DE102022004901A1

DE102022004901A1 - Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten

Info

Publication number: DE102022004901A1
Application number: DE102022004901.5A
Authority: DE
Inventors: Philip Jungbecker
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2022-12-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2024-07-04
Also published as: WO2024132785A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten (13) zum Ausbilden eines Fadens (7), aufweisend ein in einem Spinnbalken (2) positioniertes Spinnpaket (21) zum Extrudieren der Vielzahl von Filamenten (13) aus Kapillaren (22) und einen Kühlschacht (1), durch welchen die Filamente (13) führbar sind, und eine Gegenvolumenstromeinrichtung (20), die mit dem Kühlschacht (1) derart zusammenwirkt, dass ein Gegenvolumenstrom (30) in dem Kühlschacht (1) entgegen der Filamentlaufrichtung (F) erzeugbar ist. Das Gegenvolumenstrom (30) wird in entgegengesetzter Richtung der Filamentlaufrichtung (f) mittels einer Gegenvolumenstromeinrichtung (20) durch eine volumetrische Absaugung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und das zugehörige Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Beim Herstellen von synthetischen Fäden ist allgemein bekannt, dass eine Vielzahl von feinen Filamentsträngen durch eine Vielzahl von Kapillaren eines Spinnpaketes 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 Fadenverbands sich nicht verbinden, müssen die Filamentstränge nach dem Extrudieren zur Verfestigung abgekühlt werden. Die Abkühlung der Filamentstränge erfolgt üblicherweise durch einen Kühlstrom, der auf die Filamentstränge einwirkt. Dabei müssen jedoch möglichst alle Filamentstränge innerhalb des Filamentbündels eine gleichmäßige Kühlung zur Ausgleichung möglichst gleichmäßiger physikalischer Eigenschaften erhalten.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen zum Abkühlen frisch extrudierter Filamentstränge bekannt, die sich im Wesentlichen in mehreren Gruppen zur Erzeugung eines Kühlluftstromes unterteilen lassen.
Die eine Gruppe betrifft die Querstromanblasung. Als Beispiel kann hier DE 4 404258 A1 genannt werden. Hiernach wird ein quergerichteter Kühlstrom auf die extrudierten Filamentstränge gerichtet.
Derartige Kühlungen besitzen eine relativ gute Kühlwirkung, jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass das Filamentbündel nur auf einer Seite mit einem Kühlstrom beaufschlagt wird.
Die andere Art der Abkühlung ist auch als Radialanblasung bekannt. US5219582A beschreibt eine derartige Radialanblasung, bei welcher das Filamentbündel innerhalb eines zylindrischen Kühlschachtes geführt ist, der eine gasdurchlässige Wandung aufweist und innerhalb einer Blaskammer angeordnet ist. Eine in der Blaskammer geführte Kühlluft tritt über eine gasdurchlässige Wandung in den Kühlschacht von außen nach innen, um die Filamentstränge zu kühlen.
Derartige Radialanblasungen weisen den Nachteil auf, dass der Kühlstrom gleichgerichtet mit den Filamentsträngen in Fadenlaufrichtung abgeführt wird. Eine Kühlung wird insbesondere bei der Radialanblasung vermindert, da sich an den Filamentsträngen eine Mantelströmung bildet, die die Filamentstränge gegen die Kühlluft isoliert bzw. ein Zusammentreffen der Filamentstränge mit der Kühlluft behindern kann.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Variante der Kühlung ist, einen Kühlstrom zu erzeugen, der sich entgegen der Fadenlaufrichtung ausbildet.
Hierbei werden z.B. Unterdruckabsaugeinrichtungen eingesetzt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 11 19456 B bekannt. Darin wird ein sogenannter Kühlzylinder offenbart, der im Bereich der Spinndüse und Kühlzylinder wirkende Absaugung aufweist.
Diese Absaugung erzeugt jedoch ungewünschte Luftturbulenzen, die sich negativ auf die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der Filamentstränge auswirken können.
Um diesen Luftturbulenzen entgegenzuwirken sind sogenannte Saugkammern bekannt, die mit einer Unterdruckkammer verbunden sind, die den Kühlzylinder konzentrisch umgeben, was z.B. aus z.B. aus DE 10 2021 000 436 A1 bekannt ist. Auch hier ist ein großer Unterdruck erforderlich, der mittels der Saugkammer erzeugt werden muss, damit überhaupt eine Kühlung der Filamente in den Kühlschacht hervorgebracht werden kann. Auch diese Kühlvorrichtung hat sich nicht als zuverlässig erwiesen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile beim Kühlen einer Mehrzahl von Filamenten vermindert bzw. vermieden werden können.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens bereitgestellt, aufweisend ein in einem Spinnbalken positioniertes Spinnpaket zum Extrudieren der Vielzahl von Filamenten aus Kapillaren und einem Kühlschacht, durch welchen die Filamente führbar sind, und eine Gegenvolumenstromeinrichtung, die mit dem Kühlschacht derart zusammenwirkt, dass ein Gegenvolumenstrom in den Kühlschacht entgegen der Filamentlaufrichtung erzeugbar ist. Der Gegenvolumenstrom wird in entgegengesetzter Richtung der Filamentlaufrichtung mittels einer Gegenvolumenstromeinrichtung durch eine volumetrische Absaugung erzeugt.
Eine volumetrische Absaugung hat den Vorteil, dass diese unabhängig von äußeren Luftdruckschwankungen ist, weil die für die volumetrische Absaugung angewendete Gegenvolumenstromeinrichtung als geschlossenes System angesehen werden kann.
Ein großer Vorteil ist, dass eine nahezu beliebig große Volumenstrommenge abgesaugt werden kann, wobei dies ohne Beeinflussung durch äußere Gegebenheiten durchführbar ist.
Je nach angewendetem Volumenstrom bildet sich eine turbulenzfreie bzw. turbulenzarme Strömung aus. Außerdem weist eine Gegenstromkühlung eine bessere Ausnutzung der Kühlluft auf, die besonders turbulenzfrei bzw. turbulenzarm ist, da die Luft nicht über einen Unterdruck abgesaugt wird, sondern durch eine Volumenstromansaugung.
Für die Volumenstromansaugung ist jede volumerisch fördernde Verdrängereinrichtung verwendbar. Außerdem muss die für die Kühlung verwendete Luft bzw. für den Gegenstrom verwendete Luft nicht extra gekühlt werden, da eine Kühlung nach dem Gegenstromprinzip erfolgt. Die für den Gegenstrom verwendete Luft kann beispielsweise direkt aus der Umgebung, in der die Vorrichtung untergebracht ist, entnommen werden. Zusätzlich sorgt die Gegenstromkühlung für eine zusätzliche Klimatisierung der Halle, wodurch auch zusätzliche Kosten eingespart werden können.
Unter einem volumetrischen Absaugen ist hier insbesondere ein Erzeugen von Volumenströmen mit sehr kleinen Drücken zu verstehen, was turbulenzarm und fast vollständig turbulenzfrei durchgeführt werden kann.
Außerdem ist ein volumetrisches Absaugen auch unabhängig von den Umgebungsdrücken durchführbar, da das Fördern in einem geschlossenen System durchgeführt wird, bei dem die Verdrängerkörper eine periodische Volumenänderung in dafür vorgesehenen Arbeitsräumen durchführen, die durch Trennelemente gegen eine Zu- und Ableitung abgrenzbar sind, dadurch ist eine volumetrische Absaugung auch nicht durch die vorhandenen Umgebungsdrücke beeinflussbar, da das System an sich geschlossen und unabhängig von den Umgebungsdrücken eine Strömung erzeugen kann.
Nach einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Gegenvolumenstromeinrichtung zwischen dem Spinnpaket und Kühlschacht positioniert. Dies bietet den Vorteil, dass der Gegenvolumenstrom direkt an die Kapillaren der Spinnpakete geführt werden kann, so dass eine Kühlung auch direkt mit dem Gegenstrom an den Spinnpaketen und den damit erzeugen Vielzahl von Filamenten durchführbar ist.
Nach einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Kühlschacht ein Filamenteinlass, der benachbart zu den Spinnbalken positioniert ist, und einen Filamentauslass auf, der benachbart zu einer Konvergenzstelle positioniert ist, an der die Vielzahl von Filamenten zu einem Faden zusammengefasst werden.
Dies hat den Vorteil, dass der Gegenstrom über die gesamte Länge des Kühlschachtes wirken kann und eine Kühlung der Filamente in Gegenstromrichtung erfolgt, ohne dass es hier zu einer Mantelströmung zu den Filamenten kommt.
Daher kann der Gegenstrom mit einer viel geringeren Geschwindigkeit und einem geringeren Volumen durchgeführt werden, wodurch auch ein geringerer Ansaugaufwand erforderlich ist.
Unter einer Konvergenzstelle ist hierbei eine Stelle zu verstehen, an denen die Vielzahl von Filamenten zu einem Faden zusammengefasst werden. Dies kann beispielsweise über eine spezielle Vorrichtung durchgeführt werden, die eine Fadenführung mit einer zusätzlichen Spinfinishingvorrichtung aufweist.
Die Spinfinishingvorrichtung und die Fadenführung können hierbei zueinander beabstandet sein. Eine Spinfmishingvorrichtung dient zum Aufbringen eines Präparationsöl auf die extrudierten Filamente.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Kühlschacht einen luftdurchlässigen Wandabschnitt zum Führen des Gegenvolumenstroms parallel zu der Filamentlaufrichtung auf.
Dies hat den Vorteil, dass die Kühlwirkung des Gegenvolumenstromes durch die zusätzliche Führung innerhalb des Kühlschachtes entgegen der Filamentlaufrichtung zusätzlich verstärkt wird, und damit eine sanftere und gleichzeitig bessere Kühlung der Vielzahl von Filamenten durchführbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Kühlschacht einen luftdurchlässigen Durchlassabschnitt zum Führen des Gegenvolumenstromes quer zur Filamentrichtung auf.
Unter einem Durchlassabschnitt ist hierbei insbesondere ein zusätzlich oder vollständiger Wandabschnitt des Kühlschachtes zu verstehen, der auch eine Zuführung von Umgebungsluft nicht nur in Fadenführrichtung, sondern auch quer dazu zulässt, wobei der Gegenstrom durch den Durchlassabschnitt bzw. den durchlässig ausgebildeten Wandabschnitt des Kühlschachtes durch den Gegenstrom ins Innere des Kühlschachtes gesaugt wird und dadurch als Gegenstrom hin zu dem Spinnpaket strömt. Auch dies findet entgegen bzw. quer zur Fadenlaufrichtung statt, was wiederum die Bildung von Mantelströmen an den Vielzahl von Filamenten verhindert, so dass eine bessere und sanftere Kühlung möglich ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Querschnitt des Kühlschachtes im Wesentlichen kreisförmig und / oder im wesentlichen rechteckförmig gebildet. Dies hat den Vorteil, dass je nach Umgebung eine Gegenstromführung sowohl radial als auch quer zur Laufrichtung der Vielzahl von Filamenten durchführbar ist.
Außerdem kann ein kreisförmiger bzw. ein rechteckförmiger Querschnitt des Kühlschachtes in gewissen Umgebungs- und Anwendungsfällen von Vorteil sein.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Querschnitt des Kühlschachtes am Fadeneinlass größer als der Querschnitt des Kühlschachtes am Fadenauslass und / oder der Querschnitt des Kühlschachtes am Fadeneinlass kleiner als der Querschnitt des Kühlschachtes am Fadenauslass.
Dies hat den Vorteil, dass hierbei ein konischer Kühlschacht definiert ist, der den Gegenstrom in der ersten Ausgestaltung von der Fadenlaufrichtung gesehen hin zu dem Spinnpaket verengt, wodurch eine bessere Kühlung erfolgen kann und gleichzeitig am unteren Ende des Kühlschachtes mehr Luft ansaugbar ist, deren Geschwindigkeit durch die Verjüngung hin zu dem Spinnpaket zunimmt.
Bei der anderen Ausgestaltung, bei der der Kühlschacht hin zu der Spinndüse einen größeren Querschnitt bedingt, führt dies zu einer Verlangsamung des Volumenstromes, was zu einer sanfteren Abkühlung führen kann und insbesondere eine Bildung von Turbulenzen und Mantelströmungen an den Vielzahl von Filamenten verhindert.
Nach einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Gegenvolumenstromeinrichtung ein Fördergehäuse auf, in dem eine Volumenstromansaugung angeordnet ist.
Dies bietet den Vorteil, dass durch entsprechende Schließ- und Trennmittel ein geschlossenes System ausbildbar ist, das gegen die Einflüsse der Umgebung trennbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Fördergehäuse und der Spinnbalken mit einem Strömungskanal zum Zuführen des Gegenstroms fluiddicht verbunden. Dies bietet den Vorteil, dass das Fördergehäuse an einer Position zum Spinnbalken positionierbar ist, ohne dass die Wärme aus dem Spinnbalken das Ausbilden des Gegenstromvolumens beeinträchtigen kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Strömungskanal an einem Wärmetauscher zum Abkühlen des Gegenvolumenstromes gekoppelt. Damit kann zusätzlich die Wärmestrahlung, die vom Spinnbalken und der heißen Kunststoffschmelze kommt, direkt abgeführt werden, ohne dass es zu einer Temperaturbelastung des Gegenvolumenstromes und der zugehörigen Bauelemente kommt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Fördergehäuse einen Luftauslass auf, der an einer Absaugeinrichtung angeschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass der Gegenstrom, der in dem Fördergehäuse gesammelt wird, an einem Luftauslass abgegeben werden kann, wobei der Luftauslass mit einer Absaugeinrichtung fluiddicht gekoppelt ist, so dass der anfallende Luftstrom weg von der Umgebung des Kühlschachtes und der Spinndüse gefördert werden kann, ohne dass es zu einer ungewollten Temperaturerhöhung beim Abkühlen der Filamente kommt. Nach einer besonderen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Volumenstromansaugung eine Verdrängerpumpe.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Gegenvolumenstromeinrichtung eine Volumenstromansaugung auf, die den Gegenvolumenstrom in einem geschlossen Volumen fördert. Dies hat den Vorteil, wie ob angedeutet, dass das System geschlossen ist und dadurch gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Volumenstromansaugung zum Fördern eines Gegenstroms im Verhältnis zu der zu kühlenden Fadenmasse im Bereich von 1 m3/kg bis 15 m3/kg eingerichtet. Je nach zu kühlender Fadenmasse ist ein größerer oder kleinerer Gegenstrom erforderlich. Bei kleinen Fadenmassen kann ein kleiner Gegenstrom ausreichen, wobei bei großen Fadenmassen ein größerer Gegenstrom erforderlich ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung korrespondiert die Anzahl von Volumenstromansaugung mit der Anzahl von Spinnpaketen. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Vielzahl von Spinnpaketen jeweils der Volumenstrom individuell für jedes Spinnpaket eingestellt werden kann, so dass eine optimale Kühlung der Vielzahl von Filamenten von jedem Spinnpaket möglich ist.
Vorteilhafterweise ist die Volumenstromansaugung derart aufgebaut, dass sie je nach vorhandener Anzahl von Spinnpaketen ergänzt werden kann.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens bereitgestellt, wobei die Vielzahl von Filamenten aus einer Kunststoffschmelze extrudiert werden und in einem Kühlschacht gekühlt werden, wobei zum Kühlen der Filamente ein Gegenvolumenstrom erzeugt wird, der gegen die Fadenvorrichtung der Filamente strömt. Der Gegenluftstrom wird mittels einer volumetrischen Absaugung erzeugt.
Dies bietet den Vorteil, wie oben erwähnt, dass eine volumetrische Absaugung unabhängig von den gegebenen Umweltbedingungen ausgestaltet werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Gegenvolumenstrom entgegen der Fadenführrichtung parallel und / oder quer dazu ausgebildet.
Dadurch dass das Gegenstromvolumen entgegen die Fadenführrichtung in entgegengesetzter Richtung bzw. quer dazu ausgebildet und geführt wird, ist eine Mantelströmung, die die Filamente gegen eine Kühlung isoliert, auf einfache Weise verhinderbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Fördermenge des Gegenstroms abhängig von der Abführgeschwindigkeit der Filamente, der Fadenmasse der extrudierten Filamente, der spezifischen Wärmekapazität der Schmelze, der spezifischen Wärmekapazität des Gesamtvolumens, der Umgebungstemperatur der Schmelztemperatur, der Filamenttemperatur und / oder den Titer der Filamente einstellbar.
Dies hat den Vorteil, dass das in der Vorrichtung verwendete Verfahren optimal zum Kühlen der jeweiligen Filamente einstellbar ist. Das Gesamtvolumen, das zum Kühlen der Filamente verwendet wird, wird aus der Umgebung entnommen, in der die Vorrichtung bzw. das Verfahren angewendet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gegenvolumenstromeinrichtung an einem Kühlschacht einer Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten,
2 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Gegenvolumenstromeinrichtung für eine vorbestimmte Anzahl von Spinnpaketen,
3 ein schematisches Blockdiagramm der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens

In den 1 und 2 ist in der jeweiligen Ansicht ein Bezugskoordinatensystem mit XYZ-Richtung vorgegeben, dass sich in der jeweiligen Haupterstreckungsrichtung der jeweils dort dargestellten Vorrichtung erstreckt.
In 1 gibt das Bezugskoordinatensystem XYZ in X-Richtung die Längserstreckung einer Vorrichtung zum Erstellen einer Vielzahl von Filamenten 13 an, wobei die Y-Richtung die Tiefenerstreckung und die Z-Richtung die Höhenerstreckung der Vorrichtung angibt.
In 2 ist das Bezugskoordinatensystem XYZ auf die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Spinnbalken und einer Gegenvolumenstromeinrichtung 20 dargestellt, wobei das Bezugskoordinatensystem in X-Richtung die Längserstreckungsrichtung der Gegenvolumenstromeinrichtung, in Y-Richtung die Tiefenerstreckung der Gegenvolumenstromeinrichtung und in Z-Richtung die Höhenrichtung der Gegenvolumenstromeinrichtung anzeigt.
1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten zum Ausbilden eines Fadens 17. Die Vorrichtung weist einen Spinnbalken 2 auf, in dem ein Spinnpaket 21 positioniert ist, welches eine Mehrzahl von Kapillaren 22 aufweist, über die eine Kunststoffschmelze extrudiert wird zum Ausbilden der Vielzahl von Filamenten 13, die an einer Konvergenzstelle 18 zu einem Faden 17 zusammengefasst werden.
Zum ausreichenden Kühlen der Vielzahl von Filamenten 13 ist benachbart zu dem Spinnbalken 2 ein Kühlschacht 1 angeordnet.
Der Kühlschacht 1 weist einen Filamenteinlass 6, über den die Filamente 13 aus dem Spinnbalken 2 dem Kühlschacht zugeführt werden, und einen Filamentauslass 3 auf, über den die Filamente den Kühlschacht 1 verlassen. Der Kühlschacht weist bevorzugt einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf, kann aber auch einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Der Kühlschacht 1 weist ferner einen Wandabschnitt 5 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlschacht 1 sowohl durchlässig als auch luftundurchlässig. Der Wandabschnitt 5 ist luftundurchlässig ausgebildet. An den Wandabschnitt 5 grenzt ein Durchlassabschnitt 4 an, der luftundurchlässig ist, so dass Umgebungsluft auch über den Durchlassabschnitt 4 von einer Volumenstromansaugung 12 zum Kühlen der Vielzahl von Filamenten 13 angesaugt werden kann.
Der luftundurchlässige Wandabschnitt 5 hat den Vorteil, dass der von der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 angesaugte Gegenvolumenstrom 30 im Wesentlichen parallel zu der Filamentlaufrichtung F verläuft. Wie in 1 dargestellt, ist der Verlauf des Gegenvolumenstroms 30 entgegengesetzt zu der Filamentlaufrichtung F, was zusätzlich die Kühlung der Vielzahl von Filamenten 13 erleichtert.
Die Gegenvolumenstromeinrichtung 20 ist so eingerichtet, dass der Umgebungsdruck P 1 gleich dem Innendruck P2 im Kühlschacht ist. Dies hat den Vorteil, dass der Gegenstrom turbulenzarm bzw. fast turbulenzfrei entgegen den Filamenten 13 strömt.
Dies unterstützt die Verfestigung der Filamenten hin zu der Konvergenzstelle 18, an der die Vielzahl von Filamenten 13 zu dem Faden 17 zusammengefasst werden. An der Konvergenzstelle 18 kann zusätzlich ein sogenanntes Spinfinishing aufgetragen werden, was ein Liquid aus einer Emulsion aus Wasser und Öl ist, das gleitfördernd, reibmindernd und statisch aufladend hemmend wirkt.
Der Innendruck P2 im Kühlschacht ist kleiner als der Ansaugdruck P3, der von der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 erzeugt wird.
Die Gegenvolumenstromeinrichtung 20 weist ein Fördergehäuse 10 auf, in dem eine Volumenstromansaugung 12 untergebracht ist. Die Volumenstromansaugung 12 ist über einen Strömungskanal 11 mit dem Spinnbalken 2 verbunden.
Um einen Wärmeübertrag vom Spinnbalken hin zu der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 zu verringern oder zu vermeiden kann der Strömungskanal 11 mit einem Wärmeableitabschnitt 7 versehen sein, der über eine Wärmetauschleitung 8 mit einem Wärmetauscher 9 verbunden ist, um anfallenden Wärmeeintrag abzutragen bzw. abzumindern.
Das Fördergehäuse 10 der Volumenstromansaugung 12 weist ferner einen Luftauslass 14 auf. An dem Luftauslass 14 kann eine Absaugeinrichtung 16 angeschlossen sein, die über eine Luftauslassleitung 15 den von der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 volumetrisch angesaugten Gegenstrom 30 getrennt von der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 absaugt und abfördert, wobei unter getrennt hierbei zu verstehen ist, dass die Absaugeinrichtung 60 nicht die Förderleistung der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 beeinflusst.
2 zeigt in einer schematischen Draufsicht den Spinnbalken aus 2 mit einer Mehrzahl von Spinnpaketen 21. In der dargestellten Ausführungsform ist jedem Spinnbalken 21 eine Volumenstromansaugung 12 zugeordnet, die in dem Fördergehäuse 10 untergebracht ist.
Außerdem ist jeden Strömungskanal 11 ein separater Wärmeleitabschnitt 7 zugeordnet, der über die Wärmetauschleitung 8 mit dem Wärmetauscher 9 verbunden ist.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Wärmetauscherabschnitt auch in einem gemeinsamen Strömungskanal 11 ausgebildet sein.
Die Gegenvolumenstromeinrichtung 20 kann auch eine einzelne Volumenstromansaugung für die Mehrzahl von Spinnpaketen 21 aufweisen. Dann ist eine individuelle Steuerung des Gegenstroms für jedes Spinnpaket im Kühlschacht 1 nur beschränkt möglich. Dafür können entsprechende Leitbleche vorgesehen sein, die hier nicht dargestellt sind. Mit den Leitblechen kann der Gegenstrom 30 entsprechend an die geeignete Position geführt werden, ohne dass es zu großen Druckunterschieden im Kühlschacht 1, der den Kühlschachtdruck P2 aufweist, zum Umgehungsdruck P1 gibt.
Wie ferner ersichtlich, werden die Volumenstromansaugungen 12 mit einem gemeinsamen Antrieb 110 angetrieben, so dass der jeweilige Gegenstrom 30 erzeugt wird.
Die Volumenstromansaugung 12 kann ein entsprechendes Getriebe aufweisen, mit der die jeweilige Förderleistung individuell einstellbar ist. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann jede Volumenstromansaugung 12 auch einen eigenen Antrieb 110 aufweisen.
Der von der Volumenstromansaugung 12 volumetrisch angesaugte Gegenstrom 12 wird hin zu dem Luftauslass 14 gefördert. Der Luftauslass 14 ist an eine Luftauslassleitung 15 anschließbar, die aber die Förderleistung der Volumenstromansaugung 12 nicht beeinflusst.
Der Einfachheit halber sind die Volumenstromansaugung 12 als Außenzahnradpumpen dargestellt. In einer bevorzugten nicht dargestellten Ausführungsform sind die Förderräder der Volumenstromansaugung 12 bzw. die Förderlamellen Strömungsgünstig ausgebildet, so dass eine turbulentfreie Förderung des Gegenstroms 30 möglich ist.
In 3 ist ein schematisches Blockdiagramm gezeigt, das die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens zum Herstellen eines Fadens 17 aus eine Vielzahl von Filamenten 13 zeigt.
In einem ersten Schritt S1 werden aus einer Kunststoffschmelze mit Hilfe von einem Spinnpaket 21, welches eine Mehrzahl von Kapillaren 22 aufweist, und in einem Spinnbalken 2 angeordnet ist, eine Vielzahl von Filamenten 13 extrudiert.
In einem weiteren Schritt S2 werden die Vielzahl von Filamenten 13 mit Hilfe der Konvergenzstelle18 einer nicht dargestellten Aufspulvorrichtung durch den Kühlschacht 1 geführt, wobei in dem Kühlschacht 1 eine Kühlung und Verfestigung der Filamente 13 stattfindet.
Im Schritt S3 wird vor dem Schritt S2 der Gegenstrom 30 mittels der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 erzeugt. Der Gegenstrom 30 wird volumetrisch erzeugt, so dass der Umgebungsdruck P1 mit dem Innendruck P2 des Kühlschachtes nicht variiert, sondern im Wesentlichen P1 gleich P2 gilt.
Durch das volumetrische Erzeugen des Gegenstromes 30 erfolgt eine turbulenzfreie bzw. turbulenzarme Gegenströmung30, die entgegen der Fadenlaufrichtung F wirkt und damit für eine bessere Kühlung der Filamente 13 sorgt.
Im Schritt S4 werden die Vielzahl von Filamenten 13 weg von dem Kühlschacht 1 aus dessen Filamentauslass 3 geführt.
Im Schritt S5 erfolgt ein Abführen der anfallenden Wärme über den Wärmetauscher 9 an der Gegenvolumenstromeinrichtung 20.
Im Schritt S6 erfolgen ein zusätzliches Absaugen des anfallenden Gegenstroms 30 über die Absaugeinrichtung 16 und im Schritt S7 folgt ein Sammeln der Abluft mittels der Absaugeinrichtung bzw. über eine entsprechende Vorrichtung, die das anfallende Volumen an Gegenstrom 30 aus der Umgebung des Spinnbalkens 2 bzw. der Gegenvolumenstromeinrichtung 20 fördert.
Bezugszeichenliste

1: Kühlschacht
2: Spinnbalken
3: Filamentauslass
4: Durchlassabschnitt
5: Wandabschnitt
6: Filamenteinlass
7: Wärmeableitabschnitt
8: Wärmetauschleitung
9: Wärmetauscher
10: Fördergehäuse
11: Strömungskanal
12: Volumenstromansaugung
13: Filament
14: Luftauslass
15: Luftauslassleitung
16: Absaugeinrichtung
17: Faden
18: Konvergenzstelle
20: Gegenvolumenstromeinrichtung
21: Spinnpaket
22: Kapillare
30: Gegenvolumenstrom
110: Antrieb
p1: erster Druck
p2: zweiter Druck
p3: dritter Druck
F: Filamentlaufrichtung
m: Fadenmasse der extrudierten Filamente
cp: spezifische Wärmekapizität der Kunststoffschmelze
cg: spezifische Wärmekapizität Gesamtvolumens
Tt: Feinheit/Titer
Tu: Umgebungstemperatur
Ts: Schmelzetemperatur
Tf: Filamenttemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4404258 A1 [0004]
US 5219582 A [0006]
DE 1119456 B [0009]
DE 102021000436 A1 [0011]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten (13) zum Ausbilden eines Fadens (7), aufweisend ein in einem Spinnbalken (2) positioniertes Spinnpaket (21) zum Extrudieren der Vielzahl von Filamenten (13) aus Kapillaren (22) und einen Kühlschacht (1), durch welchen die Filamente (13) führbar sind, und eine Gegenvolumenstromeinrichtung (20), die mit dem Kühlschacht (1) derart zusammenwirkt, dass ein Gegenvolumenstrom (30) in dem Kühlschacht (1) entgegen der Filamentlaufrichtung (F) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenvolumenstrom (30) in entgegengesetzter Richtung der Filamentlaufrichtung (f) mittels einer Gegenvolumenstromeinrichtung (20) durch eine volumetrische Absaugung erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenvolumenstromeinrichtung (20) zwischen dem Spinnpaket (21) und dem Kühlschacht (1) positioniert ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschacht (1) einen Filamenteinlass (6), der benachbart zu dem Spinnbalken (2) positioniert ist, und einen Filamentauslass (3) aufweist, der benachbart zu einer Konvergenzstelle (18) positioniert ist, an der die Vielzahl von Filamenten (13) zu einem Faden (17) zusammengefasst werden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschacht (1) einen luftundurchlässigen Wandabschnitt (5) zum Führen des Gegenvolumenstroms (30) parallel zu der Filamentlaufrichtung (F) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschacht (1) einen luftdurchlässigen Durchlassabschnitt (5) zum Führen des Gegenvolumenstroms (30) quer zu der Filamentlaufrichtung (F) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlschachts (1) im Wesentlichen kreisförmig und/oder im Wesentlichen rechteckig ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlschachts (1) am Fadeneinlass (6) größer ist als der Querschnitt des Kühlschachts (1) am Fadenauslass (3) und/oder dass der der Querschnitt des Kühlschachts (1) am Fadeneinlass (6) kleiner ist als der Querschnitt des Kühlschachts (1) am Fadenauslass (3).
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenvolumenstromeinrichtung (20) ein Fördergehäuse (10) aufweist, in dem ein Volumenstromansaugung (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördergehäuse (10) und der Spinnbalken (2) mit einem Strömungskanal (11) zum Zuführen des Gegenstromvolumens (30) fluiddicht verbunden ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (11) an einen Wärmetauscher (9) zum Abkühlen des Gegenvolumenstroms (30) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördergehäuse einen Luftauslass (14) aufweist, der an eine Absaugeinrichtung (16) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenvolumenstromeinrichtung (20) eine Volumenstromansaugung (12) aufweist, die den Gegenvolumenstrom (30) in einem geschlossenem Volumen fördert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromansaugung (12) zum Fördern eines Gegenstroms im Verhältnis zu der zu kühlenden Fadenmasse im Bereich von 1 m3/kg bis 15 m3/kg eingerichtet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Volumenstromansaugung (12) mit der Anzahl von Spinnpaketen (21) korrespondiert.
Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Filamenten (13) zum Ausbilden eines Fadens (7), wobei die Vielzahl von Filamenten aus einer Kunststoffschmelze extrudiert werden und in einem Kühlschacht (1) gekühlt werden, wobei zum Kühlen der Filamente ein Gegenvolumenstrom (30) erzeugt wird, der gegen die Fadenführrichtung (F) der Filamente (13) strömt dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenluftstrom (30) mittels einer volumetrischen Absaugung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenvolumenstrom (30) entgegen der Fadenführrichtung (F) und parallel und/oder quer dazu ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge des Gegenstroms (30) abhängig von der Abführgeschwindigkeit (v) der Filamente (13), der Fadenmasse (m) der extrudierten Filamente, der spezifischen Wärmekapizität (cp) der Kunststoffschmelze, der Wärmekapizität (cg) des Gesamtvolumens (V), der Umgebungstemperatur (Tu), der Schmelzetemperatur (Ts), der Filamenttemperatur (Tf), und/oder dem Titer (Tt) der Filamente (13) einstellbar ist.