EP1951936B1

EP1951936B1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und abkühlen eines multifilen fadens mit kühllufttemperaturmessung innerhalb des filamentbündels

Info

Publication number: EP1951936B1
Application number: EP06829081A
Authority: EP
Inventors: Detlev Schulz
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: DE502006003037D1; EP1951936A1; CN101313090A; CN101313090B; WO2007059914A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Dabei wird aus eine Polymerschmelze eine Vielzahl von Filamenten extrudiert, die als Filamentbündel geführt und durch einen quer auf das Filamentbündel gerichteter Kühlluftstrom gekühlt werden, wobei eine Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente austretenden Kühlluft gemessen und überwacht wird. Um den Abkühlzustand der Filamente und daraus abgeleitet die Eigenschaft des Fadens zu erfassen, wird erfindungsgemäß die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen. Hierzu ist ein Temperatursensor zwischen der Spinndüse und einem der Spinndüse zugeordneten Fadenführer innerhalb des Filamentbündels angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 11.
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden aus einer Polymerschmelze wird der Faden aus einer Vielzahl feiner strangförmiger Filamente gebildet. Jedes der Filamente wird hierzu durch eine Düsenbohrung einer Spinndüse aus der Polymerschmelze extrudiert. Nach dem Extrudieren werden die mit Abstand zueinander innerhalb eines Bündels geführten Filamente abgekühlt und anschließend nach Verfestigung zu dem Faden zusammengeführt. Beim Übergang des Filamentmaterials vom schmelzflüssigen Zustand zum verfestigten Zustand lassen sich durch bestimmte Abkühlbedingungen grundlegende physikalische Eigenschaften des späteren Fadens bestimmen. Insoweit ist die Einhaltung der Gleichmäßigkeit der Abkühlbedingungen zur Erzeugung hochqualitativer Fäden von besonderer Bedeutung.
So ist beispielsweise aus der DE 100 31 106 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei welcher die Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente auftretenden Kühlluft gemessen und überwacht wird. Hierbei wird die Kühlluft bei Eintritt in einen Kühlschacht und bei Austritt aus einem Kühlschacht gemessen, um möglichst immer einen konstanten Temperaturanstieg der Abluft während der Abkühlung der Filament zu erhalten. Das bekannte Verfahren lässt jedoch keine Schlussfolgerung auf die an den einzelnen Filamenten eintretenden Abkühlvorgängen zu. Insbesondere bleibt ungeklärt, in welchem Maße eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamente untereinander vorhanden ist.
Aus der DE 44 04 258 A1 ist ein Verfahren zum Schmelzspinnen einer Vielzahl von Filamenten bekannt, bei welchem an den verfestigten Filamenten fortlaufend eine physikalische oder textiltechnische Größe gemessen, mit einem Sollwert verglichen und zur Steuerung eines Prozessparameters, insbesondere der Abkühlung genutzt wird. Derartige physikalische Größen wie beispielsweise der Fadentiter, Festigkeit oder Doppelbrechung lassen sich jedoch kaum an einem laufenden Faden mit ausreichend hoher Messgenauigkeit erfassen, so dass keine für die Qualitätsbestimmung eines Fadens hinreichende Messung und Überwachung erreicht wird.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchem die Abkühlung des Fadens im wesentlichen dem Abkühlverhalten der Filamente angepasst werden kann.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass aus der Abkühlung des Fadens unmittelbar Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Fadens möglich sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines Fadens bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher Fäden mit vorbestimmter und gleichmäßiger Abkühlhistorie zu Spulen gewickelt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Abhängigkeit von der Anzahl der Filamente sowie der Führung der Filamente, insbesondere der Abstände der Filamente zueinander während der Abkühlung, die Abkühlergebnisse am Faden maßgeblich beeinflusst werden. So tritt insbesondere bei bündelförmig geführten Filamenten das Problem auf, die Kühlluft gleichmäßig durch das Filamentbündel zu führen. So wurde bei Temperaturmessungen der Kühlluft an verschiednen Messpunkten innerhalb der Abkühlzone große Unterschiede festgestellt. Somit ist in Abhängigkeit von dem Messpunkt die den einzelnen Filamenten zugewiesene Abkühlhistorie unterschiedlich zu bewerten. Die Erfindung stellt nun eine Lösung dar, bei welcher annähernd die am Faden wirksamen Abkühleffekte durch einfache Temperaturmessungen der Kühlluft erfasst werden können. Hierzu wird die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen. Es hat sich gezeigt, dass die Temperaturen der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels deutlich oberhalb der Temperaturen liegen, die außerhalb des Filamentbündels gemessen werden. Insoweit gibt die Messung der Temperatur der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels ein gutes Maß, um den momentanen Verfestigungszustand in den Filamenten zu bestimmen. Zudem lässt sich die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der einzelnen Filamente innerhalb des Filamentbündels vorherbestimmen und durch Eingriff in den Abkühlprozess gezielt verändern. Zudem lassen sich insbesondere die von außen einwirkenden Störeinflüsse der Abkühlung, wie z.B. Verschmutzungen an der Blaswand, Spinndüsenfehler usw., frühzeitig erkennen und abstellen.
Um einerseits eine im wesentlichen kontaktlose Temperaturmessung der Kühlluft innerhalb des Filamentbündels ausführen zu können und andererseits die Vergleichmäßigung der Abkühlung der Filamente innerhalb des Filamentbündels zu erhöhen, ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher die Filamente beim Abkühlvorgang durch eine äußere Führungskante eines Formkörpers aufgespreizt und geführt werden. Damit lassen sich größere Filamentabstände erzeugen, in welchen eine Temperaturmessung der im Innern des Filamentbündels austretenden Kühlluft vorteilhaft möglich ist. Für den Fall, dass die Filamente vor der Konvergenzstelle eine Benetzung erhalten, wird der Formkörper bevorzugt zum Präparieren der Filamente eingesetzt. In diesem Fall ist die Führungskante mit einem Präparationsmittel benetzt.
Eine hohe Gleichmäßigkeit der Abkühlung wird dabei durch einen ringförmigen oder scheibenförmigen Formkörper erreicht, an dem die Filamente des Filamentbündels geführt sind.
Um das Abkühlverhalten der Filamente unter den vorgegebenen Abkühlbedingungen möglichst genau zu erfassen, wird die Verfahrensvariante bevorzugt verwendet, bei welcher die Temperatur der Kühlluft gleichzeitig in mehreren Messpunkten innerhalb des Filamentbündels oder außerhalb des Filamentbündels oder bevorzugt innerhalb und gleichzeitig außerhalb des Filamentbündels gemessen werden. Damit sind Temperaturverläufe über den Querschnitte eines Filamentbündels erfassbar, so dass eine noch größere Gleichmäßigkeit zur Verfestigung der einzelnen Filament einstellbar sind bzw. so dass die Abkühlhistorie der Filamente mit noch größerer Genauigkeit feststellbar und überwachbar ist.
Die Messungen der Temperaturen der Kühlluft können dabei sowohl an vertikal oder horizontal nebeneinander ausgerichteten Messpunkten erfolgen. Insbesondere die vertikale Ausrichtung der Messpunkte ermöglicht den Übergang vom schmelzflüssigen Zustand des Filamentmaterials hin zum verfestigten Material innerhalb der Abkühlzone zu erfassen.
Es hat sich gezeigt, dass die gemessene Temperatur der Kühlluft insbesondere geeignet ist, um eine Qualitätsüberwachung an dem Faden auszuführen. Die Einhaltung möglichst gleichmäßiger Abkühlbedingungen an den Faden bedingt im wesentlichen vorbestimmte physikalische Eigenschaften des Fadens. Insoweit ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher zumindest ein Temperaturmesswert oder mehrere zeitlich aufeinander folgende Temperaturmesswerte der Kühlluft gespeichert und mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden. Hieraus lässt sich unmittelbar auf die Konstanz der hergestellten Fadenqualität schließen.
Der Herstellungsprozess lässt sich besonders vorteilhaft durch die Verfahrensvariante überwachen, bei welchem die zeitlich aufeinander folgenden Temperaturmesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert oder mehreren statistischen Mittelwerten überführt werden und dass der Mittelwert oder die Mittelwerte der Temperaturmesswerte mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden. Die Sollwerte und auch die Grenzwertbereiche für den Mittelwert der Kühllufttemperatur können beispielsweise durch empirische Versuche bestimmt sein, in welchen die an dem Faden festgestellten physikalischen Eigenschaften mit der Abkühlung der Filamente in Bezug gebracht wurden. So lässt sich beispielsweise durch Beobachtung des mittleren Temperaturmesswertes der Kühllufttemperatur innerhalb eines Toleranzbandes mit einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert der Prozessverlauf zur Herstellung des Fadens überwachen. Die dabei auftreten Grenzwertüberschreitungen können weitere für eine Dokumentation der Fadenqualität oder für einen Eingriff in den Prozess maßgebliche Überwachungs- und Auswertungsparameter darstellen.
Insoweit lässt sich aus den Abweichungen der gemessen Temperaturmesswerte oder der mittleren Temperaturmesswerte zu dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich der Kühllufttemperatur vorteilhaft ein Qualitätswert des Fadens ableiten. Der Qualitätswert kann unmittelbar mit einem vorbestimmten Produktparameter im Zusammenhang stehen, so dass beispielsweise der Faden nach Herstellung eine Qualitätskennzeichnung erhalten kann.
Die Verfahrensvariante, bei welcher der Qualitätswert zur Bestimmung eines Produktparameters genutzt wird, besitz den besonderen Vorteil, dass dem hergestellten Faden unmittelbar ein durch die Abkühlung bestimmter Produktparameter zugewiesen werden kann. So lässt sich ein Produktparameter definieren, der ein Maß der inneren Gleichmäßigkeiten des Fadens darstellt. Insbesondere bei einer hohen gleichmäßigen Kristallinität des Fadens wird eine gleichmäßige Farbaufnahme ermöglicht, so dass eine Beurteilung zum Beispiels des Anfärbevermögens bereits unmittelbar bei Herstellung des Fadens gegeben ist. Der dabei durch den Qualitätswert abgeleitete Produktparameter könnte so im Hinblick auf die voraussichtliche Anfärbbarkeit charakterisiert werden.
Da bei der Herstellung von synthetischen Fäden es üblich ist, gleich eine Mehrzahl von Fäden parallel nebeneinander zu extrudieren, abzukühlen, zu behandeln und zu Spulen aufzuwickeln, ist die Verfahrensvariante besonders bevorzugt verwendet, bei welcher mehrere Fäden durch den Kühlluftstrom oder durch mehrere separate Kühlluftströme gekühlt werden und dass zu jedem Faden ein Temperaturmesswert der Kühlluft erfasst und zur Qualitätsüberwachung des jeweiligen Fadens genutzt wird. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Qualitäten der Fäden bereits bei Herstellung miteinander zu vergleichen, um dann nachfolgende Qualitätseinstufungen vorzunehmen. So könnten die an einer Spulspindel erzeugten Spulen bereits Fäden unterschiedlicher Qualitätsstufe aufweisen, so dass eine Sortierung anhand der Qualitätswerte frühzeitig möglich wäre.
Für die Prozessführung sowie für die Produktherstellung ist dabei die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher zumindest ein momentaner Messwert der Temperatur der Kühlluft mit einem Sollwert der Temperatur abgeglichen wird und ein Differenzsignal erzeugt und zu einem Steuersignal zum Eingriff in den Herstellungsprozess überführt wird. So werden frühzeitig äußere Störungen des Prozesses erkannt und schnell eliminiert.
Das Steuersignal lässt sich einerseits zur Änderung eines Prozessparameters oder einer die Herstellung des Fadens bestimmenden Prozessfolge nutzen. So lassen sich beispielsweise die Prozessparameter zur Änderung der Abkühlung der Filamente derart beeinflussen, dass sich eine zuvor festgestellte Differenz zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur und der vorgegebenen Sollwerttemperatur möglichst klein und ausgeregelt wird. Für den Fall, dass die festgestellte Differenz einen vorgegebenen Grenzwertbereich überschreitet, so dass die Abkühlbedingungen zu einem qualitativ minderwertigen Faden führen, könnte die Prozessfolge zur Herstellung des Fadens derart beeinflusst werden, so dass beispielsweise ein vorzeitiger Spulenwechsel beim Aufwickeln des Fadens ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen frühzeitigen Eingriff in den Herstellungsprozess eines synthetischen Fadens, um insbesondere die Orientierung und die Kristallinität des Filamentmaterials durch das Abkühlen gezielt zu analysieren und zu beeinflussen oder äußere auf die Abkühlung einwirkende Störeinflüsse schnell zu eleminieren, so dass die Einstellung von vorbestimmten textilphysikalischen Eigenschaften oder bestimmten Anfärbeverhalten oder Gebrauchsverhalten möglich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei unabhängig von der Weiterbehandlung des schmelzgesponnenen Fadens ausrühren. Hierbei können textile Fäden teilverstreckt oder vollverstreckt sowie technische Garne, Teppichgarne oder Stapelfasern hergestellt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest einen zwischen einer Spinndüse und einem der Spinndüse zugeordneten Fadenführer angeordneten Temperatursensor innerhalb des Filamentbündels auf. Somit lässt sich ein Messpunkt innerhalb des Filamentbündels im Bereich der Abkühlung realisieren.
Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchem dem Temperatursensor ein Führungsmittel zugeordnet ist, durch welches die Filamentstränge im Fadenlauf zwischen der Spinndüse und dem Fadenführer aufgespreizt sind, stellt eine bevorzugte Ausbildung dar, um den Temperatursensor innerhalb des Filamentbündels zu platzieren. Die Gefahr von ungewollten Kontakten zwischen den Temperatursensoren und den Filamenten lässt sich damit vermeiden.
Die Aufspreizung der Filamente lassen sich bevorzugt durch einen Formkörper mit einer äußeren Führungskante vornehmen, welche im wesentlichen konzentrisch zu der Spinndüse gehalten ist und die Filamente an der Führungskante führt. Der Temperatursensor wird dabei bevorzugt zentrisch zu dem Formkörper innerhalb des Filamentbündels gehalten.
Für den Fall einer Benetzung der Filamente ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt eingesetzt, bei welcher der Formkörper durch eine Präparationsvorrichtung gebildet ist, bei welcher die umlaufende Führungskante ein Benetzungsmittel trägt.
Die Ausbildung des Formkörpers durch eine kreisförmige Scheibe oder einen kreisförmigen Ring ermöglicht eine Führung des Filamentbündels, bei welcher eine von außen auf das Filamentbündel gerichtete Kühlluft möglichst gleichmäßig das Filamentbündel durchdringen kann.
Zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch derart weiterbilden, dass das Sensormittel durch mehrere Temperatursensoren gebildet ist, die horizontal oder vertikal nebeneinander innerhalb oder außerhalb oder innerhalb und außerhalb des Filamentbündels angeordnet sind. Damit wird eine Vorrichtungsvariante bereitgestellt, bei welcher Temperaturprofile im Verhältnis zum Querschnitt des Filamentbündel oder bei welchen Temperaturverläufe entlang des Fadenlaufs erfasst werden könnten. Jeder Temperatursensor stellt dabei einen Messpunkt dar, in welchem die Temperatur der Kühlluft erfasst wird.
Das Sensormittel ist vorteilhaft mit einer Steuereinrichtung gekoppelt, welche elektronische Mittel zur Messwertauswertung, Mittel zur Datenspeicherung und Mittel zur Signalerzeugung aufweist. Mit Hilfe der Steuereinrichtung lässt sich eine Messwertauswertung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahren und ein gezielter Steuereingriff in den Herstellungsprozess ermöglich.
Zur Veränderung eines Prozessparameters oder einer Prozessfolge ist die Steuereinrichtung mit zumindest einer oder mehreren Steuergeräten gekoppelt, die einzelne Prozessaggregate oder Prozessfolgen beeinflussen.
Zur Einhaltung vorbestimmter und vorgegebener Kühlbedingungen ist zumindest eines der Steuergeräte mit einer Kühlluftquelle der Kühleinrichtung verbunden, so dass eine an die Kühlluftquelle angeschlossene Blaswand einen vorbestimmten Kühlluftstrom zur Abkühlung des Filamentbündels erzeugen kann.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Steuereinrichtung mit einem Ausgabegerät zu koppeln, so dass die Messwertanalyse oder die aus der Messwertanalyse hervorgegangenen Qualitätswerte des Fadens unmittelbar beobachtet und dokumentiert werden können. Bei der Messwertanalyse lassen sich dabei die zur statistischen Auswertung bekannten Rechenoperationen ausführen. Als Mittel zur Messwertanalyse werden daher bevorzugt durch Mikroprozessoren mit entsprechender Softwarebestückung verwendet.
Zur Bestimmung des Abkühlverhaltens der Filamente ist die Ausbildung der Vorrichtung bevorzugt verwendet, bei welchem zumindest einer der Temperatursensoren in einem oberen Drittel der sich zwischen der Spinndüse und dem Fadenführer erstreckenden Kühlstrecke angeordnet. Damit sind Temperaturmessungen bereits unmittelbar nach Extrusion der Filament in einem relativ heißen Bereich der Abkühlzone möglich.
Zur Prozessanpassung bei Herstellung unterschiedlicher Fadentypen stellt die Vorrichtungsvariante einen besonderen Vorteil, bei welcher zumindest einer der Temperatursensoren durch einen höhenverstellbaren Halteträger gehalten ist. Damit kann der Messpunkt innerhalb des Filamentbündels in unterschiedlichen Höhen und damit unterschiedlichen Temperaturniveaus realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erstreckt sich im wesentlichen auf alle bekannte Kühleinrichtungen, welche einen Kühlluftstrom zur Abkühlung der Filamente erzeugen. Besonders bei der Herstellung von textilen Filamenten, die bekanntlich zu mehreren nebeneinander gleichzeitig erzeugt werden, lässt sich die Kühleinrichtung bevorzugt durch eine seitliche Blaswand bilden, welche über die Blaskammer mit der Kühlluftquelle verbunden ist. Damit wird ein einseitig auf das Filamentbündel gerichtete Kühlluft erzeugt.
Anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Es stellen dar:

Fig. 1 und Fig. 2: schematisch verschiedene Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 3: schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 4: schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 5: schematisch ein weiters Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 die Vorrichtung schematisch in einer Querschnittsansicht und Fig. 2 in einer Seitenansicht. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Spinnkopf 1 zur Aufnahme einer Spinndüse 2. Die Spinndüse 2 hat an der Unterseite des Spinnkopfes eine Vielzahl von Düsenbohrungen (hier nicht dargestellt), die mit einer Schmelzezuführung 4 verbunden sind. Über die Schmelzezuführung 4 ist der Spinnkopf 1 mit einer Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder verbunden. Innerhalb des Spinnkopfes 1 können zur Verteilung und Führung der über die Schmelzezuführung 4 aufgegebenen Polymerschmelze zur Spinndüse 2 weitere Einrichtungen wie beispielsweise Spinnpumpen und Verteilerleitungen angeordnet sein. Der Spinnkopf 1 ist beheizt ausgebildet.
Unterhalb des Spinnkopfes 1 ist eine Kühleinrichtung 6 angeordnet. Die Kühleinrichtung 6 ist als eine Querstromanblasung zur Erzeugung eines Kühlluftstromes ausgebildet. Hierzu weist die Kühleinrichtung 6 eine Blaswand 7 auf, die sich unterhalb des Spinnkopfes 1 über eine Kühlstrecke seitlich neben der Spinndüse 2 erstreckt, so dass die durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente 3 unmittelbar neben der Blaswand 7 geführt sind. Die Blaswand 7 ist über eine Blaskammer 8 mit einem Gebläse 9 gekoppelt. Die Blaswand 7 ist gasdurchlässig ausgebildet, so dass eine durch das Gebläse 9 erzeugte Kühlluft aus der Blaskammer 8 durch die Blaswand 7 als Kühlluftstrom austritt und im wesentlichen quer von außen auf die durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente 3 einwirkt.
Die Vielzahl der durch die Spinndüse 2 extrudierten Filamente werden als ein Filamentbündel 5 durch die parallel zur Blaswand 7 verlaufenden Kühlstrecke geführt. Unterhalb der Blaswand 7 ist ein Fadenführer 11 vorgesehen, um die Filamente 3 des Filamentbündels 5 zusammenzuführen, so dass sich ein multifiler Faden 16 ausbildet. Der Fadenführer 11 stellt somit die der Spinndüse 2 zugeordnete Konvergenzstelle dar, in welcher alle Filamente 3 gebündelt zu dem Faden 16 zusammengeführt werden. Üblicherweise ist der Fadenführer 16 mit einer Präparationseinrichtung (hier nicht dargestellt) gekoppelt, um den Zusammenhalt der Filamentstränge 3 durch ein Präparationsmittel zu verbessern.
Innerhalb der Kühlstrecke zwischen der Spinndüse 2 und dem Fadenführer 11 ist ein Sensormittel 10 vorgesehen. Das Sensormittel 10 weist einen Temperatursensor 12 auf, der innerhalb des Filamentbündels 5 angeordnet ist. Der Temperatursensor 12 ist über eine Signalleitung mit einer außerhalb angeordneten Steuereinrichtung 17 gekoppelt.
Zur Führung der Filamente 3 und zur Platzierung des Temperatursensors 12 ist dem Sensormittel 10 ein Führungsmittel 13 zugeordnet, das durch einen konzentrisch zu der Spinndüse 2 gehaltenen Formkörper 14 gebildet ist. Der Formkörper 14 ist im Fadenlauf dem Fadenführer 11 vorgeordnet, wobei der Formkörper 14 eine umlaufende Führungskante 15 aufweist, die eine Auslenkung zum natürlichen Konvergenzverlauf der Filamente bewirkt, so dass das Filamentbündel 5 durch den Formkörper 14 nach Abzug von der Spinndüse 2 aufgespreizt wird. Die Führungskante 15 des Formkörpers 14 weist hierzu vorzugsweise einen Hülldurchmesser auf, der gleichgroß oder größer ist als die durch die Düsenbohrungen der Spinndüse 2 gebildete Hüllkontur. Dadurch entsteht unmittelbar oberhalb des Formkörpers ein im wesentlichen zentrisch zu dem Filamentbündel ausgebildeter Freiraum, in welchem der Temperatursensor 12 gehalten ist. Hierzu ist der Temperatursensor 12 am freien Ende eines stangenförmigen Sensorträgers 26 gehalten, der seinem gegenüber liegenden Ende mit dem Formkörper 14 verbunden ist. Somit lässt sich vorteilhaft ein Temperaturmesspunkt innerhalb des Filamentbündels 5 realisieren, mit welchem eine Temperatur einer durch das Filamentbündel 5 strömende Kühlluft gemessen werden kann.
Neben der Schaffung eines Freiraums innerhalb des Filamentbündels 5 besitzt die Aufspreizung des Filamentbündels 5 durch den Formkörper 14 den besonderen Vorteil, dass sich die Abstände zwischen den Filamenten 3 bei fortschreitender Bewegung der Filamente in Abhängigkeit von der Größe des Formkörpers 14 verändern: So lassen sich beispielsweise die äußeren Filamente 3 bei wesentlich gleicher Größe zwischen dem Formkörper 14 und der Spinndüse 2 überwiegend parallel nebeneinander führen. Für den Fall, dass der Formkörper 14 zur Aufspreizung des Filamentbündels 5 größer ist als die Anordnung der Düsenbohrungen in der Spinndüse 2, lassen sich bei den äußeren Filamenten mit fortlaufender Führung die Abstände zwischen den Filamenten sogar vergrößern. Diese Abstandsveränderungen der Filamente 3 insbesondere des äußeren Bereiches des Filamentbündels 5 geführten Filamente 3 führt dazu, dass der durch die Blaswand 7 erzeugte Kühlluftstrom ungehindert in das Filamentbündel 5 eindringen kann und somit zu einer gleichmäßigen Abkühlung der inneren und der von der Blaswand 7 abgewandten Filamente 3 führt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit dem Sensormittel 10 gekoppelte Steuereinrichtung 17. Zur Aufnahme der durch den Temperatursensor 12 gelieferten Messsignale weist die Steuereinrichtung 17 elektrische und elektronische Mittel auf, die eine Signalauswertung, eine Signal- und Datenspeicherung sowie Signalerzeugung zur Steuerung ermöglichen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 17 mit einem Steuergerät 18.1 gekoppelt, das unmittelbar dem als Kühlluftquelle wirkenden Gebläse 9 zugeordnet ist.
Im Betrieb wird über die Spinndüse 2 kontinuierlich eine Vielzahl von Filamenten 3 aus einer unter Druck zugeführten Polymerschmelze extrudiert. Die Filamente 3 werden gemeinsam als ein Filamentbündel 5 entlang der Kühlstrecke seitlich zur Blaswand 7 geführt und an der Führungskante 15 des Formkörpers 14 umgelenkt, um durch den Fadenführer 11 zu einem Faden 16 zusammengeführt zu werden. Damit sich das Filamentmaterial in den Filamenten 3 in vorbestimmter Art und Weise verfestigt, wird durch die Kühleinrichtung 6 ein von außen im wesentlichen quer zu der Fadenlaufrichtung gerichteter Kühlluftstrom erzeugt und durch die Blaswand 7 gegen das Filamentbündel 5 geblasen. Die Kühlluft des Kühlluftstromes durchdringt das Filamentbündel 5 und führt dazu, dass das schmelzflüssige Filamentmaterial nach dem Extrudieren sich bei fortschreitender Bewegung verfestigt, um einen in Abhängigkeit vom Abzug der Filamente 3 und der Kühlluftbedingung definierten kristallinen Aufbau des Filamentmaterials zu erhalten. Um beispielsweise eine vorbestimmte textile Eigenschaft an dem Faden zu erzeugen, die beispielsweise die innere Gleichmäßigkeit der Kristallinität der Filamente zur Realisierung eines definierten Anfärbeverhaltens beinhalten könnte, setzt das erfindungsgemäße Verfahren ein, indem die im Innern des Filamentbündels 5 auftretende Kühlluft hinsichtlich ihrer Temperatur gemessen wird. Der in dem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels 5 durch den Temperatursensor 12 erfasste Temperaturmesswert der Kühlluft wird über eine Signalleitung der Steuereinrichtung 17 zugeführt. Der momentane Temperaturmesswert der Kühlluft könnte beispielsweise T_Ist sein. In der Steuereinrichtung 17 lässt sich vorteilhaft eine zur Einhaltung vorgegebene Soll-Temperatur der Kühlluft als T_Soll hinterlegen, so dass durch die in der Steuereinrichtung 17 enthaltenen Mittel ein Soll-IstVergleich der Kühllufttemperaturen die Einhaltung oder die Abweichung der vorbestimmten Abkühlung aufzeigt. Für den Fall einer unzulässigen Differenz zwischen T_Ist und T_Soll wird in der Steuereinrichtung 17 aus dem Differenzsignal ein Steuersignal S erzeugt, welches unmittelbar dem Steuergerät 18.1 zur Ansteuerung der Kühlluftquelle in diesem Fall des Gebläses 9 benutzt wird. So lässt sich beispielsweise durch Intensivierung des Kühlluftstromes und damit Erhöhung der Gebläseleistung des Gebläses ein höherer Kühlluftdurchsatz erzeugen, so dass eine beispielsweise zu hohe innere Kühllufttemperatur T_Ist abgesenkt und damit eine verbesserte Kühlung erreichen wird. Somit können bereits beim Herstellungsprozess wichtige für die Weiterbehandlung maßgebliche textile Eigenschaften wie beispielsweise das Anfärbverhalten gezielt beeinflusst werden. Die durch eine äußere Störung, beispielsweise eine verschmutzte Blaswand, eintretende Veränderung der Abkühlung der Filamente wird unmittelbar durch die Änderung der Temperaturmesswerte T_Ist und den anschließenden Ist-Soll-Vergleich erfasst und durch entsprechende Steuerung des Gebläses 9 sofort ausgeglichen. Somit lassen sich die Filamente mit im wesentlichen konstanten Abkühlbedingungen abkühlen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass bei einer zu großen Abweichung zwischen dem Temperaturmesswert und dem Temperatursollwert das Differenzsignal zusätzlich oder alternativ in ein Alarmsignal überführt wird, dass zu einer visuellen oder akustischen Anzeige führt oder zu einer übergeordneten Steuereinheit geleitet wird.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Die Ausbildung und die Anordnung der Vorrichtungsteile ist im wesentlichen identisch zu vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Sensormittel 10 durch mehrere Temperatursensoren 12.1 und 12.4 zur Realisierung mehrerer Messpunkte innerhalb des Filamentbündels und außerhalb des Filamentbündels gebildet. Die Temperatursensoren 12.1 und 12.2 sind im Abstand zueinander an einem stangenförmigen Sensorträger 26.1 gehalten, welcher mit einem kegelförmigen Formkörper 14 gekoppelt ist. Hierbei wird durch den Temperatursensor 12.1 an dem freien Ende des Sensorträgers 26.1 ein erster Messpunkt innerhalb des Filamentbündels 5 definiert, welcher sich vorzugsweise im ersten Drittel der Kühlstrecke unmittelbar unterhalb der Spinndüse 2 befindet. Der durch den Temperatursensor 12.2 in gleicher Ebene realisierte Messpunkt befindet sich im mittleren Bereich der Kühlstrecke, so dass ein innerhalb der Kühlstrecke an der Kühlluft festgestellter Temperaturgefälle erfassbar ist. Die Temperatursensoren 12.3 und 12.4 stellen zwei weitere Messpunkte außerhalb des Filamentbündels dar, die insbesondere auf der zur Blaswand 7 abgewandten Seite des Filamentbündels 5 gebildet sind. Hierbei liegen die inneren und äußeren Messpunkte zur Erfassung der Kühllufttemperatur jeweils auf einer gleichen Höhe der Kühlstrecke. Die Temperatursensoren 12.3 und 12.4 sind an einem zweiten Sensorträger 26.2 gehalten, der unmittelbar mit einer Haltestange 23 fixiert ist. Die Haltestange 23 ragt mit einem freien Ende in das Filamentbündel 5 hinein und trägt den Formkörper 14. Der Formkörper 14 ist kegelig ausgebildet, wobei das spitze Kegelende der Spinndüse 12 zugewandt ist und den Sensorträger 26.1 hält. An dem stumpfen Kegelende ist eine Führungskante 15 ausgebildet, an welcher die aus den Düsenbohrungen der Spinndüse 2 extrudierten Filament 3 geführt werden.
Zur Höhenverstellung der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sowie des Formkörpers 14 ist das freie Ende der Haltestange 23 außerhalb mit einem Querträger 24 gekoppelt, welcher in einer vertikalen Führung 25 geführt ist. Der Querträger 24 ist in der Führung 25 verstellbar, so dass die Position des Formkörpers 14 und damit der Grad der Aufspreizung innerhalb der Kühlstrecke sowie die durch die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 gebildeten Messpunkte wählbar und veränderbar sind.
Die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind über Signalleitungen mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 17 ist mit dem Steuergerät 18.1 zur Beeinflussung eines Prozessparameters sowie mit einem Ausgabegerät 19 zur Anzeige und Ausgabe eines Qualitätswertes verbunden. Durch die Abbindung eines Ausgabegerätes 19 besteht die Möglichkeit, einen durch die Temperaturmessung abgeleiteten Qualitätswert unmittelbar zur Anzeige zu bringen, so dass die Herstellungsqualität des Fadens 13 fortlaufend an dem Ausgabegerät 19 überwacht werden kann. So lässt sich das Ausgabegerät 19 durch einen Monitor 20 und einen Drucker 21 bilden. Vorteilhaft ist das Ausgabegerät 19 über einen Mikroprozessor mit der Steuereinrichtung 17 verknüpft.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel lässt sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sowohl ein Temperaturgefälle innerhalb der Kühlstrecke unmittelbar im Bezug zur Abkühlung der Filamente 3 erfassen. Des weiteren sind durch die auf einer Höhe der Kühlstrecke angeordneten Messpunkte Temperaturmessungen über das Profil des Filamentbündels 5 möglich, die unmittelbar eine Aussage über die Gleichmäßigkeit der Abkühlung zulassen. Damit können sehr präzise Messungen zum tatsächlichen Abkühlverhalten der Filamente 3 erstellt werden, so dass Orientierungen und Kristallinitäten des Filamentmaterials während des Abkühlens gezielt beeinflusst werden können. Die Herstellung von Fäden mit vorbestimmten textilphysikalsichen Eigenschaften oder bestimmten Anfärbeverhalten oder bestimmten Gebrauchverhalten ist damit möglich. Durch den unmittelbaren Eingriff in den Abkühlprozess lassen sich höchste Fadenqualitäten erzeugen.
Zur Überwachung des Herstellungsprozesses lassen sich durch die in der Steuereinrichtung 17 enthaltenen Mittel zur Auswertung der Temperaturmesswerte, die Mittel zur Datenspeicherung und die Mittel zur Signalerzeugung je nach vorgegebener Softwarekonfiguration die Messwertanalysen in unterschiedlicher Art und Weise ausführen. In einfachster Version wird beispielsweise ein durch den Temperatursensor 12.1 signalisierter Temperaturmesswert mit einem Sollwert der Kühllufttemperatur verglichen. Die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Temperaturmesswert wird als Differenzwert erfasst und lässt sich unmittelbar als ein Qualitätswert an dem Monitor 20 anzeigen. Hierbei können zusätzlich die Temperaturmesswertverläufe im Hinblick auf eine Sollwertüberschreitung zur Anzeige gebracht werden, so dass der Prozessverlauf und damit die Fadenqualität, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Fadenqualität sichtbar wird.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass Messwertschwankungen und Unschärfen der Messungen dadurch zunächst ausgeglichen werden, in dem die zeitlich aufeinander folgenden Temperaturmesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert überführt werden. Vorzugsweise werden die Mittelwerte in bestimmten Zeitabschnitten gebildet, so dass sich ebenfalls ein Verlauf des Mittelwertes über die Zeit einstellt. Der Mittelwertverlauf der gemessenen Kühllufttemperatur kann unmittelbar einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich vorzugsweise mit einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert zugeordnet werden. Die zwischen dem Mittelwert der Temperaturmesswerte und dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich festgestellten Differenzwerte stellen dabei ebenfalls ein Maß für die Qualität des Fadens bzw. ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der Filamente dar. Die dadurch gewonnenen Differenzwerte lassen sich vorteilhaft unmittelbar als einen Qualitätswert anzeigen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die zuvor erwähnte Messwertauswertung parallel zu jedem der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 ausgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die gemessenen Temperaturen innerhalb des Filamentbündels 3 zu einem Mittelwert und die Temperaturen außerhalb des Filamentbündels 3 zu einem Mittelwert jeweils zusammengefasst werden. Grundsätzlich sind eine Vielzahl von Auswertungsmöglichkeiten ausführbar, die eine unmittelbar Qualitätsbewertung des hergestellten Fadens zulassen.
Es hat sich insbesondere gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit der Abkühlung der Filamente sich positiv in eine gleichmäßige Kristallinität und damit in eine gleichmäßige Anfärbbarkeit des Fadens auswirkt. Insoweit besteht auch die Möglichkeit, den Qualitätswert unmittelbar zur Qualitätsbestimmung eines Produktparameters zu nutzen. So lässt sich das Anfärbeverhalten des Fadens beispielsweise durch die Qualitätswerte definieren. Dabei können Wertebereiche des Qualitätswertes definiert werden, die eine zulässige Gleichmäßigkeit oder eine unzulässige Gleichmäßigkeit der Anfärbbarkeit des Fadens bestimmen. Dabei lassen sich bereits bei der Herstellung des Fadens Qualitätseinstufungen vornehmen. So können beispielsweise die mit einem hohen Qualitätswert erzeugten Fäden als A-Qualität und darüber hinaus mindere Qualitäten als B oder C-Qualitäten eingestuft werden. Daraus lassen sich insbesondere für die Weiterverarbeitung der Fäden vorteilhafte Einstufungen der gewickelten Spulen vornehmen.
Um die Abkühlhistorie des Fadens möglichst exakt zu erfassen und zu bestimmen lässt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens noch dadurch zu verbessern, dass ein Messpunkt unmittelbar dem Spinnkopf zugeordnet ist, durch welchen beispielsweise die Polymerschmelzetemperierung oder aber unmittelbar die Schmelzetemperatur der Polymerschmelze erfasst wird. Hierzu ist ein Temperatursensor 12.5 gestrichelt an dem Spinnkopf 1 dargestellt. Der Temperatursensor 12.5 ist ebenfalls über eine Signalleitung mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt. Damit lassen sich zusätzliche Auswertungen und Analysen zur Bestimmung des Abkühlverhaltens der Filamente 3 ausführen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, das im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ausgebildet ist. Insoweit wird auf die vorgenannte Beschreibung Bezug genommen und an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind neben den zum Spinnen und Abkühlen benötigten Einrichtungen auch die zur Weiterbehandlung des schmelzgesponnen Fadens verwendeten Einrichtungen beispielhaft dargestellt. So ist unterhalb der Kühleinrichtung 6 der Spinndüse 2 unmittelbar eine Behandlungseinrichtung 27 mit einem oder mehreren Abzugsorganen zugeordnet. Die Abzugsorgane sind dabei durch Galetten oder Galetteneinheiten gebildet, die den Faden 16 aus der Kühlstrecke und von der Spinndüse 2 abziehen. Der Aufbau der Behandlungseinrichtung 27 ist dabei abhängig vom herzustellenden Fadentyp. So lassen sich vollverstreckte oder teilverstreckte Fäden erzeugen. Zudem können zusätzliche Aggregate wie beispielsweise Verwirbelungseinrichtungen, oder Temperiereinrichtungen oder Kräuseleinrichtungen vorgesehen sein, um einzelne Behandlungsschritte an dem Faden ausführen zu können.
Am Ende wird der Faden 16 zu einer Spule 28 aufgewickelt. Hierzu ist eine Aufwickeleinrichtung 29 vorgesehen. Die Aufwickeleinrichtung 29 wird vorzugsweise zu durch einen Spulrevolver gebildet, welcher zwei an einem Drehteller gehaltene Spulspindeln aufweist, die abwechselnd zum Aufwickeln des Fadens eingesetzt werden. Insoweit ist eine kontinuierliche Prozessführung zur Herstellung des Fadens 16 möglich. Der Aufwickeleinrichtung 29 ist ein Steuergerät 18.2 zugeordnet, welches mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt ist.
Mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung lässt sich eine weitere Verfahrensvariante der Erfindung ausführen, bei welcher die Überwachung der Kühllufttemperatur im Innern des Filamentbündels zur Steuerung des Prozesses genutzt wird. Für den Fall, dass bei einem Ist-Soll-Vergleich zwischen einem Temperaturmesswert und einem Sollwert innerhalb der Steuereinrichtung 17 die Differenz zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur T_Ist und der geforderten Kühllufltemperatur T_Soll zu groß ist und somit ein unzulässiger Grenzwert überschritten wird, besteht die Möglichkeit, aus dem Differenzsignal ein weiteres Steuersignal zur Ansteuerung der Aufwickeleinrichtung 29 zu erzeugen. So lässt sich beispielsweise über die Steuereinrichtung 17 das Steuergerät 18.1 zur Ansteuerung des Gebläses 9 und das Steuergerät 18.2 zur Ansteuerung der Aufwickeleinrichtung 29 ansteuern. Zunächst bewirkt die Steuerung des Gebläses 9 eine Korrektur der Abkühlung der Filamente 3 in der geforderten Art und Weise, so dass zwischen der gemessenen Kühllufttemperatur und der geforderten Kühllufttemperatur eine Angleichung erzielt wird. Sobald die geforderten Grenzwerte eingehalten sind, wird über das Steuergerät 18.2 die Aufwickeleinrichtung 29 derart gesteuert, dass ein Spulenwechsel ausgeführt wird. Somit wird der qualitativ nun einwandfreie hergestellte Faden unmittelbar auf eine neue Spule gewickelt. Der mit einer nicht optimierten Abkühlung hergestellte Faden lässt sich gezielt durch definierte Aufspulvorgänge klassifizieren, so dass beim Weiterbearbeitungsprozess die Vorlagenspulen nach bestimmten Kriterien definiert bereitgestellt werden können. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist insbesondere zur Herstellung von textilen Fäden geeignet.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, wobei das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht dargestellt ist. Unter Bezug auf die Beschreibung zu der Fig. 3 werden zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nur die Unterschiede erläutert. Die Bauteile gleicher Funktion haben hierbei identische Bezugszeichen erhalten.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden gleichzeitig mehrere parallel nebeneinander gesponnene multifile Fäden 16 erzeugt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Vorrichtung insgesamt vier Spinnstellen 33.1 bis 33.4 auf. Den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 ist ein balkenförmiger Spinnkopf 1 zugeordnet, welcher über eine Schmelzezuführung 4 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle verbunden ist. Der Spinnkopf 1 weist zu jeder Spinnstelle 33.1 bis 33.4 jeweils eine Spinndüse 2 auf. Insoweit werden insgesamt vier Spinndüsen 2 nebeneinander an dem Spinnkopf 1 gehalten.
Unterhalb des Spinnkopfes 1 ist die Kühleinrichtung 6 mit einer Blaswand 7 angeordnet, die sich über die gesamt Breite der Spinnstellen 33.1 bis 33.4 erstreckt, so dass die in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 extrudierten Filamentstränge 3 mit Abstand zu der Blaswand 7 geführt sind. Der Blaswand 7 ist über eine Blaskammer mit einem Gebläse verbunden (vgl. Fig. 3).
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist jeder Spinndüse 2 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils eine der Präparationsvorrichtung 30 zugeordnet. Die Präparationsvorrichtung 30 weist innerhalb der Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils einen kegelförmigen Formkörper 14 auf. An dem stumpfen Ende des kegelförmigen Formkörpers 14 ist eine durch ein Präparationsmittel benetzte Führungskante 15 ausgebildet, an welcher die aus den Düsenbohrungen der Spinndüse 2 extrudierten Filamentstränge 3 geführt werden. Der Formkörper 14 weist hierzu im Innern Verteilungsleitungen und Flüssigkeitskammern auf, die über eine Versorgungsleitung 31 mit einer Präparationspumpe 32 verbunden sind. Dadurch wird eine kontinuierliche Zufuhr eines Präparationsmittels zu den Formkörper 14 zur Benetzung der Führungskante 15 gewährleistet. Das Fluid am Umfang der Führungskante 15 des Formkörpers 14 wird kontinuierlich durch die Filamentstränge 3 aufgenommen, so dass eine gleichmäßige Präparierung erfolgt.
An dem spitzen Kegelende des Formkörpers 14 sind jeweils Temperatursensoren angeordnet, wobei der Temperatursensor 12.1 der Spinnstelle 33.1, der Temperatursensor 12.2 der Spinnstelle 33.2 usw. zugeordnet sind. Die Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind über Signalleitungen mit der Steuereinrichtung 17 gekoppelt.
Die den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 zugeordnete Präparationsvorrichtung 30 ist gemeinsam mit den Formkörpern 14 und den Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 an einem höhenverstellbaren Querträger 24 gehalten. Der Querträger 24 ist über eine Führung 25 höhenverstellbar ausgebildet. Die Position der Formkörper 14 und damit der Grad der Aufspreizung innerhalb der Kühlstrecke sowie die Höhenposition der Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 sind dadurch wählbar und veränderbar.
Unterhalb der Abkühleinrichtung 6 sind in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 jeweils Fadenführer 11 vorgesehen, die die Filamentstränge 3 zu jeweils einem Faden 16 zusammenführen.
Die Steuereinrichtung 17, die über parallele Signalleitungen mit den Temperatursensoren 12.1 bis 12.4 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 verbunden ist, weist im wesentlichen ein oder mehrere Mittel zur Messwertauswertung nach statistischen Methoden auf, die über ein Ausgabegerät 9 zur Anzeige und Ausgabe gebracht werden. Darüberhinaus ist die Steuereinrichtung 17 über eine Steuerleitung mit einem Steuergerät oder einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden (hier nicht dargestellt).
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden gleichzeitig mehrere Fäden extrudiert und abgekühlt. Um die Abkühlhistorie der Filamente 3 unabhängig voneinander zu erfassen, wird innerhalb jedes der Fialmentbündel 3 ein Temperaturmesswert über die Temperatursensoren 12.1 und 12.4 erfaßt und der Steuereinrichtung 17 aufgegeben. Zu jeder Spinnstelle 33.1 bis 33.4 wird innerhalb der Steuereinrichtung 17 eine Messwertauswertung ausgeführt. Hierbei wird vorzugsweise ein Ist-/Soll-Vergleich zwischen einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich mit einem Temperaturmesswerte oder einem aus den Temperaturmesswerten gewonnenen Mittelwert gebildet. Die dabei festgestellten Differenzwerte lassen sich unmittelbar mit den Differenzwerten benachbarter Spinnstellen vergleichen. Somit ist ein Abgleich zwischen den in den einzelnen Spinnstellen hergestellten Filamentbündel möglich. Jedem der Filamentbündel 3 und damit jedem der Fäden 16 in den Spinnstellen 33.1 bis 33.4 läßt sich somit ein Qualitätswert zuordnen, der über den Prozessverlauf kontinuierlich ermittelt und angezeigt werden kann.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass bei unzulässigen Abweichungen zwischen den Temperatursollwerten und den Temperaturmesswerten innerhalb der Steuereinrichtung 17 Steuersignale generiert werden, die eine Veränderung der Prozesseinstellung bewirken. Darüberhinaus lassen sich auch Alarmsignale erzeugen, falls unzulässige Grenzwertüberschreitungen festgestellt werden, so dass entsprechende Maßnahmen durch Bedienpersonen zur Korrektur in den Einrichtungen ausgeführt werden könnnen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis Fig. 5 ist der Kühlluftstrom zur Abkühlung der Filamente durch eine Kühleinrichtung gebildet, die als Querstromanblasung einen einseitig quer gerichteten Kühlluftstrom erzeugt. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine radial von außen nach innen gerichtete Kühllufterzeugung zu verwenden, um das Filamentbündel zu kühlen. Zudem lassen sich auch vorteilhaft innerhalb des Filamentbündels mehrere Messpunkte auf einer Höhe realisieren. Ebenso ist die Formgebung der Führungsmittel zur Aufspreizung der Filamentbündel beispielhaft, wobei bevorzugt kreisförmige oder ringförmige Formkörper verwendet werden. Es sind jedoch auch ovale oder längliche Formen zum Aufspreizen von Filamentbündeln möglich. Hierbei können sowohl runde, ringförmige oder rechteckige Anordnungen von Düsenbohrungen in einer Spinndüse genutzt werden. Bei Einsatz von ringförmigen Spinndüsen sind die Sensormittel auch vorteilhaft ohne zusätzliche Führungsmittel innerhalb des Filamentbündels zu platzieren
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind geeignet, um jegliche Multifilamentgarne aus synthetischen Materialien mit hoher Gleichmäßigkeit in den physikalischen Eigenschaften herzustellen. So lassen sich textile, technische oder Teppichgarne damit erzeugen. Die Erfindung erstreckt sich insbesondere auf die Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen eine Mehrzahl bündelförmig geführter Faserstränge aus einem Polymermaterial nach dem Extrudieren durch eine Kühlluft oder einem Gasstrom abgekühlt werden. Insoweit ist die Erfindung auch geeignet, um einen Stapelfaserschmelzspinnprozess zu überwachen.

Bezugszeichenliste

1: Spinnkopf
2: Spinndüse
3: Filament
4: Schmelzezuführung
5: Filamentbündel
6: Kühleinrichtung
7: Blaswand
8: Blaskammer
9: Gebläse
10: Sensormittel
11: Fadenführer
12, 12.1 ... 12.4: Temperatursensor
13: Führungsmittel
14: Formkörper
15: Führungskante
16: Faden
17: Steuereinrichtung
18.1, 18.2: Steuergerät
19: Ausgabegerät
20: Monitor
21: Drucker
23: Haltestange
24: Querträger
25: Führung
26, 26.1, 26.2: Sensorträger
27: Behandlungseinrichtung
28: Spule
29: Aufwickeleinrichtung
30: Präparationsvorrichtung
31: Versorgungsleitung
32: Präparationspumpe
33.1 ... 33.4: Spinnstelle

Claims

Verfahren zum Schmelzspinnen und Abkühlen eines multifilen Fadens, bei welchem der Faden aus einer Polymerschmelze hergestellt wird, wobei eine Vielzahl von extrudierten Filamenten als ein Filamentbündel durch einen auf das Filamentbündel gerichteten Kühlluftstrom abgekühlt und anschließend zu den Faden zusammengefasst wird und wobei eine Temperatur einer bei der Abkühlung der Filamente auftretenden Kühlluft gemessen und überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft in zumindest einem Messpunkt innerhalb des Filamentbündels gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft im Zentrum des Filamentbündels gemessen wird, wobei die Filamente durch eine äußere Führungskante eines Formkörpers aufgespreizt und geführt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente des Filamentbündels durch einen ringförmigen Formkörper geführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlluft gleichzeitig in mehreren Messpunkten innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Temperaturen der Kühlluft innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels in vertikal oder horizontal nebeneinander angeordneten Messpunkten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperaturmesswert oder mehrere zeitlich aufeinander folgende Temperaturmesswerte der Kühlluft gespeichert und mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich aufeinander folgenden Temperaturmesswerte der Kühlluft zu einem statistischen Mittelwert oder mehreren statistischen Mittelwerten überführt werden und dass der Mittelwert oder die Mittelwerte der Temperaturmesswerte mit einem Sollwert oder einem Grenzwertbereich verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen zu dem Sollwert oder dem Grenzwertbereich als ein Differenzwert oder als mehrere Differenzwerte erfasst werden und zu einem Qualitätswert des Fadens überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätswert zur Qualitätsbestimmung eines Produktparameters genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktparameter ein Farbaufnahmevermögen des Fadens für eine Weiterbehandlung bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenntzeichnet, dass mehrere Fäden durch den Kühlluftstrom oder durch mehrere separate Kühlluftströme gekühlt werden und dass zu jedem Faden ein Temperaturmesswert der Kühlluft erfasst und zur Qualitätsüberwachung des jeweiligen Fadens genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein momentaner Temperaturmesswert der Kühlluft mit einem hinterlegten Sollwert der Temperatur abgeglichen wird und dass ein Differenzsignal erzeugt und zu einem Steuersignal überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Änderung eines Prozessparameters oder einer die Herstellung des Fadens bestimmende Prozessfolge genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter die Abkühlung der Filamente in derart beeinflusst, dass sich eine dem vorgegebenen Sollwert entsprechende Temperatur der Kühlluft einstellt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer Spinndüsen (2) zum Extrudieren einer Vielzahl von Filamenten (3), mit einer Kühleinrichtung (6) zur Erzeugung eines quer auf die als Filamentbündel (5) geführten Filamente (3) gerichteten Kühlluftstroms, mit einem der Spinndüse (2) zugeordneten Fadenführer (11) zur Bildung einer die Zusammenführung der Filamente (3) bewirkende Konvergenzstelle und mit einem Sensormittel (10) zur Messung einer Temperatur der Kühlluft, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) durch zumindest einen zwischen der Spinndüse (2) und dem Fadenführer (11) innerhalb des Filamentbündels (5) angeordneten Temperatursensor (12) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperatursensor (12) ein Führungsmittel (13) zugeordnet ist, durch welches die Filamentstränge (3) im Fadenlauf zwischen der Spinndüse (2) und dem Fadenführer (11) aufgespreizt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (13) durch einen Formkörper (14) mit einer äußeren Führungskante (15) gebildet ist, welcher im wesentlichen konzentrisch zu der Spinndüse (2) gehalten ist und die Filamente (3) an der Führungskante (15) führt und dass der Temperatursensor (12) im wesentlichen zentrisch zu dem Formkörper (14) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (14) durch eine kreisförmige Scheibe oder einen kreisförmigen Ring ausgebildet ist, wobei die Führungskante (15) am Umfang der Scheibe oder des Ringes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (14) durch eine Präparationsvorrichtung (30) gebildet ist, bei welcher die umlaufende Führungskante (15) ein Benetzungsmittel trägt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) durch mehrere Temperatursensoren (12.1, 12.2) gebildet ist, die horizontal oder vertikal nebeneinander innerhalb und/oder außerhalb des Filamentbündels (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (10) mit einer Steuereinrichtung (17) gekoppelt ist, welche elektronische Mittel zur Messwertauswertung, Mittel zur Datenspeicherung und Mittel zur Signalerzeugung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) mit einem Steuergerät (18.1) zur Veränderung eines Prozessparameters oder einer Prozessfolge verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (18.1) einer Kühlluftquelle (9) der Kühleinrichtung (6) zugeordnet ist, welche zur Erzeugung einer Kühlluft mit einer Blaswand (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) mit einem Ausgabegerät (19) zur Ausgabe eines Qualitätswertes verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Temperatursensoren (12.1, 12.2) in einem oberen Drittel der sich zwischen der Spinndüse (2) und dem Fadenführer (11) erstreckenden Kühlstrecke angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Temperatursensoren (12.1, 12.2) durch eine höhenverstellbare Haltestange (23) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaswand (7) seitlich zu der Spinndüse (2) angeordnet und über eine Blaskammer (8) mit der Kühlluftquelle (9) verbunden ist.