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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente zur Herstellung eines Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Synthetische Fäden werden in einem sogenannten Schmelzspinnprozess hergestellt. Im Schmelzspinnprozess wird eine erhitzte Polymerschmelze unter einem Überdruck durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen einer Spinndüse extrudiert. Hierbei wird pro Spinndüsenöffnung ein endloser sehr feiner Filamentstrang erzeugt. Derartige Filamentstränge weisen eine Feinheit auf, die oftmals kleiner sind als ein menschliches Haar. Nach dem Extrudieren der Filamentstränge sind diese schmelzflüssig, so dass das Polymermaterial der Filamente unter Einwirkung eines Kühlmediums verfestigt werden muss. Nach einer Verfestigung der Filamentstränge werden diese zu einer Vielzahl zusammengeführt und bilden so einen synthetischen Faden. Für die Eigenschaften des synthetischen Fadens ist es dabei erforderlich, dass jeder der Filamentstränge möglichst die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweist. Insoweit ist die Abkühlung der Filamente, die die Verfestigung und somit die Umwandlung des amorphen Filamentmaterials in eine feste kristalline Struktur bewirkt, von hoher Bedeutung. Insoweit ist es erforderlich, das bei der Abkühlung der Filamentstränge durch ein Kühlmedium möglichst alle Filamente gleichwirkend gekühlt werden. Als Kühlmedium wird üblicherweise eine konditionierte Kühlluft verwendet.
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Im Stand der Technik sind in Abhängigkeit vom Fadentyp, Fadentiter und vom Schmelzspinnprozess eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Abkühlen bekannt, die einen Kühlluftstrom erzeugen, der quergerichtet ist oder radial umlaufend von außen nach innen oder von innen nach außen strömt. Für die Abkühlung textiler Fäden hat sich dabei die Abkühlung der Filamentstränge mit einem radial von außen nach innen erzeugter Kühlluftstrom bewährt.
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So ist aus der
DE 10 2020 109 250 A1 eine Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente bekannt, bei welche unterhalb einer Spinndüse ein hohlzylindrischer Kühlschacht angeordnet ist, der mehrere Längenabschnitte mit luftdurchlässigen Wandungen oder luftundurchlässigen Wandungen aufweist. Dabei sind die Längenabschnitte mit jeweils einer Luftkammer ummantelt, die an einer Klimaluftquelle oder einer Unterdruckquelle einer Absaugeinrichtung angeschlossen sind. Hierbei wird stets ein Kühlluftstrom erzeugt, der radial von außen in den Kühlschacht eindringt und durch Wirkung eines Überdruckes oder eines Unterdruckes in Laufrichtung der Filamente geführt wird. Zur Verstärkung des Kühlluftstromes ist es sogar vorgesehen, dass die Luftkammern gleichzeitig mit einer Klimaluftquelle und einer Unterdruckquelle zu verbinden. Damit lässt sich eine intensive Kühlluftströmung innerhalb des Kühlschachtes in Laufrichtung der Filamentstränge erzeugen. Beim Abzug der Filamentstränge von der Spinndüse ist es jedoch bekannt, dass sich unmittelbar in der Randzone der Filamentstränge eine Mantelströmung ausbildet. Derartige Mantelströmungen behindert jedoch das Einwirken der Kühlluft auf jedes der einzelnen Filamente. Insbesondere im mittleren Bereich eines Filamentbündels ist die Behinderung durch die Mantelströmung an den Filamentsträngen nachteilig, so dass relativ hohe Drücke erzeugt werden, damit der Kühlluftstrom das gesamte Filamentbündel gleichmäßig durchdringt. Derartige Probleme treten insbesondere bei Filamentsträngen mit relativ hohen Filamenttitern auf.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente bereitzustellen, mit welcher eine möglichst gleichmäßige Kühlung von Filamentsträngen mit relativ kleinen Filamenttitern oder relativ hohen Filamenttitern möglich ist, um homogene und identische Filamentquerschnitte an den Filamenten erzeugen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede der Luftkammern wahlweise mit der Unterdruckquelle oder mit der Druckquelle verbindbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der radial von außen nach innen in den Kühlschacht eintretenden Kühlluftstrom wahlweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen Filamenttyp entgegen der Laufrichtung der Filamente oder in Laufrichtung der Filamente geführt wird. Damit lässt sich beispielsweise bei relativ dicken Filamentsträngen eine Kühlluftströmung innerhalb des Kühlschachtes erzeugen, die entgegen der Mantelströmung an den Filamentsträngen wirkt und somit zu einer intensiven Kühlung der Filamente führt. Für den Fall, dass feine Filamentstränge erzeugt werden, lässt sich die Kühlluftströmung innerhalb des Kühlschachtes in Laufrichtung der Filamentstränge erzeugen. Damit besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente eine hohe Flexibilität zur Abkühlung von Filamentsträngen.
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Zur Erzeugung der unterschiedlichen Kühlluftströmungen innerhalb des Kühlschachtes ist desweiteren vorgesehen, dass in jeder der Luftkammern ein Saugkanal und ein Druckkanal mündet, deren Mündungen abwechselnd durch ein Sperrmittel verschließbar sind.
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Die Saugkanäle der Luftkammern sind an der Unterdruckquelle und die Druckkanäle der Luftkammern an der Druckquelle angeschlossen, so dass jede der Luftkammern wahlweise eine direkte Verbindung zur Druckquelle oder Unterdruckquelle aufweist.
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Als Sperrmittel zum Verschließen des Saugkanals oder des Druckkanals an einer der Luftkammern ist bevorzugt eine Klappeneinrichtung mit schwenkbaren Sperrklappen vorgesehen, die wechselweise den Saugkanal oder den Druckkanal einer der Luftkammern verschließt.
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Um sicherzustellen, dass in den Luftkammern ein Druckgefälle vorherrscht, um eine Kühlluftströmung innerhalb des Kühlschachtes zu erzeugen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher den Luftkammern zugeordneten Klappeneinrichtungen mechanisch derart gekoppelt sind, dass ein gleichzeitiges Verschließen der Saugkanäle oder der Druckkanäle vermeidbar ist. So ist gewährleistet, dass die Saugkanäle und Druckkanäle an den Luftkammern wechselweise freigeschaltet werden.
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Zur Betätigung der schwenkbaren Sperrklappen der Klappeneinrichtungen ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher die Klappeneinrichtungen zumindest einen Stellaktor aufweisen, durch welchen das Verschließen der Saugkanäle und Druckkanäle steuerbar ist. So können selbst in einem laufenden Prozess bei Bedarfsfall Umstellungen zur Erzeugung der Kühlluftströmung vorgenommen werden.
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Zur Erzeugung der Kühlluftströmung hat sich die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher die Unterdruckquelle und die Druckquelle durch zwei Gebläse gebildet sind, wobei die Druckkanäle an einem Blasanschluss eines der Gebläse und die Saugkanäle an einem Sauganschluss des anderen Gebläses angeschlossen sind. So kann eine konditionierte Kühlluft dem Kühlschacht zugeführt werden. Die verbrauchte Kühlluft lässt sich dagegen separat über das zweite Gebläse getrennt abführen.
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Zur Ausbildung einer Kühlstrecke innerhalb des Kühlschachtes ist desweiteren vorgesehen, zwischen den luftundurchlässigen Längenabschnitten des Kühlschachtes zumindest einen luftdurchlässigen Längenabschnitt auszubilden. So kann durch die Länge des luftundurchlässigen Längenabschnittes eine Kühlstrecke erzeugt werden, in welcher der Kühlluftstrom auf die Filamentstränge in Laufrichtung oder entgegen der Laufrichtung einwirkt.
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Um möglichst wenig Fremdluft über den Filamentauslass am Kühlschacht einzubeziehen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher der Kühlschacht unterhalb der Luftkammer in Verlängerung zum luftdurchlässigen Längenabschnittes einen weiteren luftundurchlässigen Längenabschnitt aufweist, der den Filamentauslass bildet. Je nach Querschnittverlauf im Auslassbereich kann somit de Filamentauslass besonders gestaltet werden, um das Eintreten von der Umgebungsluft zu beeinflussen.
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Die Erfindung und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente
- 2 schematisch das Ausführungsbeispiel aus 1 mit verändertem Betriebszustand
- 3 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente.
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In den 1 und 2 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl synthetischer Filamente gezeigt, wie sie beispielsweise in einem Schmelzspinnprozess zu Herstellung von synthetischen Fäden einsetzbar ist. In den 1 und 2 ist das Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt. Insoweit gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren, wenn nicht ausdrücklich Bezug zu einer der Figuren genommen ist.
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Das Ausführungsbeispiel weist einen hohlzylindrischen Kühlschacht 1 auf, der mehrere Längenabschnitte 1.1 bis 1.3 aufweist. Die Längenabschnitte 1.1 bis 1.3 werden entweder durch eine luftundurchlässige Wandung 3 oder durch eine luftdurchlässige Wandung 2 gebildet. So weisen die Längenabschnitte 1.2 und 1.3 jeweils eine luftdurchlässige Wandung 2 auf, so dass diese auch nachfolgend als luftdurchlässige Längenabschnitte 1.2 und 1.3 bezeichnet sind. Der Längenabschnitt 1.1 bildet ein oberes Ende des Kühlschachtes 1 und wird durch eine luftundurchlässige Wandung 3 gebildet. Das obere Ende des Kühlschachtes 1 stellt einen Filamenteinlass 4 dar, und ist üblicherweise unmittelbar einer Spinndüse angeordnet. Die Spinndüse 22 ist hierzu gestrichelt dargestellt.
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Das gegenüberliegende Ende des Kühlschachtes 1 weist den luftdurchlässigen Längenabschnitt 1.3 auf, der einen Filamentauslass 5 bildet.
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Der luftdurchlässige Längenabschnitt 1.2 ist von einer oberen Luftkammer 6 ummantelt. Die Luftkammer 6 ist durch äußere Kammerwände gegenüber der Umgebung geschlossen und wird nur von dem Kühlschacht 1 vollständig durchdrungen. An eine Seite weist die obere Luftkammer 6 einen Kammereinlass 6.1 auf. An dem Kammereinlass 6.1 ist ein Druckkanal 12.1 sowie ein Saugkanal 13.1 angeschlossen. Der Druckkanal 12.1 ist mit einem gegenüberliegenden Ende mit einer Druckquelle 8 verbunden. Der Saugkanal 13.1 ist mit einem gegenüberliegenden Ende mit einer Unterdruckquelle 9 verbunden. Der Druckkanal 12.1 ist über die Mündung 14.1 mit dem Kammereinlass 6.1 der oberen Luftkammer 6 verbunden. Der Saugkanal 13.1 ist über die Mündung 15.1 ebenfalls mit dem Kammereinlass 6.1 der oberen Luftkammer 6 verbunden. Der Mündung 14.1 des Druckkanals 12.1 und der Mündung 15.1 des Saugkanals 13.1 ist ein Sperrmittel in Form einer Klappeneinrichtung 18.1 zugeordnet, die mittels einer schwenkbaren Sperrklappe 19.1 die Mündung 14.1 des Druckkanals 12.1 oder die Mündung 15.1 des Saugkanals 13.1 verschließt. Die Sperrklappe 19.1 ist an einem Schwenklager 20.1 gehalten.
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Unterhalb der oberen Luftkammer 6 ist eine separate untere Luftkammer 7 ausgebildet, die den luftdurchlässigen Längenabschnitt 1.3 des Kühlschachtes 1 vollständig ummantelt und von diesem komplett durchdrungen ist. Die untere Luftkammer 7 ist ebenfalls durch Wandungen gegenüber der Umgebung verschlossen. An einer Seite der unteren Luftkammer 7 ist ein Kammereinlass 7.1 ausgebildet. Der Kammereinlass 7.1 ist mit einem weiteren Druckkanal 12.2 und einem weiteren Saugkanal 13.2 verbunden. Der Druckkanal 12.2 ist mit einem gegenüberliegenden Ende mit der Druckquelle 8 verbunden. Der Saugkanal 13.2 ist demgegenüber mit der Unterdruckquelle 9 verbunden. Der Druckkanal 12.2 ist über die Mündung 14.2 mit dem Kammereinlass 7.1 und der Saugkanal 13.2 über die Mündung 15.2 mit dem Kammereinlass 7.1 verbunden. Der Mündung 14.2 des Druckkanals 12.2 und der Mündung 15.2 des Saugkanals 13.2 ist eine weitere Klappeneinrichtung 18.2 zugeordnet, die eine schwenkbare Absperrklappe 19.2 aufweist. Die Absperrklappe 19.2 ist über ein Schwenklager 20.2 schwenkbar gelagert, um wahlweise die Mündung 14.2 des Druckkanals 12.2 oder die Mündung 15.2 des Saugkanals 13.2 zu verschließen.
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Die Klemmeinrichtungen 18.1 und 18.2 sind mechanisch miteinander gekoppelt, so dass die Absperrklappen 19.1 und 19.2 gemeinsam durch einen Stellaktor 21 verstellbar sind. In 1 und 2 ist schematisch angedeutet, dass der Stellaktor 21 beispielsweise über einen Schwenkhebel mit den Absperrklappen 19.1 und 19.2 verbunden ist.
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In dem Ausführungsbeispiel ist die Druckquelle 8 durch ein Gebläse 10 ausgeführt. Das Gebläse 10 weist einen Blasanschluss 10.1 auf, welcher mit den Druckkanälen 12.1 und 12.2 verbunden ist. Am gegenüberliegenden Sauganschluss 10.2 des Gebläses 10 wird beispielsweise eine Klimaluft zugeführt.
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Ebenso ist die Unterdruckquelle 9 durch ein Gebläse 11 gebildet. Das Gebläse 11 ist über einen Sauganschluss 11.1 mit den Saugkanälen 13.1 und 13.2 verbunden. Im gegenüberliegenden Blasanschluss 11.2 könnte beispielsweise ein Abluftkanal zur Abfuhr der verbrauchten Kühlluft ausgebildet sein. Die Gebläse 10 und 11 sind separat angetrieben und steuerbar ausgeführt.
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Im Betrieb lässt sich durch das dargestellte Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 innerhalb des Kühlschachtes 1 ein Kühlluftstrom erzeugen, um die durch eine Spinndüse 22 erzeugten Filamentstränge 23 zu kühlen. Die Filamentstränge 23 sind in den 1 und 2 ebenfalls gestrichelt dargestellt.
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Zur Abkühlung feiner Filamentstränge wird die obere Luftkammer 6 mit der Druckquelle 8 verbunden wie in 1 dargestellt ist. Hierzu ist an dem Kammereinlass 6.1 die Mündung 15.1 des Saugkanals 13.1 durch die Absperrklappe 19.1 verschlossen. Insoweit wird innerhalb der oberen Luftkammer 6 ein Überdruck erzeugt, so dass die Kühlluft über den Längenabschnitt 1.2 und die Wandung 2 in das Innere des Kühlschachtes 1 einströmt.
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Um eine Kühlluftströmung in Fadenlaufrichtung zu erhalten, ist die untere Luftkammer 7 mit der Unterdruckquelle 9 verbunden. Hierzu ist die Mündung 15.2 des Saugkanals 13.2 mit dem Kammereinlass 7.1 verbunden. Die Mündung 14.2 des Druckkanals 12.2 ist dagegen durch die Absperrklappe 19.2 verschlossen. Insoweit wird über die untere Luftkammer 7 eine radial von innen nach außen erzeugtes Abströmen der Kühlluft bewirkt, die über die Unterdruckquelle 9, in diesem Fall das Gebläse 11, abgeführt wird.
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Um beispielsweise dickere Filamente ausreichend kühlen zu können, wird das Ausführungsbeispiel in den in 2 dargestellten Betriebszustand versetzt. In dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist die untere Luftkammer 7 direkt über den Druckkanal 12.2 mit der Druckquelle 8 verbunden. Insoweit wird in der unteren Luftkammer 7 ein Überdruck erzeugt, der das Einströmen einer Kühlluft über den Längenabschnitt 1.3 in den Kühlschacht ermöglicht. Hierzu ist die Mündung 15.2 des Saugkanals 13.2 an dem Kammereinlass 7.1 verschlossen. Zur Erzeugung einer Kühlluftströmung, die innerhalb des Kühlschachtes 1 entgegen der Laufrichtung der Filamente 23 strömt, ist die obere Luftkammer 6 direkt mit der Unterdruckquelle 9 gekoppelt. Insoweit wird in der oberen Luftkammer 6 ein Unterdruck erzeugt, der die aus dem Kühlschacht austretende verbrauchte Kühlluft aufnimmt und über den offenen Saugkanal 13.1 und der Unterdruckquelle 9 abführt. Hierzu ist der Druckkanal 12.1 an seiner Mündung 14.1 durch die Absperrklappe 19.1 verschlossen. Die Verstellung der Absperrklappen 19.1 und 19.2 erfolgt durch den Stellaktor 21, der mechanisch über die Schwenklager 20.1 und 20.2 mit den Absperrklappen 19.1 und 19.2 verbunden ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, jede Sperrklappe 19.2 mit einem fernsteuerbaren elektrischen Antrieb zu steuern.
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Bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gebläse 10 und 11 unabhängig voneinander steuerbar, so dass ein Überdruck und ein Unterdruck in den Luftkammern 6 und 7 individuell einstellbar sind. Somit sind vielfältige Einstellungen zur Erzeugung einer Kühlluftströmung möglich, um Filamentstränge für die Herstellung von synthetischen Fäden zu kühlen.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen einer Vielzahl von Filamenten schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der 1 genommen wird.
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Bei den in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kühlschacht 1 zwei weitere Längenabschnitte 1.4 und 1.5 auf. Der Längenabschnitt 1.4 ist durch eine luftundurchlässige Wandung 3 gebildet und erstreckt sich zwischen den luftdurchlässigen Längenabschnitten 1.2 und 1.3. Hierbei ragt der luftundurchlässige Längenabschnitt 1.4 teilweise in die obere Luftkammer 6 und teilweise in die untere Luftkammer 7. Die luftdurchlässigen Längenabschnitte 1.2 und 1.3 erstrecken sich dagegen vollständig in den zugeordneten Luftkammern 6 und 7. Der luftundurchlässige Längenabschnitt 1.4 bildet eine Übergangszone zwischen den luftdurchlässigen Längenabschnitten 1.2 und 1.3, so dass hier eine im wesentlichen parallele Kühlluftströmung zur Abkühlung der Filamente erzeugt wird. Damit lässt sich die Kühlwirkung an den Filamenten noch verbessern. Das Ende des Kühlschachtes 1 ist nun durch einen weiteren Längenabschnitt 1.5 gebildet, der ebenfalls eine luftundurchlässige Wandung 3 aufweist. Insoweit ist ein Abstand zwischen dem Filamentauslass 5 und der unteren Luftkammer 7 gebildet. Damit lässt sich insbesondere ein Einsaugen von Umgebungsluft vermindern. So ist in der dargestellten Betriebssituation die untere Luftkammer 7 mit der Unterdruckquelle 9 verbunden. Die obere Luftkammer 6 ist mit der Druckquelle 8 verbunden, so dass innerhalb des Kühlschachtes 1 eine Kühlluftströmung in Laufrichtung der Filamentstränge erzeugt wird.
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Die in den dargestellten Ausführungsbeispielen konstruktive Ausbildung des Kühlschachtes ist beispielhaft. Grundsätzlich können die Längen und die Anzahl der Längenabschnitte in ihrer Art und Weise variieren. Wesentlich hierbei ist, dass die obere und untere Luftkammer wahlweise mit der Druckquelle oder der Unterdruckquelle verbindbar sind.
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Zudem ist in dem Ausführungsbeispiel die dargestellte Vorrichtung auf die Herstellung eines Fadens gerichtet. Grundsätzlich werden in einem Schmelzspinnprozess jedoch eine Mehrzahl von Fäden parallel nebeneinander erzeugt. So ist es üblich, dass innerhalb der Luftkammern mehrere Kühlschächte nebeneinander ausgebildet sind. So könnte die obere Luftkammer und die untere Luftkammer von mehreren mit Abstand zueinander angeordneten Kühlschächten durchdrungen sein. Damit ließen sich in jedem der Kühlschächte gleichzeitig Kühlluftströmungen erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020109250 A1 [0002, 0005]
