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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Schmelzspinnen einer Vielzahl von strangförmigen Filamenten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum Schmelzspinnen von synthetischen
Fasern wird ein aufgeschmolzenes Polymermaterial zu einer Vielzahl
von strangförmigen
Filamenten extrudiert. Dazu ist es erforderlich, daß die Polymerschmelze
durch Düsenbohrungen
gedrückt
wird. Das Extrudieren, das auch als Ausspinnen bezeichnet wird,
erfolgt durch eine Spinndüse,
die an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Düsenbohrungen aufweist. In Praxis
werden derartige Spinndüsen
zu mehreren nebeneinander gleichzeitig eingesetzt, um mehrere Faserbündel parallel
nebeneinander zu extrudieren. Die Spinndüsen sind hierzu an einem Düsenträger gehalten.
Im Betrieb ist es nun erforderlich, daß die Spinndüsen in regelmäßigen Abständen gewechselt und
gewartet werden. Das Auswechseln der Spinndüsen erfordert einen großen Handhabungsaufwand und
bedingt unvermeidliche Stillstände,
die zu einem Produktionsausfall führen. Es besteht daher der Wunsch,
die Ausführung
der Spinndüsen
sowie die Anbindung der Spinndüsen
an einen Düsenträger möglichst
leicht wechselbar zu gestalten. Hierbei muß jedoch jederzeit die Dichtigkeit
der Verbindungen während
des Betriebes gewährleistet
sein, da die Polymerschmelze zum Extrudieren unter einem hohen Schmelzedruck
geführt
wird.
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So sind aus der
DE 199 35 982 A1 sowie
der
DE 42 36 570 A1 beispielsweise
Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Spinndüsen bzw. Spinndüsenpakete
mit dem Düsenträger verspannt
werden, um den Übergang
zwischen einem Schmelzezulauf des Düsenträgers mit einem Schmelzeeinlaß der Spinndüse druckdicht
zu verbinden. Hierzu ist eine zylindrische Dichtung zwischen dem
Schmelzeeinlaß und dem
Schmelzezulauf eingespannt. Derartige Vorrichtungen besitzen jedoch
grundsätzlich
den Nachteil, daß während des
Betriebes eine Verformung des Dichtrings eintritt, so daß eine Verspannung
zwischen dem Dichtring und dem Düsenträger das
Lösen der
Spinndüse
behindert. Zudem muß die
Spinndüse
mit hohen Spannkräften
gegen den Düsenträger verspannt
werden, um die Dichtfunktion an dem Übergang zwischen dem Schmelzezulauf
und dem Schmelzeeinlaß zu
gewährleisten,
so daß entsprechende
hohe Entspannkräfte
zum Lösen
der Spinndüse
erforderlich sind.
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Aus der
DE 16 60 375 ist eine Vorrichtung bekannt,
bei welcher das Gehäuse
und die Düsenplatte
der Spinndüse
derart beweglich zueinander innerhalb einer Aufnahme des Düsenträgers gehalten sind,
daß die
Verbindung zwischen dem Schmelzezulauf des Düsenträgers und des Schmelzeeinlasses der
Spinndüse
selbsttätig
abgedichtet wird. Die bewegliche Anordnung der Einzelteile der Spinndüse besitzt
jedoch den großen
Nachteil, daß die
Spinndüse
nicht als eine Baueinheit auswechselbar an dem Düsenträger gehalten ist. Desweiteren
erfordert das Konzept eine zusätzliche
Dichtstelle innerhalb der Spinndüse.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung
eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen der eingangs genannten Art derart
auszubilden, daß einerseits
die Spinndüse
an dem Düsenträger leicht
lösbar
gehalten ist und andererseits zwischen der Spinndüse und dem Düsenträger hohe
Druckkräfte
zur Abdichtung erzeugbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der
abhängigen
Ansprüche
definiert.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die
zur Abdichtung erforderlichen hohen Druckkräfte nur im Betriebszustand
der Spinndüse
entstehen und wirken. Hierzu ist die Wandung des Gehäuses der
Spinndüse
derart elastisch ausgebildet, daß unter Wirkung des Schmelzedruckes
eine Verformung des Gehäuses
der Spinndüse
eintritt und daß die
Verformung des Gehäuses
eine Druckkraft zur selbstdichtenden Verspannung der Spinndüse mit dem
Düsenträger erzeugt.
Die Spinndüse
läßt sich dadurch
mit geringen Spannkräften
an dem Düsenträger halten,
die lediglich zur Fixierung der Spinndüse an dem Düsenträger wirken. Erst im Betriebszustand
erzeugt der in der Spinndüse
wirkende Schmelzedruck eine Verformung des Gehäuses und damit eine selbstdichtende
Druckkraft. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist dadurch gegeben,
daß die Höhe der Druckkraft
zur selbstdichtenden Verspannung proportional dem Schmelzedruck
ist. Somit bleibt die Anbindung der Spinndüse an dem Düsenträger selbst bei höchsten Schmelzedrücken druckdicht.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung wird die Spinndüse und der Düsenträger durch
ein Spannmittel miteinander verbunden, welches eine Spannkraft erzeugt.
Dabei sind die durch das Spannmittel erzeugte Spannkraft und die durch
die Verformung des Gehäuses
erzeugte Druckkraft gleichgerichtet. Somit kann die Spinndüse bereits
mit relativ kleinen Spannkräften
an dem Düsenträger gehalten
werden bzw. mit relativ kleinen Entspannungskräften vom Düsenträger gelöst werden.
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Um bei bereits vormontierten Spinndüsen keine
Beeinträchtigung
der Verbindung zwischen den Einzelteilen wie beispielsweise einer
Düsenplatte und
dem Gehäuse
zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders bevorzugt,
bei welcher die Wandung des Gehäuses
eine Form und ein Material aufweist, welches zu einer richtungsbezogenen
Verformung bei Druckbelastung führt.
Insbesondere läßt sich
durch besondere Formgebung des Gehäuses eine vordefinierte Verformung
unter Schmelzedruck erzielen. Somit können maximale Druckkräfte an den abzudichtenden
Dichtstellen erzeugt werden.
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Die zwischen dem Schmelzezulauf des
Düsenträgers und
dem Schmelzeeinlaß der
Spinndüse gebildeten
Dichtfuge läßt sich
bereits vorteilhaft dadurch dichten, indem die Wandung des Gehäuses im Bereich
des Schmelzeeinlasses druckverformbar ausgebildet ist. Die durch
die Druckkraft erzeugte Verformung wirkt so mit unmittelbar auf die
zwischen der Spinndüse
und dem Düsenträger gebildeten Dichtfläche.
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Zur Gewährleistung der erforderlichen
Festigkeit des Gehäuses
wird die Wandung des Gehäuses
bevorzugt als eine dünnwandige
Kalotte ausgebildet. Damit wird bei maximaler Festigkeit des Gehäuses eine
maximale Verformbarkeit erreicht. Grundsätzlich sind jedoch beliebige
Formgebungen der Gehäuse
möglich,
die die gewünschte
elastische Verformung bewirken.
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Die Weiterbildung er Erfindung, bei
welcher ein Dichtungsring zwischen dem Schmelzezulauf des Düsenträgers und
dem Schmelzeeinlaß des
Gehäuses
angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß bereits geringste Verformungen
des Gehäuses
zu einer hohen Dichtwirkung führen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich
zudem durch ein geringes Gewicht der Spinndüsen aus, was zu einer verbesserten
Handhabung beim Montieren und Demontieren der Spinndüsen an dem
Düsenträger führt. Zudem
ist ein verminderter aparativer Aufwand aufgrund weniger Bauteile
möglich.
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Nachfolgend sind einige Ausführungsbeispiele
der erfindungsgmäßen Vorrichtung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben.
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Es stellen dar:
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1 schematisch
ein Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 schematisch
ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In 1 ist
schematisch ein Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt. Die Vorrichtung weist einen Düsenträ ger 1 auf, der an
einer Unterseite eine Düsenaufnahmeöffnung 18 zur
Aufnahme einer Spinndüse 2 auf.
Der Düsenträger 1 weist üblicherweise
an der Unterseite mehrere Düsenöffnungen (hier
nicht dargestellt) zur Aufnahme mehrerer Spinndüsen auf. Zu jeder Düsenaufnahmeöffnung 18 enthält der Düsenträger 1 einen
Schmelzezulauf 3, über den
eine Polymerschmelze der Spinndüse 2 zugeführt wird.
Der Düsenträger 1,
der auch als sogenannter Spinnbalken bezeichnet wird, enthält weitere schmelzeführende Bauteile
wie Leitungen und Spinnpumpen, die hier nicht dargestellt sind.
Der Düsenträger 1 ist
beheizbar ausgebildet. So lassen sich die von dem Düsenträger 1 aufgenommenen
schmelzeführenden
Bauteile an ihren Wandungen oder den Wandungen des Düsenträgers durch
ein Wärmeträgermedium
oder durch eine elektrische Heizung temperieren.
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Die Spinndüse 2 weist ein Gehäuse 4 und eine
Düsenplatte 10 auf,
die an der Unterseite des Gehäuses 4 über die
Schrauben 15 verschraubt ist. Die Düsenplatte 10 weist
eine Vielzahl von Düsenbohrungen 11 auf,
die einen Schmelzeauslaß darstellen.
Der Düsenplatte 10 ist
eine Lochplatte 13 und eine sich an der Lochplatte 13 abstützender
Filtereinsatz 12 angeordnet. Dein Filtereinsatz 12 ist
innerhalb des Gehäuses 4 eine
Verteilerkammer 19 vorgeordnet. Die Verteilerkammer 19 ist über einen Schmelzeeinlaß 5 in
dem Gehäuse 4 mit
dem Schmelzezulauf 3 des Düsenträgers 1 verbunden.
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Das Gehäuse 4 der Spinndüse 2 besteht
im wesentlichen aus drei Segmenten. Das erste Segment wird durch
einen mittig ausgebildeten Stutzen 9 gebildet, welcher
den Schmelzeeinlaß 5 enthält. Der vorzugsweise
zylindrische Stutzen 9 ist konzentrisch zu dem Schmelzezulauf 3 des
Düsenträgers 1 angeordnet.
Ein zweites, dem Stutzen 9 ringförmig umgebende Segment des
Gehäuses 4 wird
durch die Wandung 8 gebildet. Die Wandung 8 ist
als eine dünnwandige
Kalotte ausgebildet, deren Krümmung
im wesentlichen die Verteilerkammer 19 bildet. Dieses Segment
ist dort elastisch ausgebildet, das eine Verformung unter Druckbelastung
möglich
ist.
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Als drittes Segment ist ein äußerer stabiler umlaufender
Gewindekragen 7 an der Wandung 8 angeformt. Der
Gewindekragen 7 dient einerseits zur Aufnahme mehrerer
der Schrauben 15, durch welche die Düsenplatte 10 druckdicht
mit dem Gehäuse 4 verbunden
ist, und andererseits zur Aufnahme eines Außengewindes 20, welches über eine
Verschraubung 16 mit dem Düsenträger 1 verbunden ist.
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Die Spinndüse 2 wird in der Düsenaufnahmeöffnung 18 des
Düsenträgers 1 über die
Verschraubung 16 gehalten. Dabei wird die Spinndüse 2 mit
dem Düsenträger 1 verschraubt,
bis das Gehäuse 4 mit
dem Schmelzeeinlaß 5 an
der Dichtfläche 6 des Schmelzezulaufs 3 an
dem Düsenträger 1 anliegt. Der Übergang
von dem Schmelzezulauf 3 zu dem Schmelzeeinlaß 5 ist
durch ein zusätzlichen
Dichtungsring 17 nach außen hin verschlossen. Die durch die
als Spannmittel wirkende Verschraubung 16 wird eine Spannkraft
zur Fixierung der Spinndüse 2 erzeugt,
so daß keine
Spalte zwischen dem Gehäuse 4 und
dem Düsenträger 1 in
der Dichtfläche 6 auftreten.
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Im Betriebszustand wird eine Polymerschmelze
unter hohem Druck von dem Düsenträger 1 über den
Schmelzezulauf 3 in den Schmelzeeinlaß 5 und die Verteilerkammer 19 der
Spinndüse 1 geleitet.
Der innerhalb der Verteilerkammer 19 anstehende Schmelzedruck
wirkt von innen auf die Wandung 8 des Gehäuses 4.
Die Wandung 8 ist derart dünn ausgebildet, daß eine leichte
elastische Verformung möglich
ist. Die im wesentlichen auf die Wandung 8 wirkende Verformung
führt dazu,
daß der
Stutzen 9 mit dem Dichtungsring 17 an die Dichtfläche 6 gedrückt wird.
Die Wandung 8 ist elastisch ausgebildet, so daß die Verformung
des Gehäuses
nur unter Wirkung des Schmelzedruckes ansteht. Die durch die Verformung
auf die Dichtfläche
wirkende Druckkraft führt
zu einer selbstabdichtenden Verspannung der Spinndüse 2 innerhalb
der Düsenaufnahmeöffnung 18.
Hierbei wirkt die durch die Verformung erzeugte Druckkraft gleichgerichtet
mit der durch die Verschraubung 16 erzeugte Spannkraft
der Spinndüse 2.
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Innerhalb der Verteilerkammer 19 wird
unter Wirkung des Schmelzedruckes die Polymerschmelze durch den
Filtereinsatz 12 und die Lochplatte 13 geführt, um
dann als feine Filamentstränge
durch die Düsenbohrungen 11 der
Düsenplatte 10 extrudiert
zu werden. Die Abdichtung zwischen der Düsenplatte 10 und dem
Gehäuse 4 läßt sich
dabei durch eine zusätzliche
Ringdichtung (hier nicht gezeigt) erreichen. Dabei wird die Druckkraft
zur Abdichtung nach außen durch
die Schrauben 15 erzeugt, die gleichmäßig auf dem Umfang der Düsenplatte 10 verteilt
angeordnet sind.
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Für
den Fall, daß ein
Auswechseln der Spinndüsen 2 erforderlich
ist, wird zunächst
die Schmelzezufuhr unterbrochen, so daß innerhalb der Spinndüse 2 also
innerhalb der Verteilerkammer 19 der Schmelzedruck zusammenbricht.
Damit geht die elastische Verformung des Gehäuses 4 in den ursprünglichen
Zustand zurück.
Die Spinndüse 2 ist
nur noch über
die durch die Verschraubung 16 aufgebrachte Spannkraft
gehalten. Zum Lösen
der Spinndüse 2 werden
dementsprechend geringe Entspannungskräfte benötigt.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
schematisch gezeigt. Die Bauteile mit gleicher Funktion haben hierbei
identische Bezugszeichen erhalten.
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Der Düsenträger 1 ist im wesentlichen
identisch zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel nach 1 ausgeführt, so daß auf die vorhergehende Beschreibung
Bezug genommen wird.
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Die Spinndüse 2 ist durch das
Gehäuse 4, den
Filtereinsatz 12, die Lochplatte 13 und die Düsenplatte 10 gebildet.
Hierbei werden das Gehäuse 4,
mit der Düsenplatte 10 in
einer zylindrischen Gewindebuchse 23 gehalten, die über ein
Außengewinde 20 mittels
der Verschraubung 16 an dem Düsenträger 1 gehalten ist.
Hierbei wird das Gehäuse 4 durch
einen mittleren Stutzen 9 mit dem Schmelzeeinlaß 5 der
den Stutzen 9 umgebenden dünnwandigen Wandung 8 und
einem umlaufenden Stützkragen 21 gebildet.
Zwischen dem Stützkragen 21 des
Gehäuses 4 und
dem Filtereinsatz 12 ist eine erste Ringdichtung 14.1 und
zwischen der Lochplatte 13 und der Düsenplatte 10 eine
zweite Ringdichtung 142 angeordnet. Die Düsenplatte 10 stützt sich
an einem Haltekragen 22 am Ende der Gewindebuchse 23 ab.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Spinndüse 2 über die
Gewindebuchse 23.1 durch die Verschraubung 16 mit
dem Düsenträger 1 verspannt.
Hierbei liegt eine dem Schmelzeeinlaß 5 konzentrisch umschließende Dichtring 17 an der
Dichtfläche 6 des
Schmelzezulaufs 3 des Düsenträgers 1 an.
Die Montage der Spinndüse 2 durch
die Gewindebuchse 23 erfolgt dabei mit einer Spannkraft,
die keine wesentliche Druckkräfte
zur Abdichtung an den Dichtstellen der Spinndüse 2 erzeugt.
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Die Druckkräfte zu selbstdichtenden Verspannung
der Spinndüse 2 werden
erst im Betriebszustand durch die Verformung des Gehäuses 4 erreicht.
Hierzu gelangt zunächst
die Polymerschmelze über
den Schmelzezulauf 3 und dem Schmelzeeinlauf 5 in
die Verteilerkammer 19. Der Schmelzedruck in der Verteilerkammer 19 bewirkt
nun eine elastische Verformung der Wandung 8 des Gehäuses 4 derart, daß durch
die Verformung des Gehäuses 4 in
Richtung der Düsenaufnahmeöffnung 18 über den
Stutzen 9 zusätzliche
Druckkräfte
aufgebaut werden, die zu einem Verspannen der Spinndüse 2 führen. Durch die
Verwendung der Dichtungen 14.1, 14.2 und 17 in den
Trennfugen der Einzelteile wird gewährleistet, daß im Betriebszustand
bei anstehendem Schmelzedruck eine ausreichende Abdichtung in den
Dichtstellen der Spinndüse 2 sowie
der Verbindung zwischen der Spinndüse und dem Düsenträger 1 nach
außen hin
gewährleistet
ist.
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Die Funktion der in 2 dargestellten Vorrichtung ist identisch
zu dem Ausführungsbeispiel nach 1. Insoweit wird auf das
vorhergehende Ausführungsbeispiel
Bezug genommen. Innerhalb der Verteilerkammer 19 werden
dabei Schmelzedrücke
von bis zu 250 bar erreicht. Zum Filtern der Polymerschmelze ist
der Filtereinsatz 12 vorzugsweise durch ein der mehrere
Siebe mit unterschiedlichen Maschenweiten gebildet. Es ist jedoch
auch möglich, oberhalb
der Lochplatte 13 einen Filtereinsatz mit einem Filtergranulat
mit unterschiedlichen Korngrößen zu verwenden.
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Der Aufbau der dargestellten Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie der Aufbau der Einzelteile ist beispielhaft. Die Erfindung
erfaßt
alle Vorrichtungen zum Schmelzspinnen, bei welchem die Spinndüsen, Gehäuse oder
Gehäuseteile
aufweisen, die bei anstehendem Schmelzedruck zu einer Verformung
und somit zu einer selbstdichtenden Verspannung führen. Die
Dichtigkeit des Düsenpaketes
ist somit unabhängig
von der Spannkraft, die zwischen der Spinndüse und dem Düsenträger zur
Fixierung der Spinndüse
wirkt. Hierbei ist es unentbehrlich, ob runde, rechteckige oder
ringförmige
Spinndüsen
bzw. Düsenplatten
verwendet werden.
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- 1
- Düsenträger
- 2
- Spinndüse
- 3
- Schmelzezulauf
- 4
- Gehäuse
- 5
- Schmelzeeinlaß
- 6
- Dichtfläche
- 7
- Gewindekragen
- 8
- Wandung
- 9
- Stutzen
- 10
- Düsenplatte
- 11
- Düsenbohrungen
- 12
- Filterscheibe
- 13
- Lochplatte
- 14
- Ringdichtung
- 15
- Schrauben
- 16
- Verschraubung
- 17
- Dichtring
- 18
- Düsenaufnahmeöffnung
- 19
- Verteilerhammer
- 20
- Außengewinde
- 21
- Stützkragen
- 22
- Haltekragen
- 23
- Gewindebuchse