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Die
Erfindung betrifft eine Spinntrichtervorrichtung für eine Spinnanlage
zur Herstellung von Spinnfäden
aus einer Spinnlösung,
wobei die Spinntrichtervorrichtung zumindest bereichsweise mit einem
Spinnbad aus einer Spinnbadlösung
gefüllt
ist, durch das die Spinnfäden
entlang einer Spinnrichtung geleitet sind.
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Derartige
Spinntrichtervorrichtungen werden bei Spinnanlagen verwendet, mit
denen Spinnfäden aus
einer Spinnlösung
aus Wasser, Cellulose und einem tertiären Aminoxid wie N-methylmorpholin-N-Oxid
(NMMO), hergestellt werden. Zur Herstellung der Spinnfäden wird
die Spinnlösung
durch einen Spinnkopf geleitet, der üblicherweise mit einer Vielzahl
von Spinnöffnungen
versehen ist. Durch die Spinnöffnungen
wird die Spinnlösung
zu Spinnfäden extrudiert
und dann durch eine Spinntrichtervorrichtung geleitet, die mit einer
Spinnbad- bzw. Fällbadlösung gefüllt ist.
Als Spinnbadlösung
kann Wasser oder eine verdünnte
wässrige
Lösung
des zur Lösung
der Cellulose eingesetzten Aminoxids verwendet werden. Unter der
Spinnrichtung wird im folgenden die lokale Bewegungsrichtung der
Spinnfäden oder,
bei einem Spinnfadenbündel,
die mittlere lokale Bewegungsrichtung der Spinnfäden des Bündels verstanden.
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Eine
gattungsgemäße Spinntrichtervorrichtung
ist beispielsweise aus der
EP
0 879 906 A2 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Spinntrichter
gezeigt, der von einem Fällbad
durchströmt
ist. In dem Fällbad
ist eine von der Fällbadlösung umströmte Spinndüse angeordnet,
durch welche die Spinnfäden direkt
in das Fällbad
extrudiert werden.
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Bei
der Vorrichtung der
EP
0 832 995 A2 wird eine Spinnlösung durch eine Spinndüse mit hoher Lochdichte
zu einer Vielzahl von Spinnfäden
extrudiert und in eine Fällbadflüssigkeit
eingebracht. In der Fällbadflüssigkeit
werden die Spinnfäden
gebündelt und
mittels eines Umlenkorgans umgelenkt.
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In
der WO 96/20300 ist die Vorrichtung der
EP 0 832 995 A2 hinsichtlich
des Einflusses geometrischer Größen, wie
den Düsendurchmesser,
den Abständen
der Düsenöffnungen
voneinander sowie dem Abstand der Düsenöffnungen zu einem Bündelungsorgan
beschrieben.
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Aus
der
EP 746 641 B1 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Spinnfadenbündel in
einer Spinnbadflüssigkeit
zu einem Konvergenzpunkt gezogen wird.
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In
der
EP 574 870 B1 ist
eine Spinntrichtervorrichtung beschrieben, die einen in einer Fällbadlösung eingetauchten
Trichter aufweist.
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Die
US 2,536,092 befasst sich
mit dem Naßspinnen
von Viskose, wobei die Viskose durch ein Koagulationsbad aus mäßiger Schwefelsäure geleitet
wird. Eine Nassspinnvorrichtung mit einer Auströmeinrichtung ist in der
DE 75 28 673 beschrieben.
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Nachteilig
bei den herkömmlichen
Spinntrichtervorrichtungen ist, dass die Spinnsicherheit aufgrund
von Fadenabrissen und Verklebungen für die heutigen Anforderungen
an die Wirtschaftlichkeit der Fadenherstellung zu gering ist. Da
bei einem Fadenabriss oder einer Verklebung des Fadenbündels der
Betrieb der Anlage unterbrochen werden muss, sind bei den bekannten
Spinntrichtervorrichtungen die Ausfallzeiten und damit die Betriebskosten
hoch.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
so zu verbessern, dass die Spinnsicherheit erhöht wird.
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Für die eingangs
genannte Spinntrichtervorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Spinntrichtervorrichtung eine zumindest abschnittsweise
im Spinnbad angeordnete Mitteneinspeiseeinrichtung aufweist, durch
die dem Spinnbad Spinnbadlösung
zugeführt
ist und dass im Spinnbad zumindest abschnittsweise ein sich in Spinnrichtung
verjüngender
Verdrängungskörper angeordnet
ist, wobei die Spinnfäden
um die Mitteneinspeiseeinrichtung und den Verdrängungskörper herum durch das Spinnbad
geleitet sind.
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Diese
Lösung
ist konstruktiv einfach und hat den Vorteil, dass die Spinnsicherheit
höher als
bei den herkömmlichen
Spinntrichtervorrichtungen ist. Dies wird dadurch erreicht, dass
erfindungsgemäß zusätzliche
Spinnbadlösung
dem Spinnbad in einem Bereich zugeleitet wird, der von den Spinnfäden umgeben
ist. Die mit den Spinnfäden
mitgerissene Spinnbadlösung
wird in diesem Bereich sofort durch die Spinnbadlösung aus
der Mitteneinspeiseeinrichtung ersetzt, so dass sich keine Ausgleichsströmung durch
die Spinnfäden
hindurch im Spinnbad ausbilden kann. Gerade diese Ausgleichsströmung quer zur
Spinnrichtung durch die einzelnen Spinnfäden hindurch beeinträchtigt bei
den herkömm lichen
Vorrichtungen die Spinnsicherheit, da sie die Spinnfäden zu Schwingungen
anregt und so vermehrt zu Fadenabrissen und Fadenverklebungen führt.
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In
der WO 95/07811 ist eine Zuführung
für Fällungsmittel
gezeigt, durch welche die Innenoberfläche eines extrudierten Endlosschlauches
mit einem Fällungsmittel
benetzt wird. Diese Zuführung
ist bei Endlosschläuchen
zwingend notwendig, da sonst die Schlauchinnenseite nicht mit dem
Fällungsmittel in
Kontakt kommt. Eine solche Zuführung
ist gerade für
die Herstellung von Endlosschläuchen
typisch. Bei der Herstellung von Spinnfäden wird sie nicht verwendet
und auch nicht benötigt,
da im Gegensatz zu einem Endlosschlauch die Spinnfäden bei
der Durchquerung der Spinnbadlösung
stets allseitig benetzt werden.
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Im
Spinnbad ist zumindest abschnittsweise ein Verdrängungskörper angeordnet, um den herum die
Spinnfäden
durch das Spinnbad geleitet sind. Bei dieser Anordnung ist im Spinnbad
ein kleineres Volumen an Spinnbadlösung enthalten, als dies im
Stand der Technik üblich
ist. Als Folge müssen
geringere Mengen an Spinnbadlösung
umgewälzt
werden. Das kleinere Spinnbadvolumen wirkt sich zudem positiv auf
die Spinnsicherheit aus, da sich keine starke Ausgleichsströmung entwickeln
kann. Durch die Unterdrückung
der Ausgleichsströmung
bleibt die Oberfläche
des Spinnbades ruhiger als bei herkömmlichen Vorrichtungen.
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In
der Spinntrichtervorrichtung werden üblicherweise die Spinnfäden aus
den einzelnen, flächig am
Spinnkopf verteilten Düsenkanälen auf
im Wesentlichen einen Punkt zusammengeführt und zu einem Faserbündel vereint.
Um den Raum zwischen den Spinnfäden
zur Unterdrückung
der Ausgleichsströmung
möglichst
gut auszufüllen,
ist es daher von Vorteil, wenn sich der Verdrängungskörper in Spinnrichtung verjüngt. Dabei
kann der Verdrängungskörper eine
im Wesentlichen konische Form aufweisen.
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Die
Ausgleichsströmung
wird am wirksamsten unterdrückt,
wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Verdrängungskörper zumindest
im Bereich des Spinnbades im Wesentlichen den von den Spinnfäden umgebenen
Raum einnimmt. Bei den herkömmlichen
Spinntrichtervorrichtungen ist die Ausgleichsströmung gerade in diesem Bereich
besonders stark, da, um in den von den Spinnfäden umgebenen Raum zu gelangen,
die Spinnbadlösung
zwischen den Spinnfäden
hindurch strömen
muss.
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Gemäß einer
weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Mitteneinspeiseeinrichtung
gleichzeitig als Verdrängungskörper ausgebildet sein.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Spinnsicherheit besonders gut
verbessert werden, da die Ausgleichsströmung im Spinnbad nahezu eliminiert
wird. Dabei kann in einer Weiterbildung der Erfindung der Verdrängungskörper zumindest
einen spinnbadlösungsdurchlässigen Bereich
aufweisen, durch den die Spinnbadlösung in das Spinnbad eintritt.
Der spinnbadlösungsdurchlässige Bereich
kann sich aber auch über
einzelne Bereiche der Außenwandung
oder über
die gesamte Außenwandung
des Verdrängungskörpers erstrecken,
so dass eine großflächige Zuleitung
von Spinnbadlösung
möglich
ist. Auch eine Ausgestaltung als Sieb ist möglich. Dazu kann die dem Spinnbad
ausgesetzte Außenwand des
Verdrängungskörpers an
den entsprechenden Stellen porös
ausgebildet sein. Um eine möglichst gleichmäßige Zufuhr
von Spinnbadlösung
durch die Mitteneinspeiseeinrichtung zu erzielen und um durch die
Zufuhr der Spinnbadlösung
selbst keine starken Sekundärströmungen zu
verursachen, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung im Verdrängungskörper eine
Beruhigungskammer ausgebildet sein, wobei die Beruhigungskammer
von der dem Spinnbad zuzuführenden
Spinnbadlösung
durchströmt
ist. In der Beruhigungskammer wird die Strömung der Spinnbadlösung beruhigt
und vergleichmäßigt. Eine
besonders gleichmäßige und
strömungstechnisch günstige Versorgung
mit Spinnbad kann erreicht werden, wenn die Beruhigungskammer mit
Einrichtungen zur Vergleichmäßigung der
Zuströmung
versehen ist. Solche Einrichtungen können beispielsweise Kugelschüttungen
oder ein Sieb oder mehrere Siebe oder Filter sowie Kombinationen
dieser Einrichtungen sein.
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Um
eine Ausgleichsströmung
zwischen den Spinnfäden
und der den Spinnfäden
zugewandten Außenfläche des
Verdrängungskörpers möglichst wirksam
zu unterdrücken,
ist es von Vorteil, wenn die den Spinnfäden zugewandte Außenfläche des
Verdrängungskörpers im
Wesentlichen parallel zu den Spinnfäden verläuft.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Spinnbad im Bereich
des Verdrängungskörpers in
Richtung quer zur Spinnrichtung einen im Wesentlichen ringförmigen Strömungsquerschnitt
aufweisen, sodass in Umfangsrichtung gleichmäßige Strömungsverhältnisse herrschen. In Spinnrichtung
kann dabei der ringförmige
Strömungsquerschnitt
als ein strömungstechnisch
optimierter Strömungskanal
ausgebildet sein. Dabei kann sich insbesondere der Strömungsquerschnitt
des Spinnbades in Spinnrichtung von der Spinnbadoberfläche zur Auslassöffnung hin
monoton verjüngen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung werden die Spinnfäden durch
eine Auslauföffnung
aus dem Spinnbad geleitet. Um eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung
im Spinnbad in der Nähe der
Auslauföffnung
zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn in Spinnrichtung vor der
Auslauföffnung
im Spinnbad ein Trichterabschnitt ausgebildet ist. Im Trichterabschnitt
verringert sich der Strömungsquerschnitt
des Spinnbades im Wesentlichen auf die Auslauföffnung.
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Damit
mit der erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
verschiedene Spinnfadenqualitäten
hergestellt werden können,
ist es von Vorteil, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten
im unteren Bereich anpassbar sind. Dazu kann in einer weiteren Ausgestaltung
der Trichterabschnitt durch zumindest einen zumindest bereichsweise
im Spinnbad angeordneten Füllkörper gebildet
sein. Durch die Formgebung der Füllkörper kann
auch die im Luftspalt auf die Spinnfäden wirkende Zugspannung eingestellt
werden: Die von einer Abzugsvorrichtung auf die Spinnfäden aufgebrachte
Spannung kann im Bereich der Füllkörper abgebaut
werden, wenn im Trichterabschnitt starke Reibungskräfte wirken.
Die Reibungskräfte
in diesem Bereich können
dadurch eingestellt werden, dass die Spinnfäden in einer bestimmten Entfernung
von den Füllkörpern geführt werden.
Werden die Spinnfäden
in Berührungsnähe der Füllkörper geführt, so
dass sie die Füllkörper direkt
berühren oder
die wandnahe Strömung
der Füllkörper durchqueren,
so erhöht
sich die Reibung im Trichterabschnitt und die Zugspannung im Luftspalt
nimmt ab.
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Da
die Spinnfäden
mit hoher Geschwindigkeit in das Spinnbad eintauchen, entstehen
an der Spinnbadoberfläche
Wellen, welche die gerade extrudierten Spinnfäden mechanisch stark belasten und
die Spinnqualität
herabsetzen. Neben der Wellenbildung kommt es durch den Eintauchvorgang auch
zu einer teilweisen Absenkung der Spinnbadoberfläche durch die Ausgleichsströmungen im
Spinnbad. Die Spinnbadoberfläche
kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Spinntrichtervorrichtung
dadurch beruhigt werden, dass der Verdrängungskörper über die Oberfläche des
Spinnbades ragt.
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Eine
Unterdrückung
der Ausgleichsströmung und
damit eine erhebliche Verbesserung der Spinnsicherheit wird auch
erzielt, wenn die Erfindung auf einen Spinnkopf zur Herstellung
von Spinnfäden
aus einer Spinnlösung,
mit Spinndüsenöffnungen,
durch die im Betrieb die Spinnlösung
zu Spinnfäden
extrudierbar ist, angewandt wird. Bei einem Spinnkopf wird die Spinnsicherheit
dadurch erhöht,
dass der Spinnkopf mit einer Mitteneinspeiseeinrichtung versehen
ist, um die herum die Spinnfäden
geleitet sind, wobei durch die Mitteneinspeiseeinrichtung einer Spinntrichtervorrichtung
eine Spinnbadlösung
zuführbar
ist.
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Der
Spinnkopf kann in einer Weiterbildung insbesondere eine die Mitteneinspeiseeinrichtung
mit Spinnlösung
versorgende Spinnbadzuleitung aufweisen, die im Spinnkopf durch
einen von den Spinndüsenöffnungen
umgebenen Bereich geführt
ist. Die Verteilung der Spinndüsenkanalöffnungen
auf einer Kreisringfläche
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung führt
zu einer gleichmäßigeren
Strömung
und geringeren Wellen im Spinnbad, da die Spinnfäden unter nahezu gleichen Winkeln
in das Spinnbad eintauchen.
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Dabei
können
die Spinndüsenöffnungen
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung im Wesentlichen ringförmig um die Spinnbadzuleitung
angeordnet sein. Bei dieser Bauform wird der Spinnkopf sehr kompakt
und raumsparend. Ebenso kann auch eine die Beblasungseinrichtung
mit Spinnlösung
versorgende Zuleitung für
Beblasungsgas durch den von den Spinndüsenöffnungen umgebenen Bereich
des Spinnkopfes geführt
sein.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann am Spinnkopf ein
Oberflächenberuhigungsmittel
vorgesehen sein, das in Berührungsnähe zur Spinnbadoberfläche bringbar
ist. Das Oberfächenberuhigungsmittel
wirkt so auf die Spinnbadoberfläche
ein, dass Wellen und Wirbel an der Oberfläche des Spinnbades unterdrückt werden.
Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass sich das Oberflächenberuhigungsmittel
In Berührungsnähe zur Spinnbadoberfläche befindet.
Unter Berührungsnähe ist dabei
ein Abstand des Oberflächenberuhigungsmittels
in der Nähe
der Spinnbadoberfläche
zu verstehen, der noch eine positive Einwirkung auf die Oberfläche des
Spinnbades ermöglicht.
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Wird
beispielsweise in einer Weiterbildung das Oberflächenberuhigungsmittel durch
einen festen Körper
gebildet, so kann dieser sich Knapp unter, auf Höhe oder über der Spinnbadoberfläche befinden,
um Wellen zu unterdrücken.
Als ein flächiger Körper kommt
beispielsweise ein Umlenkteller der Beblasungseinrichtung in Frage,
so dass die Beblasungseinrichtung neben der Beblasung eine Doppelfunktion
ausübt.
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Die
Erfindung umfasst auch einen Bausatz, der einen Spinnkopf mit Spinndüsenöffnungen,
durch welche im Betrieb die Spinnlösung zu Spinnfäden extrudiert
ist, und eine Spinntrichtervorrichtung nach einer der obigen Ausgestaltungen
aufweist. Dabei können
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen vorgesehen sein, mit denen
die Zusammenwirkung des Spinnkopfes mit der Spinntrichtervorrichtung
verbessert werden kann.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch
ein Verfahren zum Herstellen von Spinnfäden aus einer Spinnlösung, bei
dem die Spinnlösung
durch Spinndüsenöffnungen
durchgeleitet und dabei gleichzeitig zu Spinnfäden extrudiert wird, dann die
extrudierten Spinnfäden
durch eine mit einem Spinnbad gefüllte Spinntrichtervorrichtung
im Wesentlichen um eine Mitteneinspeiseeinrichtung und eines sich
in Spinnrichtung verjüngenden
Verdrängungskörper herum geleitet
werden, wobei gleichzeitig durch die Mitteneinspeiseeinrichtung
Spinnbadlösung
dem Spinnbad zugeleitet wird.
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Im
folgenden werden der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Spinnanlage zur Herstellung von Spinnfäden aus einer Spinnlösung, mit
einer erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
in einem Längsschnitt;
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III der 2.
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Der
Aufbau einer Spinnanlage 1 zur Herstellung von Spinnfäden aus
einer Spinnlösung
ist schematisch in 1 dargestellt.
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In
einem geeigneten Lösungsaggregat 3 wird
eine meist hochviskose Spinnlösung
aus Wasser, Cellulose und einem tertiären Aminoxid wie N-methylmorpholin-N-Oxid
(NMMO), zusammengemischt und aufbewahrt. Die Spinnlösung wird
von dem Lösungsaggregat 3 über ein
beheiztes Rohrleitungssystem 5 und einer Verteilereinrichtung 6 zu
einen Spinnkopf 7 gefördert.
Wie in 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist, können auch
mehrere Spinnköpfe 7 an
die Verteilereinrichtung 6 angeschlossen sein.
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Die
Spinnanlage 1 weist verschiedene Untersysteme auf, die
an das Rohrleitungssystem 5 angeschlossen sind, beispielsweise – wie in 1 dargestellt – eine oder
mehrere Pumpen 9 zur Förderung der
Spinnlösung,
einen Ausgleichsbehälter 11 sowie eine
oder mehrere Berstschutzeinrichtungen 13.
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Durch
den Ausgleichsbehälter 11 werden Druck-
und Volumenstromschwankungen bei der Förderung der Spinnbadlösung durch
das Rohrleitungssystem 5 ausgeglichen, so dass die Spinnköpfe 7 konstant
mit Spinnbadlösung
versorgt sind.
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Die
Spinnbadlösung
neigt bei zu langer Lagerung und bei bestimmten Temperaturen zu
spontanen exothermen Reaktionen. Um im Falle einer exothermen Reaktion
größere Schäden an der
Spinnanlage aufgrund des dabei entstehenden Überdruckes zu vermeiden, ist
das Rohrsystem 5 des Ausführungsbeispiels der 1 ferner
mit einer Berstschutzeinrichtung 13 ausgestattet. Die Berstschutzeinrichtung 13 leitet
die Druckwelle bei einer exothermen Reaktion nach außen ab.
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Der
Spinnkopf 7 weist eine Vielzahl von Spinndüsenhütchen 15 mit
jeweils einer Vielzahl von Spinndüsenöffnungen auf, durch welche
die Spinnlösung
in einer Spinnrichtung S zu Spinnfäden 17 extrudiert
wird.
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Bei
der Spinnanlage der 1 werden die Spinnfäden nach
dem Extrudieren durch einen Luftspalt 19 geleitet. Im Luftspalt 19 kann
schnell strömendes
Gas in Spinnrichtung geleitet sein, um die Spinnfäden 17 zu
verstrecken. Alternativ, wie beim Ausführungsbei spiel der 1 dargestellt, kann
im Luftspalt auch eine Beblasung mit einem Beblasungsgas quer zur
Spinnrichtung stattfinden.
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Nach
dem Luftspalt 19 tauchen die Spinnfäden 17 in eine Spinnbadlösung 23 ein,
die sich in einer Spinntrichtervorrichtung 24 befindet.
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Ohne
Einschränkungen
in der Funktion der Spinntrichtervorrichtung 24 kann die
Spinnanlage in einer anderen Ausführungsvariante auch ohne Luftspalt 19 betrieben
werden. In diesem Fall treten die Spinnfäden 17 nach der Extrusion
direkt in das Spinnbad ein.
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Nachdem
die Spinnfäden 17 durch
das Spinnbad geleitet sind, werden sie zu einem Spinnfadenbündel 25 zusammengeführt und
durch ein Abzugswerk 27 aus der Spinntrichtervorrichtung
abgezogen. Nach der Spinntrichtervorrichtung 24 können sich
weitere Bearbeitungsschritte 29 anschließen, bei
denen das Spinnfadenbündel 25 beispielsweise gewaschen,
getrocknet, gepresst und/oder imprägniert wird.
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Im
folgenden wird der Aufbau des Spinnkopfes 7 und der Spinntrichtervorrichtung 24 mit
Bezug auf die 2 beschrieben.
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Dem
Spinnkopf 7 wird über
eine Zuleitung 31, die in einem Ringkanal 33 mündet, Spinnlösung zugeführt. Vom
Ringkanal 33 aus wird die Spinnlösung über einen weiteren Ringraum 35 an
Düsenkanäle 37 weitergeleitet,
die in einer Düsenplatte 39 ausgebildet
sind. Beim Ausführungsbeispiel
der 2 sind zwei, in bezug auf die Mittenlinie M radial beabstandete
Reihen von Düsenkanälen 37 vorgesehen,
die versetzt zueinander entlang zweier Kreislinien angeordnet sind.
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An
den dem Luftspalt 19 zugewandten Enden der Düsenkanäle 37 sitzt
jeweils ein Spinnhütchen 41,
das mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen versehen
ist. Beim Durchgang durch die Düsenöffnungen
wird die Spinnlösung
zu Spinnfäden 17 extrudiert,
wobei jede Düsenöffnung genau
einen Spinnfaden erzeugt. Die Anordnung der Düsenkanäle ist in 3 deutlicher
zu erkennen, wo die Verteilung der durch die Düsenkanäle erzeugten Spinnfäden 17 dargestellt
ist. Diese Verteilung im Schnitt III-III der 2 entspricht
des Verteilung der Düsenöffnungen bzw.
der Spinnhütchen 41,
in denen die Düsenkanäle ausgebildet
sind.
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Die
extrudierten Spinnfäden 17 werden
dann durch den Luftspalt 19 geleitet, wo sie quer zur Spinnrichtung
S mit einem Beblasungsgas beblasen werden. Das Beblasungsgas tritt
in Beblasungsrichtung B aus einer Beblasungseinrichtung 43,
die weiter unten beschrieben ist.
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Nach
der Durchquerung des Luftspaltes 19 tauchen die Spinnfäden 17 in
ein Spinnbad 45, das eine Fällbad- oder Spinnbadlösung enthält. In 2 ist
gezeigt, dass das Spinnbad in einem Spinnbadvolumen 47 der
Spinntrichtervorrichtung 24 aufgenommen ist.
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Das
Spinnbadvolumen 47 ist in einem im Wesentlichen zylindrischen
Spinnbadbehälter 49 ausgebildet
und in einem oberen, der Spinnbadoberfläche 51 zugewandten
Abschnitt 53 in radialer Richtung bezüglich der Mittenrichtung M
innen von einem Verdrängungskörper 55 begrenzt.
Dadurch wird im Abschnitt 53 in einer Ebene quer zur Spinnrichtung
S ein im Wesentlichen ringförmiger
Strömungsquerschnitt
geschaffen. In Spinnrichtung S bildet der ringförmige Strömungsquerschnitt einen Strömungskanal
aus, in dem die mit den Spinnfäden
mitgerissene und unter Schwerkrafteinfluss G fließende Spinnbadlösung strömungstechnisch
optimiert geführt
ist.
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Die
Spinnfäden 17 sind
um den Verdrängungskörper 55 herum
durch das Spinnbad 45 geleitet. Der Verdrängungskörper 55 nimmt
im Wesentlichen den Raum zwischen den Spinnfäden 17 ein und verjüngt sich
somit in Spinnrichtung S. Im Ausführungsbeispiel der 2 hat
der Verdrängungskörper 55 eine
konische, spitz zulaufende Form, die aus zwei Teilen zusammengesetzt
ist. Diese beiden Teile bilden eine möglichst glatte Außenwandung
oder Außenfläche 57 des
Verdrängungskörpers 55.
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Der
eine, obere, d.h. der Spinnbadoberfläche 51 zugewandte
Teil des Verdrängungskörpers 55 bildet
eine Mitteneinspeiseeinrichtung 59, durch die im Bereich 53 Spinnbadlösung zugeführt wird.
Die Mitteneinspeiseeinrichtung 59 ist weiter unten genauer
beschrieben.
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Der
untere Teil des Verdrängungskörpers 55 ist
beim Ausführungsbeispiel
der 2 als eine massive oder hohle, auswechselbare
Kegelspitze 61 ausgebildet, die mit der Mitteneinspeiseeinrichtung 59 über eine
Schraubverbindung 63 verbunden ist. In einer nicht gezeigten
Ausführungsvariante
der Spinntrichtervorrichtung 7 kann die Mitteneinspeise einrichtung 59 sich
auch über
den gesamten Verdrängungskörper 55 bzw.
in den unteren Teil 61 erstrecken.
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Die
Außenfläche 57 des
Verdrängungskörpers 55 verläuft im Wesentlichen
parallel zur Spinnrichtung S. Nach dem Austritt aus den Düsenöffnungen
der Spinnhütchen 41 verläuft die
Spinnrichtung S entlang der Spinnfäden 17 in einem Winkel
zur Mittenrichtung M, da die Spinnfäden 17 in der Spinntrichtervorrichtung 24 zum
Faserbündel 25 zusammengeführt werden.
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Der
Verdrängungskörper 55 in
der Mitte des Spinnbades 49 führt zu einer Reduzierung des
Strömungsquerschnittes
des Spinnbades quer zur Spinnrichtung S und damit zu einer geringeren
Umwälzmenge
an Spinnbadlösung.
Durch die konische Ausgestaltung ist der Verdrängungskörper 55 einfach und
kostengünstig
zu fertigen. Die lösbar
angebrachte Kegelspitze 61 erlaubt es, durch einfachen
Austausch die Strömungsgeschwindigkeit
des mit den Spinnfäden
mitgerissenen Spinnbades einzustellen.
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Neben
der Zufuhr von Spinnbadlösung
aus der Mitteneinspeiseeinrichtung 59 wird Spinnlösung auch
von radial außen
zugeführt.
Hierzu ist der Spinnbadbehälter 49 von
zwei konzentrischen im Wesentlichen ringförmigen Behältern umgeben, wobei der äußere Behälter in
Schwerkraftrichtung G in zwei Ringkammern unterteilt ist.
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Die
Spinnbadlösung
wird durch die Zuleitung 65 in die untere Kammer 67 des äußeren Behälters 69 geleitet,
von der sie durch radiale Öffnungen 71 am
Umfang der Innenwandung 73 des äußeren Behälters 69 in die Kammer 75 des
inneren Behälters 77 geleitet
ist.
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Der
untere, den Öffnungen 71 zugewandte Teil
der Kammer 75 des inneren Behälters 77 ist mit Einrichtungen 79 zur
Vergleichmäßigung der
Zuströmung
der Spinnbadlösung
versehen. Diese Einrichtungen 79 können beispielsweise Kugelschüttungen, Siebe
oder Filter oder Kombinationen dieser Elemente sein. Die Kammer 75 ist
beim Ausführungsbeispiel der 2 durch
ein Sieb 80 abgedeckt.
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Aus
der Kammer 75 fließt
die Spinnbadlösung
oberhalb der oberen Kante 81 der Wand 83 des Spinnbadbehälters 49,
welche die Innenwandung der Kammer 75 bildet, in das Spinnbadvolumen 47.
Die Wand 83 des Spinnbadbehälters 49 ist gegenüber der
Mittenachse M so geneigt, dass sich der Innenraum des Spinnbadbehälters 49 in
einem Längsschnitt
entlang der Mittenlinie M in Spinnrichtung S im Wesentlichen trichterförmig verkleinert.
Der Winkel der Wand 83 ist dabei so gewählt, dass im oberen Bereich
des Spinnbades 49 eine im Wesentlichen konstant Geschwindigkeit
im Spinnbad herrscht.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 2 wird das Spinnbadvolumen 47 sowohl
von außerhalb
als auch von innerhalb der ringförmig
in das Spinnbad 45 eintauchenden Spinnfäden 17 mit Spinnbadlösung versorgt.
Dadurch wird die Ausbildung einer Ausgleichsströmung durch die Spinnfäden 17 hindurch
in radialer Richtung bezüglich
der Mittenachse M zuverlässig
vermieden.
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Über die
Oberkante 87 der Innenwandung 73 des äußeren Behälters 69 fließt überschüssige Spinnbadlösung in
eine obere Ringkammer 89 des äußeren Behälters 69, von wo aus
sie über
einen Abfluss 91 abgeleitet und wiederaufbereitet der Spinntrichtervorrichtung 24 zugeführt wird.
Die untere Ringkammer 67 und die obere Ringkammer 89 des äußeren Behälters 69 sind
voneinander durch einen für
die Spinnbadlösung
undurchlässigen
Boden 92 voneinander getrennt.
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Durch
die bevorzugt runde Ausgestaltung sind die Behälter 49, 69, 77 einfach
zu fertigen und ermöglichen
in Umfangsrichtung gleichmäßige Strömungsverhältnisse.
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Im
unteren Bereich des Spinnbadbehälters 49 ist
ein Trichterabschnitt 93 ausgebildet, der durch einen Füllkörper 95 gebildet
wird. In der bezüglich
der Mittenrichtung M linken und rechten Hälfte des Trichterabschnittes 93 sind
zwei verschiedene Trichterformen 95a und 95b für verschiedene
Anwendungen gezeigt. Durch die verschiedenen Trichterformen im unteren
Spinnbadbereich 93 kann zum einen die Geschwindigkeit der
mit den Spinnfäden 17 mitgerissenen
Spinnbadlösung,
zum anderen die auf die Spinnfäden 17 im
Bereich oberhalb der Füllkörper 95a, 95b wirkende
Zugspannung verändert
werden. Die Zugspannung wird dabei über die Flüssigkeitsreibung und die Reibung
der Spinnfäden
in der Nähe
der Füllkörper bestimmt.
Dazu können
die Füllkörper in
Berührungsnähe zu den
Spinnfäden 17 liegen,
also durch ihre Oberfläche
oder durch die Strömung
in der Nähe
ihrer Qberfläche
die Reibung mit den Spinnfäden 17 beeinflussen.
Je größer die
auf die Spinnfäden 17 wirkende
Reibung im Trichterabschnitt ist, umso weniger Zugspannung vom Abzugswerk 27 wirkt
auf die Spinnfäden
im Bereich zwischen den Spinnkanalöffnungen und dem Trichterabschnitt 93. Dank
der Neigung der Wand 83 des Spinnbadbehälters 49 können die
Füllkörper 95a,
b leichter ausgebaut werden.
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Der
Strömungsquerschnitt
des Trichterabschnittes 93 verjüngt sich in Spinnrichtung S
zu einer Auslassöffnung 97 hin,
durch welche die Spinnfäden mit
Hilfe des Abzugseinrichtung 27 aus der Spinntrichtervorrichtung
abgezogen werden. Die Auslassöffnung 97 ist
mit einer Verstelleinrichtung 99 versehen, durch die der
Strömungsquerschnitt
der Auslassöffnung
verändert
werden kann. Beim Ausführungsbeispiel
der 2 ist die Verstelleinrichtung in Form einer Irisblende
ausgebildet. Die Verstelleinrichtung 99 dient auch als
Auslauffadenführer.
Um einen vorzeitigen Verschleiß der
Verstelleinrichtung 99 zu vermeiden ist diese aus einem
korrosions- und abriebfesten Werkstoff, beispielsweise einer Keramik,
einem Hartmetall oder einem gehärteten
Stahlwerkstoff gefertigt. Anstelle einer Verstelleinrichtung 99 kann
auch ein auswechselbarer Auslauffadenführer verwendet werden.
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Wie
an den gestrichelten Linien 100 in der 2 zu
erkennen ist, ist die Spinntrichtervorrichtung 24 relativ
zum Spinnkopf 7 entlang der Mittenrichtung M verstellbar,
so dass die Höhe
des Luftspaltes eingestellt werden kann. Hierzu kann eine in der 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellte Verstellmimik verwendet werden, die von
Hand oder automatisch betätigt
wird.
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Als
nächstes
wird der Aufbau der Beblasungseinrichtung 43 im Luftspalt 19 beschrieben, durch
die ein Beblasungsgas radial nach außen in Richtung der extrtudierten
Spinnfäden 17 geblasen wird.
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Das
Beblasungsgas wird über
eine Gaszuleitung 101 von einer in der 2 nicht
gezeigten Gasfördereinrichtung
zu einer als Gasdurchleitung dienenden Mittenbohrung 103 des
Spinnkopfes 7 geleitet. Die Temperatur des Beblasungsgases
wird über eine
in der 2 ebenfalls nicht dargestellte Heizvorrichtung
gesteuert. Die Mittenbohrung 103 ist mit einem wärmeisolierenden
Werkstoff 105 ausgekleidet, um die Temperatur des Bebla sungsgases
möglichst konstant
zu halten und um eine Beeinflussung des Extrusionsprozesses in den
Düsenöffnungen
der Spinnhütchen 41 zu
vermeiden.
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Der
untere, dem Spinnbad 45 zugewandte Bereich der Mittenbohrung
ist als ein Umlenkbereich 107 ausgebildet. In diesem Bereich 107 wird
das Beblasungsgas durch einen stirnseitig angeströmten Umlenkteller 109 im
Wesentlichen rechtwinklig zu den Düsenkanalöffnungen hin umgelenkt, wobei
der Durchmesser des Umlenktellers 109 größer als
der Strömungsdurchmesser
der Gasdurchleitung ist. Der Umlenkteller 109 ist in einem
Abstand zur Düsenplatte 39 angeordnet,
sodass ein Radialspalt 111 gebildet wird, durch den die
Beblasungsgas in Richtung der Spinnfäden 17 radial austritt.
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Strömungstechnisch
optimiert abgerundete Abschnitte 113 im Bereich der Umlenkung
des Beblasungsgases sorgen für
eine geringe Wirbelbildung und Turbulenz in der Radialströmung des
Beblasungsgases.
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Die
plane, der Spinnbadoberfläche 51 zugewandte
Unterseite 114 des Umlenktellers befindet sich in Berührungsnähe zur Spinnbadoberfläche 51. Der
Umlenkteller 109 dient also gleichzeitig als ein Oberflächenberuhigungsmittel 114,
das Wellen an der Spinnbadoberfläche 51 unterdrückt.
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Durch
die Mittenbohrung 143 des Spinnkopfes 7 ist auch
eine Spinnlösungsdurchleitung 115 für die Mitteneinspeisung 59 geführt, die
mit einer in der 2 nicht dargestellten Einrichtung
zur Förderung der
Spinnbadlösung
verbunden ist. Die Spinnlösungsdurchleitung 115 ist
bei dem Ausführungsbeispiel
der 2 als lanzenförmiges
Rohr ausgebildet, das gleichzeitig als Befestigung für den Umlenkteller 109 und
den Verdrängungskörper 55 dient.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 2 sind somit sowohl die Gasdurchleitung als auch
die Spinnlösungsdurchleitung 115 im
Spinnkopf 7 durch den von den Düsenkanalöffnungen umgebenen Bereich
geführt,
was zu einer Platz sparenden Bauweise führt.
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Die
Spinnbadlösung
aus der Spinnlösungsdurchleitung 115 wird über Öffnungen 117 in
der Wandung der Leitung 115 in eine Beruhigungskammer 119 im
Verdrängungskörper 55 geleitet.
Die Beruhigungskammer 119 ist mit Einrichtungen 121 zur Vergleichmäßi gung der
Zuströmung
versehen. Diese Einrichtungen 121 können beispielsweise Kugelschüttungen,
Filter oder Siebe umfassen.
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Von
der Kammer 119 aus tritt die Fällbadlösung durch einen spinnbaddurchlässigen Bereich 123 in
das Spinnbadvolumen 47 ein. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist
dieser Bereich durch ein Sieb gebildet. In einer Abwandlung des
in 2 gezeigten Ausführungsbeispieles kann die Spinnbadlösung auch
durch eine durchlässige
Wand des Verdrängungskörpers geleitet
sein.
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Durch
die Mitteneinspeisung 59 kann in einer nicht dargestellten
Ausführungsvariante
auch Spinnlösung
aus dem Spinnbad 45 abgesaugt werden, insbesondere aus
dem Bereich des Spinnbades in der Umgebung der Auslassöffnung 97.
Entsprechend kann auch die Beblasungseinrichtung 43 zum
Absaugen von Beblasungsgas oder Luft aus dem Luftspalt 19 eingesetzt
werden.