Spinnmaschine zur Kontinuierlichen Herstellung von Filamenten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Spinnmaschine zur kontinuierlichen Herstellung von extrudierten Filamenten durch ein Naßspinnverfahren mit oder ohne Luftspalt, mit mindestens einem Walzenpaar, deren Achsen zueinander schräggestellt sind und die in axialer Richtung eine Naßzone für den von einer Spinndüse bzw. einem Koagulationsbad kommenden Faden aufweist, an welche eine Trocknungszone anschließt.

[0002] Gemäß dem Stand der Technik, wie er im Fachbuch Götze, "Chemiefasernnach dem Viskoseverfahren", 3. Auflage, 1967, Seite 900, Verlag Springer, Berlin, Heidelberg, New York, beschrieben ist, wird ein an einer Spinndüse frisch gebildeter Faden von einem Walzenpaar aus einem Koagulationsbad gezogen. Der Faden wird wendelförmig über das Walzenpaar geführt, wobei die Achsen der Walzen in einer Ebene liegen, jedoch nicht parallel zueinander verlaufen, sondern einen Winkel zueinander einschließen. Der um beide Walzen geführte Faden hat das Bestreben, zum gedachten Schnittpunkt der Walzen hinzulaufen, wodurch sich ein selbsttätiger, gleichmäßiger Fadenvorschub längs der Walzen und der Naß- und Trocknungszone ergibt. Die Naßzone umfaßt einen Bereich der Fadenverfestigung und einen daran anschließenden Bereich der Entsäuerung durch Waschen. Die Trocknungszone umfaßt einen beheizten Walzenbereich. Die Winkelstellung der Walzenachsen führt zu konstanten Abständen der Fadenwindungen,z. B. 6 mm über die gesamte Walzenlänge. Der große Fadenabstand ist im gesamten Naßbereich von ausschlaggebender Wichtigkeit, weil dadurch ein Zusammenkleben der Fadenwindungen vermieden wird. Sobald der Faden verfestigt ist, also insbesondere in der Trocknungsphase, besteht die Notwendigkeit eines großen Windungsabstandes nicht. Durch den großen Fadenabstand auch im Trocknungsbereich müssen die Walzen besonders lang sein, weil eine gewisse beheizte Weglänge im Walzenkontakt für die Trocknung notwendig ist. Ein besonders stabiler Fadenlauf ist ebenso wichtig, wie Maßnahmen zur Vermeidung des Aneinanderhaftens der einzelnen Fadenwindungen, etwa durch Fadenführungsorgane.

[0003] Beim Nelson- Verfahren, beschrieben in R.W. Moneriff "Manmade Fibres" aus dem Newnes Butternorths Verlag, London 1975, also einem Spinnverfahren mit einem Walzen paar mit einer Koagulationszone im ersten Drittel der Walzenlänge, einer Waschzone im zweiten Drittel und einer Trockenzone im dritten beheizten Drittel der Walze Werden die Walzen zueinander schräggestellt (Figur 67). Dadurch erreicht man einen kontinuierlichen Faden vorschub von links nach redits bei gleichem gleichbleibendem Fadenabstand.

[0004] Die Erfindung zielt darauf ab, den Fadentransport über ein Walzenpaar entlang einer wendelförmigen Fadenspur mit variablem seitlichen Windungsabstand derart zu gestalten, daß ohne zusätzliche Fadenführungsorgane sowohl die Einhaltung des im Naßbereich der Nachbehandlungsstrecke erforderlichen seitlichen Sicherheitsabstandes (z. B. im Falle von Filamenten mit 110 dtex ca. 4-6 mm) wie auch dessen kontinuierliche Reduktion im Trocknungsbereich auf das erforderliche Mindestmaß ermöglicht wird, wodurch bei reduzierten Walzenlängen, die u.a. auch eine Verbesserung der Bedienbarkeit mit sich bringt, eine entsprechend wirtschaftliche Ausnutzung der Trocknungsenergie und gleichzeitig optimale Produktionsgeschwindigkeit gewährleistet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Achsen des Walzenpaares sowohl in einer vertikalen Bezugsebene als auch in einer horizontalen Bezugsebene einen Winkel zueinander einschließen. Wenn also die Achsen der Walzenpaare nicht nur in einer Projektion auf eine Vertikalebene durch eine der Achsen einen Winkel zueinander einschließen, sondern darüber hinaus eine der Achsen noch aus einer Vertikalebene verdreht ist, also die Achsen windschief zueinander verlaufen, dann kann durch Bestimmung der Winkel in Abstimmung mit den Walzendurchmessern und dem Achsabstand ein Fadenverlauf erreicht werden, bei dem die Windungsabstände in der Naßzone groß sind und sich z. B. kontinuierlich bis zur Trocknungszone verkleinern. Durch den sich beispielsweise von 6 mm zu Beginn der Naßzone auf 0,5 mm in der Trocknungszone verkleinernden Windungsabstand auf dem Walzenpaar kann auf einem Walzenpaar bei kürzerer Gesamtlänge und geringerem Energieaufwand, insbesondere für die Walzenheizung, ein besserer Wirkungsgrad bei dem Verfahrensablauf erreicht werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Walzenpaar als Haupt- und Hilfswalze ausgebildet ist und die Hilfswalze einen kleineren Durchmesser aufweist als die Hauptwalze etwa 1:2 bis 1:4. Besonders vorteilhaft ist ein Durchmesserverhältnis von 1:3 bzw. 1:4. In der Praxis hat sich eine Anordnung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der bei horizontaler Achsenanordnung der einen Walze, beispielsweise der Hauptwalze, die Achse der anderen Walze, z. B. Hilfswalze, die Hauptwalzenachse in vertikaler Projektion bei etwa einem Drittel ihrer Länge im Bereich der Naßzone kreuzt und die Koordinaten der Achslagerpositionen dieser Walze, z.B.Hilfswalze, von den Koordinaten der Achslagerpositionen einer zur Hauptwalze parallelen Anordnung einer Walze, z.B. Hilfswalze, in beiden Koordinatenrichtungen abweichen. Um die Fadenverkürzungen und Dehnungen bei der Koagulation, der Verfestigung, der Waschphase und bei der Trocknungsphase noch besser zu berücksichtigen, kann mindestens eine der Walzen des Walzenpaares über einem Teilbereich ihrer axialen Länge, vorzugsweise dem Bereich der Entsäuerung, konisch gegen die Trocknungszone hin ansteigend ausgebildet sein. Zumeist folgt jedoch auch die andere Walze, z. B. die Hilfswalze, in ihrer Durchmesserkonfiguration in proportionalem Maßstab der Formgebung der Hauptwalze.

[0005] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinnmaschine ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Haupt- und einer Hilfswalze mit einem angedeuteten Fadenverlauf, Fig. 2 die Stirnansicht dazu mit Koagulationsbad und Spinndüse und Fig. 3 einen Grundriß zu Fig. 1, jedoch lediglich der Walzenachsen.

[0006] Ein Viskosefaden 1 wird gemäß Fig. 2 in einem Koagulationsbad 2 mittels einer Spinndüse 3 gebildet. Der Faden 1 wird unter Mitnahme von Koagulationsmittel aus dem Bad 2 hochgezogen und in Windungen über eine Hauptwalze 4 und eine Hilfswalze 5 geführt. Die Hauptwalze 4 umfaßt einen Naßteil 6, der sich über etwa dreiviertel ihrer Länge erstreckt und einem beheizten Trocknungsteil 7. Im Naßteil 6 erfolgt in einer sauren Phase 8 die Fadenverfestigung und daran anschließend die Entsäuerung in einer Waschphase 9.

[0007] Die Achse 5' der Hilfswalze 5 ist in der Vertikalebene durch die Achse 4' der Hauptwalze 4 zu der Achse 4' geneigt (Fig. 1) und zusätzlich aus der Vertikalebene herausgedreht (Fig. 3). Die Neigung der Achse 5' gegen die horizontale Achse 4' ist in Fig. 1 erkennbar, die Verdrehung der Achse 5' gegenüber der Achse 4' zeigt Fig. 3 im Grundriß der Achsen ganz deutlich. Auch Fig. 2 zeigt die Achsen, nämlich die Hauptwalzenachse 4' in Punktprojektion und die Hilfswalzenachse 5' in windschiefer Position dazu. Diese Anordnung führt zu dem in Fig. 1 angedeuteten Fadenverlauf mit einem sich von der Naßzone 6 zur Trocknungszone 7 hin verringernden Windungsabstand des Fadens 1. Damit ist sichergestellt, daß es bei der Fadenverfestigung in der sauren Koagulationsphase 8, bei der noch verhältnismäßig viel saures Koagulationsbad vom Faden mitgenommen wird, nicht zu einer gegenseitigen Fadenberührung einschließlich seines mitgezogenen Naßbereiches kommt. In der Waschphase 9 wird Wasser über Düsen auf die Walze 4 gespritzt, der bereits verfestigte Faden wird entsäuert und unterliegt einer Dehnung. Die Windungsabstände sind dort wesentlich verkleinert. In der Trocknungszone 7 kommt es darauf an, daß zur bestmöglichen Ausnützung der beheizten Walzenfläche möglichst viele Windungen bzw. Umschlingungen über die Walze 4 führen. Da sich durch die Ausrichtung der Achsen 4' und 5' im Endbereich des Walzenpaares ein geringer Windungsabstand ergibt, wird der oben genannten Forderung bezüglich der Trocknung optimal entsprochen. Durch Änderung der Achsenschrägstellung können die Windungsabstände vergrößert und verkleinert werden. Um der Fadenverlängerung infolge der waschungsbedingten Dehnung Rechnung zu tragen, kann die Hauptwalze 4 und gegebenenfalls die Hilfswalze 5 leicht konisch (in Richtung zur Trocknungsphase ansteigend) ausgebildet sein. Dieser konische Bereich kann auf die Zone 9 eingeschränkt sein, die etwa vom Kreuzungspunkt 10 der Achsen 4', 5' bis zur beheizten Trockungszone 7 verläuft.

[0008] Bei einer im Betrieb befindlichen Spinnmaschine beträgt der Durchmesser der Hauptwalze 1 etwa 180 mm und jener der Hilfswalze etwa 50 mm. Bei der Betrachtung von der Koagulationsbadseite her (Fig. 2) kommt der trockenteilseitige Hilfswalzenendpunkt der Achse 5' in einer Position von ca. 136 mm unterhalb der Hauptwalzenachse 4' und ca. 61 mm links, der koagulationsbadseitige Endpunkt der Hilfswalze 5 in einer Position von ca. 113 mm unter der Hauptwalzenachse 4' und ca. 52 mm rechts, beides auf die ursprüngliche gemeinsame Walzenebene (Vertikalebene) bezogen, zu liegen. Der Kreuzungspunkt, d. h. der Punkt des geringsten Achsabstandes, befindet sich bei dieser Anordnung koagulationsbadseitig etwa im ersten Vierteil der Walzenlängen. Der seitliche Abstand der ersten der schraubenlinienförmigen Windungen beträgt im Bereich 8 der Fig. 1 bei 110 dtex ca. 9 mm und verringert sich kontinuierlich, um bei den letzten Umwindungen im Bereich 7 0,8 mm zu betragen. Die Wahl der seitlichen Abstände der schraubenlinienförmigen Windungen, d. h. der erforderliche Kreuzungswinkel der Walzenaschsen, ist in Abhängigkeit von Walzendurchmesser und Walzenabstand an den jeweils zu spinnenden Titer anzupassen.

[0009] Bei gleichen Walzenabmessungen, jedoch mit den nach dem Stand der Technik in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Walzenlängsachsen werden je nach Anstellwinkel der Achsen zueinander variable, aber über die gesamte Walzenlänge gleiche seitliche Abstände der einzelnen Umwindungen erzeugt. In der Praxis mußte bei einem Titer von 110 dtex für einen störungsfreien Spinnprozeß ein seitlicher Mindestabstand von 4,5 mm eingehalten werden, d. h. bei einer gleichen nutzbaren Trockenteillänge von 270 mm konnten daher nur 60 Umwindungen untergebracht werden, das sind nur 36 % der beim erfindungsgemäßen Beispiel erzielbaren Fadenlänge im Trockenteilbereich. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann daher bei vergleichbarem Raumbedarf hinsichtlich der Walzenanordnung und gleichen Spinngeschwindigkeiten infolge der verlängerten Kontaktzeit im Trockenbereich die Oberflächentemperatur des Trockenteils und damit auch der hiefür erforderliche Energiebedarf deutlich gesenkt werden. Durch die erfindungsgemäße Anrodnung der Walzenpaare können außerdem unter gleichzeitiger Erhaltung der leichten Bedienbarkeit beim Anspinnen bzw. Spulenwechsel mehrere dieser Vorrichtungen etagenweise übereinander in besonders raumsparender Weise angeordnet werden.

[0010] Die textilen Daten der gesponnenen Garne entsprechen in beiden Beispielen dem für im kontinuierlichen Verfahren hergestellten Garnen (Continuegarne) üblichen Wertniveau.

[0011] Die Spinnmaschine ist für Viskoseverfahren erprobt und für Naßspinnverfahren mit oder ohne Luftspalt im allgemeinen einschließlich der Lösungsspinnverfahren wie auch für NMMO-Verfahren geeignet.

Ansprüche

1. Spinnmaschine zur kontinuierlichen Herstellung von extrudierten Filamenten durch ein Naßspinnverfahren mit oder ohne Luftspalt, mit mindestens einem Walzenpaar, dessen Achsen zueinander schräggestellt sind und das in axialer Richtung eine Naßzone für den von einer Spinndüse bzw. einem Koagulationsbad kommenden Faden aufweist, an welche eine Trocknungszone anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (4', 5') des Walzenpaares (4, 5) sowohl in einer vertikalen Bezugsebene als auch in einer horizontalen Bezugsebene einen Winkel zueinander einschließen, daß das Walzenpaar als Haupt- (4) und Hilfswalze (5) ausgebildet ist und die Hilfswalze (5) einen kleineren Durchmesser aufweist als die Hauptwalze (4) und daß bei horizontaler Achsenanordnung der Hauptwalze (4), die Achse (5') die Hauptwalzenachse (4') in vertikaler Projektion kreuzt und die Koordinaten der Achslagerposition dieser Hilfswalze (5), von den Koordinaten der Achslagerposition einer zur Hauptwalze (4) parallelen Anordnung einer Walze, in beiden Koordinatenrichtungen abweichen.

2. Spinnmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis von Hilfswalze (5) zur Hauptwalze (4) etwa 1:2 bis 1:4 beträgt.

3. Spinnmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei horizontaler Achsenanordnung der Hauptwalze (4) die Achse der Hauptwalze (4) jene der Hilfswalze (5) in vertikaler Projektion bei etwa einem Drittel ihrer Länge kreuzt.

4. Spinnmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Walzen (4, 5) des Walzenpaares über einen Teilbereich ihrer axialen Länge, vorzugsweise dem Bereich der Entsäuerung (9), konisch gegen die Trocknungszone (7) hin ansteigend ausgebildet ist.

Claims

1. Spinning machine for continuously manufacturing extruded filaments through a wet spinning process with or without an air gap, with at least one pair of rollers whose axes are positioned at an angle to each other, and which in the axial direction has a wet zone, for the thread coming from a spinning nozzle or a coagulation bath, which is followed by a dry zone, characterised in that the axes (4', 5') of the roller pair (4, 5) form an angle to each other both in a vertical reference plane as well as in a horizontal reference plane, that the roller pair is constructed as main roller (4) and secondary roller (5) and the secondary roller (5) has a smaller diameter than the main roller (4) and that when the axis of the main roller (4) is horizontally arranged, the axis (5') intersects the main roller axis (4') in a vertical projection and the coordinates of the axle bearing position of this secondary roller (5) deviate in both coordinate directions from the coordinates of the axle bearing position of an arrangement of a roller parallel to a main roller (4).

2. Spinning machine according to claim 1, characterised in that the cross-sectional relationship of secondary roller (5) to the main roller (4) amounts to approximately 1:2 to 1:4.

3. Spinning machine according to claim 1, characterised in that when the axis of the main roller (4) is horizontally arranged, the axis of the main roller (4) intersects that of the secondary roller (5) in a vertical projection approximately at one third of its length.

4. Spinning machine according to one of the claims 1 to 3, characterised in that at least one of the rollers (4, 5) of the roller pair over a partial region of its axial length, preferably in the region of deacidification (9), is constructed at a conical incline towards the drying zone

Revendications

1. Métier à filer pour la fabrication en continu de filaments extrudés par un procédé de filage au mouillé avec ou sans fente d'aération, avec au moins une paire de rouleaux, dont les axes sont inclinés l'un par rapport à l'autre et qui présente dans la direction axiale, une zone humide pour le fil venant d'une filière, ou éventuellement, d'un bain de coagulation, suivi d'une zone de séchage caractérisé en ce que les axes (4', 5') de la paire de rouleaux (4, 5) sont dans un plan de référence vertical ainsi que dans un plan de référence horizontal et font un angle l'un par rapport à l'autre, en ce que la paire de rouleaux est réalisée sous la forme d'un rouleau principal (4) et d'un rouleau auxiliaire (5), le rouleau auxiliaire (5) présentant un diamètre inférieur à celui du rouleau principal (4), et en ce que, si l'axe du rouleau principal (4) est disposé horizontalement, l'axe (5') intersecte, en projection verticale, l'axe du rouleau principal (4') et en ce que les coordonnées de position du palier de l'axe de ce rouleau auxiliaire (5) sont décalées, dans les deux directions des coordonnées par rapport aux coordonnées de la position du palier de cet axe pour une disposition de ce rouleau parallèle au rouleau principal (4).

2. Métier à filer selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport du diamètre du rouleau auxiliaire (5) au rouleau principal (4) est d'environ de 1/2 à 1/4.

3. Métier à filer selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une disposition horizontale de l'axe du rouleau principal (4), l'axe du rouleau principal (4) intersecte l'axe du rouleau auxiliaire (5), en projection verticale, environ au tiers de sa longeur.

4. Métier à filer selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un des rouleaux (4, 5) de la paire de rouleaux présente une forme conique allant en progression vers la zone de séchage, (7) sur une plage partielle de sa longueur axiale, avantageusement la plage de désacidification (9).

Zeichnung