DE10340724A1

DE10340724A1 - Abschreckvorrichtung

Info

Publication number: DE10340724A1
Application number: DE10340724A
Authority: DE
Inventors: John Stanley Mcconnell
Original assignee: Arteva Technologies SARL
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US20040052883A1

Abstract

Eine Abschreckvorrichtung umfasst eine Querstrom-Abschreckeinrichtung 16, die unterhalb eines Spinndüsenblocks 10 angeordnet ist. Aus der Abschreckeinrichtung strömt Kühlluft auf die aus dem Spinndüsenblock extrudierten Filamente. In die Abschreckeinrichtung sind eine oder mehrere Sperreinrichtungen 30 einsetzbar, die einen Teilstrom der auf die Filamente gerichteten Kühlluft blockieren, wodurch eine Beruhigungszone für die Filamente, die sich von dem Boden des Spinndüsenblocks bis zu dem unteren Ende der Sperreinrichtung(en) erstreckt, vergrößerbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Abschreckvorrichtung mit einer Querstrom-Abschreckeinrichtung und einer Sperreinrichtung zum Abschrecken einzelner Filamente, die aus einem Spinndüsenblock extrudiert werden.

Fasern werden in industriellen Anwendungen in breitem Umfang eingesetzt, wie beispielsweise in Automobilreifen, Keilriemen, Förderbändern und dergleichen. Im textilen Bereich gelangen Fasern beispielsweise als Nähgarn, Gewebe und Gewirke und Strickerzeugnisse zur Anwendung.

Die hergestellten Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus einer Schmelze durch eine Anzahl von Öffnungen in einem Spinndüsenblock in herkömmlicher Weise gesponnen.

Verschiedene physikalische und mechanische Eigenschaften der Fasern hängen von dem Polymer ab, der Temperatur des Polymers, der Spinngeschwindigkeit der Faser und dem Abschrecken des Garns, die alle zusammen die Kühlgeschwindigkeit beeinflussen. Ändert sich die Garnfeinheit oder die Anzahl der Filamente muss der Abstand zwischen dem Spinndüsenblock und dem Beginn des Abschreckens, d. h. die Länge der Beruhigungszone für diese Änderungen optimiert werden.

2. Stand der Technik

In einem herkömmlichen System wird das Polymer durch einen Spinndüsenblock extrudiert, um Fasern zu bilden und mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die teilweise durch die Abschreckcharakteristiken bestimmt ist. Das US-Patent 4 690 866 offenbart die Wirkungen von unterschiedlichen Heizzonenlängen. In Tabelle 1 dieses Dokuments wird Bezug genommen auf die Länge in mm der Heizzone (Beruhigungszone) unterhalb des Spinndüsenblocks. Bekannte Abschrecksysteme sind für einen spezifischen Luftstrom und einen spezifischen Durchsatz ausgelegt, um einen spezifischen Typ von Fasern bzw. von Filamenten zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abschreckvorrichtung so weiter zu gestalten, dass die Vergrößerung oder Verkleinerung der Beruhigungszone einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, dass

(a) die Querstrom-Abschreckeinrichtung unterhalb eines Spinndüsenblocks angeordnet ist, der geschmolzenes Polymer zu Filamenten extrudiert, wobei die Abschreckvorrichtung Kühlluft auf die Filamente richtet, und dass
(b) die Sperreinrichtung, die an der Abschreckvorrichtung befestigt ist, einen Teilstrom der auf die Filamente gerichteten Kühlluft blockiert.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Abschreckvorrichtung einen hohlen Innenumriss auf und ist die Sperreinrichtung in den Innenumriss eingepasst.

Des weiteren weist die Abschreckvorrichtung eine Kühlluftquelle und eine gelochte Frontplatte auf, wobei die Kühlluft durch den Innenumriss und durch die Frontplatte hindurchströmt.

Zweckmäßigerweise ist die Sperreinrichtung als Einsatz ausgebildet, der sich im Passsitz in die Abschreckvorrichtung, nächst der zuoberst angeordneten Frontplatte einfügt.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis 8.

Als weitere Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Kombination aus Spinndüsenblock und Abschreckvorrichtung zum Spinnen und Abkühlen von Filamenten vorgesehen, umfassend eine Querstrom-Abschreckeinrichtung, die unter dem Spinndüsenblock positioniert ist, der geschmolzenes Polymer zu Filamenten extrudiert, wobei die Abschreckeinrichtung Kühlluft auf die Filamente leitet und eine Sperreinrichtung enthält, die an der Abschreckvorrichtung befestigt ist, um einen Teilstrom der Kühlluft von den Filamenten abzuhalten.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Sperreinrichtung eine gekrümmte Oberfläche zum gleichförmigen Leiten des Luftstroms auf.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 11 bis 17.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Extrudieren von geschmolzenem Polymer durch einen Spinndüsenblock, mit einer Beruhigungszone und einer Abschreckeinrichtung, wird die Größe der Beruhigungszone durch den Einschub oder das Entfernen eines Einsatzes in die Abschreckeinrichtung verändert, das geschmolzene Polymer durch den Spinndüsenblock hindurch zu Filamenten gesponnen und die Kühlluft von der Abschreckeinrichtung auf die Filamente gerichtet.

Die Konzepte der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass sie bei bestehenden Vorrichtungen angewandt werden können, um diese an eine Erhöhung des Durchsatzes und Änderungen in der Garnfeinheit und der Anzahl von Filamenten besser anpassen zu können.

Insbesondere gilt für die vorliegende Erfindung, dass eine Sperreinrichtung zum Blockieren des Luftstroms von einer Abschreckeinrichtung die Größe bzw. die Länge der Beruhigungszone zwischen dem Boden des Spinndüsenblocks und der Position, in der der Luftstrom zuerst die Filamente kontaktiert, erhöht oder verringert.

Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung eine Sperreinrichtung, die in das Abschreckgehäuse oder -luftkammer installiert oder aus diesem entfernt werden kann, um die Beruhigungszone zu vergrößern oder zu verkleinern. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich, wenn die Geschwindigkeit oder der Durchsatz des extrudierten Materials durch den Spinndüsenblock zur Erhöhung des Ausstoßes erhöht wird oder wenn von einem Garntyp zu einem anderen Garntyp gewechselt wird, der unterschiedliche Abschreckcharakteristiken erfordert.

Der Luftstrom über die einzelnen Filamente, die aus den parallel angeordneten Löchern in dem Spinndüsenblock austreten, bewirkt, dass die Filamente abgekühlt und verfestigt werden. Sobald der Materialdurchsatz, der aus dem Spinndüsenblock austritt, sich erhöht, ist es bekannt, dass die Beruhigungszone vergrößert werden muss.

Gemäß der Erfindung werden die oberen Öffnungen in der Abschreckeinrichtung blockiert und dadurch das Luftstromvolumen durch die Abschreckeinrichtung und über die Oberfläche der Filamente gerade noch aufrecht erhalten oder erniedrigt. Die Abkühlgeschwindigkeit des Garns beeinflusst die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Garns. Die Abkühlgeschwindigkeit wird gemäß der vorliegenden Erfindung kontrolliert, wodurch die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Garns kontrolliert werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass eine bestehende Abschreckvorrichtung mit geringem Aufwand verändert werden kann, um sie an Verfahren anzupassen, bei denen insbesondere Filamente bei höherem Ausstoß hergestellt werden. Dem Fachmann ist es bekannt, dass die Erhöhung des Ausstoßes eine Vergrößerung der Beruhigungszone erfordert, so dass die Verweilzeit der Filamente zwischen ihrer Extrusion aus dem Spinndüsenblock und der Abkühlung durch das Abschrecksystem in etwa die gleiche bleibt. Auf diese Weise sind die hergestellten Filamente im wesentlichen die gleichen, wie sie bei einem niedrigeren Durchsatz erzeugt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es des weiteren möglich eine bestehende Abschreckvorrichtung zu verändern, um sie für Verfahren zu adaptieren, bei denen insbesondere die Feinheit des Garns oder das extrudierte Polymer geändert werden, wodurch eine Veränderung der Beruhigungszone im Vergleich zu der Beruhigungszone für die zuvor hergestellten Filamente erforderlich wird.

Zusätzlich betrifft die Erfindung neue Abschrecksysteme, die besser über einen größeren Bereich von Durchsatzkapazitäten als bestehende Systeme angepasst werden können.

Im weitesten Sinne betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem Querstrom-Abschrecksystem, bei dem die oberen Löcher der Abschreckvorrichtung blockierbar sind oder freigegeben werden können. Ein Einsatz wird dabei in den Innenraum des Abschrecksystems eingeschoben oder aus diesem entfernt und wird so positioniert, dass er einen Teilluftstrom blockiert oder den Luftstrom ungehindert durch den oberen Teil der Abschreckvorrichtung in hindurch lässt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen dienen dem Zweck die vorliegende Erindung darzustellen und zu ihrem besseren Verständnis beizutragen, begrenzen jedoch die Erfindung nicht auf den Wortlaut der Patentansprüche. Die Zeichnungen zeigen die Beziehung zwischen dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf, so dass das technische Gebiet und die Beziehung zu bekannten Vorrichtungen besser zu verstehen ist. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer bekannten Abschreckvorrichtung, eines Spinndüsenblocks und von aus dem Spinndüsenblock extrudierten Filamente, umgeben von der Abschreckvorrichtung und
2 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Abschreckvorrichtung, die einen Einsatz aufweist, um zumindest einen Teil der oberen Löcher in der Abschreckvorrichtung zu blockieren.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist dafür ausgelegt, die von einem Spinndüsenblock gesponnenen Filamente zu fertigen. Das geschmolzene Polymer wird über seinen Schmelzpunkt erhitzt und durch die Löcher bzw. Düsen in dem Spinndüsenblock extrudiert, um geschmolzene Filamente zu formen, die gekühlt und verfestigt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Es ist bekannt Abschreckvorrichtungen einzusetzen, welche die geschmolzenen Filamente abkühlen, wodurch sie verfestigt werden, so dass die Filamente weiter verarbeitet werden können, beispielsweise durch Strecken, um ihre physikalischen Eigenschaften zu erhöhen oder sie einem Kräuselvorgang zu unterziehen, um in die Filamente eine Fülle einzubringen oder die Filamente auf Spulen oder Achsen aufzuwickeln, um sie zu dem Kunden zu versenden. Abschreckvorrichtungen kommen in verschiedenen Ausgestaltungen vor, wobei die häufigste und bevorzugte Ausgestaltung eine Querstrom-Abschreckvorrichtung ist. Bei der Querstrom-Abschreckung wird die Luft über das aus Filamenten gebildete Bündel des Spinndüsenblocks geblasen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf diesen Typ von Querstrom-Abschrecksystemen.
Geeignete Polymere, die zu Filamenten gesponnen werden können, sind Polyamide wie Nylon 6 oder Nylon 6,6, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und verschiedene Copolymere, Acrylpolymere wie Polymethacrylat, Polymethylmethacrylat und Kombinationen der voranstehend angeführten Polymere. Die Liste der voranstehend angeführten Polymere ist nicht erschöpfend, der Fachmann kann mit Gewissheit realisieren, welche der sonstigen Polymere noch schmelzgesponnen werden können. In jedem Fall sind diejenigen Polymere, die entsprechend den Verfahren und mit Hilfe der Vorrichtungen, wie beschrieben, gesponnen werden können, durch die vorliegende Erfindung mit umfasst.
In 1 ist ein bekannter Typ einer Querstrom-Abschreckeinrichtung dargestellt. Ein Spinndüsenblock 10 weist eine Anzahl von Löchern 12 auf, durch die geschmolzenes Polymer, geliefert von einer nicht gezeigten Quelle, zu dem Spinndüsenblock 10 und durch die Löcher 12 fließt, wodurch eine Vielzahl von geschmolzenen Polymerfilamenten 14 gebildet wird. Die Anzahl der geformten Filamente hängt von dem Design der Gerätehersteller von Spinndüsenblöcken ab, die unterschiedliche Anzahl von Löchern und unterschiedliche Anzahl von Lochreihen vorsehen. Typischerweise können diese von zwanzig bis einigen Tausend Löchern in einem Spinndüsenblock 10 betragen, in Abhängigkeit davon, ob textile Filamente, industrielle Filamente oder Stapelfasern hergestellt werden.
Eine Ummantelung 24 vorgegebener Länge umhüllt das Faserbündel 14, um jeden Luftstrom abzuschirmen, der zu einem Bruch der extrudierten geschmolzenen Filamente führen könnte, bis zu einem Punkt, ab dem ein kontrolliertes Luftvolumen auf das Filamentbündel 14 gerichtet werden kann. Unterhalb des Spinndüsenblocks, befestigt an der Ummantelung 24, befindet sich eine Abschreckeinrichtung 16, die eine Luftstrom-Abschreckkammer 18 umfasst, die im allgemeinen an der Rückseite der Extrusionsvorrichtung angeordnet ist. Die Abschreckkammer 18 ist hohl an der Innenseite, so dass Luft von einer nicht gezeigten Quelle in die Kammer 18 strömt und aus einer Frontplatte 20 der Kammer herausströmt, die eine Anzahl von Perforationen/Löcher 22 aufweist. Die Frontplatte 20 verläuft parallel zu dem Bewegungspfad der extrudierten Filamente 14. Die aus den Löchern 22 austretende Luft fließt zu und durch einen Luftstromrichter 26, der für eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung über den Pfad der aus dem Spinndüsenblock extrudierten Filamente sorgt, wobei die Luft im allgemeinen unter einem Winkel von 90° zu dem Pfad der Filamente strömt. Luftstromrichter werden üblicherweise aus einem Maschengitter aus Metall oder hochtemperaturbelastbaren Kunststoff hergestellt oder bestehen aus einem luftdurchlässigen Schaummaterial. 1 zeigt eine Seitenansicht des Bündels von Filamenten 14, das von hinten durch Luft in der Kammer 18 gekühlt wird, die durch die Perforationen/Löcher 22 und den Luftstromrichter 26 austritt und über die Filamente strömt. Die Frontseite der Ausführungsform gemäß 1, das ist die Seite gegenüber der Kammer 18, ist offen gelassen, so dass die Filamente sichtbar sind und bezüglich einer fehlerfreien Produktion, eines Abschaltens und eines Startanfangs beobachtet werden können.
Die Komponenten der Vorrichtung können aus jedem Material hergestellt werden, das den auftretenden Temperaturen widersteht, insbesondere den in den extrudierten Polymeren auftretenden Temperaturen. Die Polymere haben verschiedene Schmelzpunkttemperaturen, jedoch muss das Material im allgemeinen einer Temperatur von 200°C widerstehen, um für eine Abschreckeinrichtung geeignet zu sein.
Bei bekannten Abschreckverfahren kann eine Änderung der Beruhigungszonenlänge nur in der Weise erreicht werden, dass die Abschreckeinrichtung zeitaufwendig abgesenkt wird und die Ummantelung 24 durch eine Ummantelung anderer Länge ersetzt wird.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind ein oder mehrere gekrümmte Einschübe oder Einsätze 30 innerhalb der Luftkammer 18 positioniert und an der Abschreckfrontplatte 20 mittels Befestigungselementen 28 gesichert. Der Vorteil dieser Einsätze 30 besteht darin, dass sie in der gleichen Weise wie die Luftkammer 18 sich verjüngen, so dass der Luftstrom, der aus der Abschreckfrontplatte 20 austritt, gleichmäßig über die Filamente 14 hinwegstreicht. Es ist bekannt, dass bei einer Luftkammer mit konstantem Durchmesser und gleich großen Löchern, mehr Luft aus den Löchern nahe dem Luftkammerende austritt als aus den Löchern nahe dem Anfang der Luftkammer. Aus diesem Grund verjüngen sich die Luftkammern 18, damit der Druck nahe dem Ende jeder Luftkammer in etwa gleich groß wie der Druck nahe dem Anfang der Luftkammer ist. Um dieses Konzept beizubehalten, besitzen die Einsätze 30 eine gekrümmte Oberfläche 32, welche die Luft gleichförmig ausrichtet und mit der geringstmöglichen Turbulenz strömen lässt.
Die Einsätze 30 sind für eine spezifische Höhe ausgelegt und wenn es erwünscht ist, die Beruhigungszone um beispielsweise 7,62 cm (3 Zoll) zu vergrößern, wird entweder ein Einsatz von 1,62 cm (3 Zoll) Länge verwendet oder drei Einsätze mit jeweils einer Länge von 2,54 cm (1 Zoll). Die Einsätze können jede gewünschte Höhe aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich eine oder mehrere solcher blockierenden Sperreinrichtungen in die Abschreckeinrichtung einzuschieben oder aus dieser zu entfernen, um die Beruhigungszone zu vergrößern oder zu verkleinern. Falls die Verfahrensbedingungen es erfordern die Länge der Beruhigungszone zu ändern, stellt die Erfindung ein rasches Mittel zur Verfügung, um dieses Ziel zu erreichen.

Claims

Abschreckvorrichtung aus einer Querstrom-Abschreckeinrichtung und einer Sperreinrichtung, bei der (a) die Querstrom-Abschreckeinrichtung (16)unterhalb eines Spinndüsenblocks (10) angeordnet ist, der geschmolzenes Polymer zu Filamenten (14) extrudiert, wobei die Abschreckeinrichtung Kühlluft auf die Filamente richtet, und b) die Sperreinrichtung (30), die in der Abschreckeinrichtung befestigt ist, einen Teilstrom der auf die Filamente gerichteten Kühlluft blockiert.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung einen hohlen Innenumriss (18) aufweist und dass die Sperreinrichtung (30) in den Innenumriss eingepasst ist.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung eine Kühlluftquelle und eine gelochte Frontplatte (20) aufweist, wobei die Kühlluft durch den Innenumriss (18) und durch die Frontplatte (20) hindurchströmt.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (30) als Einsatz ausgebildet ist, der sich im Passsitz in die Abschreckeinrichtung (16), angrenzend an das obere Ende der Frontplatte, einfügt.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung einen Luftstromrichter (26) aufweist, der an der gelochten Frontplatte befestigt ist.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstromrichter (26) ein Maschengitter ist.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstromrichter aus einem luftdurchlässigen Schaummaterial besteht.
Abschreckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (30) gekrümmte Oberflächen (32) zum gleichförmigen Leiten des Luftstroms aufweist.
Kombination aus Spinndüsenblock und Abschreckvorrichtung zum Spinnen und Abkühlen von Filamenten, umfassend eine Querstrom-Abschreckeinrichtung, die unter dem Spinndüsenblock (10) positioniert ist, der geschmolzenes Polymer zu Filamenten (14) extrudiert, wobei die Abschreckeinrichtung (16) Kühlluft auf die Filamente leitet, und eine Sperreinrichtung (3 0) enthält, die an der Abschreckeinrichtung (16) befestigt ist, um einen Teilstrom der Kühlluft von den Filamenten abzuhalten.
Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (30) eine gekrümmte Oberfläche (32) zum gleichförmigen Leiten des Luftstroms aufweist.
Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinndüsenblock (10) von einer Ummantelung (24) umgeben ist, die zwischen dem Spinndüsenblock und der Abschreckeinrichtung (16) positioniert ist und eine Beruhigungszone bildet.
Kombination nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung (16) an der Ummantelung (24) befestigt ist.
Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung (16) eine Kühlluftquelle und eine gelochte Frontplatte (20) aufweist und dass die Kühlluft durch die Frontplate (29) hindurchströmt.
Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (30) als Einsatz ausgebildet ist, der sich im Passsitz in die Abschreckeinrichtung (16) einfügt, angrenzend an das obere Ende der Frontplatte (20).
Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung (16) einen Luftstromrichter (26) aufweist, der mit der gelochten Frontplatte (20) verbunden ist.
Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstromrichter (26) ein Maschengitter ist.
Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstromrichter (26) ein luftdurchlässiges Schaummaterial ist.
Verfahren zum Extrudieren von geschmolzenem Polymer durch einen Spinndüsenblock, mit einer Beruhigungszone und einer Abschreckeinrichtung, bei dem die Größe der Beruhigungszone durch den Einschub oder das Entfernen eines Einsatzes in die Abschreckeinrichtung verändert wird, das geschmolzene Polymer durch den Spinndüsenblock hindurch zu Filamenten gesponnen wird und die Kühlluft von der Abschreckeinrichtung auf die Filamente gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckeinrichtung mit einem hohlen Innenumriss geformt wird und die Sperreinrichtung in den Innenumriss eingepasst wird, um einen Teilstrom oder Kühlluft zu blockieren.