DE102005048334A1

DE102005048334A1 - Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar

Info

Publication number: DE102005048334A1
Application number: DE102005048334A
Authority: DE
Inventors: Roland Nitschke; Ulrich Enders
Original assignee: Saurer GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2006-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar mit einer Spinneinrichtung und einer Kühleinrichtung sowie einem Blasmantel einer in der Vorrichtung eingesetzten Blaskerze. Die Spinneinrichtung enthält eine Spinndüse zum Exdrudieren einer ringförmigen Filamentschar. Zur Abkühlung der Filamentschar ist unterhalb der Spinneinrichtung die Kühleinrichtung mit der Blaskerze angeordnet, bei welcher aus einem gasdurchlässigen Blasmantel von innen nach außen Kühlluftblasstrom erzeugt wird. Um insbesondere eine Filamentschar mit feinen Filamentsträngen spinnen und kühlen zu können, ist erfindungsgemäß der Blasmantel durch einen dünnwandigen Metallzylinder mit mindestens 500 Öffnungen pro ein cm·2· Fläche gebildet. Der Flächenanteil der Öffnungen an dem Metallzylinder beträgt dabei vorzugsweise weniger als 10%.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Blasmantel einer in der Vorrichtung eingesetzten Blaskerze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Beim Schmelzspinnen von synthetischen Fäden ist die Abkühlung der frisch extrudierten Filamentstränge von besonderer Bedeutung für die spätere Qualität des aus den Filamentsträngen gebildeten synthetischen Fadens. Insbesondere bei der Herstellung von textilen Fäden werden sehr feine Filamentstränge extrudiert, die gegenüber einer Abkühlung durch einen Kühlluftstrom sehr empfindlich reagieren und somit eine besonders gleichmäßige Abkühlung bedürfen.

Grundsätzlich werden zur Abkühlung von schmelzgesponnenen Filamentsträngen zwischen zwei Abkühlverfahren unterschieden. Bei einer ersten Variante wird ein Kühlluftstrom von außen auf ein Filamentbündel gerichtet. Bei derartigen Systemen ist besonders darauf zu achten, dass die innen geführten Filamentstränge eine ausreichende Abkühlung erhalten. Diese Art der Abkühlung ist daher zum Abkühlen von Filamentsträngen mit sehr feinen Einzelfilamenttitern nur bedingt geeignet.

Bei einer zweiten Variante werden die Filamentstränge in einer ringförmigen Anordnung gesponnen und im Zentrum der ringförmigen Filamentschar wird eine von innen nach außen gerichteter Kühlluftstrom erzeugt. Von diesem Prinzip geht die Erfindung aus. Zur Erzeugung des von innen nach außen den Filamentvorhang durchdringenden Kühlluftstrom werden sogenannte Blaskerzen eingesetzt, wie beispielsweise aus der DE 196 53 451 A1 bekannt ist. Die Blaskerze ist zylinder förmig ausgebildet und besitzt einen porösen gasdurchlässigen Blasmantel. An einem Ende ist die Blaskerze verschlossen und an einem gegenüberliegenden Ende mit einer Luftzuführung verbunden, durch welche ins innere der Blaskerze eine Kühlluft eingeleitet wird. Um eine über den gesamten Blasmantel austretende Kühlluft mit vorzugsweise einem bestimmten Blasprofil zu erhalten, besteht der Blasmantel aus einem porösen Material mit bestimmten Strömungswiderstand. So ist es bekannt, den Blasmantel der Blaskerze aus Sintermetall, Metallschaum, Schaumstoff oder gewickelten Papierlagen herzustellen. Durch die in den Materialien unregelmäßig enthaltenen Poren und Öffnungen werden bei Austritt der Kühlluft aus dem Blasmantel eine oft nicht ausreichende laminare und über die gesamte Oberfläche gesehen nicht gleichmäßige Strömung erzeugt. Derartige Strömungsprofile führen jedoch zu Unregelmäßigkeiten bei der Abkühlung feiner Filamentstränge, die zudem die Laufruhe der Filamentstränge negativ beeinflussen. Zudem weisen herkömmliche Blaskerzen einen Blasmantel mit geringer Durchlässigkeit auf und erfordern somit hohe Druckdifferenzen, um eine Ausströmung über die gesamte Fläche der Blaskerze zu erhalten. Dies führt jedoch zwangsläufig zu Unregelmäßigkeiten durch bevorzugte Ausströmregionen, die zudem Turbulenzen aufweisen. Eine Erhöhung der Gasdurchlässigkeit in dem Blasmantel ist jedoch nicht möglich, da sich der Effekt der Ungleichmäßigkeit der in der Region der Blaskerze austretenden Kühlluft noch erhöht.

Aus der DE 37 08 168 und der US 3,135,811 ist es darüber hinaus bekannt, dass innerhalb der Blaskerze Leitmittel vorgesehen sind, um die durch den Blasmantel austretende Kühlluftströmung zu beeinflussen. Diese Leitmittel werden bevorzugt zur Realisierung von bestimmten Blasprofilen einer Blaskerze eingesetzt. Die durch die poröse Struktur des Blasmantels charakteristische Austrittsströmung lässt sich dadurch jedoch nicht positiv beeinflussen.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, in welcher textile Fäden mit hoher Gleichmäßigkeit insbesondere im Hinblick auf Uster, Dehnung und Festigkeit herstellbar sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung sowie einen Blasmantel für eine in der gattungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Blaskerze derart weiterzubilden, dass ein über die gesamte Kühlstrecke gleichmäßig erzeugter Kühlluftstrom zur Abkühlung einer Filamentschar mit besonders feinen Einzelfilamenttitern erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch einen Blasmantel einer Blaskerze mit den Merkmalen nach Anspruch 15.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlluft über den gesamten Umfang mit einem gleichmäßigen Blasprofil austritt und mit vorbestimmter vorzugsweise geringer Anblasgeschwindigkeit auf die Filamentschar trifft. Hierzu ist der Blasmantel erfindungsgemäß aus einem dünnwandigen Metallzylinder mit zumindest 500 Öffnungen pro 1 cm² Fläche ausgebildet. Damit weist der Blasmantel am gesamten Umfang eine Verteilung von feinsten Öffnungen auf, die zu einer definierten Ausströmung der Kühlluft am gesamten Blasmantel bei relativ geringen Druckdifferenzen bewirken. Es stellt sich im gesamten Umfang des Blasmantels ein im wesentlichen laminare Kühlluftströmung ein, die zu einer gleichmäßigen Ausbildung und Verfestigung der einzelnen Filamentstränge in der Filamentschar führen. Damit konnten Filamentstränge mit einem Einzeltiter von < 1 dpf mit hoher Gleichmäßigkeit gesponnen und gekühlt und anschließend zu einem Faden zusammengeführt werden.

Die Ausbildung des Blasprofils lässt sich noch dadurch verbessern, daß der Flächenanteil der Öffnungen an dem Metallzylinder weniger als 10% beträgt. Beieiner Fläche von 1 cm² würde demnach die 500 Öffnungen einen Flächenanteil von 0,1 cm² beanspruchen, so dass die Öffnungen einen maximalen Durchmesser von < 0,08 mm hätten.

Hierbei lässt sich die Anzahl der Öffnungen pro Flächeneinheit sowie der Flächenanteil der Öffnungen an dem Metallzylinder in Abhängigkeit von Filamenttiter, Polymertyp oder Fadentyp wählen. So lässt sich beispielsweise die Anzahl der Öffnungen verdoppeln, um somit eine erhöhte Vergleichmäßigung des Blasprofils bei gleichzeitig niedriger Blasgeschwindigkeit zu erhalten. So sind Blasgeschwindigkeiten im Bereich von 0,15 m/sec. bis 1 m/sec. möglich, um Filamente mit einem Einzelfilamenttiter im Bereich von 0,15 bis zu 3 dpf zu kühlten.

Um sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung an dem Blasmantel ein vorbestimmtes Blasprofil zu erhalten, sind die Öffnungen vorteilhaft mit einem im wesentlichen gleich großen freien Strömungsquerschnitt ausgebildet und in einem bestimmten Anordnungsmuster in dem Metallzylinder enthalten. Je nach Anwendungsfall können hierbei unterschiedlichen Anwendungsmuster in dem Metallzylinder enthalten sein. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, den Metallzylinder in mehrere in Fadenlaufrichtung nacheinander folgende Zonen auszubilden, wobei jede der Zonen in Anordnung und Ausbildung der Öffnungen unterschiedlich ausgebildet sein könnte. Ebenso lassen sich Zonen ohne Öffnungen an dem Metallzylinder realisieren.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Blasmantel auf einfache Art und Weise beispielsweise durch ein Ultraschallbad von Verschmutzungen befreit werden kann.

Zur Realisierung von Öffnungen mit sehr kleinen Strömungsquerschnitten im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm ist der Metallzylinder vorzugsweise mit einer Wanddicke von < 0,5 mm vorzugsweise kleiner < 0,2 mm ausgebildet. Damit lässt sich vorteilhaft ein vorzeitig zusetzen der Öffnungen durch Verschmutzungen vermeiden.

Um bei einer Vielzahl von Öffnungen beliebige Anordnungsmuster zur Verteilung der Öffnungen in dem Metallzylinder einbringen zu können, lässt sich der Metallzylinder aus einem geätzten Feinblech bilden, welches verschweißt ist.

In Praxis haben sich jedoch besonders die aus einer zylindrischen Galvanoform gebildeten Metallzylinder bewährt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass ein Anordnungsmuster von Öffnungen in Metallzylinder ohne jegliche Naht hergestellt werden kann. Somit lassen sich Totzonen am Blasmantel völlig vermeiden.

Derartige Galvanoformen lassen sich insbesondere zu sehr feinen Strukturen elektrolytisch aus einem Nickel herstellen.

Bei der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei welcher die Blaskerze innerhalb des Blasmantels ein Luftleitmittel aufweist, durch welches eine im Innern des Blasmantels zugeführte Kühlluft führbar ist, zeichnet sich durch einen vergleichmäßigten über der gesamten Kühlstrecke, die im wesentlichen durch die Länge des Blasmantels bestimmt ist, austretenden Kühlluftstrom aus.

Hierbei hat sich besonders bewährt, das Leitmittel durch einen kegelförmigen Lochblechmantel gebildet ist, welcher mit einer Kegelspitze am Einlassende des Blasmantels angeordnet ist. Damit konnten auch bei größeren Eintrittsgeschwindigkeiten der Kühlluft im Innern des Blasmantels vorteilhaft größere Turbulenzen vermieden werden.

Bei der Herstellung von feinsten Filamenten hat sich gezeigt, dass aufgrund der relativ geringen Blasgeschwindigkeit der Kühlluft ein zunehmender Einfluß der durch die laufende Filamentschar angesaugte Umgebungsluft eintritt. Um derartige Umgebungseinflüsse zu beeinflussen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der Blasmantel innerhalb eines perforierten Einlaufzylinders angeordnet ist, wobei die Filamentschar in den zwischen den Blasmantel und dem Einlaufzylinder gebildeten Ringraum führbar ist. Damit wird die angesaugte Umgebungsluft durch den Einlaufzylinder soweit gedämpft und vergleichmäßigt, dass keine wesentlichen Turbulenzen an den äußeren Filamenten auftreten. Die durch zusammenfassen der Filamentstränge gebildeten Fäden zeichnen sich durch verbesserte Garneigenschaften aus.

Zur Positionierung der Blaskerze weist diese vorzugsweise an einem Stützende ein auswechselbares Zentrierstück auf, durch welches einerseits ein Abstand zwischen der Spinndüse und dem Blasmantel bestimmbar ist und andererseits eine zentrische Position des Blasmantels zu den Düsenbohrungen erreicht wird.

Je nach Titer und Fadentyp lässt sich über das Zentrierstück ein Abstand zwischen der Spinndüse und dem Blasmantel einstellen, der im Bereich von 3 mm bis 60 mm wählbar ist. Hierbei kann in dem Abstand zusätzliche Heizeinrichtungen vorgesehen sein, um die Kristallisation der Filamentstränge zu beeinflussen.

Zu Wartungszwecken und zur Reinigung der Spinndüse lässt sich der Blasmantel vorteilhaft durch eine Halteeinrichtung aus der Betriebsstellung weg von der Spinneinrichtung in eine Wartestellung führen. Hierzu kann die Haltevorrichtung höhenverstellbar oder verschwenkbar zu der Spinneinrichtung ausgebildet sein.

Um eine sichere Führung der Filamentstränge entlang des Blasmantels zu erhalten, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, die Halteeinrichtung unterhalb des Blasmantels mit einem Führungsring versehen, durch welchen die Filamentschar nach Abzug von der Spinndüse geführt werden.

Das Zusammenführen der Filamentschar erfolgt bevorzugt durch einen dem Führungsring nachgeordneten Sammelfadenführer, der vorzugsweise mit einer Präparationseinrichtung kombiniert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet, um aus einem schmelzbaren synthetischen Polymer wie beispielsweise Polyester, Polyamid oder Polypropylen eine Filamentschar zu spinnen und abzukühlen. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft mit ein oder mehreren Behandlungseinrichtungen sowie einer Aufwickeleinrichtung kombiniert werden, um textile oder technische Fäden herzustellen. Je nach Ausbildung der Behandlungseinrichtungen lassen sich teilverstreckte POY-Fäden oder vollverstreckte FDY-Fäden herstellen. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt verwendet, um Filamentscharen mit feinsten Einzeltitern herzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug der beigefügten Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.
Es stellen dar:
1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
2 schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Blasmantels der in dem Ausfürungsbeispiel nach 1 eingesetzten Blaskerze
3 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen Vorrichtung
In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Spinneinrichtung 1 und eine unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordnete Kühleinrichtung 6 auf. Die Spinneinrichtung 1 enthält einen beheizten Spinnkopf 2, welcher an seiner Unterseite eine Spinndüse 3 trägt. Die Spinndüse 3 weist an ihrer Unterseite eine ringförmige Anordnung einer Vielzahl von Düsenbohrungen zum Extrudieren einer Vielzahl von Filamentsträngen auf. Innerhalb des Spinnkopfes 2 sind weitere – hier nicht dargestellte – schmelzeführende und schmelzefördernde Bauteile angeordnet. So wird die über einem Schmelzezulauf 4 zugeführte Polymerschmelze durch eine hier nicht dargestellte Spinnpumpe zu der Spinndüse 3 gefördert. Innerhalb des Spinnkopfes 2 sind üblicherweise mehrere Spinndüsen gehalten, um parallel mehrere Fäden nebeneinander herzustellen. Da die Erfindung ohne weiteres auf zwei, drei oder mehrere Fäden zu erweitern ist, wurde der Übersicht halber die Anordnung zur Herstellung nur eines Fadens dargestellt.
Unterhalb der Spinneinrichtung 1 ist eine Kühleinrichtung 6 angeordnet. Die Kühleinrichtung 6 weist eine Blaskerze 7 auf, die einen hohlzylindrischen Blasmantel 8 enthält. Der hohlzylindrische Blasmantel 8 ist auswechselbar mit einer Halteeinrichtung 10 verbunden. Der Blasmantel 8 ist durch einen dünnwandigen Metallzylinder 9 gebildet, der eine Vielzahl von gleichmäßig am Umfang verteilten Öffnungen aufweist. Die Ausbildung des Metallzylinders 9 wird nachfolgend noch näher beschrieben. Der Blasmantel 8 ist am freien Ende der Blaskerze 7 durch ein dichtend mit dem Metallzylinder 9 verbundenen Deckel 14 verschlossen. Der Deckel 14 trägt auf der zur Spinndüse 3 gegenüberliegenden Seite ein auswechselbares Zentrierstück 15. Mit dem gegenüberliegenden Einlassende ist der Blasmantel 8 an der Halteeinrichtung 10 auswechselbar angeordnet. Hierbei ist in dem Übergang zwischen dem Metallzylinder 9 und der Halteeinrichtung 10 eine Bodenplatte 13 angeordnet, die eine Vielzahl von Einlassöffnungen aufweist.
Die Halteeinrichtung 10 ist mit einer Luftzuführung 11 gekoppelt, durch welche über ein innerhalb der Halteeinrichtung 10 ausgebildeter Luftkanal 23 eine Kühlluft zur Bodenplatte 13 gelangt. Die Luftzuführung 11 ist mit einer hier nicht dargestellten Kühlluftquelle beispielsweise eine Gebläse verbunden. Innerhalb der Halteeinrichtung 10 ist die Luftzuführung über den Luftkanal 23 mit dem offenen Ende des Blasmantels 8 verbunden.
Zur Positionierung der Blaskerze 7 ist die Halteeinrichtung 10 höhenverstellbar und schwenkbar ausgebildet. Bei der in 1 dargestellten Situation ist die Blaskerze 7 in einer Betriebsstellung gezeigt. Hierbei ragt das freie Ende des Zentrierstückes 15 am Stützende der Blaskerze 7 in eine Zentrieraufnahme 16 auf der Unterseite der Spinndüse 3. Somit erfolgt eine Positionierung des Blasmantels 8 mittig zur Spinndüse 3, so dass die den Düsenbohrungen der Spinndüse 3 extrudierten Filamentstränge 5 mit im wesentlichen gleichen Abstand zum Blasmantel 8 führbar sind.
Am Umfang der Halteeinrichtung 10 ist unterhalb des Blasmantels 8 ein Führungsring 18 ausgebildet, an denen die Filamentstränge der Filamentschar 5 geführt sind.
Unterhalb des Spinnkopfes 2 ist ein den Blasmantel 8 umhüllender Einlaufzylinder 17 mit poröser vorzugsweise gelochter Wandung ausgebildet. Hierbei ist der Abstand zwischen dem Blasmantel 8 und dem Einlaufzylinder 17 derart bemessen, dass in dem so gebildeten Ringraum die Filamentschar 5 führbar ist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein aufgeschmolzenes Polymermaterial, beispielsweise durch einen Extruder oder eine Pumpe, der Spinneinrichtung 1 aufgegeben. Hierzu tritt die Polymerschmelze über den beheizten Schmelzezulauf 4 in den beheizten Spinnkopf 2 ein und wird unter Druck zu der Spinndüse 3 geführt. Die Spinndüse 3 ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet und enthält auf ihrer Unterseite ein oder mehrere ringförmige Bohrungsreihen, aus denen die Polymerschmelze als feine Filamentstränge zu einer Filamentschar 5 austritt. Nach dem Extrudieren der Filamentstränge durch die Spinndüse 3 durchlaufen die Filamentstränge als eine Filamentschar 5 die unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordnete Kühleinrichtung 6.
Zur Abkühlung der ringförmig geführten Filamentschar 5 wird über die Luftzuführung 11 eine Kühlluft der Blaskerze 7 zugeführt, die unter einem Vordruck in das Innere des Blasmantels 8 geführt wird. Aufgrund des Vordruckes bildet sich ein in dem Blasmantel 8 der Blaskerze 7 radial durchdringender Kühlluftstrom aus. Die am Umfang des Blasmantels 8 entstehende Strömung wird hierbei durch die Öffnungen und Öffnungsverteilungen in dem Mettallzylinder 9 bestimmt. Hierbei ist das Verhältnis zwischen der Anzahl der Öffnungen und der freien Fläche der Öffnungen in dem Metallzylinder 9 derart gewählt, dass ein über den Umfang und der Länge des Blasmantels 8 gleichmäßige Blasprofil entsteht. Hierbei wird aufgrund der Geometrie des Metallzylinders 9 und der Öffnungen ein radial ausgerichtetes Blasprofil erzeugt, so dass ein gleichmäßig quer gerichteter Kühlluftblasstrom über den gesamten Umfang und Länge des Blasmantels 8 austritt.
Dadurch wird eine gleichmäßige Anströmung der Filamentstränge innerhalb der Filamentschar ohne jegliche Verwirbelung erreicht. Die durch die Bewegung der Filamentschar 5 angesaugte Umgebungsluft wird über den Einlaufzylinder 17 gedämpft und vergleichmäßigt. Dies hat eine hohe Laufruhe der einzelnen Filamentstränge zur Folge, die sich insbesondere in einer Ustergleichmäßigkeit des Filamentes und somit in dem Faden auswirkt.
Am Ende der Kühlstrecke wird die Filamentschar 5 mit Kontakt an dem Führungsring 18 geführt, was die Stabilität insbesondere bei feinsten Einzelfilamenttitern von bis zu 0,15 dpf positiv beeinflußt.
Nach der Abkühlung wird die Filamentschar 5 durch die Präparationseinrichtung 19 und den Sammelfadenführer 20 zu einem Faden 21 zusammengeführt.
Die in der 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet, um textile Fäden herzustellen. Dabei lassen sich sowohl POY-Fäden mit Teilverstreckung oder FDY-Fäden mit Vollverstreckung herstellen. Um eine Anpassung an den herzustellenden Fadentyp auch in der Abkühlung vornehmen zu können, ist bei der in 1 gezeigten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Blasmantel 8 auswechselbar mit der Halteeinrichtung 10 gekoppelt. Die Halteeinrichtung 10 ist beweglich, so dass die Blaskerze 7 mit dem Blasmantel 8 aus der Betriebsstellung in eine Wartestellung führbar ist. Innerhalb der Wartungsstellung lässt sich ein Austausch des Blasmantels 8 ausführen. So können beispielsweise die Lochgeometrien oder die Lochanordnungen in dem Blasmantel 8 durch Wahl eines bestimmten Metallzylinders 9 verändert werden.
In 2 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäßen Blasmantels dargestellt. Der Blasmantel weist einen dünnwandigen Metallzylinder 9 auf. Der Metallzylinder 9 ist in 2 in einem Halbschnitt gezeigt. Hierbei ist die Wand stärke des Metallzylinders 9 derart bemessen, dass eine axial wirkende Stützkraft zur Fixierung der Blaskerze in der Betriebsstellung ohne Schädigung ertragen wird. Die Wanddicke des Metallzylinders 9, die in 2 mit dem Großbuchstaben D gekennzeichnet ist, liegt dabei im Bereich von < 0,5 mm vorzugsweise < 0,2 mm. Hierbei weist der Metallzylinder 9 über der gesamten Mantelfläche eine Vielzahl von Öffnungen 12 auf. Die Öffnungen 12 sind in ihrer Anzahl und Größe derart bemessen, dass pro 1 cm² Flächeneinheit zumindest 500 Öffnungen enthalten sind und der Flächenanteil der Öffnungen eine Größenordnung von 10 % nicht übersteigt. Die Öffnungen 12 durchdringen den Mantelzylinder 9 in radialer Richtung von Innen nach Außen. Dabei sind die Vielzahl der Öffnungen 12 mit einer gleichmäßigen Anordnung in der Manteloberfläche des Metallzylinders 9 eingebracht.
Zur späteren Fixierung in die Blaskerze weist der Blasmantel einen oberen Haltering 25 und einen unteren Haltering auf, die beide fest mit dem Metallzylinder 9 verbunden sind.
Der in 2 dargestellte Metallzylinder 9 läßt sich vorteilhaft durch eine Galvanoform herstellen. Derartige Galvanoformen besitzen den Vorteil einer nahtlosen Herstellung eines Zylinders, so daß über der gesamten Mantelfläche des Metallzylinders 9 eine gleichmäßige Kühlluft und Blasströmung erzeugbar ist. Die Galvanoform wird vorzugsweise elektrolytisch aus einem Nickel hergestellt. Dabei wird eine Matrize angewandt, in der ein System von elektrischen Leitern vorgesehen ist. Die elektrischen Leiter bestimmen die zu bildenden Öffnungen. In einem elektrolytischen Bad wird auf galvanische Weise ein Nickel auf die elektrischen Leiter bis zu einer gewünschten Dicke abgesetzt. Anschließend wird das so erhaltene Produkt von der Matrize entfernt. Die Matrize ist dabei walzenförmig ausgebildet, um einen kreisförmigen Querschnitt des Metallzylinders zu erzeugen. Andere Formen wir oval oder rechteckig sind jedoch auch möglich. Die Anzahl der Öffnungen pro Flächeneinheit kann abhängig von der beabsichtigten Anwendung frei gewählt werden, wobei sich herausgestellt hat, dass eine Mindestzahl von 500 Öffnungen pro 1 cm² Flächeneinheit eingehalten werden sollte, um eine vergleichmäßigte und zum Abkühlen von einer Filamentschar mit feinen Titern geeignete Blasluftströmung zu erhalten. In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Metallzylinder mit 36 mm Innendurchmesser und einer Wanddicke von 0,15 mm verwendet. Dabei waren ca. 1.000 Löcher/cm² Fläche in der Wandung des Metallzylinders eingebracht. Der Flächenanteil der Öffnungen betrug dabei 2,5 %. Bei Einsatz der in 1 dargestellten Vorrichtung wurde mit einem Vordruck von 50 bis 100 Pascal eine gleichmäßige Anblasgeschwindigkeit der Blasströmung im Bereich der Filamentstränge von 0,15 bis 0,35 m/sec. erzeugt. Derartig geringe Anblasgeschwindigkeiten konnten vorteilhaft zur Abkühlung von feinsten Filamentsträngen mit einem Einzelfilamenttiter von bis zu 0,15 dpf. genutzt werden. Die Länge des Siebzylinders betrug 260 mm.
Der in 2 dargestellte Metallzylinder 9 läßt sich jedoch auch vorteilhaft durch ein Feinblech bilden, in welchem die Öffnungen durch chemisches Ätz hergestellt sind. Hierbei können auch beliebige Öffnungsquerschnitte und Anordnungen von Öffnungen in dem Feinblech eingebracht werden. Nach Herstellung der Öffnungen wird das Feinblech zu dem Metallzylinder 9 verschweißt. Hierbei können auch vorteilhaft mehrere Feinbleche zu einer Zylinderwand kombiniert werden.
Sowohl bei einer Galvanoform als auch bei einem geätzten Feinblech können die Formen der Öffnungen und Öffnungsquerschnitte frei gewählt werden.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach 3 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der Beschreibung zu der 1 genommen wird.
Bei der in 3 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Stützende der Blaskerze 8 ein längeres Zentrierstück 15 ausgebildet, um einen vergrößerten Abstand zwischen der Spinndüse 3 und dem Blasmantel 8 herzustellen. Hierzu ist das Zentrierstück 15 auswechselbar mit dem Deckel 14 der Blaskerze 7 verbunden. Dabei lassen sich Zentrierstücke 15 einfügen, die einen Abstand zwischen der Spinndüse 3 und dem Blasmantel 8 im Bereich von 3 bis 60 mm ermöglichen. Vorzugsweise wird zur Abkühlung und Herstellung textiler Fäden der Abstand im Bereich von 10 bis 40 mm eingestellt.
Bei größeren Abständen zwischen dem Blasmantel 8 und der Spinndüse 3 läßt sich vorteilhaft auch in dem Abstand ein sogenannter Nacherhitzer einfügen, der eine zusätzliche Wärmebehandlung der Filamentschar 5 nach Austritt aus der Spinndüse 3 ermöglicht. Damit lässt sich vorteilhaft die Kristallisation in den Filamentsträngen beeinflussen.
Bei der in 3 dargestellten Blaskerze 7 ist innerhalb des Blasmantels 8 ein Leitmittel in Form eines kegelförmigen Lochblechmantels 24 angeordnet. Der Lochblechmantel 24 ist mit seinem spitzen Kegelende auf der Einlassseite mit der Bodenplatte 13 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich der Lochblechmantel 24 an den Deckel 14 ab. Ein derartiges Leitmittel ist insbesondere geeignet, um bei geringem Druckabfall eine Vergleichmäßigung der Blasgeschwindigkeit über die gesamte Länge des Blasmantels zu erhalten. Der Lochblechmantel ist aus einem Lochblech geformt. Die in dem Lochblechmantel 24 enthaltenen Öffnungen führen selbst bei hoher Eintrittsgeschwindigkeit der Luft innerhalb des Blasmantels 8 zu einer Luftberuhigung und vermindert somit wesentliche Turbulenzen.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist insbesondere zur Abkühlung von Filamentscharen mit feinsten Filamentsträngen gebildet. Dabei kann eine hohe Anzahl von Öffnungen innerhalb des Metallzylinders gewählt werden, um mit möglichst geringem Druckabfall eine gleichmäßige Kühlung der Blasströmung mit Blasgeschwindigkeit im Bereich von 0,2 m/sec. zu erzeugen.
Der zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 3 gezeigte Aufbau der Spinneinrichtung und der Kühleinrichtung ist beispielhaft. So lässt sich beispielsweise die Kühlluftzuführung zu der Blaskerze auch über den Spinnkopf einleiten. Ebenso lässt sich die Präparationseinrichtung am Umfang der Halteeinrichtung ausbilden. In diesem Fall wäre der Führungsring unmittelbar einer Präparationseinrichtung zugeordnet.

1: Spinneinrichtung
2: Spinnkopf
3: Spinndüse
4: Schmelzezulauf
5: Filamentschar
6: Kühleinrichtung
7: Blaskerze
8: Blasmantel
9: Metallzylinder
10: Halteeinrichtungen
11: Luftzuführung
12: Öffnungen
13: Bodenplatte
14: Deckel
15: Zentrierstück
16: Zentrieraufnahme
17: Einlaufzylinder
18: Führungsring
19: Präparationseinrichtung
20: Sammelfadenführer
21: Faden
22: Feinblech
23: Luftkanal
24: Lochblechmantel
25: oberer Haltering
26: unterer Haltering

Claims

Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Kühlen einer synthetischen Filamentschar (5) mit einer Spinneinrichtung (1), welche zumindest eine Spinndüse (3) mit einer ringförmigen Anordnung von Düsenbohrungen zum Extrudieren der Filamentschar (5) aufweist, und mit einer unterhalb der Spinneinrichtung (1) angeordneten Kühleinrichtung (6), welche zumindest eine Blaskerze (7) zur Erzeugung eines Kühlluftblasstroms aufweist, wobei die Blaskerze (7) mit einem luftdurchlässigen Blasmantel (8) im wesentlichen zentrisch zu der Spinndüse (3) in einer Betriebsstellung gehalten ist, in welcher der Blasmantel (8) von der Filamentschar umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasmantel (8) aus einem dünnwandigen Metallzylinder (9) mit mindestens 500 Öffnungen (12) pro 1 cm² Fläche gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanteil der Öffnungen (12) an dern Metallzylinder (9) weniger als 10% beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (14) einen im wesentlichen gleichgroßen freien Strömungsquerschnitt aufweisen und in einem bestimmten Anordnungsmuster in dem Metallzylinder (9) enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (9) eine Wanddicke (D) von < 0,5mm, vorzugsweise < 0,2 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (9) aus einem geätzten Feinblech gebildet ist, welches zu dem Metallzylinder (9) geformt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder durch eine zylindrische Galvanoform gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Galvanoform elektrolytisch aus einem Nickel hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaskerze (7) innerhalb des Blasmantels (8) ein Luftleitmittel (24) aufweist, durch welches ein im Innern des Blasmantels (8) zugeführtes Kühlluft führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitmittel (24) durch einen kegelförmigen Lochblechmantel gebildet ist, welcher mit einer Kegelspitze am Einlassende des Blasmantels (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasmantel (8) innerhalb eines perforierten Einlaufzylinders (17) angeordnet ist, wobei die Filamentschar (5) in dem zwischen dem Blasmantel (8) und dem Einlaufzylinder (17) gebildeten Ringraum führbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaskerze (7) an einem Stützende ein auswechselbares Zentrierstück (15) aufweist, durch welches ein Abstand zwischen der Spinndüse (3) und dem Blasmantel (8) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierstück (15) zur Einstellung eines Abstands zwischen der Spinndüse (3) und dem Blasmantel (8) im Bereich von 3 mm bis 60 mm wählbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaskerze (7) gegenüberliegend zum Stützende eine relativ zur Spinneinrichtung (1) bewegbar ausgebildet Haltevorrichtung (10) aufweist, durch welche der Blasmantel (8) auswechselbar gehalten und mit einer Luftzuführung (11) verbunden ist und durch welche der Blasmantel (7) aus der Betriebsstellung in eine Wartungsstellung führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (10) einen konzentrisch zum Blasmantel (8) angeordneten Führungsring (18) zur Führung der Filamentschar (5) aufweist.
Blasmantel zur Erzeugung eines Kühlluftblasstroms einer Blaskerze, wie in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 einsetzbar, gekennzeichnet, durch einen dünnwandigen Metallzylinder (9) mit mindestens 500 Öffnungen (17) pro 1 cm² Fläche.
Blasmantel noch Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanteil der Öffnungen (17) an dem Metallzylinder (9) weniger als 10% beträgt.
Blasmantel nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (12) einen im wesentlichen gleichgroßen freien Strömungsquerschnitt aufweisen und in einem bestimmten Anordnungsmuster in dem Metallzylinder (9) enthalten sind.
Blasmantel nach einem der Ansprüche 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (9) eine Wanddicke (D) von < 0,5 mm, vorzugsweise < 0,2 mm aufweist.
Blasmantel nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (9) aus einem geätzten Feinblech gebildet ist, welches in mehreren Lagen zu dem Metallzylinder (9) geformt ist.
Blasmantel nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (9) durch eine zylindrische Galvanoform gebildet ist.
Blasmäntel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Galvanoform elektrolytisch aus einem Nickel hergestellt ist.