EP0752020A1 - Verfahren und vorrichtung zum abkühlen schmelzgesponnener filamente - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum abkühlen schmelzgesponnener filamenteInfo
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- EP0752020A1 EP0752020A1 EP96900839A EP96900839A EP0752020A1 EP 0752020 A1 EP0752020 A1 EP 0752020A1 EP 96900839 A EP96900839 A EP 96900839A EP 96900839 A EP96900839 A EP 96900839A EP 0752020 A1 EP0752020 A1 EP 0752020A1
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- EP
- European Patent Office
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- foam
- filaments
- cooling
- container
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Classifications
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/08—Melt spinning methods
- D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
Definitions
- the invention relates to a method for cooling melt-spun filaments made of thread-forming polymers and to an apparatus for carrying out the method.
- Filament yarns and staple fibers made of thread-forming polymers such as polyester, polyamides or polyolefins are usually produced using the melt spinning process.
- a polymer melt is fed to a spinning pump which conveys the melt through the spinnerets in the so-called spinning beam.
- the melt emerging from the nozzles in the form of liquid filaments solidifies in a cooling shaft after the exit.
- a preparation is carried out at the same time, i.e. Moistening and finishing with antistatic and the like before the filaments are sent to another process.
- the cooling of the liquid filaments emerging from the spinneret has a major influence on the uniformity of titer (Uster value) and on the textile technology properties of fibers and threads in the end product.
- the yarn strength drops as the production speed increases (g / min / hole) (US Pat. No. 4,973,236).
- the cause is insufficient cooling of the melt stream emerging from the nozzle hole.
- the cooling is usually carried out by cross-blowing the filaments.
- the air flow must be low in turbulence and have the same speed across the shaft width so that each filament experiences exactly the same cooling in terms of time and location.
- Perforated sheets or screen mesh in connection with honeycomb rectifiers are used to generate the required flow conditions.
- a speed profile can also be provided over the height of the cooling shaft.
- the object of the present invention is to provide a method which improves the cooling of the spinning melt emerging from the nozzles and thus also enables the spinning of stronger filaments at high speed without crystallite formation occurring in these filaments, which leads to the subsequent stretch - or stretching / texturing process adversely affected. This object is achieved by the features of claim 1 and device claim 12.
- Figure 1 schematically a system for
- FIG. 3 - a graphic representation of the cooling process according to the prior art and according to the invention
- Spinning nozzles 2 from which the filaments F emerge, are arranged on a spinning beam 1.
- these filaments F Before these filaments F, which leave the nozzles 2 in liquid form, can be fed to any further processing, they have to be solidified by cooling, for example to wind them up into bobbins or to deposit them in bundles in cans. They therefore pass through a so-called cooling section SK, on which the threads are guided freely, without touching themselves or other objects, and cooled from the usual melting temperature of approximately 300 ° C. to a limit temperature t, which is approximately 70 ° C. become. Only when this limit temperature t is reached or fallen below, the filaments F may have contact. 3 shows the temperature t of the spinning material in ° C.
- Line t indicates the temperature to which the spinning material must have cooled at least before each contact (limit temperature).
- the cooling conditions are shown, for example, for a polyester POY monofilament with a titer of 22-35 dtex by curve A. The cooling takes place as usual with air which has an intrinsic temperature corresponding to the room temperature of about 20 ° C. The course of the cooling shows that with this type of cooling and a production speed of 3600 m / min the limit temperature of about 70 ° C only after a cooling section SA of about 3.5 m is reached. Only at this distance from the nozzle have the filaments achieved such strength through cooling that they may be in contact with one another or with thread guide elements or the like.
- Curves B and C show the cooling conditions for foam with different volume fractions of liquid. It follows that with a foam with a liquid volume fraction of 5% under the same conditions as for curve A, the cooling distance is shortened to about 1.1 to 1.2 m in order to reach the limit temperature t g . In the case of a higher volume fraction, the cooling distance is shortened further, since the heat transfer also increases sharply depending on the liquid volume fraction in the foam. For example, curve C shows the cooling process for a foam with approximately 10% liquid volume fraction. This reduces the cooling section SK to reach the limit temperature on the section SC, which is less than 1 m.
- FIG. 3 shows the entire cooling process from the exit from the spinnerets to the preparation for the next treatment process.
- the air gap S between the nozzle plate 2 and the foam container 3 a relatively flat course of the drop in temperature can first be seen.
- the cooling curve is considerably steeper than if the cooling were only carried out by air and thus reaches the limit temperature t_ after a short distance.
- a foam container 3 or 30 is arranged under the spinning beam 1 and the nozzle plate 2 at a distance S.
- the distance S can be very small, e.g. only 1 - 2 cm. Its size depends on the filament thickness and production speed. After the filaments F emerge from the nozzles 3 in liquid form, a certain degree of solidification is necessary before they are immersed in the foam. This solidification takes place much faster with fine filaments than with coarser titers, in which this distance from the foam can be up to 1.5 m depending on the production speed.
- the foam container 3 is carried by a frame 32 and has a wide inlet opening 31 at its upper end, so that the filaments F cover the walls of the foam container 3 can not touch while a narrow opening 35 is provided at its lower end through which the filaments F leave the foam container.
- a narrow opening 35 is provided at its lower end through which the filaments F leave the foam container.
- a foam generator 5 is arranged, which has an air supply 51 and a liquid supply 52 and delivers the foam directly into the lower part of the foam container 3. While the foam rises due to the continuous generation of foam, the filaments F are guided in countercurrent from top to bottom through the foam container 3 and emerge from the foam container 3 at the outlet opening 35 in order to then be fed to a further processing process.
- the foam rising upwards is controlled by a sensor 4, which regulates the level, if necessary, via a level controller 41.
- the edge of the upper inlet opening 35 of the foam container 3 is designed as an overflow, so that liquid which regresses can optionally drain off over the edge.
- the overflowing liquid and liquid which forms in the foam container 3 due to regression and flows downward is collected in a collecting trough 33 and returned to the circulating pump 7 via drain lines 36.
- the foam generator 5 is continuously fed by the circulation pump 7, which also effects the circulation of the returned liquid from the foam container 3. Water is supplied to this circuit by the metering pump 72 to the extent that the foaming and cooling of the filaments F liquid is consumed. Preparation oil is added to the liquid by a second pump 71. Both are then pumped through the circulation pump 7 through a mixer 6 and thereby processed into the liquid which is fed to the foam generator 5 via the line 52. In the foam generator 5, air is added to the liquid through the feed 51, thus producing the foam which is delivered to the lower part of the shower container 3.
- the foam container 3 When piecing, the foam container 3 is initially empty. The filaments F emerging from the nozzle 2 fall down into the foam container 3 and are introduced into the outlet opening 35. A flap 34 serves this purpose, which makes the lower part of the foam container 3 accessible. After the introduction of the filament F, the flap 34 is closed again and foam is supplied.
- the sensor 4 controls the rising foam and regulates the motor 42, which drives the metering pump 72 for the water supply, via a controller 41.
- the fill level in the foam container 3, which is controlled by the sensor 4, thus also determines the cooling section SK which the filaments require when the foam passes through.
- the foam bath is used at the same time to apply the preparation solution to the filaments F.
- the system according to the invention thus also includes the required preparation device. Below the foam container 3, the emerging filaments are scanned by two electrodes 8. The constancy of the preparation pad is thus measured via a resistance measurement and, if appropriate, by means of a setpoint / actual value comparison in the concentration controller 81 and a frequency converter 82 which drives the motor 83 for the metering pump 71 for the preparation oil.
- the foam container is designed somewhat differently than in FIG. 1.
- the foam container 30 is designed as a rectangular or cylindrical shaft, to which the foam generator 50, 50 'is attached in a continuation of its outer shape, but separated by a joint 38. , connects.
- the narrow outlet opening 35 of the foam container 3 is here included in the foam generator 50, 50 ', so that the foam container 3 is open at the parting line 38 in its full cross section.
- the foam generator consists of two half-shells 50, 50 ', which can be moved apart in the horizontal direction along the parting line 38. This makes the lower part of the foam container 30 accessible for piecing, so that the falling filaments F can be grasped and inserted in yarn guides for further processing . Once this has been done, the two half-shells 50, 50 'of the foam generator are joined together again, so that they enclose the filaments F and the foam container 30 is closed except for the outlet opening 35 for the filaments F.
- Each of the two half-shells 50, 50 » is designed as an independent foam generator and is connected to both an air supply 51 and a liquid supply 52.
- These feed lines are expediently elastic in order to be able to move the two half-shells 50, 50 'apart.
- sintered metal candles 53 In each of the half-shells 50, 50 'are arranged sintered metal candles 53, through which the air is fed into the liquid.
- a body made of sintered metal can also be supplied for the air supply via a plate or some other form.
- commercially available sintered metal candles are preferably used for the air feed used.
- the use of sintered material results in an extraordinarily good preparation of the liquid with gas, preferably air to foam.
- gas preferably air to foam.
- other fine-pored elements can also be used for the gas supply into the liquid, such as sieves, nozzle plates and the like.
- the liquid level 54 in the foam generator 50, 50 ' is controlled by a level limiter 37 in order to guarantee an even foam production.
- the simplest type of such a sensor 37 is shown by an overflow in FIG. Instead of the overflow 37, a probe can also be provided, which controls the liquid supply in each case.
- the foam produced in this way rises into the foam container 30, while the filaments F pass through the foam container 30 in countercurrent and exit through the outlet opening 35.
- the upper part of the foam container 30 is designed in the same way as in the described embodiment according to FIG. 1.
- the edge of the opening 31 is designed as an overflow, so that the liquid which is recovering can collect and drip off over this edge in order to be collected again and to be returned to the circuit for foam generation.
- a device for smoothing the foam mirror can additionally be provided.
- a suction channel 21 is provided which transports such a foam mountain away or prevents the formation of such a foam mountain by a slight air flow.
- the distance S to the nozzle plate 2 is shown here much less than in FIG. 1. As already mentioned above, this distance depends on the filament speed and the titer of the filaments F. However, a certain distance S must be maintained since the foam blocks the nozzle plate 2 should not touch to avoid undesired cooling of the foam.
- Such a device 21 for smoothing the foam level also requires a certain distance from the nozzle plate.
- Air duct 21 Air duct 21
Landscapes
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen schmelzσesponnener Filamente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen schmelzge- sponnener Filamente aus fadenbildenden Polymeren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Filamentgarne und Spinnfasern aus fadenbildenden Polymeren wie Polyester, Polyamiden oder Polyolefinen, werden üblicherweise nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Bei diesem Ver¬ fahren wird eine Polymerschmelze einer Spinnpumpe zugeführt, die die Schmelze durch die Spinndüsen im sogenannten Spinn¬ balken fördert. Die aus den Düsen in Form flüssiger Filamente austretende Schmelze erstarrt nach dem Austritt in einem Ab¬ kühlschacht. Anschließend erfolgt gleichzeitig noch eine Prä¬ parierung, d.h. Befeuchtung und Ausrüstung mit Antistatikum und dergleichen, bevor die Filamente einem weiteren Prozeß zugeführt werden. Die Abkühlung der aus der Spinndüse austre¬ tenden flüssigen Filamente ist dabei von großem Einfluß auf die Titergleichmäßigkeit (Usterwert) und auf die textiltech- nologischen Eigenschaften von Fasern und Fäden im Endprodukt. In manchen Anwendungsfällen, z.B. bei hohen Einzeltitern, sinkt bei Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit (g/min/Loch) die Garnfestigkeit ab (US PS 4 973 236). Ursache ist u.a. eine ungenügende Abkühlung des aus dem Düsenloch austretenden Schmelzstromes.
Als Kühlmedien werden in der Regel Luft, aber auch Wasser ver¬ wendet.
Die Luftkühlung hat den Vorteil, daß die Luft eine geringe Reibung auf die austretenden Filamente ausübt und dadurch kein unerwünschtes Verstrecken erfolgt. Nachteilig ist jedoch die geringe Kühlwirkung der Luft, so daß eine lange Kühlstrecke erforderlich ist. Eine lange Kühlstrecke bedeutet jedoch auch eine langsame Abkühlung. Eine langsame Abkühlung begünstigt die Kristallitbildung im Faden, was beim nachfolgenden Ver¬ strecken Probleme verursacht. Eine hohe Durchsatzleistung (g/min/Loch) oder auch dickere Einzelfilamente erfordern eine besonders lange Abkühlstrecke, da die Abkühlgeschwindigkeit gering ist. Damit besteht, wie oben bereits erwähnt, bei die¬ sem Spinngut besonders die Gefahr der Kristallitbildung.
Das Abkühlen erfolgt meist durch ein Queranblasen der Filamen¬ te. Die Luftströmung muß dabei turbulenzarm sein und gleiche Geschwindigkeit über die Schachtbreite haben, damit jedes Fi- lament zeitlich und örtlich genau die gleiche Abkühlung er¬ fährt. Lochbleche oder Siebgewebe in Verbindung mit Waben¬ gleichrichtern werden verwendet, um die erforderlichen Strö¬ mungsbedingungen zu erzeugen. Auch kann über die Höhe des Ab¬ kühlschachtes ggf. ein Geschwindigkeitsprofil vorgesehen wer¬ den. Trotz dieser z.T. aufwendigen Maßnahmen wird bei hoher Filamentzahl pro Fläche keine gleichmäßige Abkühlung aller Einzelfilamente gewährleistet. Von Filament zu Filament ent¬ steht bei der Queranblasung ein Temeperaturgradient, so daß die Anzahl der hintereinander im Luftstrom angeordneten Loch¬ reihen begrenzt ist.
Durch die US-PS 4 425 293 ist es auch bekannt, Wasser als Kühlmedium zu verwenden. Der Vorteil der Wasserkühlung ist eine schnelle Abführung der Wärme und dadurch die Vermeidung von Spinnkristallisation. Nachteilig bei der Wasserkühlung ist jedoch eine hohe Wasser/Filamentreibung. Dadurch kann es zu unerwünschten Verstreckungen der Filamente kommen. Allerdings ist auch schon versucht worden, die unerwünschte Verstreckung bei Wasserkühlung so zu berechnen und zu gestalten, daß eine
erwünschte Verstreckung erfolgt (US 5 268 133 und WO 91/181 133). Jedoch haben sich derartige Maßnahmen als kompliziert und nicht unproblematisch erwiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches das Abkühlen der aus den Düsen austretenden Spinnschmelze verbessert und damit auch das Erspinnen stärke¬ rer Filamente mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, ohne daß es in diesen Filamenten zu Kristallitbildung kommt, die den nachfolgenden Streck- oder Streck/Texturierprozeß nachteilig beeinflußt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 sowie des Vorrichtungsanspruches 12 gelöst.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung von Schaum über¬ raschenderweise die Kühlwirkung erheblich erhöht wird, ohne die von Wasser bekannte große hydrodynamische Reibkraft der Filamente zu erzeugen. Durch die Ausbildung eines Flüssig¬ keitsfilmes an der Filamentoberfläche wird jedoch annähernd die Kühlwirkung des Wassers erreicht. Die Nachteile der Quer- anblasung werden ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfah¬ ren vermieden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, daß wegen der drastisch reduzierten Kühlstrecke die Ausführung von Spinnanlagen mit sehr niedriger Bauhöhe möglich wird. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren beschrie¬ ben.
Es zeigen:
Figur 1 - schematisch eine Anlage zum
Spinnen von schmelz¬ gesponnenen Filamenten aus fadenbildenden Polymeren, wobei die Teile der Anlage, die für die Erfindung
unwesentlich sind, weg¬ gelassen wurden.
Figur 2 - eine andere Ausführungsform der Schaumanlage
Figur 3 - eine graphische Darstellung des Abkühlungsvorganges gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung
An einem Spinnbalken 1 sind Spinndüsen 2 angeordnet, aus denen die Filamente F austreten. Bevor diese Filamente F, die die Düsen 2 in flüssiger Form verlassen, irgendeinem weiteren Verarbeitungsprozeß zugeführt werden können, müssen diese durch Abkühlen verfestigt werden, um sie beispielsweise zu Spulen aufzuwinden oder als Fadenbündel in Kannen abzulegen. Sie durchlaufen deshalb eine sogenannte Kühlstrecke SK, auf der die Fäden frei, ohne sich oder andere Gegenstände zu be¬ rühren, geführt werden und von der üblichen Schmelztemperatur von etwa 300°C auf eine Grenztemperatur t , die etwa bei 70°C liegt, abgekühlt werden. Erst wenn diese Grenztemperatur t erreicht oder unterschritten ist, dürfen die Filamente F Kontakt haben. In Figur 3 ist die Temperatur t des Spinngutes in °C über der Strecke SK in m aufgetragen, die das Spinngut durchlaufen muß, bis es auf eine bestimmte Temperatur abge¬ kühlt ist. Durch die Linie t ist die Temperatur angegeben,auf die das Spinngut mindestens vor jeder Kontaktnahme abgekühlt sein muß (Grenztemperatur). Die Abkühlungsverhältnisse sind beispielsweise für ein Polyester POY Monofilament vom Titer 22 - 35 dtex durch die Kurve A dargestellt. Dabei findet die Ab¬ kühlung wie üblich mit Luft statt, die eine Eigentemperatur entsprechend der Raumtemperatur von etwa 20 °C aufweist. Der Verlauf der Abkühlung zeigt, daß bei dieser Art der Abkühlung und einer Produktionsgeschwindigkeit von 3600 m/min die Grenz¬ temperatur von etwa 70 °C erst nach einer Kühlstrecke SA von
etwa 3,5 m erreicht wird. Erst in dieser Entfernung von der Düse haben die Filamente eine solche Festigkeit durch die Ab¬ kühlung erreicht, daß sie untereinander oder auch mit Faden¬ leitelementen oder dgl. Kontakt haben dürfen.
Wird nun die Produktionsgeschwindigkeit erhöht oder ein noch stärkerer Titer versponnen, so wird eine noch größere Kühl¬ strecke SK benötigt, die bis zu 5 oder auch 6 m betragen kann. Die Nachteile einer solchen langen Kühlstrecke wurden eingangs bereits erwähnt. Nachdem ein erster Kontakt der Filamente F erst in dieser Entfernung nach den Düsen folgen darf, bedeutet dies, daß die ganze Anlage eine große Bauhöhe erreicht. Durch diese Dimensionen wird die Anlage somit aufwendig und teuer, abgesehen davon, daß die Filamente F auf der Kühlstrecke auch unkontrollierten Einflüssen ausgesetzt sind.
Die Verwendung von Wasser würde die Kühlstrecke mit Sicherheit wegen des guten Wärmeüberganges am stärksten verkürzen. Jedoch treten große Nachteile durch die starke Reibung Wasser/Fila- ent auf. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch Schaum eine ähnlich starke Abkühlung erreicht werden kann, wie bei Wasser. Es tritt jedoch nicht die schädliche Reibung zwi¬ schen Filament und Schaum wie bei Wasser auf.
In den Kurven B und C sind die Abkühlungsverhältnisse für Schaum mit verschiedenen Volumenanteilen Flüssigkeit darge¬ stellt. Daraus geht hervor, daß bei einem Schaum mit einem Flüssigkeitsvolumenanteil von 5 % unter denselben Bedingungen wie für die Kurve A, die Kühlstrecke auf etwa 1,1 bis 1,2 m verkürzt wird, um die Grenzte peratur tg zu erreichen. Bei einem höheren Volumenanteil wird die Kühlstrecke weiter ver¬ kürzt, da in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsvolumenanteil im Schaum auch der Wärmeübergang stark zunimmt. So zeigt bei¬ spielsweise die Kurve C den Abkühlungsverlauf für einen Schaum it etwa 10 % Flüssigkeitsvolumenanteil. Dabei reduziert sich
die Kühlstrecke SK zum Erreichen der Grenztemperatur auf die Strecke SC, die weniger als 1 m beträgt.
In Figur 3 ist der gesamte Abkühlungsverlauf vom Austritt aus den Spinndüsen bis zur Aufbereitung für den nächsten Behand¬ lungsprozeß gezeigt. In dem Luftspalt S zwischen Düsenplatte 2 und dem Schaumbehälter 3 ist zunächst ein relativ flacher Ver¬ lauf des Temperaturrückgangs zu erkennen. Mit dem Eintritt in den Schaum verläuft die Abkühlungskurve erheblich steiler, als wenn die Abkühlung nur durch Luft erfolgen würde und erreicht somit nach einer kurzen Strecke die Grenztemperatur t_.
Es braucht nicht näher ausgeführt werden, daß diese erhebliche Verkürzung der Kühlstrecke SK nicht nur die technologischen Eigenschaften und Produktionsbedingungen für starke Titer er¬ heblich verbessert, sondern es werden auch erheblich geringere Dimensionen der Spinnanlage erreicht. Die Bauhöhen können glatt auf die Hälfte bis ein Drittel vermindert werden, was bei der Installation derartiger Anlagen zu erheblichen Kosten¬ einsparungen führt.
Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, ist unter dem Spinn¬ balken 1 und der Düsenplatte 2 in einem Abstand S ein Schaum¬ behälter 3 bzw. 30 angeordnet. Der Abstand S kann sehr klein sein, z.B. nur 1 - 2 cm. Seine Größe richtet sich nach der Filamentstärke und Produktionsgeschwindigkeit. Nachdem die Filamente F in flüssiger Form aus den Düsen 3 austreten, ist eine gewisse Erstarrung notwendig, bevor sie in den Schaum eintauchen. Diese Erstarrung erfolgt bei feinen Filamenten wesentlich schneller als bei gröberen Titern, bei denen dieser Abstand vom Schaum in Abhängigkeit von der Produktionsge¬ schwindigkeit bis zu 1,5 m betragen kann.
Der Schaumbehälter 3 wird durch ein Gestell 32 getragen und weist an seinem oberen Ende eine weite Eintrittsöffnung 31 auf, so daß die Filamente F die Wandungen des Schaumbehälters
3 nicht berühren können, während an seinem unteren Ende eine enge Öffnung 35 vorgesehen ist, durch die die Filamente F den Schaumbehälter verlassen. Durch den sich erweiternden Quer¬ schnitt des Schaumbehälters 3 wird die Strömungsgeschwindig¬ keit des Schaumes geringer und die Rückbildung und Aussonde¬ rung der Flüssigkeit begünstigt und das im Gegenstrom durch den Schaum geführte Spinngut intensiv benetzt und abgekühlt. Da die Filamente F diese enge Öffnung 35 weitgehend ausfüllen und damit Berührungskontakte auftreten, muß bis zu diesem
Punkt die Grenztemperatur ty mit Sicherheit erreicht sein. Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, wird dadurch auch die Bauhöhe des Schaumbehälters 3 bestimmt.
Am unteren Ende, dicht neben der Austrittsöffnung 35, ist ein Schaumerzeuger 5 angeordnet, der eine LuftZuführung 51 und eine Flüssigkeitszuführung 52 besitzt und den Schaum unmittel¬ bar in den unteren Teil des Schaumbehälters 3 liefert. Während der Schaum durch die kontinuierliche Schaumerzeugung nach oben steigt, werden die Filamente F im Gegenstrom von oben nach unten durch den Schaumbehälter 3 geführt und treten an der Austrittsöffnung 35 aus dem Schaumbehälter 3 aus, um anschlie¬ ßend einem weiteren Verarbeitungsprozeß zugeführt zu werden. Der nach oben steigende Schaum wird durch einen Fühler 4 kon¬ trolliert, der das Füllstandsniveau gegebenenfalls über einen Füllstandsregler 41 reguliert. Der Rand der oberen Eintritts¬ öffnung 35 des Schaumbehälters 3 ist als Überlauf ausgebildet, so daß sich rückbildende Flüssigkeit gegebenenfalls über den Rand ablaufen kann. Die überlaufende Flüssigkeit sowie im Schaumbehälter 3 durch Rückbildung entstehende und nach unten ablaufende Flüssigkeit wird in einer Auffangwanne 33 gesammelt und über Ablaufleitungen 36 zur Umwälzpumpe 7 rückgeführt.
Der Schaumerzeuger 5 wird kontinuierlich gespeist durch die Umwälzpumpe 7, die auch den Kreislauf der rückgeführten Flüs¬ sigkeit vom Schaumbehälter 3 bewirkt. Durch die Dosierpumpe 72 wird diesem Kreislauf Wasser zugeführt in dem Maße, wie durch
die Schaumerzeugung und Kühlung der Filamente F Flüssigkeit verbraucht wird. Durch eine zweite Pumpe 71 wird der Flüssig¬ keit Präparieröl zugefügt. Beides wird dann durch die Umwälz¬ pumpe 7 durch einen Mischer 6 gepumpt und dadurch zu der Flüssigkeit aufbereitet, die dem Schaumerzeuger 5 über die Leitung 52 zugeführt wird. Im Schaumerzeuger 5 wird durch die Zuführung 51 Luft der Flüssigkeit beigegeben und so der Schaum erzeugt, der in den unteren Teil des Schaurabehälters 3 abge¬ liefert wird.
Beim Anspinnen ist der Schaumbehälter 3 zunächst leer. Die aus der Düse 2 austretenden Filamente F fallen nach unten in den Schaumbehälter 3 und werden in die Austrittsöffnung 35 einge¬ führt. Dazu dient eine Klappe 34, die den unteren Teil des Schaumbehälters 3 zugänglich macht. Nach Einführung des Fila¬ mente F wird die Klappe 34 wieder geschlossen und Schaum zuge¬ führt. Der Fühler 4 kontrolliert den aufsteigenden Schaum und reguliert über einen Regler 41 den Motor 42, der die Dosier¬ pumpe 72 für die Wasserzufuhr antreibt. Durch den über den Fühler 4 kontrollierten Füllstand im Schaumbehälter 3 wird somit auch die Kühlstrecke SK bestimmt, die die Filamente beim Durchlaufen des Schaumes benötigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Filamentabkühlung durch Schaum wird das Schaumbad gleichzeitig benutzt, um die Präparationslösung auf die Filamente F aufzutragen. Die erfin¬ dungsgemäße Anlage beinhaltet somit gleichzeitig auch die er¬ forderliche Präparationsvorrichtung. Unterhalb des Schaumbe¬ hälters 3 werden die austretenden Filamente durch zwei Elek¬ troden 8 abgetastet. Über eine Widerstandsmessung wird damit die Konstanz der Präparationsauflage gemessen und gegebenen¬ falls durch einen Soll/Istwert-Vergleich im Konzentrations¬ regler 81 sowie einen Frequenzwandler 82, der den Motor 83 für die Dosierpumpe 71 für das Präparationsöl antreibt.
Bei der Ausführung nach Figur 2 ist der Schaumbehälter etwas anders gestaltet als in Figur 1. Der Schaumbehälter 30 ist als rechteckiger oder zylindrischer Schacht ausgebildet, an den sich in Fortsetzung seiner äußeren Form, jedoch abgetrennt durch eine Fuge 38, der Schaumerzeuger 50, 50', anschließt. Die enge Austrittsöffnung 35 des Schaumbehälters 3 ist hier in den Schaumerzeuger 50, 50', miteinbezogen, so daß der Schaum¬ behälter 3 an der Trennfuge 38 im vollen Querschnitt offen ist.
Der Schaumerzeuger besteht aus zwei Halbschalen 50, 50', die in horizontaler Richtung auseinanderbewegbar sind längs der Trennfuge 38. Dadurch wird für das Anspinnen der untere Teil des Schaumbehälters 30 zugänglich, so daß die herabfallenden Filamente F erfaßt und in Garnführungen zur Weiterverarbeitung eingelegt werden können. Ist dies geschehen, so werden die beiden Halbschalen 50, 50' des Schaumerzeugers wieder zusam¬ mengefügt, so daß diese die Filamente F umschließen und der Schaumbehälter 30 geschlossen ist bis auf die Austrittsöffnung 35 für die Filamente F.
Jede der beiden Halbschalen 50, 50» ist als selbständiger Schaumerzeuger ausgebildet und sowohl an eine Luftzufuhr 51 als auch an eine Flüssigkeitszufuhr 52 angeschlossen. Diese Zuleitungen sind zweckmäßig elastisch, um die beiden Halb¬ schalen 50, 50' auseinanderbewegen zu können. Die beiden Halbschalen 50, 50' sind hierfür zweckmäßigerweise auf einer Achse senkrecht zu der Trennfuge 38 an ihrem einen Ende ge¬ lagert, so daß die Halbschalen 50, 50' auseinandergeklappt werden können für das Einlegen der Filamente F. In jeder der Halbschalen 50, 50' sind Sintermetallkerzen 53 angeordnet, durch die die Luft in die Flüssigkeit zugeführt wird. Anstelle durch die Sintermetallkerzen 53 kann für die Luftzufuhr auch über eine Platte oder irgendeine andere Form eines aus Sinter¬ metall hergestellten Körpers zugeführt werden. Vorzugsweise werden jedoch handelsübliche Sintermetallkerzen für die Luft-
zufuhr verwendet. Durch die Verwendung von Sintermaterial er¬ folgt eine außerordentlich gute Aufbereitung der Flüssigkeit mit Gas, vorzugsweise Luft zu Schaum. Selbstverständlich kön¬ nen auch andere feinporige Elemente für die Gaszufuhr in die Flüssigkeit verwendet werden, wie Siebe, Düsenplatten und dgl..
Der Flüssigkeitsspiegel 54 im Schaumerzeuger 50, 50' wird durch einen Fühlstandsbegrenzer 37 kontrolliert, um eine gleichmäßige Schaumherstellung zu garantieren. Die einfachste Art eines solchen Fühlstandsbegrenzers 37 ist in Figur 2 durch einen Überlauf dargestellt. Anstelle des Überlaufs 37 kann auch eine Sonde vorgesehen sein, die die Flüssigkeitszufuhr jeweils steuert. Der auf diese Weise erzeugte Schaum steigt nach oben in den Schaumbehälter 30, während die Filamente F im Gegenstrom den Schaumbehälter 30 durchlaufen und durch die Austrittsöffnung 35 verlassen.
Der obere Teil des Schaumbehälters 30 ist in gleicher Weise ausgebildet wie bei der beschriebenen Ausführung gemäß Figur 1. Auch hier ist der Rand der Öffnung 31 als Überlauf gestal¬ tet, so daß sich rückbildende Flüssigkeit sammeln und über diesen Rand abtropfen kann, um wieder aufgefangen und dem Kreislauf erneut zur Schaumerzeugung zugeführt zu werden.
Der Fühler 4 reguliert zwar die Höhe des Schaumniveaus inner¬ halb des Behälters 30, jedoch kann es erforderlich sein, wei¬ tere Maßnahmen zu treffen, damit der Schaumspiegel eben ist und somit alle Filamente F die gleiche Kühlstrecke SB durch den Schaum durchlaufen. Um zu vermeiden, daß sich an der Ein¬ trittsöffnung 31 des Schaumbehälters 30 ein Schaumberg bildet, kann zusätzlich eine Vorrichtung zur Glättung des Schaumspie¬ gels vorgesehen werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Absaugkanal 21 vorgesehen, der einen solchen Schaum¬ berg abtransportiert bzw. die Bildung eines solchen Schaum¬ berges durch eine leichte Luftströmung verhindert.
Der Abstand S zur Düsenplatte 2 ist hier wesentlich geringer gezeigt als in Figur 1. Wie oben schon erwähnt, ist dieser Abstand abhängig von der Filamentgeschwindigkeit und dem Titer der Filamente F. Ein gewisser Abstand S muß jedoch eingehalten werden, da der Schaum die Düsenplatte 2 nicht berühren sollte, um eine unerwünschte Kühlung derselben durch den Schaum zu vermeiden. Auch eine solche Vorrichtung 21 zum Glätten des Schaumspiegels macht einen gewissen Abstand von der Düsen¬ platte erforderlich.
Bezuαszeichenliste
Spinnbalken 1
Düsenplatte 2
Luftkanal 21
Schaumbehälter 3, 30
Eintrittsöffnung 31
Gestell 32
Auffangwanne 33
Klappe 34
Austrittsöffnung 35
Ablauf 36
Füllstandsbegrenzer 37
Trennfuge 38
Füllstandsfühler 4
Schaumerzeuger 5; 50, 50'
Luftzufuhr 51
Kühlflüssigkeitszufuhr 52
Sinterkerzen 53
Flüssigkeitsspiegel 54
Mischer 6
Umwälzpumpe 7
Dosierpumpe Präp.Öl 71
Dosierpumpe Wasser 72
Antriebsmotoren 42, 83
Elektroden 8
Konzentrationsregler 81
Frequenzwandler 82
Kühlstrecke SK
Luftspalt S
Grenztemperatur fcG
Kühlstrecken zum Erreichen
Grenztemperatur SA, SB, SC
Filamente F
Claims
1. Verfahren zum Abkühlen schmelzgesponnener Filamente aus fadenbildenden Polymeren, bei welchem die Schmelze aus Spinndüsen in Form von flüssigen Filamenten austritt und diese Filamente kurz danach einer Zone zugeführt werden, in welcher das Spinngut zur Kühlung einem Medium ausge¬ setzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium als Schaum aufbereitet und das aus den Spinndüsen (2) austre¬ tende Spinngut in der Kühlzone durch diesen Schaum gelei¬ tet wird, bevor das Spinngut einem weiteren Prozeß zugeführt wird
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium aus einer Flüssigkeit besteht, welcher ein Gas beigegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeit aus einer Mischung von Wasser und Präparati- onsöl besteht, welcher Luft beigegeben wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum vorzugsweise aus etwa 5 bis 10% Volumenanteilen Flüssigkeit bereitet ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumerzeugung kontinu¬ ierlich erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Zerfall des Schaumes - H -
entstehende Flüssigkeit aufgefangen und zur Schaumerzeu¬ gung zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Spinndüse (2) aus¬ tretende Spinngut (F)nach einer möglichst kurzen, freien Strecke (S) mit dem Schaum in Berührung gebracht wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum axial im Gegenstrom mit dem aus der Spinndüse austretenden Spinngut (F) in Be¬ rührung gebracht wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum in einem Schaumer¬ zeuger (5; 50, 50') bereitet und von diesem unmittelbar in einen Behälter (3) geleitet wird, durch den das Spinngut (F) geführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum in Nähe der Austrittsöffnung (35) für das Spinngut (F) in den Behälter (3) geleitet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbehälter (3) auf einem bestimmten Füllstandsniveau gehalten wird, durch welches die erforderliche Kühlstrecke (SK) bestimmt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Polymerschmel¬ ze aus in einem Spinnbalken (1) angeordneten Spinndüsen (2) in Form von flüssigen Filamenten (F) austritt und durch eine Kühlzone geleitet wird, bevor die Filamente (F) einem weiteren Prozeß zugeführt werden, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in der Kühlzone ein Schaumbehälter (3) ange¬ ordnet ist, durch den die Filamente (F) zur Abkühlung hin- durchgeleitet werden, welchem ein Schaumerzeuger (5; 50, 50') zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbehälter (3) senkrecht angeordnet ist und an seinem oberen Ende eine weite Eintrittsöffnung (31) auf¬ weist, sodaß die Filamente (F) die Wandungen des Schaum¬ behälters (3) nicht berührt, und an seinem unteren Ende eine enge Austrittsöffnung (35) aufweist, die weitgehend von den Filamenten (F) ausgefüllt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (31) als Überlauf ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger (5; 5o, 50') am unteren Ende des Schaumbehälters (3) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger (5; 50, 50*) unmittelbar in den Schaumbehälter (3) mündet.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger (5; 50, 50') an eine Flüssigkeitszufuhr (52) und an eine Luftzu¬ fuhr (51) angeschlossen ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger (5; 50, 50') in Fortsetzung des Schaumbehälters (3) an dessen un¬ teren Ende angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger aus zwei Halbschalen (50, 50')besteht, die in radialer Richtung auseinanderschwenkbar sind, so daß die von den Halbschalen (50, 50') umgebene, aus dem Schaumbehälter (3) austretenden Filamente (F) freigegeben werden.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (50, 50') jeweils einen in sich geschlos¬ senen Flüssigkeitsbehälter aufweisen, in welchem Luft¬ einführungselemente (53) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinführungselemen¬ te (53) aus Sintermaterial bestehen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinführungselemente (53) als Sintermetallkerzen ausgebildet sin .
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger (50, 50') einen Füllstandsbegrenzer (37) für die Flüssigkeit aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsbegrenzer (37) als Überlauf ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintrittsseite (31) des Schaumbehälters (3) eine Vorrichtung zur Glättung des Schaumspiegels angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Glättung des Schaumspiegels aus einem Absaugkanal (21) besteht.
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