ist. Der Schmelzezulauf 1.2 ist mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder gekoppelt. Der Spinnbalken 1.1 ist quer zur Zeichnungsebene ausgerichtet, so dass in 1 nur eine der Spinndüsen 1.3 sichtbar ist. Die nachfolgenden Einrichtungen und Aggregate werden daher nur anhand eines Fadenlaufs eines der Fäden näher erläutert. Grundsätzlich wird jeder der parallel nebeneinander erzeugten Fäden gleich behandelt.
Unterhalb der Schmelzspinnvorrichtung 1 ist eine Abkühleinrichtung 3 vorgesehen, die einen Kühlschacht 3.1 und eine Blaswand 3.2 aufweist. Der Kühlschacht 3. Ist derart unterhalb der Spinndüse 1.3 angeordnet, dass die Vielzahl der durch die Spinndüse 1.3 extrudierten Filamentstränge den Kühlschacht 3.1 durchlaufen. Die Blaswand 3.2 wirkt mit einer Blaskammer 3.3 zusammen, die mit einer Kühlluftquelle verbunden ist. Durch die Blaswand 3.2 wird ein Kühlluftstrom in den Kühlschacht 3.1 eingeleitet, so dass die durch die Spinndüsen 1.3 extrudierten Filamentstränge durch den Kühlluftstrom gleichmäßig abgekühlt werden.
Die hier dargestellte Abkühleinrichtung 3 ist beispielhaft. Grundsätzlich lässt sich der Kühlschacht 3.1 auch durch eine Mehrzahl von Kühlzylindern ausbilden, durch welchen die Filamentstränge der Spinndüsen 1.3 geführt werden. Die Kühlzylinder weisen eine luftdurchlässige Wandung auf und sind innerhalb einer Blaskammer angeordnet, so dass ein radial gerichteter Kühlluftstrom von außen nach innen die Filamentstränge trifft. Die in 1 dargestellte Abkühleinrichtung 3 wird üblicherweise als Querstromanblasung bezeichnet. Dementsprechend könnte diese auch durch eine sogenannte Radialanblasung ersetzt werden.
Unterhalb des Kühlschachtes 3.1 ist ein Sammelfadenführer 4 und eine Präparationseinrichtung 5 angeordnet. Der Sammelfadenführer 4 ist mittig unterhalb der Spinndüse 1.3 angeordnet und bildet den sogenannten Konvergenzpunkt, um die Filamentstränge zu einem Faden 2 zusammenzuführen. Die benachbarten Sammelfadenführer 4 der benachbarten Spinndüsen 1.3 liegen in einer Ebene, die sich quer zur Zeichnungsebene erstreckt.
Die Präparationseinrichtung 5 weist eine erste Präparationsstation 5.1 unterhalb des Kühlschachtes 3.1 sowie eine zweite Präparationsstation 5.2 unterhalb einer Galettenvorrichtung 6 auf. Die Präparationsstation 5.1 weist ein Benetzungsmittel 5.4 auf, das über ein Stellmittel 5.6 zwischen einer Betriebsposition und einer Ruheposition hin- und herführbar ist. Das Benetzungsmittel 5.4 ist bei einer Dosierpumpe 5.3 mit einem Fluidbehälter 5.5 verbunden. Der Fluidbehälter ist mit einer Emulsion gefüllt, die ein Ölanteil von über 90% enthält. Insoweit ist der Wasseranteil der Emulsion <10% ausgeführt.
Die zweite Präparationsstation 5.2 unterhalb der Galettenvorrichtung 6 weist ein Benetzungsmittel 5.4 auf, dass im ständigen Kontakt zu den Fäden 2 gehalten ist. Das Benetzungsmittel 5.4 ist mit einer Dosierpumpe 5.3 verbunden. Die Dosierpumpe 5.3 lässt sich über ein Stellmittel wahlweise mit einem der Fluidbehälter 5.5 und 5.5' verbinden. Der Fluidbehälter 5.5 enthält eine Emulsion mit einem Ölanteil, der im Bereich von 15 bis 50% liegt. In dem Fluidbehälter 5.5' ist hingegen eine sehr wässerige Emulsion enthalten, die einen sehr geringen Ölanteil von nur 0.5 bis 2% aufweist. Durch das Stellmittel 5.6 kann die Dosierpumpe 5.3 wahlweise mit einem der Fluidbehälter 5.5 oder 5.5' verbunden werden.
Unterhalb der Abkühleinrichtung 3 ist die Galettenvorrichtung mit mehreren Galetten 6.1 bis 6.8 zu einem vordefinierten Fadenlauf angeordnet. Die Galetten 6.1 bis 6.8 sind an einem Galettenträger 8 derart angeordnet, dass die jeweilig angetriebenen Galettenmäntel 7.1 bis 7.8 an einer Vorderseite des Galettenträgers 8 hervorragen. Die nicht dargestellten Antriebe der Galetten 6.1 bis 6.8 sind auf einer Rückseite des Galettenträgers 8 angeordnet. Um die Fäden mit einem relativ engen Fadenabstand zueinander in einfacher Umschlingung über die Galettenmäntel 7.1 bis 7.8 zu führen, ist einer ersten Galetten 6.1 eine Einlaufeinrichtung 11. Die Einlaufeinrichtung 11 enthält üblicherweise einen Kammfadenführer, um die Fäden auf einem vorbestimmten Fadenabstand zu führen. Darüberhinaus ist eine hier nicht dargestellte Schneidvorrichtung und Absaugvorrichtung integriert, um im Fall eines Fadenbruchs die aus der Schmelzspinnvorrichtung 1 kommenden Fäden gesammelt abzuführen.
Um die Fäden 2 zu verstrecken und zu relaxieren weist die Galettenvorrichtung 6 insgesamt fünf Galetten mit jeweils einem beheizten Galettenmantel auf. So sind die Galetten 6.2 bis 6.6 mit jeweils einem beheizten Galettenmantel 7.2 bis 7.6 ausgeführt. Die übrigen Galetten 6.1 sowie 6.7 und 6.8 sind im Durchmesser wesentlich kleiner ausgebildet und mit einem unbeheizten Galettenmantel 7.1 und 7.7 und 7.8 ausgeführt.
Die Galetten 6.1 bis 6.8 sind in einer festen Anordnung und bilden einen definierten Fadenlauf für die Fäden 2. Hierbei sind die Umfangsgeschwindigkeiten der Galettenmantel 7.1 bis 7.8 in Abhängigkeit vom Prozess individuell durch die zugeordneten Antriebe steuerbar. Ebenso sind die in den Galetten 6.2 bis 6.6 vorgesehenen Heizmittel zur Erwärmung der Galettenmantel 7.2 bis 7.6 individuell steuerbar, um vordefinierte Oberflächentemperaturen zur thermischen Behandlung der Fäden 2 zu erhalten. Die beheizten Galettenmantel 7.2 bis 7.6 der Galetten 6.2 bis 6.6 sind teilweise durch eine Isolierwandung 9 getrennt voneinander angeordnet, um eine gegenseitige Beeinflussung der Oberflächentemperaturen aufgrund der geringen Abstände zwischen den Galettenmänteln 7.2 bis 7.6 zu verhindern. Insbesondere der Galettenmantel 7.4 der mittleren Galette 6.4 ist gegenüber den benachbarten Galettenmänteln 7.2 und 7.3 sowie 7.5 und 7.6 thermisch isoliert. Die Galettenvorrichtung 6 umfasst insgesamt fünf Galetten mit jeweils einem beheizten Galettenmantel, um die Fäden 2 zu verstrecken und zu relaxieren. In Abhängigkeit von dem Zustand der Fäden 2 lässt sich eine Verstreckzone wahlweise zwischen den Galettenmänteln 7.3 und 7.4 oder den Galettenmänteln 7.4 und 7.5 ausbilden. Hierzu erfolgt nachfolgend noch eine nähere Erläuterung.
Zur Vorbehandlung der Fäden 2 ist zwischen der Präparationsstation 5.1 und der Galettenvorrichtung 6 eine Vorverwirbelungseinrichtung 10 angeordnet. Die Vorverwirbelungseinrichtung 10 weist üblicherweise zu jedem der Fäden einen separaten Fadenbehandlungskanal auf, durch welchen die Fäden separiert geführt werden. Jedem der Behandlungskanäle ist ein Druckluftkanal zugeordnet, durch welchen eine Druckluft zum Verwirbeln der multifilen Fäden 2 in dem Behandlungskanal eingeleitet wird. Derartige Vorverwirbelungseinrichtungen 10 sind allgemein bekannt, so dass auf eine weitere Darstellung dieser Einrichtung verzichtet wird.
Im unteren Bereich der Galettenvorrichtung 6 ist eine Nachverwirbelungseinrichtung 12 angeordnet, um an den Fäden 2 den Fadenschluss vor dem Aufwickeln der Fäden durch sogenannte Verflechtungsknoten zu stabilisieren. Derartige Nachverwirbelungseinrichtungen 12 basieren auf dem gleichen Prinzip wie die Vorverwirbelungseinrichtung 10, werden jedoch mit höheren Drücken der Druckluft zur Erzeugung der Verflechtungsknoten betrieben.
Am Ende des Prozesses ist eine Aufspulmaschine 13 angeordnet, um die Fäden 2 zu Spulen 14 zu wickeln. Die Aufspulmaschine 13 weist zwei auskragende Spulspindeln 13.1 auf, die an einem drehbaren Spulrevolver 13.3 gehalten sind. Die Spulspindeln 13.1 lassen sich somit abwechselnd in einem Betriebsbereich zu wickeln der Spulen 14 und in einem Wechselbereich zum Auswechseln der voll gewickelten Spulen 14 führen. Zum Wickeln der Spulen 2 werden diese durch eine Changiervorrichtung 13.5 pro Wickelstelle hin- und hergeführt und mittels einer Andrückwalze 13.4 auf die Oberflächen der Spulen 14 abgelegt. Oberhalb der Changiervorrichtung 13.5 ist pro Wickelstelle jeweils eine Umlenkrolle 13.2 vorgesehen, um die Fäden 2, die an den Galettenmänteln 7.1 bis 7.8 als Fadenschar geführt sind zu separieren. Insoweit werden die Fäden 2 nach Ablauf von dem letzten Galettenmantel 7.8 der Galettenvorrichtung 6 aus einer im wesentlichen horizontalen Verteilebene heraus zu den Wickelstellen der Aufspulmaschine 13 geführt.
In Abhängigkeit von der Einstellung der Präparationseinrichtung 5 und der Galettenvorrichtung 6 lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 verschiedenartige Herstellungsprozesse ausführen, wie sich im wesentlichen durch den Vorbehandlungszustand der Fäden 2 unterscheiden. Durch die erste Präparationsstation 5.1 unterhalb der Abkühleinrichtung 3 besteht die Möglichkeit, die Fäden wahlweise zu benetzen oder in einem trockenen Zustand abzuziehen. Der in 1 dargestellte Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Einstellung zur Herstellung eines vollverstreckten Fadens (FDY) in einem trockenen Vorbehandlungszustand. Hierzu wird eine Polymerschmelze beispielsweise aus einem Polyester oder einem Polyamid dem Spinnbalken 1.1 zugeführt. Innerhalb der Spinndüsen 1.3 wird die Polymerschmelze unter Druck durch die an der Unterseite der Spinndüsen 1.3 ausgebildeten Düsenbohrungen gedrückt, um eine Vielzahl von Filamenten zu extrudieren. Durch die Abkühleinrichtung 3 werden die Filamente durch einen Kühlluftstrom auf eine Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des thermoplastischen Materials abgekühlt, so dass eine Verfestigung und eine Vororientierung an den Filamenten eintritt. Nach der Abkühlung werden die Filamentstränge jeweils zu einem Faden 2 zusammengeführt.
Bei der Präparationsstation 5.1 befindet sich das Benetzungsmittel 5.4 in einer Ruheposition, so dass die Fäden 2 ohne eine Benetzung und somit in einem trockenen Zustand abgezogen werden. Vor dem Einlauf der Fäden in die Galettenvorrichtung 6 werden die Fäden 2 durch die Vorverwirbelungseinrichtung 10 mit einer Druckluft verwirbelt. Die Druckluft wird dabei mit einem geringen Überdruck im Bereich von 0,05 bis 0,4 bar zugeführt.
Durch die Einlaufeinrichtung 11 werden die Fäden 2 auf einen Fadenabstand im Bereich von 2 mm bis 4 mm zusammengeführt, um gemeinsam als eine Fadenschar an den Galettenmänteln 7.1 bis 7.8 der Galetten 6..1 bis 6.8 geführt zu werden. Die erste Galette 6.1 mit einem kalten Galettenmantel 7.1 dient zum Abziehen der Fäden 2 aus der Schmelzspinnvorrichtung 1. Um die Fäden 2 zu verstrecken und zu relaxieren erfolgt zunächst eine Vorwärmung der Fäden an den Galettenmänteln 7.2 und 7.3. Eine zum Verstrecken der Fäden erforderliche Differenzgeschwindigkeit wird dabei zwischen den Galettenmänteln 7.3 und 7.4 eingestellt. Insoweit werden die Fäden im Zulauf des Galettenmantels 7.4 der mittleren Galetten 6.4 verstreckt. Der Galettenmantel 7.4 der mittleren Galette 6.4 wird hierzu mit einer Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 4.800 bis 5.200 m/min. angetrieben. Zusätzlich wird der Galettenmantel 7.4 de mittleren Galette 6.4 auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 130°C bis 160°C beheizt, um ein Relaxieren und somit ein Spannungsabbau in den Fäden 2 einzuleiten. Hierbei wird zwischen den Galettemänteln 7.4 bis 7.6 der Galetten 6.4 bis 6.8 keine oder sehr geringen Differenzgeschwindigkeit eingestellt, um geringe Fadenspannungen zum Abbau von Spannungen an den Fäden 2 zu erzeugen. Die Oberflächentemperaturen der nachfolgenden Galettenmäntel 7.5 und 7.6 liegt somit ebenfalls im Bereich von 130°C bis 160°C.
Nach dem Verstrecken und Relaxieren der Fäden 2 werden diese der zweiten Präparationsstation 5.2 mit einer Emulsion aus Wasser und Öl benetzt. Hierzu ist die Dosierpumpe 5.3 der zweiten Präparationsstation 5.2 über das Stellmittel 5.6 mit dem Fluidbehälter 5.5 verbunden. Innerhalb des Fluidbehälters 5.5 ist eine Emulsion vorgehalten, die ein Ölgehalt von mindestens 15% bis max. 50% aufweist.
Nach einer Benetzung der Fäden 2 werden diese in der Nachverwirbelungseinrichtung 12 verwirbelt und anschließend in der Aufspulmaschine 13 zu Spulen 14 gewickelt.
In Abhängigkeit vom Fadentyp und Polymerzusammensetzung kann es jedoch erforderlich sein, dass die Herstellung der Fäden im trockenen Zustand eine unzureichende Garnqualität erzeugt oder sogar Prozessstörungen verursacht. Somit lässt sich mit der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Prozessumstellung durchführen, um die Fäden in einem geölten Zustand zu verstrecken und zu relaxieren. Hierzu ist in 2 das Ausführungsbeispiel aus 1 in einer geänderten Betriebssituation dargestellt.
Bei der in 2 dargestellten Betriebssituation ist die Präparationsstation 5.1 in einer Betriebsstellung gezeigt. Hierzu ist das Benetzungsmittel 5.4 durch das Stellmittel 5.6 aus der Ruhestellung in die Betriebsstellung geführt, um die Fäden 2 nach der Abkühlung mit einer Emulsion zu benetzen. Hierzu fördert die Dosierpumpe 5.3 die betreffende Emulsion aus dem Fluidbehälter 5.5 in vorbestimmter Menge, um die Fäden 2 zu benetzen. Die Emulsion besteht hierbei jedoch im wesentlichen aus einem Öl, insbesondere einem Neatöl. So liegt der Anteil des Öls in der Emulsion bei >90%. Daher ist in der Beschreibung der Zustand der Fäden als geölt bezeichnet.
Die anschließende Verwirbelung der Fäden in der Vorverwirbelungseinrichtung 10 erfolgt wie bereits zuvor zu 1 beschrieben ist.
Um die Fäden 2 mit der Galettenvorrichtung 6 zu verstrecken und zu relaxieren, wird an der mittleren Galette 6.4 die Umfangsgeschwindigkeit des Galettenmantels 7.4 und die Oberflächentemperatur des Galettenmantels 7.4 derart geändert, dass eine Verstreckung der Fäden im Fadenlauf zwischen dem Galettenmantel 7.4 und dem Galettenmantel 7.5 stattfindet. Das Vorwärmen der Fäden 2 zum Verstrecken wird nun zusätzlich durch den Galettenmantel 7.4 der mittleren Galette 6.4 wahrgenommen. Insoweit wird die Oberflächentemperatur des Galettenmantels 7.4 auf einen Wert im Bereich von 60°C bis 110°C eingestellt, so dass sich die Kontaktlänge zur Vorwärmung des Fadens um den Umschlingungsbereich im Galettenmantel 7.4 erweitert. Die Einstellungen in den Galettenmänteln 7.2 und 7.3 bleibt hierbei erhalten. Um die Streckzone in den Ablauf des Galettenmantels 7.4 der mittleren Galette 6.4 zu verlegen, wird die Umfangsgeschwindigkeit des Galettenmantels 7.4 der mittleren Galette 6.4 reduziert und im Bereich von 1.800 bis 2.200 m/min. eingestellt. Somit werden alle Fäden 2 im Ablauf des Galettenmantels 7.4 der mittleren Galette 6.4 verstreckt. Eine anschließende Relaxierung der Fäden 2 erfolgt durch die Galettenmantel 7.5 und 7.6 der Galetten 6.5 und 6.6, deren Einstellung gegenüber dem vorherigen Prozess unverändert bleibt. Insoweit erfordert die Prozessumstellung innerhalb der Galettenvorrichtung 6 nur eine Anpassung der Geschwindigkeit und der Oberflächentemperatur der mittleren Galette 6.4.
Um bei der Verwirbelung der Nachverwirbelungseinrichtung 12 eine ausreichende Anzahl an Verflechtungsknoten erzeugen zu können, werden die Fäden 2 nach dem Relaxieren der zweiten Präparationsstation 5.2 nochmals benetzt. In diesem Fall erfolgt die Benetzung jedoch mit einer Emulsion, die überwiegend aus Wasser gebildet ist. So wird die Dosierpumpe 5.3 durch das Stellmittel 5.6 mit dem Fluidbehälter 5.5' verbunden. Der Fluidbehälter 5.5' enthält eine Emulsion mit geringem Ölanteil, der im Bereich von 0,5 bis 2 % liegen kann. Am Ende werden die Fäden 2 durch die Aufspulmaschine 13 zu Spulen 14 gewickelt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden wird die Produktionsbreite zur Herstellung vollverstreckter Fäden (FDY) erheblich erweitert. Um Fäden im trockenen Zustand oder im geölten Zustand herzustellen, bedarf das keiner aufwändigen Umbauten. Allein durch Steuerung von Aktoren der Präparationseinrichtung 5 und dem Antrieb der mittleren Galette 6.4 und deren Heizsteuerung, ist eine hohe Flexibilität zur Durchführung verschiedener Prozesse möglich.
Ein eventueller Manteltausch an der mittleren Galette 6.4 kann die Prozessvielfalt noch erweitern. So ist in 3 schematisch der Aufbau der mittleren Galette 6.4 in einer Querschnittsansicht dargestellt. Die Galette 6.4 ist über ein Flanschgehäuse 21 an dem Galettenträger 8 gehalten. Der Galettenmantel 7.4 der Galette 6.4 ist auskragend an einer Vorderseite des Trägers 8 geführt. Der Galettenmantel 7.4 ist hierzu hohlzylindrisch ausgebildet und im Innern mit einer Antriebswelle 20 gekoppelt. Die Antriebswelle 20 ist mit dem Antrieb 15 verbunden. Der Galettenmantel 7.4 ist über ein Heizmittel 16 gestülpt. Das Heizmittel 16, das beispielsweise durch eine Induktionsspule gebildet sein kann, wird an einem Heizträger 17 gehalten und ist mit einem äußeren Heizsteuergerät 18 elektrisch verbunden. Über das Heizsteuergerät 17 lässt sich jeweils eine gewünschte Oberflächentemperatur an dem Galettenmantel 7.4 einstellen. Die zur Regelung und Überwachung der Oberflächentemperatur vorgesehenen Sensoren sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt. Dem Antrieb 15 ist ein Antriebssteuergerät 19 zugeordnet, durch welchen den Umfangsgeschwindigkeit des Galettenmantels 7.4 steuerbar ist.
Der Galettenmantel 7.4 ist lösbar mit der Antriebswelle 20 verbunden. So lässt sich der Galettenmantel 7.4 von der Vorderseite des Trägers 8 in einfacher Art und Weise austauschen. Um das Verstrecken der Fäden aus dem Zulauf in den Ablauf zu verlagern kann es von Vorteil sein, den Galettenmantel 7.4 zur Veränderung der Oberflächenrauigkeit zu tauschen. So ist allgemein bekannt, dass eine geringe Rauigkeit der Oberfläche des Galettenmantels den Aufbau einer Verstreckkraft begünstigt. Somit könnte bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zuvor ein Austausch des Galettenmantels 7.4 stattfinden, um die Verstreckung der Fäden in dem Ablauf des Galettenmantels 7.4 der Galette 6.4 zu verbessern.
An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass die beheizten Galetten 6.2, 6.3 sowie 6.5 bis 6.6 eine im wesentlichen identischen Aufbau zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/020866 A1 [0002, 0004]

Claims

Verfahren zum Schmelzspinnen, Verstrecken und Relaxieren von synthetischen Fäden, bei welchem die Fäden nach dem Schmelzspinnen durch eine feste Anordnung von mehreren Galetten mit angetriebenen und teilweise beheizten Galettenmänteln mit jeweils einer einfachen Umschlingung geführt werden und bei welchen die Galettenmäntel der Galetten in ihren Umfangsgeschwindigkeiten und ihren Oberflächentemperaturen derart gesteuert werden, dass die Fäden wahlweise in einem trockenen Zustand oder einem geölten Zustand verstreckt und relaxiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Prozessumstellung nur die Umfangsgeschwindigkeit und die Oberflächentemperatur einer der Galettenmänteln der Galetten derart geändert wird, dass die Fäden im Zulauf des Galettenmantels oder im Ablauf des Galettenmantels verstreckt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Galettenmantel der Galette wahlweise mit der Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 1.800 - 2.200 m/min oder mit der Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 4.800 - 5.200 m/min angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Galettenmantel der Galette wahlweise auf die Oberflächentemperatur im Bereich von 60 - 110°C oder auf die Oberflächentemperatur im Bereich von 130 - 160°C beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden durch insgesamt fünf Galetten mit fünf beheizten Galettenmänteln verstreckt und relaxiert werden, wobei der Galettenmantel der mittleren Galette zur Prozessumstellung in Umfangsgeschwindigkeit und Oberflächentemperatur geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Galettenmantel der mittleren Galette bei Prozessumstellung zur Änderung einer Oberflächenrauheit ausgetauscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der geölte Zustand der Fäden durch eine Präparierung der Fäden vor dem Verstrecken mit einer Emulsion mit <90%igen Anteil an ÖL erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden nach dem Verstrecken und Relaxieren wahlweise mit einer Emulsion mit 15-50%igen Anteil an Öl oder einer Emulsion mit 0,5 - 2%igen Anteil an Öl präpariert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Druckluft im Bereich von 0,05 bis 0,4 bar verwirbelt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Schmelzspinnvorrichtung (1), mit einer Präparationseinrichtung (5) und mit einer Galettenvorrichtung (6), die mehrere Galetten (6.1 - 6.8) mit angetriebenen und teilweise beheizten Galettenmänteln (7.1 - 7.8) aufweist, wobei die Galettenmantel (7.1 - 7.8) in ihren Umfangsgeschwindigkeiten und in ihren Oberflächentemperaturen steuerbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Galettenmäntel (7.1 - 7.6) der Galetten (6.1 - 6-6) in einer festen Anordnung einen derartigen Fadenlauf bilden, dass wahlweise die Fäden (2) in einem trockenen Zustand oder die Fäden in einem geölten Zustand verstreckbar und relaxierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Galettenmäntel (7.2 - 7.6) der Galetten (6.2 - 6.6) derart steuerbar ist, dass wahlweise die Fäden im Zulauf des Galettenmantels (7.2 - 7.6) oder im Ablauf des Galettenmantels (7.2 - 7.6) verstreckbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Galettenvorrichtung (6) insgesamt fünf Galetten (6.2 - 6.6) mit beheizten Galettenmänteln (7.2 - 7.6) aufweist und dass durch den Galettenmantel (7.4) der mittleren Galette (6.4) eine Verlagerung einer Streckzone vom Ablauf zum Zulauf und umgekehrt ausführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Galettenmantel (7.4) der mittleren Galette (6.4) austauschbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Galettenmantel (7.4) der mittleren Galette (6.4) wärmeisoliert gegenüber benachbarten Galettenmänteln (7.2, 7.3, 7.6, 7.7)gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationseinrichtung (5) mehrere schaltbare Stationen (5.1, 5.2) aufweist und dass durch zumindest eine der Stationen (5.1, 5.2) die Fäden wahlweise mit einer Emulsionen mit 15-50%igen Anteil an Öl oder einer Emulsion mit 0,5 - 2%igen Anteil an Öl benetzbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verwirbelungseinrichtung (10) zwischen der Schmelzspinneinrichtung (1) und der Galettenvorrichtung (6) angeordnet ist, durch welche die Fäden mittels einer Druckluft verwirbelbar sind.