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Norddeutsche Faserwerke GmbH
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Verfahren zum Herstellen von Glattgaxn Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von Glattgarn entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Glattgarne aus thermoplastischen Materialien, insbesondere Polyester,
Polyamiden, werden als Vielzahl von Filamenten ersponnen. Die Filamente werden zu
einem Fadenbündel zusammengefaßt. Dieses Glattgarn erhält seine Gebrauchseigenschaften,
insbesondere seine Festigkeitseigenschaften durch das Verstrecken. Glattgarne im
Gegensatz zu texturierten Garnen zeichnen sich dadurch aus, daß ihre einzelnen Filamente
parallel zueinander liegen und keine Schlingen, Schlaufen, Bögen oder dgl. bilden.
Derartige Glattgarne werden im folgenden kurz als "Faden" bezeichnet.
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Es ist bekannt, s. z. B. DE-OS 14 35 609, den Faden zum Verstrecken
über einen oder mehrere feststehende beheizte oder unbeheizte Streckstifte zu ziehen,
die der Faden mit ca. 3600 umschlingt.
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Der erhebliche Nachteil dieses Verfahrens liegt zum einen in dem Verschleiß
der Streckstifte. Es hat sich aber auch herausgestellt, daß Streckstifte bei hohen
Fadengeschwindigkeiten zu einer erheblichen Unsicherheit des Verfahrens beitragen.
Es werden häufig Fadenbrüche
beobachtet. Weitexhin hat das bekannte
Verfahren den Nachteil, daß es nur dann zu einer zufriedenstellenden Fadenqualität
führt, wenn zum einen mit Geschwindigkeiten gefahren wird, die deutlich niedriger
als 2000 m/min liegen und wenn zum anderen der Faden durch je eine Galette vor und
hinter den Streckstiften definiert gefördert wird. Nur dann läßt sich eine 'gleichbleibende
Fadenqualität erreichen und auch das nur, wenn dem unvermeidlichen Verschleiß der
Streckstifte Rechnung getragen wird.
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Durch US-PS 3,002,804 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art
bekannt, bei dem ein frischgesponnener Faden durch ein Wasserbad gezogen, anschließend
zum Abspritzen des Wasser umgelenkt und infolge der durch das Wasserbad und die
Umlenkung ausgeübten Bremskraft verstreckt wird.
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Dieses Verfahren hat erhebliche Nachteile, die seine industrielle
Einführung verhindert haben. Zum einen bildet der mit hoher Geschwindigkeit in das
Wasserbad einlaufende Faden ein tiefes "Loch", da er große Mengen an Luft mitreißt,
die sich um den Faden zentrieren und nicht entweichen. Der Faden wird daher nicht
benetzt bzw. die Benetzungslänge schwankt mit der Länge der Luftsäule, da kein stabiler
Gleichgewichtszustand zwischen dem Auftrieb der Luft und der Haftung der Luft an
dem mit großer Geschwindigkeit laufenden Faden entsteht. Ferner zeigt sich, daß
das Wasserbad eine erhebliche Tiefe haben muß, um die erforderlichen Zugkräfte auf
den Faden auszuüben. Bei einer Fadengeschwindigkeit
von 3000 m/min
ist eine Wasserbadtiefe von mehr als 4 m erforderlich. Bei 5000 m/min beträgt die
Wasserbadtiefe immerhin noch 37 cm. Dabei wird in der US-PS zwar auch die Möglichkeit
angedeutet, , daß ein Teil der Streckspannung durch einen folgenden Umlenkstift
aufgebracht werden kann, wobei der Umlenkstift zum Abspritzen des Wassers dient.
Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Anteil der Streckspanung nicht mehr als 1/3
betragen darf, da andernfalls die Gleichmäßigkeit des Fadens leidet.
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Gerade aus diesem Hinweis ist zu ersehen, daß der Wasserauftrag des
Fadens derart unzulänglich ist, daß zwischen dem Umlenkstift und dem Faden mechanische
Gleitreibung oder eine Mischreibung, die ebenfalls für ungleichmäßige Fadenbeschaffenheit
verantwortlich zu machen ist, besteht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die aus der Spinnzone anlaufenden Filamente werden als Fadenbündel
zusammengefaßt durch ein Flüssigkeitsband geführt, das auf eine Überlauf fläche
aufgebracht wird.
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Die Flüssigkeit wird in solcher Menge dosiert einer Überlauf fläche
zugeführt, daß die innere Aufnahmefähigkeit des Fadenbündels für diese Flüssigkeit
überschritten wird und der Faden auch auf seiner Außenoberfläche einen Flüssigkeitsüberzug
erhält. Die Durchtränkung liegt über der natürlichen inneren Aufnahmefähigkeit.
Die
innere Aufnahmefähigkeit wird insbesondere bestimmt durch die molekulare Aufnahmefähigkeit
des Polymers für die Flüssigkeit und durch die auf Kapillarwirkung beruhende Aufnahmefähigkeit
zwischen den einzelnen Filamenten des Fadens. Die Aufnahmefähigkeit zwischen den
einzelnen Filamenten des Fadenbündels beträgt bei dichtester Anordnung der Filamente
bereits ca. 15 % des Filamentvolumens. Erfindungsgemäß beträgt daher die zugeführte
Flüssigkeitsmenge mindestens 20 %, vorzugsweise 25 bis 35 % des Fadengewichts. Die
dem Flüssigkeitsband zugeführte Flüssigkeit kann auf eine Temperatur über 50°, insbesondere
auf eine Temperatur zwischen 70" und 90" erhitzt sein.
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Die Zuführung des Flüssigkeitsstroms zur Fadenoberfläche erfolgt z.
B. durch Düsen, die auf der Oberfläche eines Überlaufkörpers in einer nach oben
offenen Laufrinne münden (vgl. z. B. DE-GM 76 05 571).
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Die Überlaufkörper derartiger Düsen haben eine Länge von 30 bis 40
mm.
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Da die Düse ziemlich nahe am Fadeneingang auf dem Überlaufkörper mündet,
wird die Flüssigkeit auf dem Überlaufkörper zu einem sich in Fadenlaufrichtung erstreckenden
Band ausgezogen, das in Querrichtung zum Faden eng begrenzt ist. Diese enge Begrenzung
wird dadurch noch gefördert, wenn die Überlaufkörper eine Fadenlaufrille haben,
in der die Düsenmündung liegt.
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Auch bekannte, vom Faden teilumschlungene Walzen (vgl.
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z. B. DE-OS 29 08 404) können zur dosierten Zufuhr eines Flüssigkeitsstromes
dienen, wenn Vorkehrungen getroffen sind, daß sich auf einer solchen Walze die Flüssigkeit
nicht zu einem breiten Film auszieht, sondern ein seitlich begrenztes, in einer
dosierten Menge zugeführtes Flüssigkeitsband bildet, das vom Faden durchlaufen wird.
Eine solche Walze ist z. B.
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durch die DE-OS 29 08 404 bekannt. Auch Walzen, die über ihren Umfang
Fadenlaufrillen aufweisen, in welche eine dosierte Flüssigkeitsmenge zugeführt wird,
genügen dem Anmeldungszweck.
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In jedem Falle ist es wichtig, daß die Flüssigkeit ein vom Faden durchlaufenes,
schmales Flüssigkeitsband bildet. Aus diesem Grunde wird die Flüssigkeit nicht -wie
nach dem Stand der Technik - in einer eng begrenzten Röhre bereitgestellt, sondern
als Band auf eine Oberfläche aufgetragen. Der Faden soll nicht in ein statisches
Flüssigkeitsbad eintauchen, da hierdurch ein definierter gleichmäßiger Flüssigkeitsauftrag
nicht möglich ist.
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Das Auftragen der Flüssigkeit als Flüssigkeitsband auf eine Oberfläche
dient einerseits dem Zweck, genügende Adhäsionskräfte auf die Flüssigkeit auszuüben,
um zu verhindern, daß die Flüssigkeit tropfenweise, d. h. in ungleichmäßiger Form
durch den Faden fortgerissen wird. Zum anderen wirkt aber diese Adhäsion nur einseitig
auf das Flüssigkeitsband ein und verhindert nicht, daß die Flüssigkeit infolge der
Kohäsionskräfte
als kontinuierliches, den Faden einhüllendes Band
vom Faden "ausgezogen" und von der Oberfläche abgezogen wird.
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Zur Ausführung der Erfindung können alle niedrig viskosen, textiltechnisch
verträglichen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Eine Vielzahl dieser Flüssigkeiten
haben als Hauptbestandteil Wasser. Vorteilhaft wegen seiner guten Benetzungsfähigkeit
kann auch reines Wasser eingesetzt werden. Das Wasser sollte vorzugsweise nicht
mit den Beimengungen, z. B. Ölen versehen sein, die üblicherweise zur Präparation
bzw. Avivierung eines Fadens benutzt werden. Diese Beimengungen haben erfindungsgemäß
einen Anteil von weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 Gewichtsprozent. Zur
Förderung der Benetzungsfähigkeit des Wassers kann ein Netzmittel beigegeben werden.
Der Anteil des Netzmittels im Wasser beträgt weniger als 1 %, vorzugsweise weniger
als 0,5 Gewichtsprozent. Das Netzmittel trägt insbesondere dazu bei, daß der Faden
über seinen gesamten Querschnitt gleichmäßig durchtränkt wird. Die Verwendung von
reinem Wasser oder auch von Wasser, das mit einer geringen Menge von Netzmitteln
versehen ist, hat den besonderen Vorteil gegenüber anderen in der Textiltechnik
verwandten Ölen, Schlichten, Emulsionen und dgl., daß Wasser stets in gleichbleibender
Beschaffenheit zur Verfügung steht und damit das Verfahren ohne Abweichungen reproduzierbar
wird.
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Wasser hat darüber hinaus insbesondere bei Erhitzung den Vorteil der
geringen Viskosität. Es werden aus
diesem Grunde Flüssigkeiten
vorzugsweise verwandt, deren Viskosität kleiner oder gleich der Viskosität von Wasser
ist bzw. die als Hauptbestandteile Wasser haben, so daß ihre dynamischen Eigenschaften
durch den Wasseranteil maßgebend bestimmt sind.
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Der Faden wird im derart durchtränkten und mit einer Flüssigkeitsschicht
eingehüllten Zustand über mehrere gekrümmte, im Fadenlauf hintereinander mit wechselnder
Krümmungsrichtung angeordnete Bremsflächen gezogen.
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Durch die Krümmung der Bremsflächen wird bewirkt, daß der Faden unter
Ausübung einer Normalkraft über die Bremsfläche gezogen werden kann. Dieser Normalkraft
wirkt den hydrodynamischen Auftriebskräften entgegen und bewirkt, daß der Flüssigkeitsspalt
zwischen der Bremsfläche und dem Faden klein bleibt. Von dieser Spaltweite hängt
nämlich das Schergefälle und damit auch die Bremskraft ab, die durch die Flüssigkeit
auf den Faden ausgeübt wird. Der Krümmungsradius beträgt z. B. 10 mm. Auch Radien
von weniger als 10 mm und bis 50 mm haben sich als zufriedenstellend erwiesen. Durch
die Krümmung kann die auf die Bremsfläche gerichtete Normalkraft des Fadens so eingegrenzt
werden, daß die bei der jeweiligen Fadengeschwindigkeit entstehenden hydrodynamischen
Kräfte das " "Aufschwimmen" des Fadens zwar sicherstellen, andererseits aber eine
geringe Spaltweite dieses Flüssigkeitsspaltes erhalten bleibt.
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Die Normalkräfte müssen also so groß sein, daß der hydrodynamische
Flüssigkeitsspalt so klein bleibt, daß
ein großes Schergefälle
zwischen dem mit hoher Geschwindigkeit laufenden Faden und der stillstehenden Bremsfläche
entsteht. Dabei ist auch zu beachten, daß der Faden beim Lauf über die gekrümmte
Bremsfläche einer Zentrifugalbeschleunigung unterworfen ist, die tendenziell der
Normalkraft entgegengerichtet ist.
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Andererseits darf die Krümmung aber nicht so groß sein, daß die durch
die Zugkräfte entstehenden Normalkräfte den hydrodynamischen Auftrieb des Fadens
überwinden und zu einer Gleitreibung führen. Selbst Mischbereiche zwischen Flüssigkeitsreibung
und Gleitreibung sind unerwünscht, da hier die Reibkräfte undefiniert sind und folglich
auch undefinierte Zugkräfte auf den Faden ausüben werden.
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Beim Lauf des nassen Fadens über eine Bremsfläche ergibt sich das
Problem, daß die Flüssigkeit infolge der einwirkenden Zentrifugalkraft den Spalt
zwischen Faden und der Bremsfläche verläßt und sich in Fadenbereichen sammelt, die
von der Bremsfläche abgewandt sind. Deshalb besteht bei zunehmender Länge der Bremsfläche
die Gefahr, daß wieder trockene Reibung eintritt. Durch den Vorschlag, mehrere und
vorzugsweise mehr als zwei Bremsflächen hintereinander anzuordnen, die der Faden
jeweils mit weniger als 140" und wechselnder Umschlingungsrichtung umschlingt, wird
erreicht, daß die beim Lauf über die erste Bremsfläche aus dem Berührungsspalt zwischen
Faden und Bremsfläche herausgedrungene und auf der Außenseite des Fadens befindliche
Flüssigkeit beim Lauf über die nächste Bremsfläche in den Spalt zwischen Faden und
dieser Bremsfläche gerät. Es
kann auch durchaus zweckmäßig sein,
zwischen zwei gleichgekrümmten Bremsflächen eine in den Fadenlauf ragende, gegensinnig
gekrümmte Bremsfläche mit kleinerem Krümmungsradius und kürzerer Lauf fläche anzuordnen.
Diese Bremsfläche dient sodann ausschließlich der Umverteilung der aufgetragenen
Flüssigkeit, während die Bremsflächen mit größerem Krümmungsradius und größerer
Länge der Erzeugung der gewünschten Bremskraft dienen.
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Die Bremsflächen sind im Fadenlauf bevorzugt untere in ander angeordnet,
wobei die Abweichung des Fadenlaufs von der Senkrechten zwischen zwei Bremsflächen
nicht mehr als 70C und vorzugsweise auch nicht mehr als 60° beträgt. Dadurch wird
erreicht, daß Flüssigkeit, die von dem Faden bei der Umschlingung der Bremsfläche
absprüht, in Richtung der nächstfolgenden Bremsfläche spritzt und daher zu einem
großen Teil wieder auf den Fadenlauf gelangt. Im übrigen hat sich auch bei Hintereinanderreihung
mehrerer Bremsflächen gezeigt, da-B eine Flüssigkeitsreibung zwischen Faden und
Bremsflächen bis zum Schluß aufrechterhalten werden kann.
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Das beruht darauf, daß die Umschlingungen relativ gering sind, so
daß nur relativ geringe Wassermengen abspritzen und die auf dem Faden verbleibende
Wassermenge ausreicht, die Oberfläche des Fadens einzuhüllen und die Zwischenräume
zwischen den Filamenten auszufüllen.
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Nach der Erfindung wird also die bisher übliche Trockenreibung durch
eine hydrodynamische Reibung in
einem engen Spalt ersetzt. Hierdurch
wird das Verstreckungsverfahren unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der
Bremsflächen und des Fadens. Vielmehr wird die Bremskraft bei der Naßreibung insbesondere
durch das Schergefälle innerhalb einer dünnen Flüssigkeitsschicht hervorgerufen.
Dieses Schergefälle ist weitgehend unabhängig von der Fadenspannung.
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Gegenüber der Verstreckung im Wasserbad wird erreicht, daß der Faden
einer definierten Bremslänge ausgesetzt wird und daß das die Bremsung bewirkende
Schergefälle im Spalt so hoch ist, daß selbst bei Abzugsgeschwindigkeiten von "nur"
3000 m/min eine Bremslänge von 100 mm zur Aufbringung der Steckkräfte jedenfalls
ausreicht.
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Zur Erzielung der Flüssigkeitsreibung muß der Faden den Bremsflächen
mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit zulaufen. Diese Mindestgeschwindigkeit
beträgt ca. 1000 m/min. Bevorzugt sind jedoch höhere Geschwindigkeiten, und zwar
vorzugsweise mindestens 1800 m/min.
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Wenn die Geschwindigkeit des Fadens beim Auflauf auf die erste Bremsfläche
mindestens 2500 m/min beträgt, erhält der Faden vor Auflauf auf die Bremsflächen
bereits eine höhere Vororientiexung, Damit wird das Verfahren unempfindlicher bezüglich
Einstellung der Verfahrensparameter.
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Die Gesamtlänge der Bremsfläche, die zur Ausübung der Verstreckkraft
erforderlich ist, ist durch Versuch zu ermitteln. Bremsflächenlängen von mehr als
200 mm
haben sich jedoch als überflüssig herausgestellt.
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Die Länge der Bremsflächen wird vor allem an die vorgegebenen Fadengeschwindigkeiten
vor und hinter den Bremsflächen, d. h. an die gewünschten Fadenspannungen und Verstreckungen
angepaßt.
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Die Länge der gesamten vom Faden überlaufenen Bremsfläche läßt sich
mit der Umschlingung weitgehend einstellen. Hierzu wird die Eintauchtiefe eingestellt,
mit der die entgegengesetzt gekrümmten Bremsflächen in den Fadenlauf eintauchen.
Die Umschlingung ist erz in dungsgemäß gering und beträgt vorzugsweise auf der ersten
und der letzten Bremsfläche nicht mehr als 70°, insbesondere weniger als 60° und
auf den dazwischen liegenden Bremsflächen vorzugsweise nicht mehr als 140°, insbesondere
weniger als 1200.
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Außer durch die Umschlingung läßt sich die Gesamtlänge der Bremsflächen
auch durch Hintereinanderreihen einer entsprechenden Anzahl derartiger Bremsflächen,
die der Faden mit wechselnder Umschlingungsrichtung überfährt, den Erfordernissen
entsprechend einstellen und zwar, ohne daß hierdurch ein nennenswerter Platzbedarf
entsteht.
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Von wesentlicher Bedeutung für die Herstellung eines qualitativ hochwertigen
Glattgarns ist die Einstellung der Fadenspannung zwischen den Bremsflächen und dem
Galettenwerk. Qualitätsparameter, die der Garnqualität von auf Streckzwirnmaschinen
hergestellten Garnen entsprechen, erzielt man nach Anspruch 4, indem die Fadenzugkraft
durch Einstellung der Bremskraft und der
Geschwindigkeit des Galettenwerkes
zwischen 0,5 und 2 cN/dtex, vorzugsweise zwischen 0,7 und 1,5 cN/dtex eingestellt
wird.
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Zur Festlegung des Fadenlaufs können die Bremsflächen eine Laufrille
aufweisen. Die Bremsflächen dürfen den Faden bzw. die ihn umgebende Flüssigkeitschicht
jedoch nur einseitig berühren, d. h. nicht einschließen. Anderenfalls entstehen
undefinierte Anlageverhältnisse mit der Folge, daß auch undefinierte wechselnde
Bremskräfte auf den Faden ausgeübt werden. Daher sind enge Rohre, die z. B. in der
US-PS 3,002,804 gezeigt sind, als Berührungsflächen ungeeignet, selbst wenn sie
in Fadenlaufrichtung gekrümmt wären, ganz abgesehen von den bedienungstechnischen
Nachteilen solcher Rohre.
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Ein wichtiger Beitrag zur Herstellung hochwertiger Fäden wird auch
durch die Temperatur der dem Faden zugeführten Flüssigkeit erbracht. Bekanntlich
wird die beim Strecken geleistete Formänderungsarbeit in Wärme umgesetzt. Abhängig
von der Verstreckungsgeschwindigkeit führt diese Wärme zu einer mehr oder weniger
starken Temperaturerhöhung. Bei den heute technologisch und wirtschaftlich erwünschten
hohen Fadengeschwindigkeiten einerseits und geringen Fadentitern andererseits führen
die freigesetzten Wärmemengen zu technologisch nicht mehr vertretbaren Temperaturen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die dem Faden vor dem
Überlauf über die Bremsfläche zugeführte Flüssigkeit erwärmt. Die Temperatur entspricht
etwa
der Temperatur der Glasumwandlung und liegt über 50 "C. Besonders
wirkungsvoll ist die Erwärmung, wenn die Temperatur über 70 OC liegt, während bei
100 "C eine Grenze durch die dann eintretende Verdampfung gesetzt ist.
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Die hervorragende Vergleichmäßigung der Fadenqualität muß darauf zurückgeführt
werden, daß durch die Temperatur der Flüssigkeit die Temperaturschwankungen des
Fadens über seinen Querschnitt sowie über seine Länge auch zeitlich auf einen engen
physikalisch optimalen Bereich begrenzt werden können. Dieser Schwankungsbereich
liegt zwischen der aktuellen Flüssigkeitstemperatur und der Verdampfungstemperatur
der Flüssigkeit.
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Die Sicherheit des Verfahrens vor allem bei der Herstellung von Fäden
mit textilen Titern wird erhöht, wenn - wie weiterhin vorgeschlagen wird - der von
der Spinndüse kommende Faden noch im heißen Zustand durch das Flüssigkeitsband geführt
wird. Die Kühlbedingungen sind dabei so vorgegeben, daß die Fadentemperatur im Bereich
des Glasumwandlungspunktes liegt. Die Intensität der Luftanblasung, die Länge der
Luftanblasung, der Abstand des Flüssigkeitsbandes von der Spinndüse, der Spinntiter
der Filamente sind für diese Kühlbedingungen insbesondere maßgebend. Es hat sich
gezeigt, daß auch hierin eine Maßnahme zu sehen ist, durch die die Fadenbruchzahlen
drastisch herabgesetzt werden können und die Fadengleichmäßigkeit bedeutend verbessert
werden kann.
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Insbesondere bei hohen Spinngeschwindigkeiten und entsprechenden Abkühlbedingungen
ist die vom Faden transportierte Wärmemenge groß genug, um die auf den Faden aufgetragene
Flüssigkeitsmenge sehr schnell bis in den angegebenen Temperaturbereich zu erwärmen.
Dieser Temperaturbereich entspricht im wesentlichen dem Glasumwandlungspunkt erster
Ordnung der Polyester bzw. Polyamide. Es ist daher bei Anwendung solcher Spinn-
und Abkühlbedingungen möglich, das Wasser mit Raumtemperatur auf den Faden aufzutragen.
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Eine weitere einschneidende Verbesserung der Fadenqualität insbesondere
hinsichtlich seiner Festigkeits- und Schrumpfeigenschaften wird dadurch erhalten,
daß der Faden hinter den Berührungsflächen noch einmal erwärmt wird, und zwar wird
in einem bewährten Ausführungsbeispiel das Förderwerk als beheizte Galette ausgebildet.
Die Galettentemperatur wird abhängig vom Polymer auf 80 bis 160 "C eingeregelt.
Für Polyester hat sich eine Temperatur von ca.
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140 "C + 20 "C und für Polyamid von ca. 100 "C + 20 "C vorteilhaft
herausgestellt.
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Erfindungsgemäß wird das Fadenbündel weiterhin nach der Verstreckung
und vorzugsweise vor dem Galettenwerk mit einer üblichen Spinnpräparation versehen,
die insbesondere aus Wasser-Öl-Emulsionen besteht. Auch hierdurch wird die Sicherheit
des Verfahrens erhöht.
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Es ist zwar durch die DE-PS 30 26 934 ein Verfahren zur Herstellung
von gekräuselten Fäden bekannt, bei
dem die frischgesponnenen Filamente
mit einer Oberflächentempexatux von ca. 80 OC mit einer wässrigen Flüssigkeit benetzt
und sodann über zwei Bremsstäbe mit wechselnder Umschlingung gezogen werden. Bei
diesem Verfahren sollen die Kräuselungen dadurch hervorgerufen werden, daß die Filamente
in der Spinnzone einseitig abgeschreckt werden. Erfindungsgemäß soll jedoch keine
Abschreckung der Filamente im Spinnschacht erfolgen. Vielmehr sind normale, gleichmäßige
Abkühlbedingungen vorgesehen, wobei eine Abschreckung dem nach der Erfindung wünschenswerten
Ergebnis widerspräche, daß die Filamente auch bei der Auftragung der Flüssigkeit
noch eine ausreichende Wärmemenge transportieren. Nach der DE-OS 30 26 934 ist ferner
vorgesehen, daß die Flüssigkeit als sich axial erstreckender, relativ dünner Film
auf die nebeneinander laufenden Einzelfilamente aufgetragen wird. Versuche zeigen,
daß bei dieser Art des Flüssigkeitsauftrags nicht die Möglichkeit besteht, die Einzelfilamente
und das Fadenbündel mit einer Flüssigkeitsbeschichtung zu versehen, die auf den
nachfolgenden Bremsstiften zu einer hydrodynamischen Reibung führen.
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Schließlich werden nach der DE-OS 30 26 934 Fäden hergestellt, deren
Restdehnung nur bei gekräuselten Fäden für bestimmte Einsatzzwecke erträglich, für
Glattgarne jedoch völlig ungeeignet ist. Nach der DE-OS 30 26 934 wird indes versäumt,
die Bremskräfte durch hydrodynamischen Widerstand aufzubringen. Da die Bremskräfte
durch mechanische Reibung aufgebracht werden, sind die Bremskräfte starken Fluktuationen
unterworfen. Aus
diesem Grunde sind nach der DE-OS 30 26 934 lediglich
Fäden mit hoher Restdehnung herzustellen. Wenn jedoch Fäden hergestellt werden sollen,
die als Glattgarn Dehnungswerte von weniger als 50 % haben und die daher zwischen
dem Bremsstab und der Abzugsgalette einer Fadenzugkraft von mehr als 0,5 cN/dtex
unterworfen werden, ist die Anwendung einer hydrodynamischen Bremsung nach dieser
Erfindung unabdingbare Voraussetzung.
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Der Erfindung liegt dagegen die neue und durch den Stand der Technik
nicht vorgezeichnete Erkenntnis zugrunde, daß durch Aufbau einer hydrodynamischen
Spaltreibung in der Streckzone Glattgarne hergestellt werden können, die den üblicherweise
auf Streckzwirnmaschinen hergestellten Glattgarnen in ihrer Qualität auch im Dauerbetrieb
bei weitem überlegen sind, bei denen das Auftreten von Flusen im Verhältnis 10 :
1 niedriger liegt als bei vergleichbaren Garnen gleichen Titers und gleicher Filamentzahl,
bei denen auch die sog. Garn-Gleichmäßigkeit wesentlich verbessert ist und die darüber
hinaus wegen der geringeren Anlagekosten und der höheren Produktivität auch noch
billiger sind. Bemerkenswert ist auch, daß andererseits an den Bremsflächen kein
Verschleiß auftritt und selbst Schleifspuren nicht sichtbar werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben.
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Mit 1 ist der Spinnkopf einer Extrusionsspinnanlage bezeichnet. Aus
der Düsenplatte 2 tritt eine Vielzahl
von Filamenten 3 aus, die
durch Anblasung abgekühlt und im Kühlschacht bzw. Fallschacht 4 zu einem Faden zusammengefaßt
werden. Der Faden wird sodann in eine geschlossene Box 5 geleitet. In der Box 5
befindet sich eine Düse 6, durch die Wasser auf den Faden aufgetragen wird. Mit
8 ist eine Heizeinrichtung für das Wasser angedeutet.
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Die Wasserauftragsdüse 6 besitzt ähnlich wie nach DE-GM 76 05 571
eine sowohl in Fadenlaufrichtung als auch quer dazu gekrümmte Fadenlaufrinne, in
deren Grund ein Wasserzufuhrkanal einmündet. Die Einmündung des Wasserzufuhrkanals
liegt möglichst nahe am Fadeneinlauf. Der Krümmungsradius der Krümmung in Fadenlaufrichtung
beträgt 40 mm. Quer zum Faden beträgt der Krümmungsradius 10 mm. Durch diese Krümmung
wird erreicht, daß die Filamente zu einem Fadenbündel zusammengeschlossen sind,
wenn sie in den Bereich des einmündenden Wasserzufuhrkanals gelangen.
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Hinter der Wasserauftragsdüse 6 wird der Faden über die drei parallelen,
zylindrischen Bremsflächen 9, 10, 11 geführt. Durch die als Umlenkfläche dienende
Bremsfläche 11 wird der Faden zwischen den Bremsflächen 9, 10 im Zickzack geführt.
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Da die Bremsfläche 11 senkrecht zum Fadenlauf bewegbar ist, kann sie
in die gemeinsame Tagentialebene der Bremsflächen 9 unterschiedlich tief eintauchen.
Hierdurch kann der Umschlingungswinkel und damit die Berührlänge an jeder Bremsfläche
9 bis 11 in gewünschter
Weise eingestellt werden. Die Bremsflächen
haben einen Krümmungsradius von 10 mm.
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Dabei sei bemerkt, daß der Umschlingungswinkel aus Gründen des Wasserhaushaltes
des laufenden Fadens nicht so groß werden sollte, daß der Faden um wesentlich mehr
als 60° aus seiner senkrechten Laufrichtung abgelenkt wird. Dadurch, ddB die Bremsflächen
senkrecht untereinander angeordnet sind und auch die Umlenkflächen nur mit einem
vorgegebenen Winkel aus dem senkrechten Fadenweg versetzt sind, wird erreicht, daß
abspritzendes und abtropfendes Wasser den Faden bzw.
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den Brems- bzw. Umlenkflächen wieder zugeführt wird.
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Wo eine Verlängerung der Gesamtlänge der Bremsflächen durch Vergrößerung
des Umschlingungswinkels aus dem genannten Grunde bzw. auch aus geometrischen Gründen
nicht mehr möglich oder wünschenswert ist, können zur Verlängerung der Bremsflächen
eine oder mehrere weitere Bremsflächen angefügt werden.
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Die Box 5 besitzt einen Auslaß 18, durch welchen die ablaufende Flüssigkeit
gesammelt und eventuell dem Prozeß wieder zugeführt werden kann. Der von den Berührungsflächen
kommende Faden erhält durch Auftragsrolle 16 sein Spinn-Finish, als Präparation,
bevor er von der beheizten Galette 7 abgezogen wird.
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Der Auftrag des Spinn-Finish kann auch innerhalb der Box 5 und z.
B. durch eine Auftragsdüse erfolgen, die im wesentlichen der Wasserauftragsdüse
6 entspricht.
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Es sei ferner bemerkt, daß der Auftrag des Spinn-Finish auch hinter
der Galette 7 erfolgen kann.
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Dies hat den Vorteil, daß der Faden auf der Galette ruhiger läuft
und die Oberfläche - insbesondere bei Temperaturen über 100 "C - durch Rückstände
weniger verschmutzt wird. Dadurch wird das Verfahren "sicherer" und die Gleichmäßigkeit
des Fadens noch verbessert.
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Anschließend wird der Faden aufgespult. Die Spulspindel ist mit 13,
die Spule mit 14, die Changiereinrichtung mit 12 und der Eingangsfadenführer, von
dem aus der Faden zur Changiereinrichtung läuft, mit 15 bezeichnet. 17 deutet eine
sogenannte Tangledüse an, durch die die Einzelfilamente in einzelnen Knoten miteinander
verflochten werden. Dies hat sich zur Erzielung von guten Spulen und zur Verbesserung
der Weiterverarbeitung des Multifilamentfadens, der bei der Ausführung dieser Erfindung
keine Zwirnung besitzen sollte, als zweckmäßig erwiesen. Die Aufspulung kann durch
eine andere Art der Fadenspeicherung, insbesondere durch die Ablage in Kannen ersetzt
werden.
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Zwischen der Galette und der Speicherung können weitere Einrichtungen
zur Modifizierung des Fadens angeordnet sein wie z. B. eine Spinnfaserschneideinrichtung.
Ebenso ist es möglich, das hergestellte Glattgarn vor der Speicherung noch einer
Texturierung zu unterwerfen, z. B. durch Heißdampf-Kräuseln der Filamente. Das hergestellte
Glattgarn ist indes auch ohne derartige eingeschaltete Zwischenstufen wie ein "Streckzwirngarn"
gebrauchsfertig.
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So wird ein Polyesterfaden 90f30 ersponnen, wobei die Galette 19 eine
Abzugsgeschwindigkeit von 4000 m/min hat. Der Faden wird zunächst im Kühlschacht
und Fallschacht 4 bis auf ca. 90 "C abgekühlt. Der Wasserauftragsdüse 6 wird Wasser
zugeführt, das auf 80 "C erhitzt ist.-Die Wassermenge ist so eingestellt, daß die
natürliche Wasseraufnahmefähigkeit des Fadens überschritten wird. Die strömende
Wassermenge beträgt 30 % des Fadengewichtes.
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Die Bremsflächen 9, 10 werden durch Einstellung der Eintauchtiefe
der Umlenkfläche 11 mit einem Umschlingungswinkel von 35°, die Umlenkfläche 11 mit
einem Umschlingungswinkel von 700 überfahren. Hierdurch wird die gesamte Überlauflänge
zwischen Faden und Bremsflächen auf ca. 25 mm eingestellt. Durch Verstellung der
Eintauchtiefe kann diese Länge beeinflußt werden.
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Die anschließende Galette 19 war mit 120 OC beheizt.
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Es wurde zuvor durch Rolle 16 ein übliches Spinn-Finish aufgetragen.
Die Aufwickeleinrichtung wurde so betrieben, daß eine Spule mit stufenweiser Präzisionswicklung
entstand. Bei der Präzisionswicklung wird die Changiergeschwindigkeit proportional
mit der Spindeldrehzahl vermindert. Die Spindeldrehzahl vermindert sich, weil die
Spule mit konstanter Oberflächengeschwindigkeit angetrieben wird. Bei einer Stufenpräzisionswicklung
wird jedoch die Changiergeschwindigkeit von Zeit zu Zeit wieder im wesentlichen
auf ihren Ausgangswert erhöht. Es zeigt sich dabei als besonders vorteilhaft, daß
diese Erhöhung der Changiergeschwindigkeit
einen kaum meßbaren
Einfluß auf die Fadenspannung im Changierdreieck hatte. Wurde dagegen die Beheizung
der Galette 19 abgeschaltet, traten sehr starke Fadenspannungsschwankungen bei Erhöhung
der Changiergeschwindigkeit auf. Die Beheizung der Galette erweist sich damit als
ausgezeichnetes Mittel, Spulen mit gleichmäßiger Fadenspannung und Härte aufzubauen
und die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten, hervorragenden Eigenschaften
des Fadens auch beim Aufspulen und auf der Spule zu erhalten.
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Beispiel 1 In einem Kühl- und Fallschacht 4 wurden 6 Polyesterfäden
mit je 24 Filamenten (Kapillaren) gesponnen und bis auf ca. 90 "C abgekühlt. Nebeneinander
wurden die 6 Fäden zu der Sechsfach-Wasserauftragsdüse 6 geführt, wo jedem Faden
11,5 ml/min Wasser von 20 OC zugeführt wurden.
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Nebeneinander überliefen die 6 Fäden sodann die Brems- und Umlenkflächen
mit Umschlingungswinkeln an den Bremsflächen 9 und 10 von 35C und an der Umlenkfläche
11 von 70". Durch Veränderung der Eintauchtiefe der Umlenkfläche 11 wurde eine Streckspannung
von 90 cN pro Faden eingestellt und die Fäden durch Galette 7 mit einer Geschwindigkeit
von 4507 m/min abgezogen. Die Galette 7 wies eine Temperatur von 145 "C auf; jeder
Faden umschlang Galette und Beilaufrolle 8mal.
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Die Rolle 16 war nach der Galette 7 angeordnet, durch sie wurde ein
übliches Spinn-Finish auf die Fäden aufgetragen; danach wurden die Filamente jedes
Faden in der Tangledüse 17 verwirbelt und miteinander verflochten.
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Mit eine Aufspulgeschwindigkeit von 4463 m/min wurden schließlich
die 6 Fäden getrennt aufgewickelt.
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Die gewonnenen Polyester fäden 76f24 hatten eine Festigkeit von 40
cN/tex, eine Dehnung von 22,5 %, Kochschrumpf 5,6 % und Uster (normal) 0,9 %. Sie
wiesen 21 Verwirbelungspunkte pro Meter und eine Fettauflage von 0,72 % auf.
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Beispiel 2 In einem Kühl- und Fallschacht 4 wurden 4 Polyamid-6-Fäden
mit je 10 Kapillaren (Filamenten) unter ähnlichen Bedingungen wie die Polyesterfäden
in Beispiel 1 ersponnen. Der Wasserauftrag in Düse 6 betrug 5,8 ml Wasser von 20
"C pro Faden, die mittels Eintauchtiefe der Umlenkfläche 11 eingestellte Streckspannung
56 cN/Faden.
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Die Galette 7 hatte eine Temperatur von 100 "C und zog die Fäden mit
einer Geschwindigkeit von 3917 m/min ab, wobei jeder Faden Galette und Beilaufrolle
11maul umschlang. Die Aufspulung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 3799 m/min.
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Die erhaltenen Fäden 44f10 hatten eine Festigkeit von 45 cN/tex, eine
Dehnung von 40 %, Kochschrumpf 14,0 % und Ustex (normal) 0,8 %. Sie wiesen 19 Vexwirbelungspunkte
pro Meter und 0,78 % Fettauflage auf.