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Als elektrische Widerstandsplatte ausgebildete und am Ende eines Austragrohres anbringbare Düse zum Schmelzspinnen Die Erfindung betrifft eine als elektrische Widerstaridsplatte ausgebildete und am Ende eines Austragrohres anbringbare Düse zum Schmelzspinnen multifilen Garnes, der über Klemmen Strom zuführbar ist.
Schmelzspinnen wird verbreitet zum Ziehen von Fäden aus thermoplastischem Material angewendet. Diese Fäden werden nachher für Textilfasern, Borsten, Bandwaren und für andere Zwecke verwendet.
Gewisse Polymere sind schwierig im Schmelzspinnverfahren zu verarbeiten, da sie bei Schmelztemperatur sehr stark schrumpfen und sich entfärben sowie einem Abbau unterliegen. Eines dieser Materialien ist Cellulose-Acetat.
Es ist ein Ziel der Erfindung eine Erhöhung der Spinnleistung zu erreichen. Die Form der Düse ist hiebei für die Erzielung einer entsprechenden Leistung wesentlich. Bekanntgeworden ist nun bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art eine flache Widerstandsplatte, die jedoch, bedingt durch eine ungünstige Stromverteilung und damit einhergehenden ungünstigen Erwärmungsverhältnissen für das zu schmelzende Material, nicht befriedigen konnte. Es sind auch schon geformte Düsen zum Verspinnen von Lösungen bekanntgeworden, die jedoch nicht als elektrische Widerstandsplatte wirken und als solche auch gar nicht wirken sollen.
Demgegenüber ist beim Schmelzspinnen zur Erzielung entsprechender Leistungen zu berücksichtigen, dass die Form der Düse so zu wählen ist, dass ihre, mit der geschmolzenen Schicht des zu verspinnenden Materials in Berührung kommende Oberfläche grösser ist als jene einer ebenen Düsenplatte. Gleichzeitig sind jedoch Massnahmen erforderlich, um der Düsenplatte genügend Festigkeit gegen den beim Spinnen auftretenden hohen Druck zu geben und die Temperatur auf der Plattenoberfläche konstant zu halten. Die letztgenannte Forderung ist besonders beim Verspinnen von Kunststoffen und hier wieder vor allem bei Celluloseacetat zu erfüllen, da bei erhöhten Temperaturen chemische Umwandlungsprozesse einsetzen, welche die Qualität des Endproduktes in ungünstigem Sinne beeinflussen.
Die erwähnte grössere Oberfläche wird nun erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die Platte einen
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kreisringförmige, mit Ausflussöffnungen versehene Rinne od. dgl. mit nach aussen geneigter,tragrohres. vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Dichtung abgestützt ist. Weiters ist, wie bereits erwähnt, darauf zu achten, dass die Temperatur der Plattenoberfläche trotz der komplizierten Platten- form konstant ist. Dies kann nun z. B. dadurch erreicht werden, dass die Wandstärke des Kegelteiles an der Spitze grösser ist als.'an der Basis.
Durch die zuletzt erwähnte Massnahme wird nämlich jene Wärmemenge kompensiert, die über den kreisringförmigen Bund durch die Dichtung hindurch an das wassergekühlte Austragrohr abgegeben wird, da der elektrische Widerstand des ringförmigen Bundes grösser ist als jener des zentral angeordneten Kegelteiles.
Der Anschluss der Düse an die elektrische Energieversorgung bringt weitere Probleme hinsichtlich einer gleichförmigen Erwärmung der Düsenplatte mit sich. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Anschluss derart ausgeführt, dass an den ringförmigen Bund zentrisch symmetrisch Fortsätze anschliessen, die vorzugsweise über kreisförmig gekrümmte Schultern in Tragflächen übergehen, die satt anliegend mit Stromzufuhrplatten verbunden sind, die im Betrieb zwecks Zentrierung der Düsenplatte mit einer Kante am Ende des Austragrohres anliegen, wobei erfindungsgemäss die Fortsätze gegen- über dem Bund verengt sind.
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Durch die Verengung der Fortsätze wird nämlich die Stromdichte in den Fortsätzen und den unmittelbar an die Fortsätze anschliessenden Teil der Platte im Vergleich zu den restlichen Plattenteilen erhöht, so dass eine Kompensation jener Wärmemenge erzielt wird, die an dieser Stelle über die Anschlussplatten abgeleitet wird, die aus elektrisch und auch gut wärmeleitendem Material besteht. i Der Erfindungsgegenstand wird nun beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei diese eine bevorzugte Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes darstellt.
Fig. l ist ein Querschnitt durch den unteren Teil einer Spinnvorrichtung, in der eine erfihdungsgemässe
Düse eingebaut ist, wobei deren Beziehung zur Förderschnecke gezeigt ist. Fig. 2 zeigt eine Untersicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und Fig. 3 eine Draufsicht auf das Widerstandselement der Düse, I die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. In Fig. 3 sind Stromlinien und Pfeile eingetragen, die den Strom- weg durch das Element zeigen. Fig. 4 ist eine Seitenansicht des unteren Teiles der Vorrichtung, die im besonderen die Befestigung der Düsenbaugruppe an dem Ende des Zuführungsrohres zeigt.
In Fig. 5 ist eine
Düsenbaugruppe in Draufsicht dargestellt, wobei die Düsenbaugruppe aus einem Widerstandselement und
Anschlüssen der Vorrichtung besteht, wobei insbesondere die Beziehung zwischen der Düse allein und deren elektrischen Anschlüssen gezeigt ist. Fig. 6 zeigt in schaubildlicher Darstellung die Ausbildung der Düse allein und deren Anschlüsse und Fig. 7 ebenfalls inschaubildlicher Darstellung eine weitere Ausbildung der
Düsenbaugruppe.
Das zu verspinnende Material ist in einem Behälter angeordnet, der in einem Trichter 19 endigt, der mit einem Gussteil 39 verbunden ist, der konzentrisch an das untere Ende des Trichters 19 angeflanscht und daran mittels Schraubenbolzen 38-befestigt ist. In den Gussteil 39 ist ein, ein Aussengewinde tragendes
Austragrohr 40 eingeschraubt. Mit S ist eine Förderschnecke bezeichnet, die im Inneren des Vorratsbehälters drehbar gelagert ist und durch den Trichter 19 bis in das Austragrohr 40 ragt. Die Schnecke S ist aus einer
Welle 8 hergestellt, die mit spiraligen Rippen 3,4 und dazwischenliegenden spiraligen Rinnen 2 versehen ist.
Der Vorratsbehälter und die Ausstossbaugruppe sind gasdicht.
Die Düse J ist auf zwei stabilen getrennten vorzugsweise aus Elektrolytkupfer bestehenden Stromzu- führplatten 28 befestigt, die durch Nietung an zwei Tragflächen 52 befestigt sind, die mit der Düse
J einen Teil bilden. Diese Befestigungsart ist vorgesehen, um den niedrigst möglichen elektrischen Wi- derstand an der Verbindungsstelle zwischen der Düse und den Anschlüssen zu erreichen, so dass der Hitze- verlust ein Minimum wird.
Jede Stromzuführplatte 28 ist mit einer kurvenförmigen Kante 28a versehen, welche mit einer kurven- förmigen Schulter 5 der eigentlichen Düse übereinstimmt und auf diese Weise eine kontinuierlich kurven- förmige, Fläche in axialer Richtung des Gussteiles 39 ergibt. Diese kurvenförmigen Flächen zentrieren die
Düse J am Austragrohr 40. Ein Isolierring 42 liegt zwischen den kurvenförmigen Flächen 28a, 5 und dem
Austragrohr 40.
Die Stromzuführplatten 28 tragen Öffnungen 51 zur Aufnahme von Stromzuführbolzen.
Der aktive Teil der Düse besteht aus einem ringförmigen Bund 55, der zwischen dem Kreis 3'und dem
Kreis 4' (Fig. 3) liegt. Der Bund 55 liegt am Ende des Austragrohres 40 an und wirkt gemeinsam mit der
Scheibe 44 als Dichtring, um ein Lecken des geschmolzenen fadenbildenden Materials zu verhindern.
Die Düse ist am Ende des Austragrohres 40 durch einen Befestigungsring 30 verankert, der an seiner oberen Seite eine Fläche aufweist, die einen isolierenden Dichtring 46 berührt, der an der Unterseite des
Bundes 55 der Düse J aufliegt und diese gegen die Scheibe 44 drückt, die ihrerseits gegen das Ende des Austragrohres 40 drückt. Der Befestigungsring 30 ist mittels Bolzen 34 am Flansch 28 des Gussteiles 39 befestigt.
Der wirksame Teil der Düse J ist ausserdem mit einem aus einem Stück bestehenden, umgestülpten Rand 61 versehen, der in seiner bevorzugten Ausbildungsform als Mantel eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, der an der Stelle seines grössten Querschnittsdurchmessers vom Kreis 3'und an seinem kleinsten Quer-
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abwärts erstreckt. Zwischen den Linien 1" und 2' (Fig. 3) ist eine konzentrische flache Rinne 63 angeordnet, die mit der äusseren Wand 61 ein Stück bildet. Die Rinne 63 ist mit einer Vielzahl von Ausflussöffnungen 63a versehen, die in einem'oder in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
Der Abschluss erfolgt durch einen, mit der Düse J aus einem Stück bestehenden konischen und zentral angeordneten Kegelteil 65, der sich von der längs ihres grössten Druchmessers l'aufgebördelten Rinne 63 nach oben erhebt und in einer Spitze 0 endet. Der Kegelteil 65 wird vorzugsweise allmählich an seinem oberen Ende dicker als es in der Zeichnung dargestellt ist.
In Fig. 3 ist mit "a" der Durchmesser des ringförmigen Bundes 55 bezeichnet, der durch den Kreis 4'
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begrenzt ist. Das Mass b gibt die minimale Weite (Fortsatz 26) der Tragflächen 52 an, die als Anschlüsse zur Leitung des Heizstromes zum äusseren Ende des Bundes 55 dienep.
Die Stromlinien und Pfeile in Fig. 3 zeigen, auf welche Weise der Strom zusammenfliesst, um die maximale Konzentration am Fortsatz 26 zu ergeben, an welcher Stelle die Stromzuführplatte 28 an die i Peripherie des Bundes 55 angeschlossen ist. Weiters zeigt die Darstellung, wie sich die Konzentration in der Düse längs des Stromdurchflusses vermindert, wodurch eine gleichmässige Erhitzung erreicht wird. Die
Konzentration des Heizstromes am Fortsatz 26 ergibt eine besondere Erhitzung an dieser Stelle, so dass die durch Leitung und Strahlung an den Tragflächen 52 und den Stromzuführplatten 28 verloren gegangene
Wärmemenge kompensiert wird.
Die äussere konische Wand 61 ist vorzugsweise um zirka 220, der Kegelteil 65 vorzugsweise zirka
550 gegenüber der Achse des Austragrohres 39 abgeschrägt. Jeder dieser Winkel kann spitzer ausgeführt werden, ohne die Funktion der Düse zu stören, werden jedoch die Winkel vergrössert, so wird die wirksame Fläche verkleinert und die Produktionsziffer entsprechend vermindert. Beispielsweise kann die Abschrägung der äusseren Wand 61 bezüglich der Achse des Austragrohres 40 zwischen 15 und 450 liegen, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Gleicherweise kann der Neigungswinkel des Kegelteiles 65 von zirka
40 bis zirka 650 bezüglich der Achse des Rohres 40 variieren.
Das Verhältnis der Masse a und b muss in sehr engen Toleranzen aufrechterhalten werden, um die
Konzentration des Heizstromes im ringförmigen Bund 55 und in den wirksamen Teilen der Düse zu regeln.
In einer bevorzugten Ausführung mit einer Düsenstärke von zirka 1, 52 mm und einem inneren Durchmesser des Austragrohres von zirka 29, 97 mm beträgt das Verhältnis a : b zirka 1, 39 : 1.
Andere zweckentsprechende Verhältnisse der Grössen a zu b liegen zwischen 1,28 und 1,51 und hängen von der Grösse der Vorrichtung, der Dicke der Heizlegierung in der Düse und den verschiedenen
Typen der Polymeren ab.
Im Betrieb ist der Vorratsbehälter einschliesslich des Trichters 19 mit dem fadenbildenden Material gefüllt. Der elektrische Strom geht durch die Düse J hindurch, so dass diese auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Materials erhitzt wird. Die angenäherte Konzentration und der Stromfluss durch die eigentliche Düse ist in Fig. 3 eingetragen und oben erläutert. Die Schnecke S wird dann in Drehung versetzt, so dass das Material vom Trichter 19 in und durch das Austragrohr 40 gegen die Düse vorrückt.
Das Material zwischen dem Ende der Förderschnecke und der Düse wird zu einem festen Blöckchen ver- dichtet. Das voreilende Ende dieses Blöckchens wird durch die Düse geschmolzen und das geschmolzene
Material durch die Ausflussöffnungen 63a als Fäden bzw. Fasern abgezogen. Die Vorschubgeschwindig- keit wird in Abhängigkeit von der Temperatur der Düse geregelt, so dass das Material zwischen dem Ende der Förderschnecke und der Düse kontinuierlich zu einem festen Blöckchen verdichtet wird, wobei das geschmolzene Material, so schnell wie es geschmolzen ist, als Faden abgezogen wird. Die erfindungsge- mässe, besondere Ausbildung der Düse J erhöht den Anteil des geschmolzenen Materials und in weiterer
Folge kann der Ausstoss um mindestens 50% gegenüber dem Ausstoss bei Verwendung von flachen Düsen erhöht werden.
Das Ende der Schnecke S liegt einerseits nahe genug der Widerstandsplatte, so dass der Druck ausreicht, das Material zu einem festen Blöckchen zusammenzupressen und anderseits weit genug von der Platte, so dass diese ausserhalb der durch den Gewindedrall verursachten Turbulenz liegt. Die Turbulenz würde un- gleichmässige Austragung mit sich bringen. Der Antrieb erfolgt derart, dass am Ende der Schnecke eine gewisse Rührwirkung vorhanden ist, da das Material das Ende der Schnecke längs der spiraligen Rinnen 2 verlässt. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen dem Ende der Förderschnecke und der Widerstandsplatte ungefähr gleich zirka 1/3 bis zirka 2/3 des Förderschneckendurchmessers, d. i. des Kammerdurchmessers, ausgeführt.
Es können an Stelle eines Kegelteiles 65 auch halbsphärische oder zwischen einem Kegel und einer halbsphärischen Fläche liegende Gebilde vorgesehen werden, um die Oberfläche zu erhöhen. Die Ober- fläche der Düse kann auf einen Betrag anwachsen, der um 500/0 höher liegt als jener von flachen Düsen desselben Durchmessers. Vorzugsweise ist die Oberfläche des zentralen schalenförmigen Teiles mindestens um 100/0 höher als jene einer flachen Düse.
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rostbeständiger Stahl verwendet werden. Das Austragrohr 40 besteht aus Stahl oder andern von dem auszustossenden Material nicht angreifbaren Metallen.
Die Dicke der Düse ist von deren Grösse abhängig. Allgemein liegt diese Dicke zwischen zirka 0,889 mm bis zirka 2,54 mm.
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Die Austrittsöffnungen für den gesponnenen Faden weisen einen Durchmesser von zirka 0, 203 mm bis zirka 1, 52 mm auf und sind zum Verspinnen von Cellulosetriacetat verschiedener Deniers (Deniergrade) geeignet. Die Auswahl einer Austrittsöffnung für den gesponnenen Faden eines bestimmten Deniergrades oder andern Materials ist durchführbar.
5 Die geeignete Spinntemperatur liegt für Cellulosetriacetat zwischen zirka 300 und zirka 4000C. Die
Auswahl der Temperatur zum Spinnen eines bestimmten Deniergrades oder andern Materials ist für den
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der Schneckengeschwindigkeit und dem Heizstrom abhängt.
) Quantitativ schwankt der Betrag des Ausstosses je nach der spezifischen Beschaffenheit der verwendeten
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15, 8 -10 g in der Minute und bei einer gleichartigen Vorrichtung mit einer konischen Düse beträgt die Spei-
3egeschwindigkeit 12 - 14 g/min. i In Fig. 7 ist eine abgewandelte Form des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Bezugszeichen wurden für gleiche Teile gegenüber den Bezugszeichen in den Fig. 1 - 6 um 100 erhöht.
Bei der Ausführung entsprechend der Fig. 7 umgibt ein Anschlusselement 128 vollkommen den Bund
155. Der andere Anschluss ist als Stromzuführstift 175 ausgebildet und weist ein konisches Ende 176 auf, welches an der Unterseite des Kegelteiles 165 anliegt. Die beiden Anschlüsse 128 und 175 sind an eine I elektrische Leitung angeschlossen, so dass der Strom vom Stift 175 durch dessen konisches Ende 176 und dann durch die Düse J'auf die Anschlussplatten 128 übergeht.
Die Erfindung bringt gegenüber bekannten Düsenformen für das Schmelzspinnen unbeständiger (labi- ler) Materialien folgende Vorteile :
1) Durch den doppelt konischen Querschnitt und folgerichtig vergrösserte Oberfläche ergibt sich eine I mindestens 50%ige Erhöhung der Spinnkapazität gegenüber einer flachen Düse.
2) Durch die konzentrische Anordnung zweier'konischer Flächen, kombiniert mit dem flachen da- zwischenliegenden Ring und dem flachen Ring, der die beiden, mit ihm aus einem Stück bestehenden
Anschlüsse trägt, die symmetrisch unter einem Winkel von 1800 zu beiden Seiten abstehen, wird eine gleichartige Erhitzung der wirkenden Oberfläche vorgesehen.
3) Durch die so erreichte gleichartige Temperatur erfolgt die Schmelzung des kontinuierlich gegen die wirkende Oberfläche gepressten Polymeren unter optimalen Bedingungen. Es tritt dabei weder ein
Abbau durch heisse Teile noch eine durch kalte Teile bedingte nur teilweise Schmelzung auf, die eine
Blockierung der Spinnöffnungen und ein Aussetzen der Fadenerzeugung bewirken würde.
4) Die Düse ist besonders zum Erhitzen labiler Materialien geeignet, die nur während einer sehr kurzen Zeitspanne auf Schmelztemperatur gebracht werden können. Diese Materialien können nicht erfolgreich im Schmelzspinnverfahren versponnen werden, wenn nicht ein sehr enger Temperaturbereich vorgesehen wird und in diesem Bereich das geschmolzene Polymer sehr viskos ist.
Die Viskosität muss dabei so gross sein, dass eine nur kleine oder keine Wärmeleitung oder ein Materialfluss in der flüssigen
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einzelnen Bohrung der Düse gleich zu halten und da die Dicke der. geschmolzenen Schicht zwischen der wirkendenDüsenoberflächeunddem festen Polymeren nur in der Grössenordnung einiger hundertstel Millimeter liegt, folgt, dass die Grösse der Fäden, die aus jeder Bohrung der Düse herauskommen, von der Temperatur des Metalls in unmittelbarer Nähe der betreffenden Bohrung abhängt. Die Erfindung ermög- licht. die Dichte des Heizstromes im Metall anzupassen, um auf diese Weise einen gleichmässigen Austrag durch jede Bohrung der Spinndüse zu erhalten.
6) Durch die bereits erwähnten doppeltkonischen Flächen und der dazwischen gebildeten Mulde, die die Spinndüsenöffnungen enthält, wird der Fluss des geschmolzenen Materials gegen die Bohrungen gerichtet.
7) Der äussere verkehrte Kegel wirkt im Prinzip gleichartig wie das schalenförmige Ende eines Druckgefässes, und der innere Kegel wirkt gleichartig einer verkehrten Drucksäule. Die Kombination der beiden Formen ergibt einen Wall von genügend hoher mechanischer Widerstandskraft, die ausreicht, dem durch die Austragschnecke bewirkten kontinuierlichen Schub des Polymeren gegen den Wall standzuhalten, ohne dass dieser dabei ausbeult.
8) Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Verhinderung von Gasblasenbildungen, die an Stellen auftreten, an welchen das Polymer zu lange oder zu hoch erhitzt wird. Diese Blasen bewirken eine Unter-
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brechung der Fadenbildung und verhindern die Herstellung einer absetzbaren Garnqualität.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Als elektrische Widerstandsplatte ausgebildete und am Ende eines Austragrohres anbringbare Düse zum Schmelzspinnen multifilen Garnes, der über Klemmen Strom zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dassdie Platte einen zentrisch angeordneten gegen das Austragrohr (40) weisenden Kegelteil (65, 165) aufweist, der an seiner Basis in eine flache kreisringförmige, mit Ausflussöffnungen (63a) versehene Rinne (63) od. dgl. mit nach aussen geneigter, äusserer Wand (61) übergeht, an welche ein ringförmiger Bund (55) anschliesst, der im Betrieb gegen das Ende des Austragrohres (40), vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Dichtung (44) abgestützt ist, und dass gegebenenfalls die Wandstärke des Kegelteiles (65,165) an der Spitze (0) grösser ist als an der Basis.