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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 einer
Spinnbadlösung,
durch welche die Spinnfäden entlang
einer Spinnrichtung geleitet sind, gefüllt ist.
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Eine
derartige Spinntrichtervorrichtung wird bei Spinnanlagen verwendet,
mit denen Spinnfäden aus
einer Spinnmasse, beispielsweise 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 eine Spinndüse
geleitet, die 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 Lösung
für das
Spinnbad 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
extru diert werden.
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Bei
der Vorrichtung der
EP
0 832 995 A2 wird eine Spinnmasse 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 A2 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 zum Bündelungsorgan,
weiter entwickelt.
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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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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, entstehen bei den bekannten
Spinntrichtervorrichtungen erhebliche Betriebskosten.
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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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Diese
Aufgabe wird für
eine gattungsgemäße Spinntrichtervorrichtung
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Spinntrichtervorrichtung einen zumindest abschnittsweise
in der Spinnbadlösung angeordneten
Verdrängungskörper aufweist,
um den herum die Spinnfäden
geleitet sind.
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Diese
Lösung
ist einfach und führt
zu einer erhöhten
Spinnsicherheit, da aufgrund des Einsatzes des Verdrängungskörpers überraschenderweise
weniger Fadenabrisse und Fadenverklebungen auftreten. Bei den herkömmlichen
Spinntrichtervorrichtungen wird die Spinnbadlösung durch die in das Spinnbad
eintauchenden Spinnfäden
mitgerissen, was zu starken Ausgleichsströmungen im Spinnbad führt. Die
Spinnfäden
werden durch diese Ausgleichsströmung
mechanisch stark belastet und reißen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
wird die Ausgleichsströmung
durch den Verdrängungskörper weitgehend
unterdrückt.
Die Spinnfäden
sind dabei erfindungsgemäß um den Verdrängungskörper herum
angeordnet, müssen
ihn dabei aber nicht vollständig
umgeben, sondern können
auch nur abschnittsweise um den Verdrängungskörper herum angeordnet sein.
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Die
Ausgleichsströmung
im Spinnbad wird besonders wirksam unterdrückt, wenn in einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Spinntrichtervorrichtung das vom Spinnbad eingenommene
Spinnbadvolumen in einem Querschnitt quer zur Spinnrichtung im wesentlichen
ringförmig
ist und nach innen zumindest abschnittsweise vom Verdrängungskörper begrenzt
ist.
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Bei
herkömmlichen
Spinntrichtervorrichtungen ist der von den Spinnfäden umgebene
Raum mit Spinnbadlösung
gefüllt,
die im Betrieb der Spinnanlage mit den Spinnfäden mitgerissen wird. Die Spinnbadlösung von
außerhalb
der Spinnfäden
muss daher durch die Spinnfäden
hindurch in diesen Raum nachströmen,
was zu einer erhöhten
mechanischen Belastung der Spinnfäden und einer verringerten Spinnsicherheit
führt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
dagegen befindet sich der Verdrängungskörper in
dem von den Spinnfäden
umgebenen Raum, so dass sich die Ausgleichströmung durch die Spinnfäden hindurch
nicht entwickeln kann.
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Das
ringförmige
Spinnbadvolumen hat den weiteren Vorteil, dass alle Spinnfäden mit
nahezu denselben Winkel in das Spinnbad eintauchen, so dass bei
allen Spinnfäden
nahezu gleiche Strömungsverhältnisse
vorliegen und mit einer gleichmäßigen Qualität versponnen
werden können.
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In
einer weiteren Ausbildung der Spinntrichtervorrichtung kann das
Spinnbadvolumen zumindest abschnittsweise von einem Außenring
umgeben sein, wobei der Außenring
das Spinnbadvolumen und den Verdrängungskörper in einer Ebene quer zur Spinnrichtung
vorzugsweise vollständig
umgibt. Die Ausgestaltung der Spinntrichtervorrichtung mit Außenring
und Verdrängungskörper kann
insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Verdrängungskörper und
der Außenring
im wesentlichen in Spinnrichtung relativ zueinander verschieblich
sind. Durch die relativ zueinander verschieblichen Teile kann die
Geometrie des Spinnbadvolumens an verschiedene Betriebszustände und
Spinnlösungen
angepasst werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Spinntrichtervorrichtung
kann der Strömungsquerschnitt
der Spinnfadenaustrittsfläche
bzw. der Flächeninhalt
der Spinnfadenaustrittsfläche
an dem in Spinnrichtung gelegenen Ende des Spinnbadvolumens kleiner
sein als der Strömungsquerschnitt
der Spinnfadeneintrittsfläche
bzw. der Flächeninhalt
der Spinnfadeneintrittsfläche
an dem der Spinnfadenaustrittsfläche
entgegengesetzten Ende des Spinnbadvolumens. Die Spinnfadeneintrittsflä che ist
diejenige Fläche,
durch welche die Spinnfäden
in das Spinnbadvolumen eintreten; die Spinnfadenaustrittsfläche ist
diejenige Fläche,
durch welche die Spinnfäden
aus dem Spinnbadvolumen austreten. Diese Verringerung des Strömungsquerschnittes
in Spinnrichtung führt
zu einer Beschleunigung mit den Spinnfäden mitgerissenen Spinnbadlösung im
Spinnbadvolumen. Dies vereinfacht die Verstreckung der Spinnfäden und
verhindert ein Verkleben der Spinnfäden.
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Um
die Strömungseigenschaften
im Spinnbadvolumen zu verbessern, kann das Spinnbadvolumen gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in einer in Spinnrichtung gelegenen
Schnittebene an seinem in Spinnrichtung gelegenen Endbereich einen
sich in Spinnrichtung im wesentlichen düsenförmig verjüngenden Trichterabschnitt aufweisen, der
vorzugsweise in der Spinnfadenaustrittsfläche mündet. Durch den auf die Spinnfadenaustrittsfläche zulaufenden
Trichterabschnitt kann die Spinnfadenaustrittsfläche sehr klein gehalten werden.
Durch den kleinen Strömungsquerschnitt
der Spinnfadenaustrittsfläche
wird verhindert, dass zu viel Spinnbadlösung mit den Spinnfäden mitgerissen
wird.
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Durch
die mit den Spinnfäden
mitgerissene Fällbadlösung wird
im Fällbad
in der Nähe
der Spinnfäden
eine Strömung
in Spinnrichtung erzeigt. Damit diese Strömung die Spinnsicherheit nicht
beeinträchtigt,
kann gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der den Düsenöffnungen des Spinnkopfes zugewandte
Einlaufbereich des Fällbadvolumens strömungsmechanisch
günstig
ausgestaltet sein. Eine solche strömungsmechanisch günstige Ausgestaltung
ist beispielsweise dann erreicht, wenn sich der Einlaufbereich in
Spinnrichtung im wesentlichen düsenförmig verjüngt. Durch
diese Maßnahme
kann die Strömung
der nachfließenden
Spinnbadlösung beruhigt
werden. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass der Einlaufbereich bei einer Wiederaufnahme des Betriebs der
Spinnmaschine nach einem Stillstand, d.h. beim Anspinnen, ein leichtes
Einfädeln
der Spinnfäden
in das Spinnbadvolumen ermöglichen soll.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verdrängungskörper über die Oberfläche der
im Spinnbadvolumen enthaltenen Spinnbadlösung ragen. Diese Ausgestaltung
führt zu einer
Beruhigung der Oberfläche
des Spinnbades und erhöht
damit die Spinnsicherheit.
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Der
Transport der Spinnfäden
durch die Spinntrichtervorrichtung wird erleichtert, wenn in einer
vorteilhaften Weiterbildung das Spinnbadvolumen im Betrieb der Spinnanlage
in Spinnrichtung von der Spinnbadlösung durchströmt ist.
Durch diese Maßnahme
wird der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Spinnfäden und
der Fällbadlösung verringert.
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Nach
dem Austritt aus der Spinnfadenaustrittsfläche werden die Spinnfäden mit
hoher Geschwindigkeit durch die Luft transportiert und zu einem
Spinnfadenbündel
zusammengeführt.
Die Spinnfäden
werden durch die Einwirkung eines Abzugswerkes, das eine Abzugsgeschwindigkeit
erzeugt, die größer als
die Spinngeschwindigkeit ist, gespannt und verstreckt. Aufgrund
der Spannung in den Spinnfäden
werden diese leicht zum Schwingen angeregt. Bei zu starken Schwingungen
reißen
die Fäden
oder berühren
benachbarte Fäden
und verkleben.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, ist in einer vorteilhaften Ausbildung
der Erfindung ein Leitkörper zur
Ableitung von Spinnbadlösung
vorgesehen, der in Richtung quer zur Spinnrichtung einen im wesentlichen
ringförmigen
Querschnitt aufweist und in Schwerkraftrichtung zumindest abschnittsweise
unterhalb der Spinnfadenaustrittsöffnung angeordnet ist. Dieser
Leitkörper
ist auch als separates Einbauteil von Vorteil, unabhängig von
der Verwendung eines Ringtrichters. Durch die Anordnung unterhalb der
Spinnfadenaustrittsöffnung
kann die Spinnbadlösung,
die von der Spinnfadenaustrittsöffnung
herabtropft oder -fließt,
vom Leitkörper
aufgefangen und wiederverwendet werden.
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Der
Leitkörper
kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen sich in Spinnrichtung
im wesentlichen düsenförmig verjüngenden
Düsenabschnitt
aufweisen. Diese Ausgestaltung erleichtert das Einfädeln der
Spinnfäden
beim Anspinnen nach einem Stillstand der Spinnanlage. Dabei kann
der in Richtung der Spinnfadenaustrittsöffnung liegende Einlaufabschnitt
des Leitkörpers
als Düsenabschnitt ausgebildet
sein, um die Strömung
im Einlauf des Leitkörpers
zu beruhigen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Leitkörper einen
sich in Spinnrichtung im wesentlichen diffusorförmig erweiternden Diffusorabschnitt
aufweisen. Durch den Diffusorabschnitt wird die Strömung um
die Spinnfäden
herum ab gebremst, was zu einem verstärkten Abtropfen der noch an
den Spinnfäden
haftenden Spinnbadlösung
führt.
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Um
das Ableiten der vom Leitkörper
aufgefangenen Spinnbadlösung
zu erleichtern, kann in einer Weiterbildung des Leitkörpers der
in Richtung weg von der Spinnfadenaustrittsöffnung liegende Auslaufabschnitt
des Leitkörpers
als Diffusorabschnitt ausgebildet sein. Die abgeleitete Spinn- bzw. Fällbadlösung wird
so entlang des sich erweiternden Abschnittes weg von den Spinnfäden geleitet.
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Um
eine möglichst
ruhige Strömung
der mit den Spinnfäden
mitgerissenen Luft und Spinnbadlösung
durch den Leitkörper
und eine staufreie Ableitung der Spinnbadlösung ohne Aufstauen zu ermöglichen,
können
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Diffusorabschnitt
und der Düsenabschnitt
im wesentlichen stoßfrei
ineinander übergehen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die den Spinnfäden zugewandte
Wandung des Leitkörpers
in Berührungsnähe zu den
Spinnfäden angeordnet
sein. Unter Berührungsnähe ist dabei eine
solche Nähe
der Spinnfäden
zur Wandung des Leitkörpers
zu verstehen, die eine wirksame Übertragung
der an den Spinnfäden
anhaftenden Spinnbadlösung
an die Wandung des Leitkörpers
ermöglicht. Die
Berührungsnähe umfasst
also beispielsweise eine direkte Berührung der Wandung durch die Spinnfäden oder
einen Abstand der Spinnfäden
von der Wandung, bei dem nur der Flüssigkeitsfilm um die Spinnfäden die
Wandung berührt,
oder einen Abstand der Spinnfäden
von der Wandung, in der auch der Flüssigkeitsfilm die Wandung nicht
berührt,
aber aufgrund der Strömungsverhältnisse
am Leitkörper eine
wirksame Übertragung
der an den Spinnfäden anhaftenden
Flüssigkeit
möglich
ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass nur noch wenig Spinnbadlösung an den Spinnfäden haftet
und diese dadurch nach dem Austritt aus der Spinntrichtervorrichtung
leichter durch Umlenkvorrichtungen zu nachfolgenden Bearbeitungsschritten
hin umzulenken sind. Durch die erfindungsgemäß verringerte Menge an mit
den Spinnfäden
mitgerissener Spinnbadflüssigkeit
sind zudem die Fäden
in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt leichter zu waschen. Außerdem wird
durch die Wandnähe
die Amplitude von Schwingungen der Spinnfäden wirksam begrenzt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann am Leitkörper eine
Tropfnase zum Abtropfen von an der den Spinnfäden zugewandten Wandung des
Leitkörpers
fließender
Flüssigkeit
angeordnet sein. Die Tropfnase fixiert den Ort, an dem die abgeleitete
Spinnbadlösung
vom Leitkörper
abtropft, was die Maßnahmen
zum Auffangen der vom Leitkörper abtropfenden
Spinnbadlösung
erheblich vereinfacht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in Spinnrichtung
hinter der Spinnfadenaustrittsfläche
eine Auffangeinrichtung für
Spinnbadflüssigkeit
aus dem Spinnbad angeordnet sein, die in einer Weiterbildung in
Schwerkraftrichtung unterhalb der Spinnfadenaustrittsfläche oder
unterhalb des Leitkörpers,
vorzugsweise unterhalb der Tropfnase des Leitkörpers angeordnet sein kann.
Durch diese Anordnung wird eine sichere Übertragung der durch den Leitkörper abgeleiteten
Spinnbadlösung
in die Auffangeinrichtung sichergestellt. Die Auffangeinrichtung
kann in einer anderen Weiterbildung als eine im wesentlichen ringförmige Wanne
ausgebildet sein.
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Die
Spinntrichtervorrichtung kann auch mit einem Gehäuse versehen sein, das eine
Auslassöffnung
aufweist, durch welche die Spinnfäden aus der Spinntrichtervorrichtung
geleitet sind. Mit Hilfe des Gehäuses
ist es möglich,
die gesamte Spinntrichtervorrichtung ein- und auszubauen und die
Spinntrichtervorrichtung als Ganzes relativ zu den Spinndüsen zu positionieren,
so dass der Abstand der Spinnfadeneintrittsfläche oder der Oberfläche des
Fällbades von
den Spinndüsen
eingestellt werden kann. Zur Anpassung der Spinntrichtervorrichtung
an verschiedene Spinnfadenqualitäten
und zur Erleichterung des Anspinnens kann die Auslassöffnung mit
einer Auslassflächenverstelleinrichtung
versehen sein, durch welche der Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung einstellbar
ist.
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Vorteilhaft
kann die Auslassflächenverstelleinrichtung
mit einer verstellbaren Irisblendeneinrichtung ausgestattet sein,
durch die der Austrittsquerschnitt der Auslassöffnung veränderbar ist. Die Irisblendeneinrichtung
ermöglicht
eine genaue Anpassung des Austrittsquerschnittes, ohne dass sich
die Form der Austrittsfläche
wesentlich verändert.
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Die
Erfindung richtet sich auch auf einen Bausatz umfassend einen Spinnkopf
und einer Spinntrichtervorrichtung nach einer der obigen Ausgestaltungen
sowie auf eine Spinnanlage, bei der eine Spinntrichtervorrichtung
nach einer der oben beschriebe nen Ausgestaltungen eingesetzt wird.
Eine derartige Spinnanlage kann eine erfindungsgemäße Spinntrichtervorrichtung
oder eine Vielzahl von Spinntrichtervorrichtungen aufweisen.
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Ein
gute Zusammenwirkung der Spinnanlage mit der erfindungsgemäßen Spinntrichtervorrichtung
ist möglich,
wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spinnanlage die Spinndüsen im Wesentlichen
ringförmig,
vorzugsweise in Schwerkraftrichtung über der Spinnfadeneintrittsfläche, angeordnet sind.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird schließlich auch
gelöst
durch ein Verfahren zum Herstellen von Spinnfäden, bei dem eine Spinnfadenlösung durch
eine Vielzahl von im Wesentlichen ringförmig angeordneten Spinndüsen geleitet
wird, wobei die Spinnfadenlösung
durch die Spinndüsen zu
Spinnfäden
extrudiert wird, und bei dem die Spinnfäden durch ein im Wesentlichen
ringförmiges
Spinnbadvolumen um den Verdrängungskörper herum
geleitet werden.
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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 in 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 Verteilereinrich tung 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
einer spontanen exothermen Reaktion. Um im Falle einer exothermen
Reaktion größere Schäden an der Spinnanlage
zu vermeiden, ist das Rohrsystem 5 des Ausführungsbeispiels
der 1 ferner mit einer Berstschutzeinrichtung 13 ausgestattet.
Die Berstschutzeinrichtung 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 strömende
Luft in Spinnrichtung geleitet sein, um die Spinnfäden 17 zu
verstrecken. Alternativ kann im Luftspalt auch eine Beblasung mit
Luft 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 50 befindet.
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Ohne
Einschränkungen
in der Funktion der Spinntrichtervorrichtung 50 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 können sich weitere Bearbeitungsschritte 29 anschließen, bei
denen das Spinnfadenbündel 25 beispielsweise gewaschen,
getrocknet, gepresst und/oder imprägniert wird.
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Nun
wird der Aufbau der Spinntrichtervorrichtung mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
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In
der 2 ist die Spinntrichtervorrichtung 50 in
einem Längsschnitt
entlang der Mittenrichtung M dargestellt, wobei der Übersicht
halber vom Extrusionskopf 7 nur die Düsenplatte 52 und ein
Teil des Gehäuses 54 gezeigt
ist. Die Spinntrichtervorrichtung 50 der 2 ist
bezüglich
der Mittenachse M im wesentlichen radialsymmetrisch aufgebaut. Anstelle eines
radialsymmetrischen Aufbaus sind aber auch andere Ausführungsvarianten
mit einem im wesentlichen rechteckigen, vieleckigen oder elliptischen Querschnitt
senkrecht zur Mittenrichtung M möglich.
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Die
Düsenplatte 52 des
Ausführungsbeispiels
der 2 ist mit einer Vielzahl von Düsenkanälen versehen, welche den Luftspalt 19 mit
einer hinter der Düsenplatte 52 liegenden,
mit Spinnbadlösung
gefüllten
Versorgungskammer 58 verbinden. Die Versorgungskammer 58 ist
mit dem Rohrleitungssystem 5 der Spinnanlage 1 verbunden.
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Die
Düsenkanäle 56 werden
von der Spinnlösung
durchströmt
und weisen an ihrem in Strömungsrichtung
der Spinnlösung
gelegenen Ende jeweils ein Spinndüsenhütchen 60 mit einer
Vielzahl von Düsenöffnungen 62 auf.
Jede Düsenöffnung 62 erzeugt
im Betrieb der Spinnanlage einen Spinnfaden.
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Wie
in 3 zu erkennen ist, sind die von den Spinndüsenhütchen 60 erzeugten
Bündel
von Spinnfäden 17 in
einer Ebene quer zur Spinnrichtung S in gleichen Abständen entlang
zweier Kreislinien angeordnet. Andere Ausführungsvarianten der Spinnanlage 1 können in
einem Vieleckumriss angeordnete oder entlang eines Kreissegments
angeordnete Düsenöffnungen 62 oder
Spinndüsenhütchen 60 aufweisen.
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Nach
der Extrusion durch die Düsenöffnungen 62 durchqueren
die Spinnfäden 17 einen Luftspalt 19,
in dem sie durch in Spinnrichtung S strömende Luft verstreckt werden.
Die zur Erzeugung der Luftströmung
notwendigen Einrichtungen sind in der 2 der Einfachheit
halber nicht dargestellt.
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Nach
der Durchquerung des Luftspaltes 19 tauchen die Spinnfäden in die
Spinn- oder Fällbadlösung der
Spinntrichtervorrichtung 50 ein, die in einem Spinnbadvolumen 64 aufgenommen
ist. Wie in 3 gezeigt ist, weist das Spinnbadvolumen 64 in
einer Ebene 65 im wesentlichen quer zur Spinnrichtung S einen
im wesentlichen ringförmigen,
hier speziell einen kreisringförmigen
Querschnitt auf. Diese Ebene bildet die Spinnfadeneintrittsfläche 65.
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Das
Spinnbadvolumen 64 wird zumindest abschnittsweise von einem
Verdrängungskörper 66 begrenzt.
Der Verdrängungskörper 66 bildet
die in radialer Richtung bezüglich
der Mittelachse M innere Begrenzungsfläche des Spinnbades. In radialer Richtung
außen
ist das Spinnbadvolumen 64 von einem Außenring 68 begrenzt.
Der Verdrängungskörper 66 und
der Außenring 68 bilden
zusammen einen Spinn- oder Ringtrichter 70, wobei das Spinnbadvolumen 64 zwischen
diesen beiden Körpern
einen strömungstechnisch
optimierten Strömungskanal ausbildet.
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Der
Ringtrichter ist in einem als Spinnbadbehälter 72 ausgebildeten
Bereich eines Gehäuses 74 der
Spinntrichtervorrichtung 50 angeordnet. Der Spinnbadbehälter 72 wird über eine
Versorgungsleitung 76 ständig mit frischer Spinnbadlösung versorgt. Über eine
Abflussleitung 78 wird die überschüssige Spinnbadlösung wieder
aus dem Spinnbadbehälter 72 abgeleitet.
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Zwischen
dem Spinnbadvolumen 64 und der Versorgungsleitung 76 sind
strömungstechnische Einbauten 77 vorgesehen,
welche die Strömung
beruhigen und für
eine vergleichmäßigte Zufuhr
der Spinnbadlösung
sorgen. Solche strömungstechnischen
Einbauten sind beispielsweise Kugelfüllungen, Filter, Siebe oder
Gleichrichter sowie Kombinationen dieser Einrichtungen. Die Pfeile
P in 2 zeigen die Strömungsrichtungen der zugeleiteten
Spinnbadlösung.
Ein Boden 79 trennt die Kammern der zugeleiteten und der
abgeleiteten Spinnbadlösung.
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Die
gesamte Spinntrichtervorrichtung 50, zumindest aber der
Spinnbadbehälter 72,
ist mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Verstelleinrichtung
gegenüber
dem Extrusionskopf 7 im wesentlichen in Mittenrichtung
M verstellbar, so dass der Abstand zwischen der Oberfläche des
Spinnbades und den Düsenhütchen 60 eingestellt
werden kann.
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Über einen
strömungstechnisch
günstig
geformten Einlassbereich 80 des Spinnbadvolumens im Bereich
der Spinnfadeneintrittsfläche 65 fließt die Spinnbadlösung in
das Spinnbadvolumen 64 ein. In diesem Abschnitt 80 verjüngt sich
der Querschnitt des Spinnbadvolumens in Spinnrichtung S, wobei die dem
Extrusionskopf zugewandten Oberkanten des Verdrängungskörpers 66 und des Außenringes 68 abgerundet
sind.
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In
Spinnrichtung S nach dem Einlaufbereich 80 weist das Spinnbadvolumen 64 einen
mittleren Bereich auf, in dem der Strömungsquerschnitt nahezu konstant
bleibt. Der mittlere Bereich kann jedoch in Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen und
Spinnlösungen
sich in Spinnrichtung verjüngend, oder
aber sich diffusorförmig
erweiternd ausgestaltet sein.
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An
dem Ende des Spinnbadvolumens 64, das in Spinnrichtung
dem Einlaufbereich 80 gegenüberliegt, befindet sich ein
Auslaufbereich 82, der sich in Spinnrichtung S düsenförmig verjüngt. Im
Ausführungsbeispiel
der 2 verjüngt
sich ein Auslaufbereich 82 geradlinig und bildet einen
Trichterabschnitt aus. In Abhängigkeit
von den Betriebsparametern der Spinnanlage, wie Massendurchsatz
durch den Ringtrichter, Geschwindigkeiten der Spinnfäden und der
Spinnbadlösung
im Spinntrichter und den Stoffeigenschaften der Spinnlösung und
der Spinnbadlösung
können
auch andere Düsenformen
vorteilhaft sein.
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Der
Winkel, mit dem sich der Auslaufbereich verjüngt, ist so ausgelegt, dass
die Spinnfäden 17 bei Aufnahme
des Spinnbetriebs gut durch den durch das Spinnbadvolumen 64 gebildeten
Strömungskanal
laufen können.
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Der
Auslaufbereich 82 mündet
in der Spinnfadenaustrittsfläche 84,
die beim Ausführungsbeispiel
der 2 einen kreisringförmigen Spalt ausbildet. Die
Form der Spinnfadenaustrittsfläche 84 ist insbesondere
in 3 zu erkennen.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 ist in Spinnrichtung hinter der Spinnfadenaustrittsöffnung ein
Diffusorabschnitt 86 angeordnet. Dieser Diffusorabschnitt 86 dient
unter anderem zum Ableiten von Spinnbadlösung, die mit den Spinnfäden 17 durch
die Spinnfadenaustrittsfläche 84 austritt.
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An
der Spinnfadenaustrittsfläche 84 sind
die aus den Düsenhütchen 60 in
einem weiten Bündel austretenden
Spinnfäden 17 bereits
zu einem schmaleren Bündel
zusammengeführt.
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Nach
dem Austritt aus dem Ringtrichter 70 werden die Spinnfäden 17 an
der Innenfläche 87 eines
im wesentlichen ringförmigen
Leitkörpers 90 vorbeigeführt. Der
Leitkörper 90 dient
dazu, die mit den Spinnfäden 17 mitgerissene
Spinnbadlösung
einer Auffangeinrichtung 92 zuzuführen, von der sie über einen
Auslass 94 abgeleitet wird. Der Auslass 94 ist durch
ein Ventil 95 verschließbar. Die abgeleitete Fällbadlösung kann
wiederaufbereitet und der Spinntrichtervorrichtung 50 wieder
zugeführt
werden. Im Ausführungsbeispiel
der 2 ist die Auffangeinrichtung 92 als ein
ringförmiger
Auffangbehälter
ausgeführt.
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Die
Innenfläche 87 des
Leitkörpers 90 ist
in Spinnrichtung S gewölbt
und springt in radialer Richtung bezüglich der Mittenachse M nach
innen vor. Die Innenfläche 87 des
Leitkörpers 90 bildet
einen sich in Spinnrichtung düsenförmig verjüngenden
und einen sich in Spinnrichtung diffusorförmig erweiterenden Bereich
aus.
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Der
sich düsenförmig verjüngende Bereich der
Innenfläche 87 bildet
einen Einlaufbereich 88, der an dem dem Ringtrichter 50 zugewandten
Ende des Leitkörpers 90 ausgebildet
ist. Der sich diffusorförmig erweiternde
Bereich ist in einem in Richtung der Spinnfadenaustrittsfläche 84 gelegenen
Auslaufbereich 89 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel der 2 gehen
der Düsenabschnitt 88 und
der Diffusorabschnitt 89 stoßfrei und glatt ineinander über, um die
Spinnbadlösung
ohne Aufstauen und Abtropfen gut abzuleiten.
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Die
Innenfläche 87 des
Leitkörpers 90 ist
in Schwerkraftrichtung G unterhalb der Spinnfadenaustrittsfläche 84 angeordnet,
so dass die von dieser Fläche
herabtropfende Spinn- oder Fällbadlösung auf die
Innenfläche 88 trifft
und an dieser in Schwerkraftrichtung G herabrinnt. Am in Schwerkraftrichtung G
liegenden, unteren Ende des Leitkörpers 90 ist eine
Tropfnase 96 angebracht, die ebenfalls in Schwerkraftrichtung
G direkt über
dem ringförmigen Auffangbehälter 92 liegt.
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Die
Tropfnase 96 ist so ausgestaltet, dass die an der Innfläche 87 entlanglaufende
Spinnbadlösung
zuverlässig
an der Tropfnase 96 und nicht an einer anderen Stelle abtropft.
Als Tropfnase kann auch eine scharf ausgestaltete Endkante des Leitkörpers 90 dienen,
wie sie beim Ausführungsbeispiel
der 2 dargestellt ist.
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Die
Spinnfäden 17 werden
nach dem Austritt aus der Spinnfadenaustrittsfläche 84 in Berührungsnähe an der
Innenfläche 87 des
Leitkörpers 90 vorbeigeführt, so
dass an den Spinnfäden
haftende Spinnbadlösung
abgestreift und durch den Leitkörper 90 zum
Auffangbehälter 92 abgeleitet
werden kann. Die Auffangeinrichtung 92 weist eine Trennwand 93 auf,
die als ein Überlaufwehr
dient.
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In
dem sich an den Ringtrichter 70 anschließenden Abschnitt 100 werden
die Spinnfäden 17,
die noch in Ringform aus der Spinnfadenaustrittsfläche austreten,
zu einem Spinnfadenbündel 25 zusammengeführt, indem
sie durch eine blendenförmige Auslassöffnung 102 aus
der Spinntrichtenvorrichtung 50 geleitet werden.
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An
der Spinnfadenaustrittsfläche 84 werden die
Spinnfäden 17 aufgrund
der Zusammenführung zur
Auslassöffnung
hin umgelenkt. Um die mechanische Belastung der Spinnfäden aufgrund
der Umlenkung zu verringern, ist der Diffusorabschnitt 86 vorgesehen:
An dem Diffusorabschnitt 86 können die Spinnfäden 17 nach
ihrer Umlenkung in Richtung der Auslassöffnung 102 flächiger anliegen,
so dass eine punktförmige
Belastung vermieden wird.
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Die
Zusammenführung
der Spinnfäden 17 im Bereich 100 wird
durch ein Leitblech 104 erleichtert, das so angeordnet
ist, dass sich der Abschnitt 100 zur Auslassöffnung 102 hin
trichterförmig
verjüngt.
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Die
Auslassöffnung 102 ist
mit einer Auslassflächenverstelleinrichtung 110 versehen.
Durch die Auslassflächenverstelleinrichtung 110 kann
im Betrieb der Spinntrichtervorrichtung 50 der Strömungsquerschnitt
der Auslassöffnung 102 und
damit das mit den Spinnfäden 17 durch
die Auslassöffnung 102 austretende
Spinnbadvolumen und der Querschnitt des Spinnfadenbündels 25 eingestellt
werden.
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Die
Auslassflächenverstelleinrichtung 110 ist mit
einem durch einen Hebel 112 oder andere, auch vollautomatische,
Verstellmechanismen betätigbaren Irisblenden mechanismus 114 ausgestattet.
Die einzelnen Lamellen 116 der Irisblende, die mit dem Spinnfadenbündel in
Berührung
kommen, können aus
reibungsfesten und korrosionsbeständigen Materialien mit geringen
Reibungswiderständen
gegenüber
den Spinnfäden,
beispielsweise gehärteten Stahlsorten,
Keramiken und Hartmetall gefertigt sein. Die Enden der Lamellen 116,
die mit dem Spinnfadenbündel 25 in
Berührung
kommen können,
können auch
abgerundet sein.
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Nach
dem Austritt aus der Spinntrichtervorrichtung 50 in Abzugsrichtung
A wird das Spinnfadenbündel 25 weiteren
Bearbeitungsschritten zugeführt.
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Im
folgenden wird kurz der Aufbau der Verstelleinrichtung für den Ringtrichter 50 erläutert.
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Der
den Innenring des Ringtrichters 70 bildende Verdrängungskörper 66 ist über einen
Mittenbolzen 120 gehalten, an dessen Ende eine Mutter 122 angebracht
ist. Durch Verstellung der Mutter 122 kann der Abstand
des Verdrängungskörpers 66 zu der
Düsenplatte 52 eingestellt
werden. Über
diesen Abstand können
die Strömungsverhältnisse
innerhalb des vom Spinnbadvolumen 64 gebildeten Strömungskanals
eingestellt werden.
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Der
Außenring 68 ist über eine
Verstelleinrichtung 130 unabhängig vom Verdrängungskörper 66 in
Spinnrichtung verschieblich. Hierzu ist er durch Führungsstangen 140 zentrisch
unter dem Düsenpaket 60 gehalten.
Durch die Verschiebung des Außenringes 68 relativ
zum Verdrängungskörper 66 wird
die Spaltweite der Spinnfadenaustrittsfläche 84 eingestellt.
Die Verstelleinrichtung 130 ist von außen zugänglich am Boden des Gehäuses 74 so
ausgestaltet, dass eine Verstellung des Außenringes relativ zum Verdrängungskörper während des
Betriebes der Spinnanlage möglich
ist.
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Die
Verstelleinrichtung weist einen außen mit einem umlaufenden Absatz
versehenen Innengewindering 132, der in einem Haltering 134 mit
einer entsprechenden umlaufenden Ausbuchtung drehbar gehalten ist.
Der Haltering 134 ist an den Boden des Gehäuses 74 angeschraubt.
An seiner Innenfläche ist
der Gewindering 132 mit einem Innengewinde versehen, das
in das Außengewinde
eines Außengewinderinges 136 eingreift.
Der Außengewindering
ist fest mit dem Auffangbehälter 92 und
dem Außenring 68 verbunden
und mit diesen relativ zum Gehäuse 74 in
Mittenrich tung M beweglich. Der Außenring 68 des Ringtrichters 70 ist über Führungsstangen 140 und der
Außengewindering 136 über Führungsstangen 141 in
Mittenrichtung M geführt.
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Bei
einer Drehung des Innengewinderinges 132 bewegt sich der
Außengewindering 136 und
mit ihm der Außenring 68 aufgrund
des Gewindeeingriffs in Mittenrichtung, während der Innenring 66 stationär bleibt.
Durch die Relativverschiebung zwischen Innenring 66 und
Außenring 68 ist
die Breite des Spaltes 84 einstellbar.
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Der
Boden des Gehäuses 74 ist
gegenüber der
relativ zum Gehäuse 74 verschieblichen
Außenwandung
des Behälters 92 mittels
einer Dichteinrichtung 142 abgedichtet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 2 ist der Leitkörper 90 über eine
Verzahnung 144 in Mittenrichtung M verschieblich am Außengewindering 136 gehalten,
so dass der Abstand des Leitkörpers 90 von
der Spinnfadenaustrittsfläche 84 ebenfalls
eingestellt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Spinntrichtervorrichtung,
wie sie in den 2 und 3 dargestellt
ist, funktioniert wie folgt:
Allgemein wird durch den Einsatz
des Verdrängungskörpers 66 die
Spinnsicherheit erhöht,
da die Strömung
im Spinnbad ruhiger wird und so Fadenabrisse oder Fadenverklebungen
zuverlässig
vermieden werden. Durch die Ausbildung der Spinntrichtervorrichtung 50 als
Ringtrichter 70 wird die Spinnsicherheit nochmals verstärkt, da
die Strömung
im Fällbad durch
den vom Ringtrichter ausgebildeten Strömungskanal gegenüber herkömmlichen
Vorrichtungen optimiert ist.
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Durch
die Verstellbarkeit des Außenringes 68 gegenüber dem
Verdrängungskörper 66 wird
das Anspinnen wesentlich erleichtert.
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Zum
Anspinnen wird zunächst
das Ventil 95 geschlossen und der Strömungsdurchmesser der Auslassflächenverstelleinrichtung 110 auf
einen kleinstmöglichen
Wert eingestellt. Bei dieser Einstellung kann keine oder nur sehr
wenig Spinnbadlösung durch
die Auslassöffnung 102 aus
der Spinntrichtervorrichtung 50 abfließen, so dass sich die gesamte Spinntrichtervorrichtung
langsam mit Spinnbadlösung
füllt.
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Weiter
wird zum Anspinnen der Außenring 68 gegenüber dem
Verdrängungskörper 66 so
verstellt, dass die Spaltbreite der Spinnfadenaustrittsöffnung 84 möglich groß wird.
Durch Absenken der Spinntrichtereinrichtung 50 oder des
Spinnbadbehälters 72 kann
die Spinnbadoberfläche
in einen größeren Abstand
von der Düsenplatte
gebracht werden.
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Wird
nun die Pumpe 9 der Spinnanlage 1 betrieben und
die Spinnlösung
durch die Düsenkanäle 56 gefördert, so
treten zunächst
zu einem Faserknüppel
verklebte Spinnfäden
aus den Düsenhütchen 60 aus
und fallen durch die Spinnfadeneintrittsfläche 65 in den Ringtrichter 70.
Von dort werden die Faserknüppel
mit der Strömung
der Spinnbadlösung durch
die Spinnfadenaustrittsfläche 84 durch
die beim Anspinnen große
Spinnfadenaustrittsfläche 60 hindurch
auf die Innenwand 87 des Leitkörpers 90 gespült. Die
aus dem Ringtrichter 70 nachströmende Spinnbadlösung befördert die
Faserknüppel
entlang der Innenwand 87 des Leitkörpers 90 auf das Leitblech 104,
von wo sie in die im Bereich 100 aufgestaute Fällbadlösung gespült werden.
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Als
nächstes
wird die Irisblende 114 der Auslassflächenverstelleinrichtung 110 geöffnet, so
dass die Faserknüppel
mit der durch die Auslassöffnung 102 strömenden Spinnbadlösung aus
der Spinntrichtervorrichtung 50 gespült werden. Durch das Leitblech 104 wird
verhindert, dass die Fadenknüppel
im Abschnitt 100 hängen
bleiben können.
Außerhalb
der Spinntrichtervorrichtung werden die Fadenknüppel durch das Abzugswerk 27 ergriffen.
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Der
normale Betriebszustand der Spinnanlage 1 beginnt, sobald
die Spinnfäden 17 auf
Abzugsgeschwindigkeit beschleunigt sind, das entsprechende Maß für den Luftspalt 19 eingestellt
ist und der Querschnitt der Auslassöffnung 102 an den
gewünschten
Fasertiter angepasst ist.
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Die
Größe des Luftspaltes
wird eingestellt, indem die Spinntrichtervorrichtung 50 entsprechen an
den Spinnkopf 7 herangefahren oder von diesem wegbewegt
wird, wie durch die gestrichelten Linien in 2 dargestellt
ist.
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Während der
Beschleunigung der Spinnfäden 17 auf
die Abzugsgeschwindigkeit, die größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit
der Spinnlösung durch
die Düsenhüt chen 60 ist,
werden die Spinnfäden
verstreckt, bis der gewünschte
Fasertiter erreicht ist.
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Für den normalen
Betriebszustand der Spinntrichtereinrichtung 50 wird die
Spaltweite der Spinnfadenaustrittsfläche 84 auf das für den jeweiligen
Betrieb notwendige Maß eingestellt,
indem der Außenring 68 relativ
zum Innenring 66 auf die entsprechende relative Position
gebracht wird.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 2 erfolgt die Feineinstellung des Ringspaltes
der Spinnfadenaustrittsfläche 84 über den
Außenring 68 unabhängig von
einer Änderung
des Abstandes der Spinnbadoberfläche
zu den Düsenhütchen 60.
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Durch
die Verkleinerung der Spinnfadenaustrittsfläche 84 im Normalbetrieb
der Spinnanlage strömt
weniger Spinnbadlösung
durch den Ringtrichter 50, so dass sich der Abschnitt 100 allmählich entleert.
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Da
der größte Teil
der mit den Spinnfäden 17 durch
den Ringtrichter 50 mitgeschleppten Spinnbadlösung durch
den Leitkörper 90 abgeleitet
wird, tritt durch die Auslassöffnung 102 kein
Flüssigkeitsstrahl
aus.