-
Die Erfindung betrifft eine Spinndüsenvorrichtung zum Erzeugen von Fasern aus einer Polymerschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Bei der Herstellung von Faservliesen ist es allgemein bekannt, die für den späteren Einsatz des Faservlieses maßgeblichen Materialeigenschaften bereits durch Form, Struktur und Ablage der Fasern vorzubestimmen. So werden insbesondere Faservliese zur Filtrierung aus multiplen Fasern mit unterschiedlichen Faserquerschnitten hergestellt. Die unterschiedlichen Faserquerschnitte der Fasern werden dabei durch Spinndüsenvorrichtungen erzeugt, die unterschiedliche Größen von Spinndüsenöffnungen zum Extrudieren der Fasern aufweisen.
-
Eine gattungsgemäße Spinndüsenvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 20 2005 014 604 A1 bekannt. Die bekannte Spinndüsenvorrichtung weist an einer Unterseite einer Düsenplatte eine Vielzahl von Düsenöffnungen mit unterschiedlichen Austrittsquerschnitten auf. Die Düsenöffnungen sind durch Mündungen von Spinnbohrungen gebildet, die unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Damit lassen sich durch die Düsenöffnungen Fasern mit unterschiedlichen Faserquerschnitten erzeugen. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass an den Düsenöffnungen mit großem Austrittsquerschnitt gegenüber den Düsenöffnungen mit kleinem Austrittsquerschnitt sich ein höherer Schmelzedurchsatz einstellt, was unterschiedliche Druckverhältnisse bewirkt. Die unterschiedlichen Drücke an den Spinnbohrungen führen dazu, dass der Hauptdurchfluss der Schmelze durch die großen Spinnbohrungen geführt wird und dadurch der Durchfluss durch die dünneren Spinnbohrungen teilweise gestört ist, so dass es zu Fehlstellen in den dünnen Fasern kommen kann.
-
Aus der
WO 2007/112877 A2 ist eine Spinndüsenvorrichtung bekannt, bei welcher die dicken und die dünnen Fasern durch zwei separate Spinndüsen erzeugt werden, die nebeneinander in einer V-förmigen Anordnung durch separate Spinnbalken gehalten werden. Durch die getrennte Schmelzeführung können die zuvor beschriebenen Druckeinflüsse bei der Schmelzeführung vermieden werden. Hierbei ist es jedoch erforderlich, zwei separate Schmelzeführungen und separate Düsenplatten einzusetzen.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spinndüsenvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher dünne und dicke Fasern bei einer Schmelzezuführung mit hoher Gleichmäßigkeit herstellbar sind.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Düsenöffnungen an der Düsenplatte durch mehrere gerade Parallelbohrungen und mehrere geneigte Schrägbohrungen gebildet sind, die innerhalb der Düsenplatte abwechselnd nach einem Muster eine gemeinsame Bohrungsreihe bilden.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
-
Die Erfindung nutzt die Kenntnis, dass frisch extrudierte Fasern nach dem Extrudieren bei Kontakt miteinander verkleben und als eine Faser geführt werden. So lässt sich durch ein Muster von geraden Parallelbohrungen und geneigten Schrägbohrungen eine Filamentschar erzeugen, die aus einzeln geführten Fasern und verklebten Fasern besteht. Die miteinander nach dem Extrudieren verklebten Fasern bilden die dicken Faserquerschnitte und die einzelnen Fasern die dünnen Faserquerschnitte. Die Verteilung der dünnen und dicken Fasern lässt sich dabei vorteilhaft durch das Muster der abwechselnd in der Bohrungsreihe enthaltenen Parallelbohrungen und Schrägbohrungen definieren. Auch können dabei in Abhängigkeit von dem Muster der Schrägbohrungen zwei, drei oder noch mehr Einzelfasern zu einer verklebten Verbundfaser geführt werden.
-
Für den Fall, dass die Schrägbohrungen und Parallelbohrungen gemeinsam in einer Ebene angeordnet sind, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher die Düsenöffnungen an der Unterseite der Düsenplatte entsprechend dem Muster Bohrungsreihe kurze oder lange Abstände zueinander aufweisen. Damit lässt sich das Verkleben der frisch extrudierten Fasern durch möglichst kurze Abstände zwischen den Düsenöffnungen realisieren. Somit ergibt sich ein Mix aus Einzelfasern und Verbundfasern, die zu einer Dünn-Dick-Struktur des Faservlieses führen.
-
Zur Vermeidung von Druckdifferenzunterschieden beim extrudieren der Fasern sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, die Parallelbohrungen und die Schrägbohrungen jeweils mit einem identischen Strömungsquerschnitt ausgebildet. Insoweit wird eine hohe Gleichmäßigkeit bei dem Extrudieren der Fasern aus den Düsenöffnungen erreicht.
-
Je nach Anordnung der Schrägbohrungen bilden diese gemeinsam mit einer Mittelsenkrechten der Düsenplatte jeweils einen Neigungswinkel, der parallel zur Bohrungsreihe oder quer zur Bohrungsreihe aufgespannt sein kann. Dabei hat sich gezeigt, dass bei den üblichen Düsenplatten der Neigungswinkel der Schrägbohrungen in einem Winkelbereich von –5° bis +5° liegt, um Überlappungen der Düsenöffnungen zu vermeiden und nach Möglichkeit separate Düsenöffnungen an der Unterseite zu erhalten.
-
Um die Anzahl der Fasern sowie die Dichte der Fasern zu erhöhen, besteht auch die Möglichkeit, die Düsenplatte mit zwei Bohrungsreihen mit verschiedenen oder identischen Mustern von Parallelbohrungen und/oder Schrägbohrungen auszuführen. Grundsätzliche können die Anzahl und Verteilung der Parallelbohrungen und Schrägbohrungen innerhalb der Bohrungsreihen variieren. Damit ist eine hohe Flexibilität möglich, um multiple Fasern mit unterschiedlichen Faserquerschnitten bei gleichzeitiger hoher Faserdichte zu erzeugen.
-
Die Bohrungen der beiden Bohrungsreihen können dabei gemeinsam mit einem Zufuhrkanal oder separat mit mehreren Zuführkanälen verbunden sein. So lassen sich auch vorteilhaft Bikomponentenfasern mit unterschiedlichen Faserquerschnitten herstellen.
-
Die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung ist grundsätzlich geeignet, um Faservliese nach dem Spunbond-Prinzip oder dem Meltblown-Prinzip herzustellen.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass für die Herstellung von feinsten Fasern insbesondere die Weiterbildung der Erfindung geeignet ist, bei welcher an der Unterseite der Düsenplatte eine Auslassplatte angeordnet ist und dass zwischen der Düsenplatte und der Auslassplatte zwei gegenüberliegende Luftdüsenkanäle gebildet sind, die mit ihren Austrittsöffnungen den Düsenöffnungen zugeordnet sind. Damit lässt sich insbesondere das Zusammenkleben der Fasern zur Bildung von dicken Faserquerschnitten begünstigen.
-
Die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung lässt sich vorteilhaft dazu nutzen, um Faservliese für ein Filtermaterial herzustellen.
-
Zur Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung unter Bezug zu den beigefügten Figuren näher erläutert.
-
Es stellen dar:
-
1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spinndüsenvorrichtung
-
2 schematisch ein Ausschnitt eines Längsschnittes des Ausführungsbeispiels aus 1
-
3 schematisch ein Ausschnitt der Ansicht einer Unterseite des Ausführungsbeispiels aus 1
-
4 schematisch ein Ausschnitt eines Querschnittes einer Düsenplatte eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
-
5 schematisch die Ansicht eines Ausschnittes der Unterseite der Düsenplatte nach 4
-
6 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung
-
7 schematisch ein Ausschnitt der Ansicht der Unterseite des Ausführungsbeispiels nach 6
-
In den 1, 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung in mehreren Ansichten gezeigt. In 1 ist ein Querschnitt der gesamten Spinndüsenvorrichtung gezeigt. Die 2 zeigt einen Ausschnitt eines Längsquerschnittes und 3 einen Ausschnitt der Ansicht der Unterseite des Ausführungsbeispiels. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
-
Die Spinndüsenvorrichtung ist hier schematisch durch eine Düsenplatte 1 und eine Auslassplatte 2 gebildet. Die Düsenplatte 1 und die Auslassplatte 2 sind üblicherweise mit zumindest einer Verteilerplatte innerhalb eines beheizten Spinnbalkens angeordnet. Aufgrund der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der üblichen Teile eines Spinnbalkens an dieser Stelle verzichtet und nur die für die Erfindung wesentlichen und relevanten Teile dargestellt.
-
An einer Oberseite 8 der Düsenplatte 1 ist ein länglicher Zufuhrkanal 3 ausgebildet, der mit einem Ende innerhalb der Düsenplatte 1 eine Verjüngung aufweist, in welcher eine Vielzahl von Bohrungen münden. Die Bohrungen sind als gerade Parallelbohrungen 5, die im wesentlichen die Düsenplatte 1 senkrecht druchdringen, und als geneigte Schrägbohrungen 6, die die Düsenplatte 1 mit einer Neigung durchdringen, ausgeführt. Die Parallelbohrungen 5 und die Schrägbohrungen 6 erstrecken sich in Längsrichtung der Düsenplatte 1 und bilden an einer Unterseite 7 eines mittleren Steges 12 der Düsenplatte 1 eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 4. Der mittlere Steg 12 bildet mit einer Vertiefung 13 in der Auslassplatte 2 zwei sich gegenüberliegende Luftdüsenkanäle 9.1 und 9.2, die mit ihren Austrittsöffnungen 10.1 und 10.2 den Düsenöffnungen 4 zugeordnet sind. Die Luftdüsenkanäle 9.1 und 9.2 münden jeweils in eine Luftkammer 11.1 und 11.2, die zwischen der Düsenplatte 1 und der Auslassplatte 2 angeordnet ist. Die Luftkammern 11.1 und 11.2 sind über hier nicht dargestellte Luftkanäle mit jeweils einem Drucklufteinlass verbunden.
-
Wie aus der Darstellung in 2 hervorgeht, sind die Parallelbohrungen 5 und die Schrägbohrungen 6 nach einem vorbestimmten Muster innerhalb einer Bohrungsreihe 14 angeordnet. Das Muster der Parallelbohrungen 5 und der Schrägbohrungen 6 ist hierbei derart gewählt, dass auf der gesamten Länge der Düsenplatte abwechselnd Fasern mit einem dünnen Faserquerschnitt und Fasern mit einem dicken Faserquerschnitt herstellbar sind. Die Fasern mit einem dicken Faserquerschnitt werden durch das Zusammenführen mehrere Einzelfasern erzeugt, die durch die Düsenöffnungen 4 der Schrägbohrungen 6 extrudiert werden. Die Schrägbohrungen 6 weisen hierzu einen Neigungswinkel α auf, der üblicherweise in einem Bereich von –5° bis +5° ausgebildet sein kann. Um innerhalb der Bohrungsreihe mehrere Fasern nach dem Extrudieren zusammenzuführen, sind vorzugsweise zwei Schrägbohrungen 6 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, so dass die dadurch gebildeten Düsenöffnungen 4 einen sehr geringen Abstand an der Unterseite 7 der Düsenplatte 1 aufweisen. Um die Anzahl der zusammengeführten Einzelfasern zu erhöhen, ist desweiteren vorgesehen, dass in der Spiegelsymmetrieebene zwischen zwei Schrägbohrungen 6 eine Parallelbohrung 5 angeordnet ist. Damit lassen sich vorteilhaft drei Einzelfasern zu einer Verbundfaser mit großem Faserquerschnitt verbinden.
-
Aus der 3 geht die Anordnung der Düsenöffnungen 4 an der Unterseite 7 der Düsenplatte 1 hervor. Hierbei ist zu erkennen, dass die Düsenöffnungen 4, die gemeinsam mit benachbarten Düsenöffnungen 4 eine Verbundfaser erzeugen, einen relativ geringen Abstand zueinander aufweisen. Der Abstand ist in 3 mit dem Kleinbuchstaben s gekennzeichnet.
-
Demgegenüber besteht zwischen den Düsenöffnungen 4 der Parallelbohrungen 5 ein relativ großer Abstand, um einzelne Fasern zu erzeugen. Dieser Abstand ist beispielhaft in 3 mit dem Kleinbuchstaben b gekennzeichnet. In Abhängigkeit vom Muster der Bohrungen 5 und 6 können diese Abstände zwischen verschiedenen Werten variieren. So sind in 2 und 3 auch Kombination von zwei spiegelsymmetrischen Schrägbohrungen 6 gezeigt, die zum Verkleben von zwei Einzelfasern führt.
-
Wie aus den Darstellungen in 2 und 3 hervorgeht, weisen die Parallelbohrungen 5 und die Schrägbohrungen 6 jeweils einen identischen Strömungsquerschnitt auf, so dass die Düsenöffnungen 4 die Fasern mit gleichen Austrittsquerschnitten extrudieren können. Insoweit ist die in 1 dargestellte Spinndüsenvorrichtung besonders geeignet, um eine hohe Vielzahl von Fasern mit unterschiedlichen Faserquerschnitten gleichmäßig herzustellen. Die Verteilung der Fasern innerhalb der Filamentschar ist beliebig und kann durch die Wahl des Musters der Bohrungsreihe bestimmt werden.
-
Bei dem in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schrägbohrungen 6 mit einer parallel zur Bohrungsreihe 14 gerichteten Neigung ausgeführt. Insoweit sind die Abstände der Düsenöffnungen 4 an der Unterseite 7 der Düsenplatte 1 von der Größe des Neigungswinkels α abhängig. Um innerhalb der Bohrungsreihe 14 zwischen den einzelnen Fasern möglichst identische Abstände zu erhalten, ist in 4 und 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung gezeigt. Die 4 stellt hierbei einen Ausschnitt des Querschnittes der Düsenplatte 1 und 5 einen Ausschnitt der Ansicht der Unterseite 7 der Düsenplatte 1 dar.
-
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach 4 und 5 sind die Schrägbohrungen 6 als ein Bohrungspaar quer zur Bohrungsreihe 14 angeordnet. Die Schrägbohrungen 6 des Bohrungspaares sind spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei die Spiegelsymmetrieebene innerhalb der Bohrungsreihe 14 liegt. Pro Schrägbohrungspaar wird in Betrieb eine Verbundfaser erzeugt. An der Unterseite 7 der Düsenplatte 1 sind die in Bohrungsreihe 14 abwechselnd angeordneten Parallelbohrungen 5 und Schrägbohrungen 6 mit im wesentlichen gleichen Abständen zueinander angeordnet.
-
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Bohrungen 5 und 6 in der Düsenplatte 1 in mehreren Bohrungsreihen angeordnet sind. Hierzu zeigt 6 und 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung. Bei dem in 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Parallelbohrungen 5 und die Schrägbohrungen 6 mit identischem Muster ausgeführt, das bereits zu den Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 erläutert wurde. Insoweit wird zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen und an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert.
-
Bei dem in 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel münden die Parallelbohrungen 5 und Schrägbohrungen 6 der beiden Bohrungsreihen 14.1 und 14.2 in separate Zuführkanäle 3.1 und 3.2 innerhalb der Düsenplatte 1. Zusätzlich sind die Parallelbohrungen 5 und Schrägbohrungen 6 in den Bohrungsreihen 14.1 und 14.2 V-förmig zueinander angeordnet, um an den Unterseiten 7 der Düsenplatte 1 zwischen den Düsenöffnungen 4 der beiden Bohrungsreihen 14.1 und 14.2 möglichst kurze Abstände zu erhalten.
-
Über die separaten Zuführkanäle 3.1 und 3.2 können somit zweit unterschiedliche Schmelzekomponenten der Düsenplatte 1 zugeführt werden, so dass die in den Bohrungsreihen 14.1 und 14.2 parallel nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen 4 jeweils eine Bikomponentenfaser erzeugen. So lassen sich aufgrund der Verteilung der Parallelbohrungen 5 und der Schrägbohrungen 6 beiden Bohrungsreihen vorteilhaft Bikomponnentenfasern mit dünnen Faserquerschnitten und mit dicken Faserquerschnitten herstellen.
-
Bei dem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Parallelbohrungen 5 und Schrägbohrungen 6 beider Bohrungsreihen gemeinsam mit einem Zufuhrkanal 3 verbunden sind. Insoweit könnte eine große Anzahl von Fasern gleichzeitig erzeugt werden. Derartige Spinndüsenvorrichtungen können auch bei der Herstellung von multiplen Fasern nach dem Spunbond-Verfahren genutzt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Düsenplatte
- 2
- Auslassplatte
- 3, 3.1, 3.2
- Zufuhrkanal
- 4
- Düsenöffnungen
- 5
- Parallelbohrungen
- 6
- Schrägbohrungen
- 7
- Unterseite
- 8
- Oberseite
- 9.1, 9.2
- Luftdüsenkanal
- 10.1, 10.2
- Austrittsöffnung
- 11.1, 11.2
- Luftkammer
- 12
- mittlerer Steg
- 13
- Vertiefung
- 14, 14.1, 14.2
- Bohrungsreihe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202005014604 A1 [0003]
- WO 2007/112877 A2 [0004]
