DE19607103A1

DE19607103A1 - Spinnpack mit Sandfilter

Info

Publication number: DE19607103A1
Application number: DE19607103A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Beeck; Bernd Kretschmann; Wilhlem Sprick
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: LL Plant Engineering AG
Priority date: 1996-02-24
Filing date: 1996-02-24
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2016-02-25
Also published as: US5795595A; DE19607103B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Spinnpack zum Schmelzspinnen von Thermoplasten bestehend im wesentlichen aus einem Gehäuse mit Abdeckplatte und in Strömungsrichtung einem Schmelzekanal, einem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter und einer Düsenplatte.

Spinnpacks mit Sandfilter sind bekannt (US-Patente 3 028 627, 4 493 628 und 5 304 052, EP-Patent 0 387 470). Hierbei wird die durch den Schmelzekanal zugeführte Thermoplastschmelze vor dem Austritt durch die Düsenplatte zwecks Filtrierung, Scherung und Druckaufbau durch eine Schüttung aus feinstem Sand geleitet. Um zu verhindern, daß der Schmelzestrom die Sandfüllung unkontrolliert wegspült, unter Ausbildung von Vorzugsströmungen, werden von der Abdeckplatte gehaltene, lose, einfache Siebe oder Umströmungskörper (EP-Offenlegungsschrift 0 547 700) auf die Sandpackung aufgelegt. Ein weiterer Metallweb- oder Metallvliesfilter unter der Sandschüttung schützt die Düsenkapillarbohrungen vor Verschmutzung durch Sandpartikel. Um zu verhindern, daß der Schmelzedruck diesen Schutzfilter in die Kapillarbohrungen hineinpreßt, wird üblicherweise zwischen Schutzfilter und Düsenplatte eine 20-30 mm starke Stützplatte mit Bohrungen von 2-3 mm Durchmesser angeordnet.

Strömungsuntersuchungen haben jedoch gezeigt, daß in diesen Spinnpacks sowohl im Bereich des Sandfilters als auch unmittelbar vor der Düsenplatte Vorzugsströmungen und unkontrollierte Querströmungen sowie strömungsarme bis hin zu strömungstote Zonen auftreten. Die daraus resultierende unterschiedliche Verweilzeit der Polymerschmelze im Spinnpack führt zu einer unterschiedlichen thermischen Belastung des Polymers, verbunden mit einer Beeinträchtigung der Qualität des Polymers und der ersponnenen Fasern. Die unterschiedliche Verteilung der Schmelze bedingt des weiteren eine mangelnde Gleichmäßigkeit des Kapillartiters der Fasern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, die bekannten Spinnpacks mit Sandfilter so zu modifizieren, daß eine möglichst gleichmäßige Strömung und Verteilung der Polymerschmelze im gesamten Spinnpack bis in die Spinndüsenplatte hinein erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Spinnpack gemäß den Angaben der Patentansprüche. Dieses Spinnpack zum Schmelzspinnen von Thermoplasten, welches im wesentlichen aus einem Gehäuse mit Abdeckplatte und in Strömungsrichtung einem Schmelzekanal, einem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter und einer Düsenplatte besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung unmittelbar vor und/oder nach dem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter ein Lochblech mit gleichmäßig verteilten, D-förmigen Löchern mit in Strömungsrichtung schräg gestellten, konisch verjüngten Öffnungen angeordnet ist. Dieses Lochblech mit einer Blechdicke im Bereich von 0,75 bis 2,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 1,5 mm, hat konisch verjüngte Öffnungen mit einem Austrittsdurchmesser von 0,5 bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,25 mm, und eine offene Austrittsfläche von 9 bis 24%, vorzugsweise 10 bis 16% der Gesamtfläche. Der Verjüngungswinkel der Öffnungen beträgt, jeweils auf die Lochblechebene bezogen, auf der geraden D-Seite α gleich 65 bis 85°, vorzugsweise 75 bis 80°, und auf der gekrümmten D-Seite bei graduellem Übergang β gleich 40 bis 60°, vorzugsweise 45 bis 50°. Bei Spinnpacks mit zwei erfindungsgemäßen Lochblechen können beide Lochbleche Öffnungen gleicher Konfiguration aufweisen, oder das dem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter in Strömungsrichtung vorgeschaltete Lochblech Öffnungen mit größerem Austrittsdurchmesser aufweisen als das dem Filter nachgeschaltete Lochblech.

Gefertigt werden diese Lochbleche aus Metall mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie das Spinnpackgehäuse, vorzugsweise Chromnickelstahl. Derartige Lochbleche sind im Handel für Gas- Anströmböden, Zentrifugensiebe, Mühlensiebe und dergleichen erhältlich, beispielsweise unter dem eingetragenen Warenzeichen Conidur bei der Hein, Lehmann Trenn- und Fördertechnik GmbH, in D-47805 Krefeld-Oppum. Neu ist ihre Verwendung in Spinnpacks.

Völlig überraschend führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Lochbleche in Spinnpacks zu einer außerordentlich gleichmäßigen Verteilung und Strömung der Polymerschmelze im gesamten Spinnpack bis hinein in die Düsenplatte. Die so erzielte Gleichmäßigkeit ist der mit Lochblechen mit runden, in Durchgangsrichtung zylindrischen oder geraden, schlitzförmigen Öffnungen erzielbaren Homogenität weit überlegen. Auch mit mehreren Lagen Siebgewebe und Umströmungskörpern läßt sich keine derart gute Gleichmäßigkeit der Strömung und Verteilung der Schmelze erreichen. Dies wurde in zahlreichen Spinnversuchen mit je zwei unterschiedlich gefärbten, härterhaltigen Silikonpasten nachgewiesen. Hierzu wurde zunächst eine der Silikonpasten versponnen, dann auf die andersfarbige Silikonpaste umgeschaltet und 30 Sek., nachdem der Farbumschlag an den Spinndüsen sichtbar wurde, der Strömungskern einschließlich Sand aus dem Spinnpack entnommen, ausgehärtet und Schnittproben hiervon visuell begutachtet. Während die Proben aus Spinnpacks mit herkömmlichem Aufbau starke tote Ecken unterhalb der Abdeckplatte, einen deutlichen Strömungskonus im Sandkern, eine Strömungsabschattung über der Filtereinfassung und Nester der ersten Farbe zwischen Stützplatte und Düsenplatte und in den Düsenbohrungen aufwiesen, zeigten die Proben aus dem erfindungsgemäßen Spinnpack ein verblüffend gleichmäßiges Strömungsbild im gesamten Spinnpack, ohne tote Ecken unterhalb der Abdeckplatte und ohne Nester der ersten Farbe im Düsenplattenbereich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erörtert, wobei

Fig. 1 eine Draufsicht (in Strömungsrichtung gesehen) einer Lochblech-Öffnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Lochblech-Öffnungen,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Lochbleches und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Spinnpacks
darstellt.

Fig. 1 zeigt stark vergrößert den D-förmigen Querschnitt - hier seitenvertauscht - der Lochblech-Öffnungen, wobei diese auf der Anströmseite, besonders auf der gekrümmten D-Seite, wesentlich größer sind als auf der Austrittsseite.

Während bei herkömmlichen Lochblechen die Löcher aus dem Blech herausgeschnitten werden, was zu Öffnungen gleichen Querschnitts auf der Eintritts- und Austrittsseite führt, werden bei den erfindungsgemäßen Lochblechen die Löcher herausgedrückt. Bedingt durch die Gestaltung der Druckstempel werden schräg gestellte, konische Löcher, wie in Fig. 2 im Längsschnitt gezeigt, erhalten. Der Verjüngungswinkel α auf der gekrümmten D-Seite ist deutlich größer als der Winkel β auf der geraden D-Seite. Beim Durchstoßen der Löcher erfährt das Metall eine Streckung, die um so intensiver ist, je größer der Verjüngungswinkel. Dadurch werden die Löcher in Stoßrichtung - die mit der durch Pfeile gekennzeichneten Strömungsrichtung der Polymerschmelze identisch ist - über die ursprüngliche Blechfläche hinaus auf der gekrümmten D-Seite stark und auf der geraden D-Seite geringfügig verlängert. Dies ergibt eine Schrägstellung der Austrittsöffnungen der Löcher, die wesentlich zur Gleichmäßigkeit der Strömung und Verteilung der Polymerschmelze im Spinnpack beiträgt. Die resultierende, austrittsseitig unebene Lochblechfläche ist in Fig. 3 perspektivisch dargestellt. Außerdem führt die Streckung zu einer Verfestigung des Metalls, so daß bei gleichem Schmelzedruck wesentlich dünnere Lochbleche verwendet werden können als die sonst üblichen Stützplatten.

Fig. 4 zeigt als Beispiel einen möglichen Aufbau eines Spinnpacks mit zwei erfindungsgemäßen Lochblechen. Eine andere Gestaltung des Spinnpacks, insbesondere des Gehäuses, der Abdeckplatte und der Sandhülse liegt im Rahmen der Erfindung. Das Spinnpack ist Bestandteil eines hier nicht gezeigten Spinnbalkens, der zum Auspressen thermoplastischer Schmelzen bei der Faserherstellung dient. Das dargestellte Spinnpack besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 3a, der von einem mit dem Gehäuse verschraubten Druckring 3b gehaltenen Abdeckplatte 4, dem von der Sandhülse 8 eingefaßten Sandfilter 7 mit selbstdichtendem Metall-Schutzfilter 9 und der Düsenplatte 11. Die zu verspinnende Polymerschmelze wird mit Hilfe üblicher Spinnpumpen über den Schmelzekanal 1 durch die Abdeckplatte 4 dem Sandfilter 7 und letztlich der Düsenplatte 11 zugeführt. Die Abdichtung des Schmelzekanals an der oberen und der unteren Fläche der seitlich heruntergezogenen Abdeckplatte 4 erfolgt über die Hülsendichtungen 2 und 6.

Direkt unterhalb der Abdeckplatte 4 liegt innerhalb der Hülsendichtung 6 ein erfindungsgemäßes Lochblech 5 lose auf dem Sandfilter 7 auf. Dadurch wird die Polymerschmelze gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Sandfilters 7 verteilt und ein Wegspülen des Sandes verhindert. Ein weiteres erfindungsgemäßes Lochblech 10 liegt lose in einer entsprechenden Aussparung der Düsenplatte 11 unmittelbar unterhalb des Schutzfilters 9. Dadurch wird eine zusätzliche gleichmäßige Verteilung der Schmelze auf sämtliche Düsen der Düsenplatte erzielt und Bereiche mit geringer Strömung vermieden. Die sonst an dieser Stelle übliche, mindestens 20 mm starke Schutzplatte mit zugehöriger Dichtung entfällt, was zu Material-, Gewichts- und Kosteneinsparungen und zu einer Reduzierung der Bauhöhe des Spinnpacks mit dem Vorteil einer verkürzten Polymer-Verweilzeit führt. Beide Lochbleche 5 und 10 sind lose in das Spinnpack eingelegt und lediglich durch die Hülsendichtung 6 bzw. die Aussparung in der Düsenplatte 11 gegen seitliches Verschieben gesichert. Das Andrücken an den Sandfilter 7 bzw. die Düsenplatte 11 erfolgt während des Spinnens durch den Schmelzedruck. Bei anders gestalteten Spinnpacks können die erfindungsgemäßen Lochbleche auch auf andere Weise seitlich geführt oder gehalten werden. Von Bedeutung ist, neben der besonderen Lochform, lediglich ihre Anordnung in Strömungsrichtung direkt vor und/oder nach dem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter. Selbstverständlich ist die mit zwei Lochblechen, einem vor und einem zweiten nach dem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter, erzielbare Gleichmäßigkeit der Schmelze-Verteilung und -Strömung besser als die bei Verwendung von nur einem Lochblech vor oder bevorzugt nach dem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter erreichbare. Die mit nur einem Lochblech ermöglichte Homogenität übertrifft aber deutlich die von konventionellen Spinnpacks.

Claims

1. Spinnpack zum Schmelzspinnen von Thermoplasten bestehend im wesentlichen aus einem Gehäuse mit Abdeckplatte und in Strömungsrichtung einem Schmelzekanal, einem Sandfilter mit Metall-Schutzfilter und einer Düsenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung auf mindestens einer Seite des Sandfilters mit Metall-Schutzfilter ein Lochblech mit gleichmäßig verteilten, D-förmigen Löchern mit in Strömungsrichtung schräg gestellten, konisch verjüngten Öffnungen angeordnet ist.

2. Spinnpack gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritts-Durchmesser der konisch verjüngten Lochblech-Öffnungen 0,5 bis 3,0 mm und die offene Austrittsfläche 9 bis 24% der Gesamtfläche beträgt.

3. Spinnpack gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch verjüngten Lochblech-Öffnungen einen Verjüngungswinkel auf der geraden D-Seite α gleich 65 bis 85° und auf der gekrümmten D-Seite bei graduellem Übergang β gleich 40 bis 60° aufweisen, jeweils bezogen auf die Lochblechebene.

4. Spinnpack gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech eine Blechdicke im Bereich von 0,75 bis 2,0 mm hat.

5. Spinnpack gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sandfilter mit Metall-Schutzfilter und Düsenplatte ein Lochblech angeordnet ist.

6. Spinnpack gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lochblech lose auf dem Sand des Sandfilters aufliegt.

7. Spinnpack gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lochblech auf dem Sand des Sandfilters lose aufliegt und ein weiteres Lochblech zwischen Sandfilter mit Metall-Schutzfilter und Düsenplatte angeordnet ist.

8. Spinnpack gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lochbleche Öffnungen gleicher Konfiguration aufweisen.

9. Spinnpack gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Sand aufliegende Lochblech Öffnungen mit einem größeren Austrittsdurchmesser hat als das zwischen Sandfilter mit Metall- Schutzfilter und Düsenplatte angeordnete Lochblech.