[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spinnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Derartige Vorrichtungen dienen zum Schmelzspinnen von synthetischen Fäden und sind
beispielsweise aus der DE 195 40 907 A1 bekannt.
[0003] Hierzu wird einem Spinnbalken von einer Schmelzequelle, wie beispielsweise einem
Extruder oder einer Polymerisationsanalage Polymerschmelze zugeführt. Die Schmelze
wird innerhalb des Spinnbalkens meist einer oder mittels eines Verteilers mehreren
Dosierpumpen zugeführt, die die Schmelze mit einem definierten Volumenstrom auf Spinntöpfe
verteilt, in denen die Filamente gebildet werden. Die Elemente des Spinnbalken, also
Verteiler, Dosierpumpen, Verrohrungen und Spinntöpfe werden gemeinsam beheizt und
sind von einer Isolierung umgeben.
[0004] Teilweise verändern die für das Schmelzspinnen eingesetzten Polymere unter dem Einfluss
von Temperatur und Zeit ihre physikalischen Eigenschaften. So neigt beispielsweise
Polyamid 6.6 zu Nachpolykondensation, was zu einer unschmelzbaren Verfestigung des
Materials führt und somit zu Ablagerungen oder im Extremfall zu einer Verstopfung
der Leitungen führt. Aus diesem Grund wird bei der Konstruktion von Spinnbalken besonderes
Augenmerk auf eine gleichmäßige kurze Verweilzeit der Schmelze im Spinnbalken sowie
auf eine sehr gleichmäßige Temperatur gerichtet. Die Verweilzeit der Schmelze kann
durch strömungsmechanische Optimierung der Leitungen vergleichmäßigt werden. Die gleichmäßige
Temperatur des Spinnbalkens wird durch die Beheizung mittels eines Wärmeträgermediums
erreicht, das in einem Flüssigkeits-/Gasgemisch in Spinnbalken enthalten ist. Durch
Kondensation des gasförmigen Fluidanteils an den kalten Stellen wird Wärme an diese
abgegeben, so dass innerhalb des Spinnbalkens eine sehr gleichmäßige Temperatur, die
dem Siedepunkt des Wärmeträgermediums entspricht, erreicht wird. Ebenfalls bekannt
sind Öl als Wärmeträgermedium oder elektrische Heizungen.
[0005] Trotz der oben beschriebenen konstruktiven Maßnahmen ist das Spinnen vom Polyamid
6.6 bei Chemiefaserherstellern gefürchtet. Falls es zu einer Bildung von nachkondensiertem
Polymer und somit zu einer Verstopfung der Leitungen kommen sollte, so ist der Spinnbalken
vollständig zu demontieren und die verstopften Elemente sind in einem externen Ofen
zu regenerieren, d.h. bei Temperaturen von 450 bis 550° Celsius pyrolytisch zu reinigen.
Diese Situation kann vor allen bei Anlagenstillständen oder bei zu geringen Polymerdurchsätzen
auftreten. Aber auch ohne Auftreten eines unerwarteten Betriebszustandes kann es erforderlich
sein, den Spinnbalken in gewissen Zeitabständen zu regenerieren.
[0006] Der Regenerationsaufwand hält gerade kleine und unerfahrene Chemiefaserhersteller
von der Verarbeitung von kritischen Polymeren wie Polyamid 6.6 ab.
[0007] Die Konstruktion eines Spinnbalkens muss die leichte Demontierbarkeit und die Zerlegbarkeit
in kleine Einheiten berücksichtigen. Entsprechende Flansche an den Rohrleitungen mit
Abdichtungsmitteln sind vorzusehen.
[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Spinnen nach dem Stand der
Technik dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Regeneration des Spinnbalkens ohne
aufwändige Demontage ermöglicht wird.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Spinnbalken über eine
dauerhaft installierte oder eine vorübergehend an dem Spinnbalken anbringbare Regenerationsheizung
verfügt, die den Spinnbalken bei Bedarf auf die erforderliche Pyrolysetemperatur erwärmt.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Regenerationsvorgang so ohne aufwändige
Demontage des Spinnbalkens erfolgen kann. Der Spinnbalken kann als ganze Einheit gebaut
werden, so dass demontierbare Flansche und andere Leckagerisiken nicht erforderlich
sind, wodurch der Spinnbalken kostengünstiger und einfacher aufgebaut ist.
[0010] Die für den Regenerationsvorgang erforderliche Pyrolysetemperatur kann im Fall eines
durch Wärmeträgermedium beheizten Spinnbalkens normalerweise nicht mit diesem Heizungsprinzip
erreicht werden. Aus diesem Grund ist für den Regenerationsvorgang eine separate Regenerationsheizung
vorgesehen. Sie ist in Form einer elektrischen Widerstandsheizung oder eines Heißluftgebläse
oder Ähnlichem ausgeführt.
[0011] Zum Durchführen des Regenerationsvorganges ist die Regenerationsheizung in der Lage,
die schmelzeführenden Bestandteile auf Temperaturen oberhalb der Betriebstemperatur
aufzuheizen. Vorzugsweise liegt diese Temperatur im Bereich von 450 bis 550 °C, in
dem die organischen Ablagerungen thermisch zersetzt werden.
[0012] Im Fall eines mit einer elektrischen Betriebsheizung beheizten Spinnbalkens, kann
diese sinnvollerweise zugleich auch als Regenerationsheizung eingesetzt werden und
ist in der Lage, den Spinnbalken auf Regenerationstemperatur zu erwärmen.
[0013] Durch die thermische Zersetzung der organischen Ablagerungen entstehen im Spinnbalken
Gase und Dämpfe. Daher ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Mittel
zum Absaugen der entstehenden Gase und Dämpfe vorgesehen. In einer besonders bevorzugten
Weiterbildung werden die abgesaugten Gase und Dämpfe gefiltert.
[0014] In dem Fall, dass der Spinnbalken mit einem Wärmeträgermedium beheizt wird, verfügt
eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung über Mittel, um das Wärmeträgermedium
für die Dauer des Regenerationsvorganges abzulassen und ausserhalb des auf Regenerationstemperatur
beheizten Spinnbalkens zu verwahren. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die während des Regenerationsvorganges durch
Verdampfung des Wärmeträgermediums entstehenden Dämpfe abzuführen.
[0015] Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
[0016] Es stellen dar:
- Fig. 1:
- einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spinnen,
- Fig. 2:
- einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 3:
- einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[0017] In Fig. 1 ist im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spinnen dargestellt.
Von einem Extruder 1 wird über eine Schmelzezuleitung 2 dem Spinnbalken 3 Polymerschmelze
zugeführt. Anstelle des Extruders 1 kann hier auch eine direkte Polykondensation als
Quelle für die Polymerschmelze dienen. Innerhalb des Spinnbalkens 3 teilt sich die
Schmelzezuleitung 2 auf zwei Spinnpumpen 4 auf. Die Spinnpumpen 4 verteilen die Polymerschmelze
dosiert über die Verteilerleitungen 5 auf die einzelnen, in den Spinntopfaufnahmen
6 untergebrachten und hier nicht dargestellten Spinntöpfe. In diesen Spinntöpfen werden
aus der Polymerschmelze die Filamente zur Bildung des Fadens extrudiert. Sowohl die
Anzahl der Spinntopfaufnahmen 6 als auch die Anzahl der Spinpumpen 4 ist hier beispielhaft
gewählt.
[0018] Innerhalb des Spinnbalkens 3 ist ein Hohlraum 7 ausgebildet, der mit einem Wärmeträgermedium
gefüllt ist. Dieses Wärmeträgermedium zirkuliert über einen Zulauf 8.1 und einen Ablauf
8.2 durch ein Betriebsheizmittel 8.3. Auf diese Weise wird der Spinnbalkens 3 durch
das Betriebsheizmittel 8.3 auf Betriebstemperatur beheizt, wobei als Betriebstemperatur
250 bis 330 °C üblich sind.
[0019] Als Wärmeträgermedium sind Öl oder Diphyl bekannt. Hier hat Diphyl den Vorteil, dass
es im Spinnbalken 3 in flüssiger und gasförmiger Phase vorliegt, so dass kalte Bestandteile
des Spinnbalkens 3 durch Kondensation des gasförmigen Diphyls durch die dabei entstehende
Kondensationswärme gezielt beheizt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die
Betriebsheizung der Schmelzezuleitung 2, die mit der Betriebsheizung 8.3 zusammenwirkt
oder separat betrieben ist, hier nicht dargestellt.
[0020] Obwohl die Länge der aufgeteilten Schmelzezuleitung 2 wie auch die Länge der Verteilerleitungen
5 zu den jeweiligen Spinntopfaufnahmen 6 für jeden Zweig gleich ist und somit die
Verweildauer der Schmelze in den schmelzeführenden Teilen des Spinnbalkens 3 für jede
Spinntopfaufnahme 6 gleich ist, kann es trotz der gleichmäßigen Temperatur im Spinnbalken
3 zu einer Degeneration des Polymers kommen.
[0021] Daher ist in Figur 1 an dem Spinnbalken 3 eine Regenerationsheizung vorgesehen, mit
der der Spinnbalken 3 auf eine Regenerationstemperatur oberhalb der Betriebtemperatur
beheizt werden kann.
[0022] Die Regenerationsheizung ist in diesem Fall ein Heißluftgebläse, dass aus dem Heißluftauslass
10, dem Filter 12, dem Gebläse 13, dem Regenerationsheizmittel 14 und der Heißluftzufuhr
9 besteht.
[0023] Zur Durchführung des Regenerationsheizprozesses ist das sich in dem Hohlraum 7 befindliche
Wärmeträgermedium in ein Auffangreservoir 8.4 umfüllbar. Der nun nur noch mit Luft
gefüllte Hohlraum 7 wird mittels der Regenerationsheizung so lange mit Heißluft durchströmt,
bis die sich innerhalb des Spinnbalkens 3 befindlichen Bauteile auf die Regenerationstemperatur
erwärmt haben. Dazu führt das Gebläse 13 die Luft durch das Regenerationsheizmittel
14, das die durchströmende Luft erhitzt. Die Heißluft wird durch die Heißluftzufuhr
9 durch den Spinnbalkens 3 geleitet und durch den Heißluftauslass 10 zurückgeführt.
Eventuell von den Resten des Wärmeträgermediums gebildete Dämpfe werden durch den
Filter 12 aufgefangen. Parallel zu dem oben beschriebenen Weg der Heißluft durch den
Spinnbalken 3 ist in dem Beispiel in Figur 1 ein zweiter Heißluftkanal 11 vorgesehen,
der die Schmelzezuleitung 2 ebenfalls auf Regenerationstemperatur erhitzt.
[0024] Ein Steuermittel 15 erfasst mittels eines Temperaturmessfühlers 19 die Temperatur
im Spinnbalken 3 und steuert das Gebläse 13 und das Regenerationsheizmittel 14 auf
der Basis eines Soll- / Istwertvergleiches an.
[0025] Während des Regenerationsvorganges werden die hier nicht dargestellten Spinntöpfe
aus den Spinntopfaufnahmen 6 entfernt, so dass die Öffnungen der Verteilerleitungen
5 offen sind. An der Schmelzezuleitung 2 ist eine Öffnung 2.1 vorgesehen, durch die
Druckluft in das Schmelzeleitungssystem geblasen werden kann. Alternativ ist die Schmelzezuleitung
2 über die Öffnung 2.1 mit einer Absaugvorrichtung 2.2 verbunden, durch die die während
des Regenerationsvorganges entstehenden Gase abgesaugt und gefiltert werden.
[0026] Rückstände in der Schmelzezuleitung 2 und den Verteilerleitungen 5, die durch den
Regenerationsvorgang nicht vollständig abgebaut werden konnten, d.h. deren Polymerketten
nicht vollständig bis zur gasförmigen Form aufgebrochen wurden, werden bei einem sich
an den Regenerationsvorgang anschließenden Spülvorgang der Leitungen mit Polymer ohne
eingesetzte Spinnpakete ausgetragen.
[0027] Die Regenerationsheizung kann fest mit dem Spinnbalken verbunden sein. Es ist aber
auch möglich und wirtschaftlich sinnvoll, den Filter 12, das Gebläse 13, das Regenerationsheizmittel
14 und das Steuermittel 15 demontierbar auszuführen, so dass es je nach Bedarf an
der Heißluftzufuhr 9 und dem Heißluftauslass 10 des zu regenerierenden Spinnbalkens
angebracht werden kann. Dadurch reicht es für einen Hersteller von Chemiefasern, für
mehrere Spinnbalken nur eine Regenerationsheizung vorzuhalten.
[0028] Obwohl in Fig. 1 als Betriebsheizung eine Heizung mit Wärmeträgermedium dargestellt
ist, umfasst der erfindungsgemäße Spinnbalken auch andere Ausführungsformen der Betriebsheizung,
wie zum Beispiel die (elektrische) Begleitheizung der schmelzeführenden Bauteile.
Diese sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dasselbe gilt auch für die nachfolgende
Figur.
[0029] In Fig. 2 ist eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Spinnbalkens 3 gezeigt. Die
Regenerationsheizmittel 16 basieren hier auf einer zusätzlichen elektrischen Beheizung
des Spinnbalkens 3. Obwohl hier der Hohlraum des Spinbalkens nicht von Heißluft durchströmt
wird, ist trotzdem ein Auffangreservoir 8.4 für das Wärmeträgermedium vorgesehen,
da in der Regel die eingesetzten Wärmeträgermedien nicht im Bereich der Regenerationstemperaturen
wärmebeständig sind. Im Spinnbalken 3 verbliebene Reste des Wärmeträgermediums verdampfen
während des Regenerationsvorganges und werden von einem Absaugmittel 20 abgesaugt.
[0030] In der Regel ist der Spinnbalken nach außen gut wärmeisoliert, während die Bauteile
im Inneren die Wärme relativ gut leiten. Dadurch und durch die Wärmestrahlung im Inneren
des Spinnbalkens 3 wird eine ausreichend gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht, wobei
beim Regenerationsvorgang die Anforderungen an die Temperaturgleichmäßigkeit nicht
so hoch sind, wie im Spinnereibetrieb. Die Anzahl und die jeweilige Lage der Regenerationsheizmittel
16 leiten sich aus der Konstruktion des Spinnbalkens 3 ab und können von einem Fachmann
entsprechend ausgelegt werden. Die Regenerationsheizmittel 16 sind als Heizwendeln,
Heizstäbe etc. ausgeführt und übertragen die Wärme durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung.
Auch hier können die Regenerationsheizmittel 16 entweder dauerhaft im Spinnbalken
3 installiert sein oder aber austauschbar ausgeführt sein. Gerade im Zusammenhang
mit Heizstäben bietet es sich an, diese in eigens dafür vorgesehene, im normalen Betrieb
durch Stopfen verschlossene Öffnungen des Spinnbalkens 3 einzusetzen.
[0031] Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Spinnen
3. Im Gegensatz zu den in den vorhergehenden Figuren dargestellten Beispielen erfolgt
hier die Beheizung des Spinnbalkens 3 im normalen Spinnbetrieb (Betriebsheizung) nicht
über ein Wärmeträgermedium, sondern durch Heizmittel 17 an den einzelnen schmelzeführenden
Teilen, die hier als Begleitheizungen ausgeführt sind. Dies können beispielsweise
elektrische Widerstandsheizungen sein. Die Heizmittel 17 werden von einem Steuermittel
18 angesteuert, das z.B. die Temperaturregelung beinhaltet. Das Steuermittel 18 verfügt
über einen gesonderten Betriebsmodus, in dem die Heizmittel mit einer höheren Regenerationstemperatur
betreibbar sind, so dass mit dem Betriebsheizmittel zugleich der Regenerationsvorgang
durchführbar ist.
Bezugszeichenliste
[0032]
- 1.
- Extruder
- 2.
- Schmelzezuleitung
- 2.1
- Öffnung
- 2.2
- Absaugmittel
- 3.
- Spinnbalken
- 4.
- Spinnpumpe
- 5.
- Verteilerleitung
- 6.
- Spinntopfaufnahme
- 7.
- Hohlraum
- 8.1
- Wärmeträgermedium Zulauf
- 8.2
- Wärmeträgermedium Ablauf
- 8.3
- Betriebsheizmittel
- 8.4
- Auffangbehälter
- 9.
- Heißluftzufuhr
- 10.
- Heißluftauslass
- 11.
- Zweiter Heißluftkanal
- 12.
- Filter
- 13.
- Gebläse
- 14.
- Regenerationsheizmittel
- 15.
- Steuermittel
- 16.
- Regenerationsheizmittel
- 17.
- Heizmittel
- 18.
- Steuermittel
- 19.
- Temperaturmessfühler
- 20.
- Absaugmittel
1. Vorrichtung zum Spinnen von schmelzgesponnenen Filamentgarnen,
mit einem Spinnbalken (3),
sowie mit zumindest einer Schmelzezuleitung (2) zum Zuleiten von Polymerschmelze zum
Spinnbalken (3),
wobei der Spinnbalken (3)
Verteilerleitungen (5) zur Weiterverteilung der Polymerschmelze, Spinntopfaufnahmen
(6) zur Aufnahmen von Spinntöpfen zum Extrudieren der Schmelze zu Filamentgarnen,
und eine Betriebsheizmittel (8.3) zum Beheizen des Spinnbalkens (3) auf eine Betriebstemperatur
während des Spinnens enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spinnbalken (3) eine zusätzliche Regenerationsheizeinrichtung (14, 16) enthält,
mit der der Spinnbalken (3) auf eine Regenerationstemperatur oberhalb der Betriebstemperatur
beheizbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regenerationsheizung (14, 16) für das Durchführen des Regenerationsvorganges an
den Spinnbalken (3) anbaubar ist..
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regenerationsheizung (16) eine elektrische Widerstandsheizung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regenerationsheizung (14) ein Heißluftgebläse ist.
5. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Betriebsheizung (17) in einem Regenerationsmodus betreibbar ist, in der der Spinnbalken
(3) auf eine Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur, vorzugsweise auf 450 bis
550 °C, aufheizbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Absaugmittel (2.2) zum Absaugen der während des Regenerationsvorganges in Folge der
Regeneration der Schmelzeablagerungen entstehenden Gase und Dämpfe vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Betriebsheizung die Wärme mit einem Wärmeträgermedium überträgt und dass Absaugmittel
(20) zum Absaugen der während des Regenerationsvorganges in Folge der Zersetzung des
Wärmeträgermediums entstehenden Gase und Dämpfe vorhanden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zum Filtern (12, 2.2, 20) der abgesaugten Gase und Dämpfe vorhanden sind.