AT1085U1

AT1085U1 - Spinndüse

Info

Publication number: AT1085U1
Application number: AT0900694U
Authority: AT
Inventors: Michael Robert Perry; Alan Sellars; Patrick Arthur White
Original assignee: Courtaulds Fibres Holdings Ltd
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1996-10-25
Also published as: EP0756025A3; SG50697A1; EP0756025A2; US5652001A; CO4480707A1; AU6728094A; KR100285922B1; DE69425905T2; JPH08510512A; AU689107B2; DE69425905D1; DE69417414D1; ZA943390B; DE69417414T2; ATE196324T1; DE9490131U1; TR28461A; ATE178107T1; CZ311695A3; WO1994028210A1

Description

AT 001 085 Ul

Diese Erfindung betrifft Spinndüsen und insbesondere Spinndüsen, die zum Spinnen von geformten Zelluloseprodukten (z.B. Filamenten) aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel, insbesondere einem tertiären Amin-N-oxid, geeignet and.

Das McCorsley US-Patent 4.416.698, dessen Inhalt hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird, beschreibt ein System zur Herstellung von Zellulosefilamenten durch Auflösen der Zellulose in einem geeigneten Lösungsmittel wie einem tertiären Amin-N-oxid. Eines der Merkmale eines solchen Systems ist, daß die Lösung, die allgemein als Spinnlösung bezeichnet wird, sowohl warm als auch, wenn sie eine hohe Menge an Zellulose enthält, viskos ist, wodurch Extrusionsdrücke im Bereich von 15 Bar bis 200 Bar verwendet werden müssen. Solche Drücke sind ähnlich jenen, die in Schmelzspinnpolymersystemen wie Polyestersystemen herrschen.

Nach der Herstellung der Lösung von Zellulose in dem Lösungsmittel wird die Lösung durch eine geeignete Düsenanordnung extrudiert oder gesponnen, die eine nicht spezifizierte Spinndüse zur Herstellung von geformtem Material enthält, das in Wasser geleitet wird, um die Zellulose durch Auslaugen des Aminoxidlösemittels aus dem extrudierten Material zu regenerieren.

Die Herstellung von künstlich geformten Materialfilamenten durch Extrusion oder Spinnen einer Lösung oder Flüssigkeit durch eine Spinndüse zur Bildung von Filamenten ist natürlich allgemein bekannt. Zu Beginn wurden verhältnismäßig geringe Anzahlen von einzelnen Filamenten hergestellt, welche Filamente einzeln zur Verwendung als Endlosfilamentmaterial aufgewickelt wurden. Dies bedeutete, daß die Anzahl von Endlosfilamenten, die hergestellt werden sollten, im wesentlichen durch die Anzahl von Filamenten bestimmt wurde, die einzeln entweder vor oder nach dem Trocknen aufgewickelt werden konnten.

Wenn jedoch eine Faser als Spinnkabel hergestellt wird oder wenn eine Faser als Stapelfaser hergestellt wird, gelten andere Kriterien für die Anzahl von Filamenten, die gleichzeitig hergestellt werden können. Ein Spinnkabel umfaßt 2 AT 001 085 TJ1 im wesentlichen ein Bündel von im wesentlichen parallelen Filamenten, die nicht einzeln bearbeitet werden. Eine Stapelfaser umfaßt im wesentlichen eine Masse von kurzen Fasersträngen. Die Stapelfaser kann durch Schneiden des trockenen Spinnkabels hergestellt werden oder sie kann durch Formen eines Spinnkabels, Schneiden des Spinnkabels im noch nassen Zustand und Trocknen der geschnittenen Masse von Stapelfasern hergestellt werden.

Da bei einem Spinnkabelprodukt oder einem Stapelprodukt keine Notwendigkeit besteht, einzelne Filamente zu beaxbeiten, kann eine sehr große Anzahl von Strängen oder Filamenten gleichzeitig hergestellt werden.

Daher ist es bei Spinndüsen für die Herstellung von Spinnkabeln oder Stapelfasern im Vergleich zu Spinndüsen, die zur Herstellung von

Endlosfilamentmaterial verwendet werden, vom wirtschaftlichen Standpunkt wichtig, Spinndüsen mit einer großen Anzahl von Spinnöffnungen zu verwenden.

Zunächst konnte eine Spinndüse für die Herstellung von

Endlosfilamenten 20 bis 100 Öffnungen aufweisen, wobei die Produktivität durch Verwendung höherer Spinngeschwindigkeiten gesteigert wurde. Bei Spinndüsen, die für die Herstellung von Spinnkabeln oder Stapelfasern verwendet werden, kann sich die Zahl der Öffnungen auf tausende oder sogar zehntausende erhöhen. Die Produktivität kann daher durch die Verwendung von mehr Öffnungen wie auch höherer Geschwindigkeiten gesteigert werden. Anfangs wurden solche Spinndüsen mit einer großen Anzahl von Öffnungen in dicken Platten, wie bei Polyesterdüsen, hergestellt. Es ist jedoch kostenintensiv und zeitaufwendig, in solchen dicken Platten eine große Anzahl von Öffnungen zu formen. Daher wurde versucht, dünnere Platten zu verwenden, indem ein Teller aus Metall verwendet und die Öffnungen in dem Teller ausgebildet wurden, um eine Spinndüse in Form eines tellerförmigen Elements zu bilden, wobei die Öffnung in einem geeigneten Muster im unteren Teil des Tellers ausgebildet waren. Ein solches tellerförmiges Element wurde dann in eine Düse zur Herstellung des gesponnenen Materials geschraubt. 3 AT 001 085 Ul

Leider ist die Herstellung von Düsen jedoch ein sehr kostenintensives und zeitaufwendiges Verfahren. Jede Öffnung muß einzeln gebohrt werden. Sehr oft weisen die Öffnungen eine komplexe Form auf und werden durch eine Reihe von Bohr-, Stanz- oder Spanabhebungsverfahren hergestellt, die erst in jüngster Zeit halbautomatisiert wurden.

Bei jedem Herstellungsverfahren besteht die Gefahr von Defekten und bei einem bestimmten Prozentsatz von Defekten, wie gering er auch sein mag, nimmt die absolute Anzahl von Defekten pro Düse mit zunehmender Anzahl von Öffnungen in der Düse zu. Dies kann bedeuten, daß ein Zustand eintritt, in dem die Erhöhung der Anzahl von Öffnungen in einer einzigen Düsenfläche nicht mehr durchführbar ist, da es wahrscheinlich ist, daß das Endprodukt zu viele Defekte aufweist, um ohne folgende Korrekturen verwendbar zu sein.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, ist die Verwendung der sogenannten Clusterspinndüse oder Ringspinndüse. Bei einer Clusterspinndüse wird eine große Anzahl von kleinen Ringen hergestellt, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Öffnungen - z.B. 1 bis 1500 Öffnungen - aufweisen. Solche Clusterspinndüsen wurden weitgehend in der Herstellung von Zellulosefilamenten durch das Viskoseverfahren verwendet. Die einzelnen Ringe einer Clusterspinndüse können relativ billig hergestellt werden, und wenn bei einer Öffnung eines Ringes ein Defekt festgestellt wird, kann dieser bestimmte Ring ausgetauscht werden, ohne daß die Arbeit für die Herstellung von tausenden Öffnungen verloren ginge. Die Ringe einer Clusterspinndüse werden derart in eine Halterung eingesetzt, daß der Druck der Spinnlösung, der in der Spinndüse wirkt, die Spinndüsen fest in die Clusterspinndüsen-Halterungsanordnung preßt.

Solche Spinndüsenanordnungen in Form einer einfachen tellerförmigen Spinndüse mit einer großen Anzahl von Öffnungen oder in Form einer Clusterspinndüse werden weitgehend bei der Herstellung von Viskosezellulose verwendet. Viskosezellulose wird durch Naßspinnen hergestellt. Beispiele für solche Spinndüsen finden sich in Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1987, Band A10, Seite 554. 4 AT 001 085 Ul

Ullman beschreibt auch die Verwendung von rechteckigen Spinndüsen beim Spinnen von Polyolefinfasem.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung und Konstruktion einer Spinndüse, die insbesondere für die Herstellung von Zellulosefasem aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel geeignet ist. Solche Spinndüsen sind ferner besonders für die Herstellung von Stapelfasern aus Zellulose aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel wie Aminoxid zweckdienlich.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spinndüse geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Metallochplatte umfaßt, welche Platte eine Mehrzahl von Öffnungen für das Spinnen eines geformten Produktes aus einer Spinnlösung aufweist, wobei die Lochplatte an ihrem Umfang an ein Metallgestellelement geschweißt ist.

In einem weiteren Aspekt ist eine Spinndüse zum Spinnen einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel, welche Spinndüse ein Gestellelement aufweist, das einen Teil begrenzt, durch dessen Öffnungen die Lösung zur Bildung der Filamente geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen, die dem Gestell am nächsten liegen, an ihrem Teil mit dem geringsten Durchmesser einen größeren Durchmesser als die Öffnungen in einem weiter von dem Gestellelement entfernt liegenden Bereich aufweisen.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Spinndüse zur Herstellung einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel für die Zellulose gekennzeichnet durch: i) ein Metallgestell, welches eine Außenwand mit im allgemeinen rechteckiger Form im Grundriß enthält, wobei die Außenwand einen Raum mit einer Tiefe zwischen den beiden Rändern der Wand begrenzt, die gleich der Tiefe der Spinndüse ist, und das rechteckige Gestell eine Länge und Breite besitzt, wobei die Länge größer als die Breite ist, so daß eine Hauptachse und 3Θ eine Nebenachse definiert werden, 5 AT 001 085 Ul ii) einra nach außen gerichteten Flansch um den Umfang der Wand, der mit der Wand einstückig ausgebildet ist, iii) mindestens eine Hauptachsen-Innenverstrebungswand und mindestens eine Nebenachsen-Innenverstrebungswand, die quer zur Hauptachsen-Innenverstrebungswand liegt, welche innerhalb der Außenwand vorgesehen sind und somit eine Mehrzahl von Öffnungen durch das Gestell definieren, iv) Ausfalzungen in den Teilen der Außenwand und den Teilen der Verstrebungen an deren äußeren Kanten um den Umfang jeder Öffnung zur Aufnahme einer Lochplatte in jeder Öffnung, v) eine Mehrzahl von Metallochplatten, die so dimensioniert sind, daß sie in die Ausfalzungen um die Öffnungen passen, vi) eine Mehrzahl von Spinnöffnungen, die in jeder der Lochplatten ausgebildet sind, durch welche die Zelluloselösung zur Bildung von Filamentei gehen kann, und vii) Lochplatten, die in den Ausfalzungen an das Gestell und die Verstrebungen um den gesamten Umteig jeder Lochplatte geschweißt sind.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Spinndüse für die Herstellung einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose (vorzugsweise in einem tertiären Aminoxid), welches Verfahren gekennzeichnet ist durch: i) Errichten eines Gestells aus rostfreiem Stahl, das eine Außenwand mit im allgemeinen rechteckiger Form im Grundriß enthält, wobei die Außenwand einen Raum mit einer Tiefe zwischen den beiden Rändern der Wand 25 begrenzt, die gleich der Tiefe der Spinndüse ist, und das rechteckige Gestell eine Länge und Breite besitzt, wobei die Länge größer als die Breite ist, so daß eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert werden, ii) Ausbilden eines nach außen gerichteten Flansches an einem Umfangsrand der Wand, der um den Umfang der Wand und mit der Wand 26 einstückig ausgdbildet ist, 6 AT 001 085 Ul iii) Ausbilden innerhalb der Außenwand mindestens einer

Hauptachsen-Innenverstrebungswand und mindestens einer

Nebenachsen-Innenverstrebungswand, die quer zur

Hauptachsen-Innenverstrebungswand liegt und eine Mehrzahl von Öffnungen durch das Gestell definiert, iv) Formen von Ausfalzungen in den Teilen der Außenwand und den Teilen der Verstrebungen an deren äußeren Rändern um den Umfang jeder Öffnung zur Aufnahme einer Lochplatte in jeder Öffnung, v) Ausbilden jeder der Verstrebungen mit einer verjüngten oberen Kante, die von dem ausgefalzten Rand entfernt ist, vi) Formen einer Mehrzahl von Lochplatten aus rostfreiem Stahl, die so dimensioniert sind, daß sie in die Ausfalzungen um die Öffnungen passen, vii) Formen einer Mehrzahl von Spinnöffnungen in jeder der Lochplatten, durch welche die Zelluloselösung zur Bildung von Filamenten gehen kann, wobei die Öffnungen so veijüngt sind, daß der Durchmesser an einer Seite der Lochplatte größer als an der anderen Seite ist, viii) anschließend an das Formen der Spinnöffnungen in jeder der Lochplatten Anordnen der Lochplatten in den Ausfalzungen in den Öffnungen, wobei die Seite der Lochplatte mit dem größeren Durchmesserteil der Öffnungen zu dem Boden der Ausfalzung weist, und ix) Elektronenstrahlschweißen der Lochplatten an das Gestell und die Verstrebungen um den gesamten Umfang jeder Lochplatte.

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, von welchen

Figur ΙΑ, 1B und 2A, 2B Spinndüsenkonstruktionen nach dem Stand der Technik der einfachen tellerförmigen Art und der Clusterspinndüsenart zeigen,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Spinndüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist,

Figur 4 eine Draufsicht von Figur 3 ist,

Figur 5 eine Querschnittsansicht von Figur 3 ist, 7 AT 001 085 Ul

Figur 6 eine vergrößerte Ansicht einer Ecke von Figur 5 ist,

Figur 7 eine weitere vergrößerte Ansicht von Figur 6 ist,

Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer Lochplatte ist,

Figur 9A bis 9G Draufsichten auf Teile von Lochplatten sind,

Figur 10 eine Schnittansicht ein«- Öffnung ist, und Figur 11 eine Draufsicht auf eine Spinndüse ist.

Mit Bezugnahme auf Figur 1A und 1B wird eine Spinndüse nach dem Stand der Technik (in Figur 1A im Querschnitt dargestellt) in Form einer tellerförmigen Platte 1 (in Figur 1B in der Endansicht dargestellt) mit einem integrierten Flanschteil 2 gezeigt. Der Flansch 2 ist mit einer großen Mutter 3, die an die Rückseite eines Düsenkopfes 4 geschraubt ist, festgeklemmt. Der Düsenkopf ist seinerseits durch ein geeignetes Kupplungselement 5 mit einem Rohr 6 zur Zuleitung der Spinnlösung verbunden. Eine derartige Vorrichtung nach dem Stand der Technik weist im wesentlichen eine Mehrzahl von Öffnungen 7 auf, die in der Basis 8 des Tellers ausgebildet sind, um aus der Spinnlösung die Filamente zu erzeugen, welche die Faser formen. Wenn eine derartige Spinndüse in der Herstellung von Viskose-Spinnfaser verwendet wird, wird die Spinndüse in ein Spinnbad eingetaucht, so daß die Zellulosefasem aus der Spinnlösung beim Eintreten in das Spinnbad regeneriert werden. Für die • Herstellung von Endlosfilamentviskose läge die Anzahl der Öffnungen 7 im Bereich von etwa 10 bis 100. Für die Herstellung eines Spinnkabels (einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Filamenten, die als solche verwendet werden) oder Stapelfasern (einzelnen Fasern geringer Länge, die durch Zerschneiden eines i Spinnkabels hergestellt werden) kann die Anzahl der Öffnungen 7 tatsächlich auf einen sehr hohen Wert erhöht werden. Derartige Vorrichtungen nach dem Stand der Technik können üblicherweise mit einem Durchmesser von bis zu 10 cm geformt werden und können bis zu 50000 Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen können in Mustern wie Segmenten angeordnet sein, wie dies zum Beispiel bei ) Ullman, 5. Auflage 1987, Band A10, Seite 544, dargestellt ist. 8 AT 001 085 Ul

Aus den obengenannten Gründen kann die Erhöhung der Anzahl von Öffnungen in der Spinndüse praktische Herstellungsprobleme verursachen, die damit verbunden sind, daß die statistische Defektrate nicht auf Null gesenkt werden kann. Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung einer Clusterspinndüse der in Figur 2A, 2B dargestellten Art. Der Teil der Clusterspinndüse, der in Figur 2A dargestellt ist, ersetzt im Prinzip die tellerförmige Platte 1 und die Mutter 3 und wird durch ein Innengewinde an das Trägerelement 4 geschraubt, das in Figur 1A dargestellt ist. In dem in Figur 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Clusterspinndüse ein festes tellerförmiges Metallelement 9 mit dem obengenannten Innengewinde 10, das mit einer Reihe von stufenförmigen Bohrungen 11 ausgebildet ist. Diese Bohrungen haben an der Innenseite einen größeren Durchmesser 12 und an der Außenseite ein«) kleineren Durchmesser 13. In den stufenförmigen Bohrungen 11 ist eine Reihe von Ringen wie der Ring 14 angeordnet, der seinerseits einen integrierten Flansch 15, eine ringförmige Wand 16 und eine Basis 17 aufweist. Die Spinnöffhungen 18 sind in der Basis 17 ausgebildet. Bei derartigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik werden die Ringe von dar Innenseite des festen Trägers eingesetzt, so daß die Wirkung des Druckes der Spinnlösung auf die Ringe bewirkt, daß die Spinnlösung mit den Ringen 12 in starken Kontakt kommt, so daß die Ringe mit dem verjüngten Teil 13 der Öffnungen in Kontakt gepreßt werden. Der Grund für das Einsetzen der Ringe von der Innenseite ist die Verstärkung der Dichtung der Ringe in den Öffnungen, indem die unter Druck stehende Spinnlösung in eine Richtung zur Verstärkung der Dichtung wirkt. Falls erforderlich, kann jeder Ring in die Öffnung geschraubt werden oder kann in der Öffnung gehalten werden, indem ein weibliches Gewinde in dem Teil 12 der Öffnung vorgesehen ist und ein rohrförmiges männliches Element (nicht dargestellt) in den Gewindebohrungsteil 12 der Öffnung 11 geschraubt wird. Die Ringe 14 können über die Fläche 18 des Elements 9 ragen. Dies ist in dem Artikel in der Ullman Encyclopaedia, Seite 554, Band A10, 1987, auf die zuvor Bezug genommen wurde, deutlich dargestellt. 9 AT 001 085 Ul

Mit Bezugnahme auf Figur 3 und 8 zeigen diese eine Spinndüse gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Spinndüse weist im wesentlichen eine rechteckige Form auf, wie in Figur 3 dargestellt ist. Die Spinndüse besitzt im allgemeinen eine Zylinderform mit einer rechteckigen Außenwand 20 und einem integrierten oberen Flanschelement 21. Das Flanschelement kann mit Öffnungen versehen sein. In der Wand 20 oder mit dieser einstückig ausgebildet oder an diese angeschweißt ist eine Reihe von Verstrebungswänden 22, 23, 24. Die verstrebte Konstruktion kann bei einer integrierten Einheit aus einer einzigen Platte oder einer dünnen Tafel maschinell hergestellt werden. Die Verstrebungswände 22 und 23 sind entlang der Hauptachse der Spinndüse ausgebildet, und die Verstrebungswand 24 liegt quer zu der Hauptachse entlang einer Nebenachse der Spinndüse. Die Verstrebungswände bilden gemeinsam mit der Außenwand 20 eine Reihe von Öffnungen oder Fenster wie die Öffnung 25. Das Material, aus welchem die Außenwand oder die Verstrebungen der Spinndüse geformt werden, ist vorzugsweise rostfreier Stahl und insbesondere rostfreier Stahl nach dem AISI-Kode 304. Die oberen Wände der Verstrebungen 22, 23 und 24 sind zur Bildung von im wesentlichen Schneidkantenlinien wie der Linien 27, 28, 29 verjüngt. Die Schneidkante 27 der Verstrebung 24 ist zentral auf der Verstrebung angeordnet, aber die Schneidkanten 28, 29 der Verstrebungen 22 und 23 (siehe Figur 5) sind an einer Seite der Verstrebungselemente angeordnet, so daß der Abstand d immer gleich ist und daher, da die Öffnungen alle dieselbe Länge aufweisen, die Flächen der Öffnungen alle gleich sind. Dies bedeutet, daß bei Verwendung im wesentlichen gleiche Mengen der Spinnlösung in jede Öffnung geleitet werden. Die Verwendung von veijüngten Verstrebungen verringert den Druckabfall der Spinnlösung durch die Düse im Vergleich zu Verstrebungen mit flacher Oberseite.

An ihren unteren Enden definieren die periphere Außenwand 20 und die Verstrebungswände 22, 23, 24 die unteren Ränder der Öffnungen. Der Boden jeder der Verstrebungswände liegt in derselben Ebene 30 wie die Basis der Außenwand 20. Um jede Öffnung sind die Wände zur Aufnahme einer io AT 001 085 Ul

Lochplatte 32 wie bei 31 ausgefalzt. Die Lochplatte 32 wird auch aus rostfreiem Stahl, in diesem Fall AISI-Kode 430 rostfreiem Stahl, gebildet. In der Lochplatte 32 ist eine Reihe von Spinndüsenöffnungen durch herkömmliche Verarbeitungstechniken ausgebildet, wie zu Beispiel durch jene, die in "Fiber Producer", Dezember 1978, Seite 42 bis 50, von Schwab, Enka, oder in "Fiber Producer", April 1978, Seite 14 bis 18 und 74 bis 75, von Langley, Spinning Services and Systems, beschrieben sind, wobei der Inhalt beider Artikel hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Die Spinndüsenöffnungen weisen vorzugsweise eine verjüngte Form auf, wie in Figur 7 dargestellt, so daß sie j einen größeren Innendurchmesser an der Innenseite der Düse und einen kleineren Durchmesser an der Außenseite der Düse besitzen. Die Platten werden nach ihrer Herstellung in der Ausfalzung 31 in dem Gestell und den Verstrebungen der Spinndüse angeordnet und um den Umfang wie bei 33 elektronenstrahlgeschweißt, um die Platten in den Öffnungen abzudichten.

Da die Platten 32 mit derselben Dicke wie die Tiefe der Ausfalzung 31 gewählt werden und da das Elektronenstrahlschweißen angewendet wird, weist die Unterseite der Spinndüse eine glatte Fläche auf und liegt tatsächlich in der einzigen Ebene 30.

Da die Lochplatten 32 vor dem Einbau in die Düse gestanzt werden l können und im wesentlichen eine rechteckige Form aufweisen und flach sind, können sie auf einfache Weise bearbeitet und gestanzt werden. Es müssen keine Öffnungen in ein tellerförmiges, mit Flansch versehenes Element gestanzt werden, wie dies bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik erforderlich war. Dies bedeutet, daß die Öffnungen gerade durch die Platte sehr nahe bei den i Rändern gestanzt werden können. Dies bedeutet wiederum, daß die Spinnöffhungen sehr nahe bei den Außenwänden der Platte und sehr nahe bei den Verstrebungswänden liegen können. Die Anwendung des

Elektronenstrahlschweißens verringert die Verformung der Anordnung auf ein Minimum. Unter Verwendung der beiden obengenannten besonderen rostfreien ) Stahlsorten, kann der weichere Stahl, der für die Lochplatten verwendet wird, gestanzt werden, um die geformten Spinnöffnungen herzustellen, und auch an 11 AT 001 085 Ul das Material des Gestells geschweißt werden. Das Elektronenstrahlschweißen wird bevorzugt, da es eine Methode zur Erzielung einer Verbindung hoher Integrität darstellt, wobei die Platten nicht mehr als erforderlich verformt werden. Alternative Schweißmethoden könnten das Laserschweißen oder Plasmabogenschweißen umfassen.

Es ist daher ersichtlich, daß die Spinndüse eine glatte Unterseite aufweist und einfach aus schmalen Komponenten im Sinne von Lochplatten hergestellt werden kann und gleichzeitig eine große Fläche für die Herstellung einer großen Anzahl von einzelnen Fasersträngen geschaffen wird.

Die Metallplatten 32 weisen vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 3 mm auf. Die Verwendung der geschweißten Konstruktion ermöglicht, daß die Platten den hohen Innendrücken widerstehen, welchen sie bei Verwendung ausgesetzt werden. Dies bedeutet, daß die Platten nur 0,5 mm dünn sein können und gleichzeitig eine Hochdruckspinnlösung in dem Herstellungsverfahren verwendet werden kann. Als Alternative können dickere Platten wie Platten mit einer Dicke von 0,75 mm oder 1 mm oder 1,25 mm oder 2 mm oder 2,5 mm oder 3 mm vorgesehen sein. Die Platten können nahezu jede Länge entlang der Hauptachse aufweisen, da die Platten an jeder Seite an der Nebenachse angeschweißt werden. Normalerweise kann die Breite der Platte etwa 50 mm betragen, aber sie kann 10, 15, 20, 25, 30, 35 oder 45 mm breit sein. Die Platten können bis zu 500 mm lang oder noch länger sein und können üblicherweise 100, 150, 200, 250, 300, 350 oder 400 mm lang sein, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite im Bereich von 1:1 bis 50:1 liegen kann.

Durch die Verwendung einer AISI 430 rostfreien Stahlplatte für die Lochplatte 32 können die Öffnungen leicht durch die Platte gestanzt werden. Die Öffnungen sind in einer regelmäßigen Anordnung an der Platte angebracht. Figur 9A bis 9G zeigen bevorzugte Formen der regelmäßigen Anordnung. In Figur 9A sind die Öffnungen 57, 58 an den Ecken gleichseitiger Dreiecke angeordnet, wobei die Basen und Spitzen der Dreiecke parallel zu einem der Ränder 40 der Lochplatte liegen. In Figur 9B sind die Öffnungen 41 an den Ecken von Sechsecken angeordnet, wobei wieder eine Kante der Sechsecke 12 AT 001 085 Ul parallel zu einem Rand 42 der Lochplatte liegt. In Figur 9C sind die Öffnungen 43 an den Ecken von gleichschenkeligen Dreiecken angeordnet, wobei die Basis der gleichschenkeligen Dreiecke kürzer als die gleichschenkeligen Seiten ist. Die Basis kann als Alternative länger als die Seiten sein. Die Basen sind parallel zu einem Rand 44 der Lochplatte angeordnet. In Figur 9D sind die Öffnungen 45 an den Ecken von Quadraten angeordnet, wobei eine Seite des Quadrates parallel zu einem Rand 46 der Lochplatte liegt.

In Figur 9E sind die Öffnungen 47 an den Ecken von Rhomben angeordnet, wobei eine Diagonale des Rhombus parallel zu einem Rand 48 der Lochplatte liegt.

In Figur 9F sind die Öffnungen in zwei alternierenden Reihen 49, 50 angeordnet, wobei die Reihen im rechten Winkel zu einem Rand 51 der Lochplatte liegen. Die Reihen müssen nicht in einer Senkrechten zu der Lochplatte liegen, und zum Beispiel sind in Figur 9G Öffnungen 52 in Linien wie der Linie 53 angeordnet, die in einem Winkel 54 zu einer Senkrechten 55 zu einem Rand 56 der Lochplatte liegt.

Normalerweise können 2775 Öffnungen pro Lochplatte vorhanden sein, wobei der Mittenversatzabstand der Öffnungen im Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm, üblicherweise 1,2 mm liegt. Daher wäre bei den in Figur 9A 1 dargestellten Öffnungen jede Öffnung 57 1,2 mm von der nächsten benachbarten Öffnung 58 entfernt. Natürlich ist bei Öffnungen, die in einer anderen Versatzanordnung liegen, der Mittenabstand von einer Öffnung zur nächsten anders.

Ein Querschnitt einer typischen Öffnung ist in Figur 10 dargestellt. Die Öffnung weist im wesentlichen eine Trompetenform auf mit einem im wesentlichen parallelen Abschnitt 60, der einen Innendurchmesser 61 und eine Länge 62 besitzt. Über dem parallelen Teil 60 befindet sich ein veijüngter Teil 63. Die Länge 62 des schmalen Teiles 60 ist etwa gleich dem Durchmesser 61 des schmalen Teiles 60. Die Länge der Öffnung ist tatsächlich die Länge des i kapillaren oder im wesentlichen parallelen Teiles 60. Der veijüngte Teil 63 ist im Prinzip ein Mittel zur Abgabe einer Spinnlösung in den Teil 60 der Öffnung. 13 AT 001 085 Ul

Der Teil 60 kann einen Durchmesser von 25 Mikron oder 35 Mikron oder 40 Mikron oder 50 Mikron oder 60 Mikron oder 70 Mikron oder 80 Mikron oder 90 Mikron oder 100 Mikron oder 110 Mikron oder 120 Mikron oder 150 Mikron aufweisen, abhängig von dem gewünschten Decitex der Faser, die mit Hilfe der Spinndüse hergestellt werden soll. Die Länge 62 kann gleich dem Durchmesser 61 sein oder kann im Bereich des 0,1- bis 10- oder 0,5- bis 2-fachen des Durchmessers 61 liegen.

Die Öffnungen in der Spinndüse können auf jede herkömmliche Weise, üblicherweise durch Bohren, Stanzen und Räumen hergestellt werden. Typische Herstellungsverfahren sind in den obengenannten Artikeln von Schwab und Langley in "Fiber Producer" beschrieben.

Bei einer erfmdungsgemäßen Spinndüse ist es nicht wesentlich, daß alle Öffnungen denselben Durchmesser in ihrem kapillaren Teil 60 aufweisen.

Mit Bezugnahme auf Figur 11 ist eine Draufsicht auf eine Spinndüse dargestellt, die einen äußeren Flansch 70 aufweist und sechs Lochplatten 71 bis 76 enthält. Die Lochplatten sind in ein Gestell auf die in Figur 3 bis 8 dargestellte Weise geschweißt. An jeder Seite der Lochplatten 71 bis 74 ist der kapillare Teil der Öffnungen in den Bereichen 71A, 71B bis 74A, 74B etwa 10 Prozent im Durchmesser größer als der kapillare Teil in den übrigen Abschnitten der Platten 71 bis 74. Auf gleiche Weise sind die kapillaren Teile der Öffnungen in den Bereich 75A, 75B und 76A, 76B etwa 10 Prozent im Durchmesser größer als die Öffnungen in den übrigen Teilen der Platten 75 und 76.

Anstatt den veijüngten Teil 63 als glatte Veijüngung auszubilden, kann es einfacher sein, die Veijüngung durch eine Reihe von kegelstumpfen Bereichen zu bilden, die in dem parallelen Teil 60 zusammenlaufen.

Die erfindungsgemäße Spinndüse mit geschweißter Konstruktion besitzt gegenüber den Konstruktionen nach dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen.

Die geschweißte Konstruktion ermöglicht die Verwendung von dünnen Lochplatten, während dennoch eine große Fläche vorgesehen sein kann, in der 14 AT 001 085 Ul die Öffnungen ausgebildet werden können. Die dünnen Lochplatten können in ein Gestell eingeschweißt werden, so daß sie den Deformationswirkungen widerstehen, die bei Verwendung einer Hochdruckspinnlösung entstehen. Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung, wenn die Spinndüse mit einer hochviskosen Spinnlösung verwendet wird. Die Verwendung hochviskoser Spinnlösungen bedeutet unvermeidlich, daß, wenn hohe Durchsätze erforderlich sind, hohe Drücke wie bis zu 200 Bar verwendet werden müssen, um die Spinnlösung durch die Öffnungen zu pressen.

Die geschweißte Konstruktion verringert auch tote Bereiche innerhalb der Spinndüse, wo die Spinnlösung stagnieren kann. Diese können andernfalls zu einem ungleichmäßigen Spinnen führen, insbesondere beim Spinnen einer warmen Spinnlösung in einen kühlen Bereich. Die geschweißte Konstruktion kann einfach mit einer glatten Unterseite hergestellt werden.

Bin weiterer Vorteil besteht darin, daß rechteckige Konstruktionen auf einfache Weise hergestellt werden können. Da die Platten vor dem Einschweißen in das Gestell vorgefertigt werden können, können die Platten Öffnungen nahe ihren Rändern aufweisen. Die Platten können alle gleich groß sein, was bedeutet, daß die Lochplatten wiederholt hergestellt werden können und wenn eine Platte defekte Öffnungen aufweist, nur eine einzige Platte verworfen werden muß. Im Vergleich zu einer großen Spinndüse mit einer einfachen Platte ist daher das Produkt der Erfindung viel einfacher herzustellen und weniger anfällig für eine Verformung unter Druck. Wenn gepreßte einfache Düsenplatten jener Art verwendet werden, die in Figur 1A dargestellt ist, ist es sehr schwierig, eine derartige Düse mit Öffnungen nahe den Rändern herzustellen, da die Bearbeitung innerhalb eines tellerförmigen Elements kompliziert ist. Wenn nur eine einfache Platte verwendet wird, muß diese zur Vermeidung eines Bruches dick sein, was bedeutet, daß die Ausbildung von Öffnungen in der Platte schwierig ist und es daher nicht möglich ist, die Öffnungen nahe beieinander zu formen.

Die Verwendung von AISI 430 rostfreiem Stahl [der 16-18 Gew.-% Chrom und geringe Mengen Nickel (weniger als 0,5%), Mangan (weniger als 15 AT 001 085 Ul 0,5 Gew.-%) und Molybdän (weniger als 0,5 Gew.-%) wie auch geringe Mengen Kohlenstoff (weniger als 0,12 Gew.-%) enthält] bedeutet, daß die Platten gestanzt und geschweißt werden können und gleichzeitig imstande sind, den Betriebsbedingungen standzuhalten. 16

Claims

AT 001 085 Ul ANSPRÜCHE 1. Spinndüse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Metallochplalte (32) umfaßt, welche Platte (32) eine Mehrzahl von Öffnungen zum Spinnen eines geformten Produktes aus einer Spinnlösung aufweist, wobei die Lochplatte (32) an ihrem Umfang an ein Metallgestell (20, 22, 23, 24) geschweißt ist, wobei die Lochplatte (32) und das Metallgestell (20,22,23,24) aus rostfreiem Stahl gefertigt sind.
2. Spinndüse zum Spinnen einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösemittel, welche Spinndüse ein Gestellelement (20) aufweist, das einen Teil begrenzt, durch dessen Öffnungen die Lösung zur Bildung der Filamente geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen, die dem Gestell (20) am nächsten liegen, an ihrem Teil mit dem geringsten Durchmesser (60) einen größeren Durchmesser (61) als die Öffnungen in einem weiter von dem Gestellelement (20) entfernt liegenden Bereich aufweisen, und daß die Öffnungen einen sich verjüngenden Verlauf aufweisen, wobei sich der geringste Durchmesser am stromabwärts liegenden Ende befindet.
3. Spinndüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil, durch welchen die Lösung zur Bildung der Filamente geleitet wird, eine Metallochplatte (32) umfaßt, die zwischen 500 und 10000 Öffnungen aufweist.
4. Spinndüse nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestellelement (20) an einem der Lochplatte (32) gegenüberliegenden Ende einen nach außen gerichteten integrierten Flansch (21) aufweist. 17 AT 001 085 Ul
5. Spinndüse nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (32) an das Gestellelement (20, 22, 23, 24) elektronenstrahlgeschweißt ist.
6. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 und 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestellelement (20) eine Ausfalzung (31) aufweist, in welche das Lochplattenelement (32) eingesetzt und eingeschweißt wird.
7. Spinndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Lochplatten (32) mit jeweils einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 3,0 mm und im wesentlichen der Tiefe der Ausfalzung (31) entsprechend • vorgesehen ist.
8. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (32) aus rostfreiem Stahl der AISI430 Sorte besteht.
9. Spinndüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ϊ gekennzeichnet, daß das Gestellelement aus rostfreiem Stahl der AISI 304 Sorte besteht.
10. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenelement (20) rechteckig ist und die Lochplatte (32) in das Gestellelement (20) eingeschweißt ist, so daß der Umfang einer * Innenseite der Lochplatte (32) gegen das Gestellelement (20) liegt, und daß die Spinnöffnungen (60) einen verjüngten Innendurchmesser aufweisen und an der Innenseite der Lochplatte (32) größer sind.
11. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (61) der Öffnungen im mittleren Bereich > der Lochplatte kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen , die in der Nähe von mindestens einem der Ränder (71A, 71B, 72A, 72B, 73A, 73B, 74A, 74B, 75A, 75B, 76A, 76B) der Platte (71, 72, 73, 74, 75, 76) ausgebildet sind.
12. Spinndüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Innenverstrebung (22, 23, 24) im Inneren 1 des Metallgestells (20) vorgesehen ist, um mindestens zwei hindurchgehende Öffnungen (25) auszubilden, wobei die Öffnungen (25) rechteckig sind. 18 AT 001 085 Ul
13. Spinndüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungen (22, 23, 24) an ihren oberen Kanten veijüngt sind und die Veijüngung so ausgebildet ist, daß die Fläche jeder Öffnung (25) am Eingang, wie durch den veijüngten Rand definiert, gleich ist.
14. Spinndüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Kanten der Verstrebungen (22, 23, 24) im wesentlichen in derselben Ebene wie die obere Fläche eines Flansches (21) des Gestellelements liegen.
15. Spinndüse zur Herstellung einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose in einem Lösungsmittel für die Zellulose, gekennzeichnet durch: i) ein Metallgestell, welches eine Außenwand (20) mit im allgemeinen rechteckiger Form im Grundriß enthält, wobei die Außenwand einen Raum mit einer Tiefe zwischen den beiden Rändern der Wand (20) begrenzt, die gleich der Tiefe der Spinndüse ist, und das rechteckige Gestell eine Länge und Breite besitzt, wobei die Länge größer als die Breite ist, so daß eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert werden, ii) einen nach außen gerichteten Flansch (21) um den Umfang der Wand (20), der mit der Wand einstückig ausgebildet ist, iii) mindestens eine Hauptachsen-Innenverstrebungswand (22, 23) und 1 mindestens eine Nebenachsen-Innenverstrebungswand (24), die quer zur Hauptachsen-Innenverstrebungswand (22, 23) liegt, welche innerhalb der Außenwand (20) vorgesehen sind und somit eine Mehrzahl von Öffnungen (25) durch das Gestell definieren, iv) Ausfalzungen (31) in den Teilen der Außenwand (20) und den Teilen der Verstrebungen (22, 23, 24) an deren äußeren Rändern um den Umfang jeder Öffnung (25) zur Aufnahme einer Lochplatte (32) in jeder Öffnung, v) eine Mehrzahl von Metallochplatten (32), die so dimensioniert sind, daß sie in die Ausfalzungen (31) um die Öffnungen (25) passen, 19 I AT 001 085 Ul vi) eine Mehrzahl von Spinnöffnungen, die in jeder der Lochplatten (32) ausgebildet sind, durch welche die Zelluloselösung zur Bildung von Filamenten gehen kann, und vii) Lochplatten (32), die in den Auswalzungen an das Gestell (20) und Verstrebungen (22, 23, 24) um den gesamten Umfang jeder Lochplatte (32) geschweißt sind.
16. Verfahren zur Herstellung einer Spinndüse zur Herstellung einer Mehrzahl von Zellulosefilamenten aus einer Lösung von Zellulose, gekennzeichnet durch: i) Errichten eines Gestells aus rostfreiem Stahl, das eine Außenwand (20) mit im allgemeinen rechteckiger Form im Grundriß enthält, wobei die Außenwand (20) einen Raum mit einer Tiefe zwischen den beiden Rändern der Wand begrenzt, die gleich der Tiefe der Spinndüse ist, und das rechteckige Gestell eine Länge und Breite besitzt, wobei die Länge größer als die Breite ist, so daß eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert werden, ii) Ausbilden eines nach außen gerichteten Flansches (21) an einem Umfangsrand der Wand (20), der um den Umfang der Wand und mit der Wand (20) einstückig ausgebildet ist, iii) Ausbilden innerhalb der Außenwand (20) mindestens einer Hauptachsen-Innenverstrebungswand (22, 23) und mindestens einer Nebenachsen-Innenverstrebungswand (24), die quer zur Hauptachsen-Innenverstrebungswand (22, 23) liegt und eine Mehrzahl von Öffnungen (25) durch das Gestell definiert, iv) Formen von Ausfalzungen (31) in den Teilen der Außenwand (20) und den Teilen der Verstrebungen (22, 23, 24) an deren äußeren Rändern um den Umfang jeder Öffnung (25) zur Aufnahme einer Lochplatte (32) in jeder Öffnung (25), v) Ausbilden jeder der Verstrebungen (22, 23, 24) mit einer verjüngten oberen Kante (27, 28, 29), die von dem ausgefalzten Rand entfernt ist, 20 AT 001 085 Ul vi) Formen einer Mehrzahl von Lochplatten (32) aus rostfreiem Stahl, die so dimensioniert sind, daß sie in die Auswalzungen (31) um die Öffnungen (25) passen, vii) Formen einer Mehrzahl von Spinnöffhungen (60) in jeder der Lochplatten (25), durch welche die Zelluloselösung zur Bildung von Filamenten gehen kann, wobei die Öffnungen so verjüngt sind, daß der Durchmesser an einer Seite der Lochplatte (25) größer als an der anderen Seite ist, viii) anschließend an das Formen der Spinnöffhungen in jeder der Lochplatten (32) Anordnen der Lochplatten (32) in den Ausfalzungen (31) in den Öffnungen (25), wobei die Seite der Lochplatte (32) mit dem größeren Durchmesserteil der Öffnungen zu dem Boden der Ausfalzung (31) weist, und ix) Elektronenstrahl schweißen der Lochplatten (32) an das Gestell (20) und die Verstrebungen (22, 23, 24) um den gesamten Umfang jeder Lochplatte (25).
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgestell (20) und die Innenverstrebungswände (22, 23, 24) aus einer festen Platte gearbeitet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser der Öffnungen im Bereich von 125 μτη bis 200 μτη liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch einen Mittenabstand im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm voneinander beabstandet sind. 21