DE3540757C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Spinnsystem für die Her­ stellung von Monofilfäden, bei dem ein Spinnwerkzeug einen Polymerkanalabschnitt für eine Polymerschmelze aufweist, der sich in dem Spinnwerkzeug in der Breite in einen als Flachbügelkanal ausgeführten Flußkanal weitet, an den sich ein Düsenblock anschließt.

Ein derartiges Spinnwerkzeug ist durch die DE-PS 33 34 870 bekannt geworden.

Derartige Spinnsysteme werden dazu verwendet, aus Poly­ merschmelzen qualitativ hochwertige Fäden zu spinnen, die aufgrund ihrer Verwendung, z.B. für Filtergewebe, Zuggurte, Angelschnüre u. dgl., konstante Materialeigenschaften in einem engen Toleranzbereich aufweisen müssen. Die Herstel­ lung eines hochdruckgeeigneten, engmaschigen Filtergewebes setzt einerseits Fäden mit konstantem Durchmesser und ande­ rerseits mit einer hohen Reißfestigkeit voraus.

Bei dem bekannten Spinnsystem, wie es in der eingangs ge­ nannten Patentschrift beschrieben ist, ist für die gleich­ mäßige Austrittsmenge einer Polymerschmelze längs eines flächigen Kanals ein Staubalken vorgesehen, dessen unter­ schiedlicher Abstand von einer Wandung des flächigen Kanals die Durchtrittsmenge der Polymerschmelze reguliert. Der Staubalken muß demnach in sich flexibel sein oder aus mehre­ ren Einzelelementen bestehen, damit er seiner Länge nach einen unterschiedlichen Abstand mit der Wandung bilden kann. Die Polymerschmelze wird in dem flächigen Kanal durch den Staubalken angestaut, und gemäß seines eingestellten Abstan­ des kann eine bestimmte Polymerschmelzenmenge pro Zeitein­ heit durch einen eingestellten Spalt hindurchtreten.

Durch die bei der Herstellung von Monofilfäden auftretenden hohen Produkt- und Gehäusetemperaturen muß der Staubalken besonders sorgfältig abgedichtet werden. Dies ist bei Tempe­ raturen um ca. 300°C besonders aufwendig. Hinzu kommt, daß Dichtungselemente von bewegten Maschinenteilen bekannter­ weise bei erhöhten Temperaturen auch störungsanfälliger sind. Treten unterschiedliche Materialausdehnungen auf, so muß der Abstand Staubalken/Wandung während des Betriebs nachjustiert werden. Dies erfordert eine aufwendige Über­ wachungseinheit für die Spaltweite zwischen Wandung und Staubalken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Spinn­ system der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß sich die Polymerschmelze bei laminarer Strömung und ohne Strömungsabriß stetig und gleichmäßig im gesamten Freiraum des Flachbügelkanals verteilt, so daß dem Düsen­ block über seine gesamte Breite ein konstanter Polymer­ massenstrom bei größter Produktionssicherheit zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Querschnittsfläche des Flußkanals senkrecht zu dessen Breite mindestens im oberen Bereich des Flußkanals von dem Polymerkanalabschnitt nach außen vergrößert und daß der Flußkanal frei von Einbauten ist.

Das erfindungsgemäße Spinnsystem hat damit den wesentlichen Vorteil, daß durch eine Formgebung des Flußkanals die Ver­ teilung des Polymermassenstromes gleichmäßig über den gesam­ ten Flußkanal erfolgt. Die dreidimensionale Raumkontur des Flußkanals ist in Abhängigkeit von der Viskosität und der Fließkurve eines zu verarbeitenden Rohstoffes so ausgestal­ tet, daß die Polymerschmelze über den gesamten Austritts­ querschnitt des Flußkanals eine konstante Strömungsgeschwin­ digkeit aufweist.

Der Flußkanal hat ferner den Vorteil, daß er frei von Ein­ bauten ist und somit keine Anlaufkanten aufweist, die das Strömungsprofil der Polymerschmelze im Flußkanal stören oder verändern könnten. Bei dieser konstruktiven Lösung ist ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit gewährleistet, da der Flußkanal keine verstellbaren Einbau­ teile beinhaltet und daraus resultierende Dichtungsprobleme ausgeschlossen werden können.

Es ist ebenfalls möglich, die dreidimensionale Raumkontur des Flußkanals für verschiedene Materialien mit unterschied­ lichen Viskositäten und Fließkurven zu entwickeln. Werden jedoch Polymerschmelzen mit sehr unterschiedlichen Produkt­ eigenschaften im Spinnwerkzeug verarbeitet, so ist der Flußkanal entsprechend den Produkteigenschaften des Roh­ stoffs auszutauschen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich die Querschnittsfläche in Richtung auf den Düsenblock hin und mündet in eine Öffnung aus, die über die gesamte Breite des Flußkanals eine konstante Weite aufweist.

Diese Ausführungsform des Flußkanals gewährleistet, daß rechteckige Platten mit linear angeordneten Bohrungen oder Düsenöffnungen einfach an den Austrittsquerschnitt des Flußkanals anzukoppeln sind. Die Weite der sich verjüngenden Öffnung ergibt sich aus der Leistung des Spinnwerkzeugs.

Weiterhin wird der Flußkanal bevorzugt durch das Zusammen­ fügen eines ersten und eines zweiten Kanalteils gebildet, wobei auf mindestens einer der Innenseiten der Kanalteile eine dreidimensionale Raumkontur des Flußkanals ausgebildet ist.

Die Tatsache, daß der Flußkanal aus einer zweischaligen Bauweise besteht, ermöglicht eine sehr einfache und exakte Herstellung der dreidimensionalen Raumkontur des Flußkanals. So kann die Raumkontur für bestimmte Produkteigenschaften numerisch berechnet werden, und eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine fräst anschließend die berechnete Raumkon­ tur in mindestens einen der als Metallblöcke ausgebildeten Kanalteile. Außerdem ist es bei einer zweischaligen Bauweise möglich, die Oberflächen des Flußkanals weiter zu bearbeiten oder zu verchromen, so daß besonders glatte Oberflächen entstehen. Läßt man die Polymerschmelze im Spinnwerkzeug erstarren, so kann man beim Demontieren der Kanalteile aus dem Flußkanal einen erstarrten Polymerkörper entnehmen, der die vollkommene Form des durchströmten Kanals wiedergibt. Dies ermöglicht die Überprüfung der Verteilung der Poly­ merschmelze besonders einfach dann, wenn mehrere Schmelzen mit einer einzigen Flußkanalraumform verarbeitet werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Düsenblock Teil eines Düsenpakets, das ein Düseneinsatz-Unterteil aufweist, das den Düsenblock, eine Lochplatte, ein Sieb und ein Düseneinsatz-Oberteil aufnimmt.

Dies hat den Vorteil, daß durch den modularen Aufbau des Düsenpakets, der Düsenblock und/oder seine weiteren Einzel­ komponenten entsprechend den Strömungsverhältnissen der Polymerschmelze im Flußkanal einfach an die Austrittsöffnung des Flußkanals angepaßt werden können. Dadurch wird eine konstante Ausflußcharakteristik unterschiedlichster Poly­ merschmelzen aus dem Flußkanal erreicht und unerwünschte Rückstaumengen der Polymerschmelze im Flußkanal vermieden.

Düsenblöcke mit unterschiedlichen Düsenformen können einge­ setzt werden. Je nach Anordnung der Düsen verteilt eine auf den Düsenblock abgestimmte Lochplatte die Polymerschmelze und führt sie den einzelnen Düsen zu. Über der Lochplatte werden in Abhängigkeit von der Polymerschmelze Siebe unter­ schiedlicher Porenweite auf Metallvliesbasis angeordnet, die Schmutzpartikeln aus der Polymerschmelze ausfiltern. Die Bohrungen des Düseneinsatz-Oberteils übernehmen eine Vorver­ teilung der Polymerschmelze im Düsenpaket. Das Zusammenwir­ ken der einzelnen Komponenten im Düsenpaket ergibt eine weitere Vergleichmäßigung des Polymerstroms bei gleichzeiti­ ger Erhöhung der Düsenstandzeit und Spinnsicherheit während der Produktion.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Prinzipdarstellung, teilweise aufgebrochen, eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spinnsystems;

Fig. 2 ein Spinnwerkzeug in einer Schnittdarstellung II-II, in vergrößertem Maßstab, gemäß Fig. 1;

Fig. 3a bis 3c Flußkanalprofil gemäß den Positionen IIIa- IIIa, IIIb-IIIb, IIIc-IIIc in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Düsenpakets, im vergrößerten Maßstab, gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Spinnsystem 1 dargestellt, das von einer Polymerschmelze 2 durchströmt wird. Ein Verbindungsrohr 2 mit einem Polymerkanal 4 verbindet das Spinnsystem 1 ein­ gangsseitig mit einem nicht dargestellten dynamischen Mi­ scher und einem Extruder, die dem Spinnsystem 1 die flüssige Polymerschmelze 2 zuführen.

An das Verbindungsrohr 3 ist ein Schmelzefilter 5 angekop­ pelt, das aus einem Gehäuse 6 und einem in dem Gehäuse 6 verschiebbaren Kolben 7 besteht. Der Kolben 7 enthält Sieb­ aussparungen 8, die mit Siebpaketen 10 bestückt sind.

Die Polymerschmelze 2 strömt durch das Schmelzefilter 5, das Verschmutzungen in der Polymerschmelze 2 ausfiltert. Durch Verschieben des Kolbens 7 kann ein verschmutztes Siebpaket 10 bei Betrieb des Spinnsystems 1 ausgewechselt werden. Bei dem Wechsel des Spinnpakets 10 wird der Massenfluß der Polymerschmelze 2 nicht unterbrochen.

Die Polymerschmelze 2 strömt aus dem Schmelzefilter 5 in einen Polymerverteiler 20, der über eine erste Flanschver­ bindung 21 lösbar mit dem Schmelzefilter 5 verbunden ist. Der Polymerverteiler 20 teilt den Polymerkanal 4 in Seiten­ kanäle 24 auf, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. Die Polymerschmelze 2 kann homogen und gleichmäßig auf die Seitenkanäle 24 verteilt werden.

Von den Seitenkanälen 24 strömt die Polymerschmelze 2 in Dosiereinheiten 30, von denen Fig. 1 nur eine zeigt, die jeweils ausgangsseitig an zweite Flanschverbindungen 26 der Seitenkanäle 24 des Polymerverteilers 20 angeschlossen sind. Die Dosiereinheiten 30 nehmen in ihren teilbaren Gehäuse­ blöcken 31 eine Spinnpumpe 32 auf, die mit einem stufenlos regelbaren Spinnpumpenantrieb 33 ausgerüstet ist. In den Ausgang der Spinnpumpe 32 ist ein statischer Mischer 34 integrierbar. Die Dosiereinheiten 30 sind über Befestigungs­ konsolen 35 raumfest aufgestellt. Die Polymerschmelze 2 strömt in jeder einzelnen Dosiereinheit 30 ohne Umlenkung exakt mengendosiert in den statischen Mischer 34. Der stati­ sche Mischer 34 gleicht Inhomogenitäten und Temperaturgra­ dienten in der Polymerschmelze 2 aus.

Das Spinnsystem 1 ist so ausgelegt, daß eingangsseitig an der Dosiereinheit 30, eine Temperatur 36 und ein Druck 37 der Polymerschmelze 2 gemessen werden. Dadurch ist es mög­ lich, den Druck 37 der Polymerschmelze 2 unmittelbar vor der Spinnpumpe 32, unabhängig von dem Verschmutzungsgrad der Siebpakete 10 im Schmelzefilter 5 oder eventuell weiterer Druckverluste, konstant zu halten. Der Druck 37 der Poly­ merschmelze 2 wird am Spinnpumpeneingang überprüft und eine Signalrückmeldung an vorangeschaltete Geräte, wie z.B. an den Extruder, wird als Regelgröße so verarbeitet, daß der Druck 37 der Polymerschmelze 2 am Spinnpumpeneingang kon­ stant ist. Eine vergleichbare Regeleinrichtung ist für die Temperatur 36 der Polymerschmelze 2 an dieser Stelle des Spinnsystems 1 vorgesehen.

Die Spinnpumpe 32 mit dem integrierten Mischer 34 wird im vorgewärmten Zustand in den teilbaren Gehäuseblock 31 der Dosiereinheit 30 eingelegt. Für den Betrieb der Spinnpumpe 32 ist keine zusätzliche Fixierung oder Justierung notwen­ dig. Somit kann die Spinnpumpe 32 für z.B. Wartungszwecke schnell und einfach ausgetauscht werden.

Die Polymerschmelze 2 strömt von der Dosiereinheit 30 in einen Polymerkanalabschnitt 4′ eines mit der Dosierein­ heit 30 verbundenen Spinnwerkzeuges 40. Das Spinnwerkzeug 40 enthält ein erstes Kanalteil 41 mit einem oder mehreren Polymerkanalabschnitten 4′. Der Polymerkanalabschnitt 4′ weitet sich im ersten Kanalteil 41 und/oder in einem zweiten Kanalteil 42 in einen Flußkanal 43. Das zweite Kanalteil 42 ist von dem ersten Kanalteil 41 trennbar. In ihren gegensei­ tigen Anlageflächen ist der Flußkanal 43 als Flachbügelkanal ausgeformt. Der Flußkanal 43 verteilt die Polymerschmelze 2 gleichmäßig über seine Breite. Der Flußkanal 43 ist dafür längs seiner Breite mit einer sich ändernden Raumkontur ausgebildet. Dies wird weiter unten zu Fig. 2 beispielhaft für das erste Kanalteil 41 gemäß Schnitt II-II von Fig. 1 noch erläutert, ebenso wie Fig. 3a bis 3c noch Ausführungs­ beispiele zeigen werden, wie Querschnittsflächen 44, 44′, 44′′ ausgebildet sein können, die durch das Zusammenfügen der beiden Kanalteile 41, 42 entstehen.

Die Polymerschmelze 2 in Fig. 1 strömt homogen und gleich­ mäßig verteilt über die gesamte Breite des Flußkanals 43 einer Öffnung 45 am unteren Ende des Flußkanals 43 zu, die über ihre gesamte Breite eine konstante Weite aufweist.

An die Öffnung 45 wird über eine erste und zweite Spann­ platte 52, 53 ein Düsenpaket 50 angepreßt. Die Spannplat­ ten 52, 53 umfassen die Kanalteile 41, 42 an deren Breitsei­ te und liegen verschiebbar an diesen Seiten an. Die Spann­ platten 52, 53 sind an den das Düsenpaket 50 umfassenden Enden als Backen 54, 55 ausgebildet, die senkrecht zu den Seiten der Spannplatten 52, 53 das Düsenpaket 50 umgreifen und es an die Kanalteile 41, 42 pressen.

In dem Düsenpaket 50 wird die Polymerschmelze 2 gleichmäßig in Fäden aufgeteilt, die anschließend das Spinnwerkzeug 40 verlassen und nachgeschalteten Einrichtungen zugeführt werden. Zu Fig. 4 wird anhand einer Schnittdarstellung des Düsenpakets 50 die Verteilung der Polymerschmelze 2 noch näher erläutert.

Das Spinnwerkzeug 40 ist in Fig. 1 über einen Träger 65 lösbar mit einer vertikal verstellbaren Halterung 75 verbun­ den, die in einer raumfest gehaltenen Schiene 76 horizontal verschiebbar ist.

In Fig. 2 ist der Schnitt II-II gemäß Fig. 1 des Spinnwerk­ zeugs 40 dargestellt. Der Polymerkanalabschnitt 4′ im Kanal­ teil 41 mündet unter 90° in den Flußkanal 43, der die Form eines Flachbügelkanals aufweist. Die geschlossene dreidimen­ sionale Raumkontur des Flußkanals 43 entsteht durch das Zusammenfügen der Kanalteile 41, 42. Die Form des Flußkanals 43 errechnet sich aus der Fließkurve der zu verarbeitenden Polymerschmelze 2 und aus ihren Produkteigenschaften. Die dreidimensionale Raumkontur wird mit der Zielsetzung nume­ risch so ermittelt, daß sich im Flußkanal 43 die Polymer­ schmelze 2 bei stetiger Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig über die Breite des Flußkanals 43 verteilt und mit konstan­ ter Strömungsgeschwindigkeit in die Öffnung 45 des Fluß­ kanals 43 fließt. Für Polymerschmelzen 2 mit unterschiedli­ chen Fließ- und Produkteigenschaften ergeben sich unter­ schiedliche Raumgeometrien der Flußkanäle 43, wenn die Verteilung der unterschiedlichen Polymerschmelzen 2 gleich­ mäßig in den Flußkanälen 43 ist und die Polymerschmelzen 2 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit aus den Flußkanälen 43 ausströmen sollen. Die Raumgeometrie eines Flußkanals 43 kann auf Polymerschmelzen 2 so abgestimmt werden, daß meh­ rere Polymerschmelzen 2 mit ähnlichen Fließ- und Produkt­ eigenschaften in einem einzigen Flußkanal 43 gleichmäßig verteilt werden können. Handelt es sich jedoch um die Verar­ beitung von sehr unterschiedlichen Polymerschmelzen 2, müssen die Kanalteile 41, 42 mit dem Flußkanal 43 ausgewech­ selt werden.

In Fig. 3a bis 3c ist beispielhaft die unterschiedliche Raumgeometrie des Flußkanals 43 im Schnitt der Kanalteile 41, 42 in Abhängigkeit von seiner Breite gemäß den angegebe­ nen Positionen IIIa bis IIIc in Fig. 2 dargestellt. Die Querschnittsflächen 44, 44′, 44′′ münden in eine Öffnung 45 mit konstanter Weite. Es ist auch möglich, daß die dreidi­ mensionale Raumkontur des Flußkanals 43 nur in einem der Kanalteile 41, 42 ausgeformt ist und die andere Hälfte der Kanalteile 41, 42 die Raumkontur mit einer glatten, planen Fläche abschließt.

In Fig. 4 ist das Düsenpaket 50 gemäß Fig. 1 im Schnitt vergrößert dargestellt. Es wird seitlich von den Spann­ platten 52, 53 und den Backen 54, 55 begrenzt, die in eine Führungskante des Düseneinsatz-Unterteils 60 greifen. Das Düsenpaket 50 setzt sich aus dem Düseneinsatz-Unterteil 60, dem Düsenblock 59, der Lochplatte 58, dem Sieb 57 und aus dem Düseneinsatz-Oberteil 56 zusammen, das im Spinnwerkzeug 40 an Unterseiten der Kanalteile 41, 42 grenzt. Durch die Backen 54, 55 wird das Düsenpaket 50 längs seiner Breite beidseits linienförmig geführt. Die Verbindung zwischen den Backen 54, 55 und dem Düseneinsatz-Unterteil 60 kann unter­ schiedlich ausgeführt sein, wie z.B. als Schwalbenschwanz­ verbindung. Es entsteht eine Linienpressung zwischen dem Düsenpaket 50 und den Unterseiten der Kanalteile 41, 42.

Der Düsenblock 59 ist als Rechteckdüse ausgebildet, bei der die Düsenöffnungen auf einer oder mehreren parallelen Linien angeordnet sind. Bei mehreren Linien stehen die Düsen zweck­ mäßigerweise auf Lücke. Dem Düsenblock 59 wird die Poly­ merschmelze 2 über die Lochplatte 58 zugeführt. Die Bohrun­ gen in der Lochplatte 58 verteilen die Polymerschmelze 2 gleichmäßig über die Rechteckdüse. Über den Bohrungen der Lochplatte 58 liegt das engporige Sieb 57 aus z.B. Metall­ vlies. Aus der Polymerschmelze 2 werden mit diesem Sieb 57 Feinstverschmutzungen gefiltert. Zusammen mit der Vorfilte­ rung der Polymerschmelze 2 im Schmelzefilter 5 wird ein qualitativ hochwertiges Produkt erreicht, das besonders gute Eigenschaften beim Verspinnen zu Monofilfäden aufweist. Durch die Vorfilterung der Polymerschmelze 2 wird die Stand­ zeit des Düsenpaketes 50 wesentlich erhöht, da das Sieb 57 nur noch Feinstverschmutzungen aus der Polymerschmelze 2 filtert. Über Bohrungen in dem Düseneinsatz-Oberteil 56 tritt die Polymerschmelze 2 in das Düsenpaket 50 ein.

Claims (4)

1. Spinnsystem für die Herstellung von Monofilfäden, bei dem ein Spinnwerkzeug (40) einen Polymerkanalabschnitt (4′) für eine Polymerschmelze (2) aufweist, der sich in dem Spinnwerkzeug (40) in der Breite in einen als Flachbügelkanal ausgeführten Flußkanal (43) weitet, an den sich ein Düsenblock (59) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche (44; 44′; 44′′) des Flußkanals (43) senkrecht zu dessen Breite mindestens im oberen Bereich des Flußkanals (43) von dem Polymerkanalabschnitt (4′) nach außen vergrößert, und daß der Flußkanal (43) frei von Ein­ bauten ist.

2. Spinnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche (44; 44′; 44′′) in Richtung auf den Düsenblock (59) hin verjüngt und in eine Öffnung (45) ausmündet, die über die gesamte Breite des Flußkanals (43) eine konstante Weite auf­ weist.

3. Spinnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flußkanal (43) durch das Zusammen­ fügen eines ersten und eines zweiten Kanalteils (41, 42) gebildet wird, wobei auf mindestens einer der Innenseiten der Kanalteile (41, 42) eine dreidimen­ sionale Raumkontur des Flußkanals (43) ausgebildet ist.

4. Spinnsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (59) Teil eines Düsenpakets (50) ist, das ein Düseneinsatz-Unter­ teil (60) aufweist, das den Düsenblock (59), eine Lochplatte (58), ein Sieb (57) und ein Düseneinsatz- Oberteil (56) aufnimmt.