DE2234615B2

DE2234615B2 - DEVICE FOR MELT SPINNING OF LINEAR SYNTHETIC POLYMERS

Info

Publication number: DE2234615B2
Application number: DE19722234615
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. 6450 Hanau; Keinath Hans Dipl.-Ing.; Rückert Arisditor; 6000 Frankfurt; Sander Rolf 6451 Dörnigheim Beck
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: LL Plant Engineering AG
Priority date: 1972-07-14
Filing date: 1972-07-14
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2234615A1

Description

»= JU fern ²I»= JU far ² I

bestimmt wird, wobei T der Titer des verstreckten Fadens in den ist und a eine Konstante, die zwischen 8 und 15, vorzugsweise zwischen 10 und 12 liegtis determined, where T is the titer of the drawn thread in the and a is a constant which is between 8 and 15, preferably between 10 and 12

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (21) bei runder Düsenplatte (12) aus mehreren Ringsegmenten besteht, welche gegen die Düsenplatte radial verspannbar sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the frame (21) with a round nozzle plate (12) consists of several ring segments which can be braced radially against the nozzle plate.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergangsfläche (20) zwischen Düsenplatte (12) und Rahmen (21) konisch ausgebildet und der Rahmen gegen die Düsenplatte axial verspannbar ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the heat transfer surface (20) between the nozzle plate (12) and frame (21) is conical formed and the frame is axially braced against the nozzle plate.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von linearen, synthetischen Polymeren, bestehend aus einer Düsenplatte, einem hiermit vorzugsweise unter Einschluß einer Filter- und Verteileinrichtung zusammenwirkenden Gehäuse und einer Gehäusebeheizung, wobei die Düsenplatte auf ihrem Umfang mit einem über die Düsenplatte hinausragenden Rahmen mit Düsenplattenbeheizung versehen ist.The invention relates to a device for melt spinning linear, synthetic polymers, consisting of a nozzle plate, one herewith preferably including a filter and distribution device cooperating housing and a housing heater, the nozzle plate on its The scope is provided with a frame projecting beyond the nozzle plate with nozzle plate heating.

Schmelzspinnverfahren wurden zuerst bei den Polyamiden angewendet. Seit einiger Zeit ist das Schmelzspinnen bei vielen, verschiedenartigen Polymeren, ihren Copolymeren und bei Mischpolymeren im Gebrauch. Beim Erspinnen von synthetischen Fäden aus der Schmelze ist sowohl bei kontinuierlich arbeitenden Anlagen für die Herstellung der Polymerisate und Polykondensate und für deren Verspinnen als auch beim Aufschmelzen von vorgefertigten Granulaten in Extrudern darauf zu achten, daß die Temperatur der Spinnplatten den für das jeweilige Polymere günstigsten Wert hat und daß die Differenz von Produkttemperatur und Temperatur der Spinnplatte möglichst gering ist.Melt spinning processes were first used with the polyamides. Melt spinning has been around for some time in many different types of polymers, their copolymers and mixed polymers in use. When spinning synthetic threads from the melt is both continuously working Plants for the production of polymers and polycondensates and for their spinning as well as during Melting of prefabricated granules in extruders ensure that the temperature of the Spin plate has the most favorable value for the respective polymer and that the difference in product temperature and the temperature of the spinning plate is as low as possible.

Aus den vorstehend genannten Gründen ist es beispielsweise durch die DT-OS 14 35 742 bekannt, die Beheizung der Spinndüse unter Vermeidung von Konstruktionsmerkmalen (Spalten) mit schlechten War meübergängen so zu gestalten, daß der Wärmefluß von einer der Spinndüse zugeordneten Heizeinrichtung auf die Spinndüse möglichst optimal verläuft Dadurch soll der Temperaturgradient auf ein Minimum reduziert werden. Dies wird bei der vorbekannten Vorrichtung durch keilförmige Zwischenlagen mit guter Wärmeleitfähigkeit zwischen der Heizvorrichtung und der Spinndüse und durch Aneinanderpressen der Keilfächen erreicht So ist es mit der beschriebenen Vorrichtung gelungen, Temperaturdifferenzen auf der Düsenoberfläche auf maximal 2° C zu reduzieren.For the reasons mentioned above, it is known, for example, from DT-OS 14 35 742, which Heating of the spinneret while avoiding design features (crevices) with bad wares to make meübergangs so that the heat flow from a heating device assigned to the spinneret the spinneret runs as optimally as possible. This should reduce the temperature gradient to a minimum will. In the previously known device, this is achieved by means of wedge-shaped intermediate layers with good thermal conductivity between the heater and the spinneret and by pressing the wedge surfaces together achieved With the device described it has been possible to detect temperature differences on the nozzle surface to be reduced to a maximum of 2 ° C.

In der angegebenen Literaturstelle wird unter dem Begriff »Spinndüse« oder »Düse« die gesamte, auswechselbare Einheit aus Düsenplatte und Gehäuse verstanden. Diese Einheit wird auf mindestens zwei Seiten von zwei L-förmigen Einsetzleisten umgeben, deren nach oben gerichteter Schenkel keilförmig ausgebildet ist Ein inniger Wärmekontakt mit der Spinndüse setzt voraus, daß die genannten Einsetzleisten unter dem Einfluß von dort vorhandenen Bolzen in den keilförmigen Spalt zwischen dem Düsenheizblock und der Spinndüse gepreßt werden. Diese Bolzen ermöglichen zwar eine radiale, d.h. formschlüssige Anpressung an den Innenwandungen des Düsenheizblocks, es kann jedoch keine unmittelbare, seitliche Anpressung der Einsetzleisten an die Spinndüsenplatte stattfinden. Vielmehr ist zu unterstellen, daß die Reaktionskräfte, welche auf die Einsetzleisten einwirken, entweder von den Bolzen aufgefangen werden oder von einer Stufe, die in die Spinndüsenplatte eingearbeitet ist. In jedem Falle aber sind pro Einsetzleiste zwei Trennfugen vorhanden, die auch bei noch so gutem Kontakt ein Hindernis für den Wärmeübergang darstellen. Eine unmittelbare Verbindung des die Düsenplattenbeheizung tragenden Rahmens mit der Düsenplatte ist somit nicht gegeben.In the cited reference, the term "spinneret" or "nozzle" refers to the entire, interchangeable Understood unit of nozzle plate and housing. This unit is divided into at least two Sides surrounded by two L-shaped insert strips, the upwardly directed legs of which are wedge-shaped An intimate thermal contact with the spinneret assumes that the insert strips mentioned under the influence of bolts present there in the wedge-shaped gap between the nozzle heating block and the spinneret. These bolts allow a radial, i.e. form-fitting Pressing against the inner walls of the nozzle heating block, but there can be no direct, lateral The insert strips are pressed against the spinneret plate. Rather, it is to be assumed that the Reaction forces that act on the insert strips are either absorbed by the bolts or from a step machined into the spinneret plate. In any case, there are two per insert strip There are separating lines that are an obstacle to the heat transfer, even if the contact is good represent. A direct connection between the frame carrying the nozzle plate heater and the Nozzle plate is therefore not given.

Bei der vorbekannten Vorrichtung blieb ferner das Problem ungelöst, überschüssige Wärmemengen von der Spinndüsenplatte an die Umgebung abzuführen, wenn infolge eines hohen Durchsatzes an Polymerem eine Temperaturerhöhung eintreten sollte. Die vorbekannte Vorrichtung gestattet somit ausschließlich eine Beheizung der Spinndüse, nicht aber in brauchbarem Umfange auch eine »Kühlung«. Im Gegenteil: in der genannten Druckschrift ist sogar angegeben, daß durch Verlängerungen der L-förmigen Einsetzleisten die Wärmeabstrahlung von der Oberfläche der Rechteckdüse so gering wie möglich gehalten wird.In the previously known device, the problem also remained unsolved, excess amounts of heat from the spinneret plate to be discharged to the environment, if as a result of a high throughput of polymer a temperature increase should occur. The previously known device thus only allows one Heating of the spinneret, but not also "cooling" to a useful extent. On the contrary: in the mentioned document is even stated that by extending the L-shaped insert strips the Heat radiation from the surface of the rectangular nozzle is kept as low as possible.

Durch die DT-PS 12 46221 ist ferner eine Lösung bekannt, durch welche die Auswechselbarkeit einer Düsenanordnung erleichtert wird. Die Düsenplatte befindet sich dabei zwar im Innern eines Düsenplattenhalters, jedoch muß auf Grund von üblichen Herstelltoleranzen davon ausgegangen werden, daß zwischen der Zylinderbohrung für die Düsenplatte und der Düsenplatte selbst ein gewisser Luftspalt vorhanden ist, der den Wärmeübergang beeinträchtigt. Von einer radialen bzw. kraftschlüssigen Anpressung des Düsenplattenhalters an die Düsenplatte ist jedenfalls nicht die Rede. Darüber hinaus ermöglicht auch diese bekannte Konstruktion keine Abführung etwaiger überschüssiger Wärmemengen.DT-PS 12 46221 also provides a solution known, through which the interchangeability of a nozzle arrangement is facilitated. The nozzle plate is located in the interior of a nozzle plate holder, however, due to the usual manufacturing tolerances be assumed that between the cylinder bore for the nozzle plate and the Nozzle plate itself a certain air gap is present, which affects the heat transfer. From one radial or non-positive pressure of the nozzle plate holder on the nozzle plate is in any case not Speech. In addition, this known construction does not allow any excess to be discharged Amounts of heat.

Die CH-PS 5 15 346 offenbart eine Vorrichtung, bei der die mit Spinndüsen versehene Platte in eine Heizkammer eingesetzt ist, die von einer wärmeübertragenden Flüssigkeit erfüllt ist Auch hier ist keine radiale Kontraktion der Heizkammer in Richtung auf die Spinndüsenplatte möglich, so daß von einer Verbesserung des Wärmeübergangs durch radialeThe CH-PS 5 15 346 discloses a device in which the plate provided with spinnerets in a Heating chamber is used, which is filled by a heat-transferring liquid. Here, too, is none radial contraction of the heating chamber in the direction of the spinneret plate possible, so that from one Improvement of the heat transfer through radial

Anpressung nicht die Rede sein kann. An eine Wärmeabfuhr hat offensichtlich auch der Verfasser dieser Druckschrift nicht gedacht.There can be no question of contact pressure. The author obviously also has a need for heat dissipation not intended for this publication.

Aus Gründen der textlien Weiterverarbeitung ist es erforderlich, daß die Durchmeäserschwankungen der ersponnenen Fäden möglichst klein sind, und daß die ersponnenen Fäden nach der Fadenbildung unterhalb der Spinndüsenplatten gleichbleibende textile Eigenschaften aufweisen, cLh, daß sich die beim Fadenbildungsprozeß im Fadenquerschnitt ablaufenden physika- ι ο tischen Vorgänge in jeder einzelnen Düsenbohrung in der gleichen Weise vollziehen. Um zu guten und gleichmäßigen Fadeneigenschaften zu gelangen, sind als wichtigste Voraussetzung die Temperatur der Spinndüsenplatten und die Temperaturverteilung innerhalb der ; Spinndüsenplatten innerhalb möglichst enger Grenzen IUhalten.For reasons of textile processing, it is necessary that the diameter fluctuations of the spun threads are as small as possible, and that the spun threads below the thread formation the spinneret plates have consistent textile properties, cLh that the thread formation process Physika- ι ο running in the thread cross-section table processes in each individual nozzle bore in the same way. To good and The most important prerequisite for achieving uniform thread properties is the temperature of the spinneret plates and the temperature distribution within the; Spinneret plates within the narrowest possible limits I keep.

Neuere Untersuchungen bei Schmelzspinnvorgängen haben zu dem Ergebnis geführt, daß es für die Gleichmäßigkeit der ersponnenen Fäden am günstigsten ist, wenn die Temperatur der Spinndüsenplatten sich von der Temperatur eines in einer kontinuierlichen Anlage hergestellten Polymeren bzw. von der Temperatur eines in einem Extruder aufgeschmolzenen Granulates um weniger als 3° C unterscheidet Die Notwendiglceit hierfür kann auf Grund mehrerer Einflüsse erklärt werden. Zunächst besteht für ein aus einem kontinuierlichen Verfahren hergestellten Polymeres ein chemisches und physikalisches (thermodynamisches) Gleichgewicht, welches durch jede Veränderung der Polymertemperatür gestört wird. Die Auswirkungen von Störungen des Temperatureinflusses sind beträchtlich. Ferner muß im Falle des Aufschmelzens von Granulat im Extruder im Granulat regelmäßig enthaltenes Wasser durch Trocknungsverfabren entzogen worden sein. Dies gilt sowohl im Hinblick auf zu verarbeitende Polyamide als insbesondere auch im Hinblick auf Polymere aus der Gruppe der Polyester. Aus der Literatur ist bekannt, daß die hydrophilen Eigenschaften der Polymeren eine wesentliche Rolle bei der Trocknung spielen, wobei sich eine starke Abhängigkeit der Diffusion von der Temperatur bemerkbar macht. Schließlich ist noch auszuführen, daß beim Fadenbildungsvorgang ein schneller Wärmeentzug einen wesentlichen Faktor darstellt. Eine zu hohe Temperatur des Polymeren beim Durchlauf durch die Spinndüsen ist für den Fadenbildungsvorgang von Nachteil. Eine zu hohe Temperatur der Schmelze beim Austritt aus der Spinndüse wirkt sich auf den Spinnvorgang ähnlich ungünstig aus wie eine zu niedrige Temperatur. Aus den vorstehenden Ausführengen geht hervor, daß die Vorgänge bei der Erspinnung von synthetischen Fäden außer von den Eigenschaften des zugeführten Polymeren auch zu einem wesentlichen Teil von der Lösung des Wärmeproblems abhängen.Recent studies in melt spinning have led to the result that it is for the Uniformity of the spun threads is best when the temperature of the spinneret plates on the temperature of a polymer produced in a continuous plant or on the temperature granulate melted in an extruder differs by less than 3 ° C this can be explained on the basis of several influences. First of all, for one consists of one continuous Process produced polymer a chemical and physical (thermodynamic) equilibrium, which is disturbed by any change in the polymer temperature. The effects of disruption of the The influence of temperature are considerable. Furthermore, in the case of melting granules in the extruder in the Granules regularly contained water have been removed by drying process. This is true of both with regard to polyamides to be processed and in particular with regard to polymers from the Group of polyester. From the literature it is known that the hydrophilic properties of the polymers play essential role in drying, with a strong dependence of diffusion on the Temperature noticeable. Finally, it should be noted that the thread forming process a rapid heat extraction is an essential factor. Too high a temperature of the polymer Passage through the spinneret is disadvantageous for the thread formation process. Too high a temperature the melt as it exits the spinneret has a similarly unfavorable effect on the spinning process as it does on it low temperature. From the foregoing, it can be seen that the processes involved in spinning of synthetic threads, besides the properties of the polymer fed in, also becomes an essential factor Partly depend on the solution to the heat problem.

Die erwähnten Wärmeprobleme sind sehr vielschichtiger Natur. So müssen beispielsweise Spinndüsenplatten, die meist als Baueinheit mit anderen Teilen (Gehäuse) in einen Spinnkopf eingesetzt werden, vor dem Einsetzen aufgeheizt werden, um ein Erstarren des Polymeren in den Kapillarbohrungen der Spinndüsenplatten zu verhindern. Ferner muß aus den oben angegebenen Gründen unbedingt verhindert werden, daß bei geringen Durchsätzen an Schmelze die Temperatur der Spinnplatten absinkt. Hierbei würde das Erspinnen von Fäden unmöglich gemacht. Außerdem wird in vielen Fällen die Forderung erhoben, daß mit den gleichen Spinndüsenplatten bzw. Kapillarbohrungen wahlweise verschiedene Titer hergestellt werden sollen, z. B. bei Seide 150/48 und 70/34 bzw. für die Faserherstellung 1,5 und 3,0 Denier. Diese Forderung bedingt unterschiedliche Durchsätze durch die betreffenden Spinndüsenplatten. Die Folge ist die Einstellung unterschiedlicher Temperaturen in den Spinndüsenplatten, sodaß der Fadendurchmesser in Abhängigkeit vom Spinntiter starken Schwankungen unterliegtThe heat problems mentioned are of a very complex nature. For example, spinneret plates, which are usually used as a structural unit with other parts (housing) in a spinning head be heated after insertion to solidify the polymer in the capillary bores of the spinneret plates to prevent. Furthermore, for the reasons given above, it is essential to prevent that at low throughputs of melt, the temperature of the spinning plates drops. Here would made the spinning of threads impossible. In addition, in many cases there is a requirement that With the same spinneret plates or capillary bores, optionally different titers can be produced should, e.g. B. for silk 150/48 and 70/34 or for fiber production 1.5 and 3.0 denier. This requirement conditionally different throughputs through the respective spinneret plates. The consequence is the attitude different temperatures in the spinneret plates, so that the thread diameter depends on the Spinning titre is subject to strong fluctuations

Zu den bereits aufgezeigten Problemen kommen noch diejenigen hinzu, die durch den Abkühlprozeß der ersponnenen Fäden unterhalb der Spinndüsenplatte entstehen. Dort ist in der Regel eine Kühlzone vorgesehen, die aus einem die Fäden umgebenden Blasschacht besteht, welcher von einer quer zu den Fäden gerichteten Kühlluftströmung durchsetzt wird. Diese Kühlluftströmung hat weitere Einflüsse auf den Temperaturhaushalt in der Spinndüsenplatte, wobei noch der zusätzliche Nachteil auftritt, daß die Einflüsse aus Gründen der Strömungsführung und des Wärmeübergangs nicht über die gesamte Fläche der Spinndüsenplatte gleichmäßig sind. Man hat zwar schon versucht, den Einfluß der Blasluftströmung durch zwischengeschaltete Dampf- oder Gassperren auszuschalten. Hierdurch entstehen jedoch neue Probleme in Bezug auf die negative Beeinflussung des Wärmehaushalts der Spinndüsenplatte.In addition to the problems already mentioned, there are those that are caused by the cooling process of the spun threads arise below the spinneret plate. There is usually a cooling zone there provided, which consists of a blowing shaft surrounding the threads, which is transverse to the Threads directed cooling air flow is penetrated. This cooling air flow has other influences on the Temperature balance in the spinneret plate, with the additional disadvantage that the influences for reasons of flow guidance and heat transfer not over the entire surface of the spinneret plate are even. Attempts have already been made to influence the blown air flow switch off intermediate vapor or gas barriers. However, this creates new problems in Relation to the negative influence on the heat balance of the spinneret plate.

Weitere Einflüsse auf den Wärmehaushalt der Spinndüsenplatte sind: Anzahl und Größe der Kapillarbohrungen je Flächeneinheit der Spinndüsenplatte, die Durchlaufzcit des Polymeren durch diese Bohrungen, der Wärmeinhalt des Polymeren, der Wärmeübergang vom Polymeren zur Spinndüsenplatte und umgekehrt von der Spinndüsenplatte zum Polymeren, die Temperaturverteilung im Polymeren in der Produktleitung zur Spinndüsenplatte, die Dicke und das Material der Spinndüsenplatte und anderes mehr. All diese Einflüsse äußern sich in der Temperatur, welche sich an jedem Ort der Spinndüsenplatte während des Spinnvorgangs einstellt. Die Temperatur einer Spinndüsenplatte ist in dem für das Spinnen benutzten Bereich praktisch vom Durchsatz an Spinnschmelze linear abhängig. Die Wärmeverluste durch Strahlung sind der Oberflächentemperatur der Spinndüsenplatte proportional und praktisch konstant, weil für ein bestimmtes Polymeres bei einer gleichbleibenden Spinnplattentemperatur optimal gesponnen wird. Die Wärmezufuhr zur Spinnplatte und ihre Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung werden durch konstruktive Merkmale im Spinnkopf bestimmt. Für den Wärmeübergang von und zu der Spinndüsenplatte sind die Größe der Auflageflächen und ihre Oberflächenbeschaffenheit maßgebend. Die Wirkungen der aufgezeigten Einflußgrößen wurden im Hinblick auf den Temperaturhaushalt der Spinndüsenplatte bei den vorbekannten Vorrichtungen nur sehr ungenügend beherrscht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß mit der gleichen Vorrichtung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wärmehaushalt sowohl eine Wärmezu- als auch eine Wärmeabfuhr möglich ist, so daß die Temperatur der Spinndüsenplatte möglichst unabhängig von den verschiedenen Einflußgrößen auf einen konstanten Wert eingestellt werden kann. Dabei soll der Temperaturgradient innerhalb der Spinndüsenplatte und derjenige zwischen der Heizvorrichtung und der Spinndüsenplatte möglichst gering gehalten werden.Further influences on the heat balance of the spinneret plate are: the number and size of the capillary bores per unit area of the spinneret plate, the flow rate of the polymer through these bores, the heat content of the polymer, the heat transfer from the polymer to the spinneret plate and vice versa from the spinneret plate to the polymer, the temperature distribution in the polymer in the product line to the Spinneret plate, the thickness and material of the spinneret plate, and more. All of these influences are expressed in the temperature at each location on the spinneret plate during the spinning process adjusts. The temperature of a spinneret plate is practically of the range used for spinning Spinning melt throughput linearly dependent. The heat losses due to radiation are the surface temperature the spinneret plate proportionally and practically constant, because for a specific polymer is optimally spun at a constant spinning plate temperature. The heat supply to the The spinning plate and its heat dissipation by conduction are determined by design features in the spinning head certainly. For the heat transfer from and to the spinneret plate are the size of the contact surfaces and their surface properties are decisive. The effects of the influencing variables shown were in With regard to the temperature balance of the spinneret plate in the previously known devices only very much insufficiently mastered. The invention is therefore based on the object of providing a device of the initially mentioned described type so that with the same device depending on the respective heat balance both a heat supply and a heat dissipation is possible, so that the The temperature of the spinneret plate is as independent as possible of the various influencing factors on one constant value can be set. The temperature gradient within the spinneret plate should be used and that between the heater and the spinneret plate can be kept as small as possible.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß der Rahmen unmittelbar und kraftschlüs-The object set is achieved according to the invention in the device described at the outset by the fact that the frame is directly and non-positively

sig mit der Düsenplatte verbunden ist und um ein solches Maß s in Fadenabzugsrichtung über die Düsenplatte vorsteht, welches mindestens der Dicke der Düsenplatte entspricht, und daß als Werkstoff für die Düsenplatte ein Material mit einer Mindestwärmeleitzahl von 20 kcal/m h ⁰C gewählt wird.sig is connected to the nozzle plate and protrudes from the nozzle plate in the thread withdrawal direction by an amount s that corresponds at least to the thickness of the nozzle plate, and that a material with a minimum thermal conductivity of 20 kcal / mh ⁰ C is selected as the material for the nozzle plate.

Bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre entsteht eine konstruktive Lösung, bei der die Spinndüsenplatte nicht innerhalb des ihr zugeordneten Gehäuses gehalten wird, sondern bei der ihre nach außen weisenden Begrenzungsflächen außerhalb des Spinndüsengehäuses liegen und unmittelbar, d. h. ohne weitere Spalte oder Fugen mit einer besonderen Düsenplattenbeheizung in kraftschlüssiger Verbindung steht. Dabei wird die Düsenplattenbeheizung bzw. der mit ihr eine Einheit bildende Rahmen unter im wesentlichen gleicher Vorspannung an die Wärmeübergangsfläche angepreßt. Ein Luftspalt oder eine mit Schmelze gefüllter Spalt sind auf diese Weise nicht vorhanden. Die kraftschlüssige Verbindung gestattet auch eine Ausdehnung der miteinander verbundenen Bauteile auf Grund der Wärmedehnung, ohne daß sich hierdurch die Wärmeübergangswerte merklich ändern.If the teaching according to the invention is followed, a constructive solution is created in which the spinneret plate is not held within the housing assigned to it, but with the housing that faces outwards Boundary surfaces lie outside the spinneret housing and directly, d. H. without any further column or Joints with a special nozzle plate heater is in a force-fit connection. The Nozzle plate heating or the frame forming a unit with it under essentially the same Pretension pressed against the heat transfer surface. An air gap or a gap filled with melt are not present this way. The frictional connection also allows an expansion of the interconnected components due to thermal expansion without affecting the heat transfer values change noticeably.

Der Rahmen kann dabei die unterschiedlichste konstruktive Gestaltung besitzen. Er muß naturgemäß dem Umriß der Düsenplatte angepaßt sein, so daß bei rechteckigen Düsenplatten auch eine rechteckige Rahmenform zu wählen ist Der Rahmen wird dabei zweckmäßig so unterteilt, daß die einzelnen Rahmenleisten gegeneinander beweglich und an die Düsenplatte anpreßbar sind Die Begriff Rahmen ist also keineswegs als einstückiges Bauteil zu verstehen. Bei runder Düsenplatte mit zylindrischer Außenfläche wird der Rahmen zweckmäßig als Ring ausgebildet, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Düsenplatte entspricht. Zum Zwecke einer radialen Anpreßbarkeit wird der Rahmen in mehrere Ringsegmenfe unterteilt, die gegeneinander und gegenüber der Düsenplatte einzeln beweglich sind. Eine besonders einfache Konstruktion stellt sich jedoch dann ein, wenn die Berührungsflächen zwischen der Düsenplatte und dem Rahmen bzw. den Rahmensegmenten konisch ausgebildet sind. Hierbei läßt sich der Rahmen durch Axialverschiebung an die Düsenplatte anpressen. Durch entsprechende Feinstbearbeitung der sich berührenden Oberflächen läßt sich auf diese Weise ein idealer Wärmeübergang erzielen.The frame can have the most varied of structural designs. Naturally, he must be adapted to the outline of the nozzle plate, so that with rectangular nozzle plates also a rectangular Frame shape is to be selected The frame is expediently subdivided so that the individual frame strips are movable against each other and can be pressed against the nozzle plate. The term frame is therefore by no means to be understood as a one-piece component. In the case of a round nozzle plate with a cylindrical outer surface, the The frame is expediently designed as a ring, the inner diameter of which corresponds to the outer diameter of the nozzle plate is equivalent to. For the purpose of radial compressibility, the frame is divided into several ring segments divided, which are individually movable against each other and with respect to the nozzle plate. A special one however, a simple construction is achieved when the contact surfaces between the nozzle plate and the frame or the frame segments are conical. The frame lets through here Press the axial displacement onto the nozzle plate. By corresponding fine machining of the touching In this way, surfaces can achieve ideal heat transfer.

Gemäß einem der Merkmale der Erfindung soll der Rahmen um ein solches Maß s in Fadenabzugsrichtung über die Düsenplatte vorstehen, welches mindestens der Dicke der Düsenplatte entspricht Sinn und Zweck dieser Maßnahme ist die Schaffung einer zusätzlichen Oberfläche, über welche eine etwaige überschüssige Wärmemenge der Spinndüsenplatte an die Umgebung abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck kann der Rahmen beispielsweise nach Art eines Kragens in Abzugsrichtung der erspönnenen Fäden über die untere Begrenzungsfläche der Spinndüsenplatte vorstehen, und zwar um das angegebene Maß £ In diesem Fall stellen sich sowohl eine innere, den Kapillarbohrungen zugekehrte, als auch eine äußere Wärmeaustauschfläche ein.According to one of the features of the invention, the frame should protrude by such an amount s in the thread withdrawal direction over the nozzle plate, which corresponds to at least the thickness of the nozzle plate Environment can be discharged. For this purpose, the frame can project, for example, in the manner of a collar in the withdrawal direction of the spun threads over the lower boundary surface of the spinneret plate, by the specified dimension £.In this case, both an inner, facing the capillary bores and an outer heat exchange surface are established .

Von besonderer Bedeutung ist dabei die zusätzliche Anordnung einer Düsenplattenbeheizung. Diese ist unabhängig von und zusätzlich zu der an sich bekannten Gehäusebeheizung vorgesehen, und zwar deswegen, weil es mit den bekannten Gehäusebeheizungen nicht möglich war, auch die Temperatur der Spinndüsenplatte in optimaler Weise und äußerst engen Grenzen zu steuern bzw. zu regeln. Düsenplattenbeheizung und Rahmen stellen dabei zweckmäßig eine Baueinheit dar, wobei zwischen den Bauelementen ein inniger Wärmeübergang herbeigeführt wird. Bei Verwendung einer elektrischen Beheizung (Widerstandsheizung) läßt sich der Heizwiderstand unter Zwischenschaltung eines elektrischen Isoliermaterials auf dem Rahmen aufbringen. Bei Verwendung eines flüssigen Heizmittels läßt ίο sich an der gleichen Stelle eine Rohrschlange oder ein entsprechender Heizkanal anbringen. Durch Auflöten der Rohrschlange oder Anbringen von Bohrungen für das Heizmittel im Rahmen läßt sich ein inniger Wärmeübergang erreichen. Die Düsenplattenbeheizung wird dabei im Bereich der Düsenplatte, d. h. an einer ihr möglichst naheliegenden Stelle untergebracht.The additional arrangement of a nozzle plate heater is of particular importance. This is provided independently of and in addition to the housing heating system known per se, namely because because it was not possible with the known housing heating, including the temperature of the spinneret plate to control or regulate in an optimal way and extremely narrow limits. Nozzle plate heating and Frames expediently represent a structural unit, with an intimate heat transfer between the structural elements is brought about. When using electrical heating (resistance heating) can Apply the heating resistor to the frame with the interposition of an electrical insulating material. When using a liquid heating medium ίο a pipe coil or can be inserted in the same place Attach the appropriate heating duct. By soldering the pipe coil or making holes for the heating medium in the frame allows an intimate heat transfer to be achieved. The nozzle plate heating is in the area of the nozzle plate, i. H. housed in a place as close as possible to her.

Gemäß einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung wird für das Material für die Düsenplatte ein solches mit einer Mindestwärmeleitzahl von 20 kcal/m h ⁰C gewählt Zur Bedeutung dieser Bedingung sei folgendes ausgeführt: Die Wärmeleitzahl des bisher für Düsenplatten verwendeten Chrom-Nickel-Stahls beträgt etwa 13 kcal/m h ⁰C Der Wärmegradient ist umgekehrt proportional der Wärmeleitfähig· keit d.h. das Wärmegefälle in einem vorgegebener Körper sinkt beispielsweise auf die Hälfte ab, wenn die Wärmeleitzahl verdoppelt wird. Aluminium hingeger hat eine Wärmeleitzahl von 180 kcal/m h ⁰C und wäre für den gegebenen Fall hinsichtlich der Wärmeleitfähig keit der ideale Werkstoff. Für den angegebenen Zweck geeignet sind Aluminiumlegierungen mit Kupfer Nickel, Magnesium, Zink, Mangan, usw. Die geringere Festigkeit von Aluminium und dessen Legierungen kanr durch die größere Dicke der Düsenplatte durchaus ohne Inkaufnahme anderer Nachteile ausgeglichen werden Im Gegenteil, die entsprechende Vergrößerung de: Plattendicke bringt weitere Vorteile im Hinblick auf der Wärmehaushalt und die Vergleichmäßigung der Spinn bedingungen für das Polymere mit sich. Auch die heut« verwendeten Reinigungsmethoden sind kein Hinderni: mehr für den Einsatz von Aluminiumlegierungen al: Werkstoff für die Düsenplatten. Aluminium und sein« Legierungen können beispielsweise durch sogenannt« Kolenebäder gereinigt werden, wobei eine elektrisch« Schutzspannung chemische Angriffe vermeidetAccording to a further feature of the solution according to the invention, a material with a minimum ^{thermal conductivity of 20 kcal / mh 0} C is selected for the material for the nozzle plate kcal / mh ⁰ C The thermal gradient is inversely proportional to the thermal conductivity, ie the thermal gradient in a given body drops to half, for example, when the coefficient of thermal conductivity is doubled. Aluminum, on the other hand, has a thermal conductivity of 180 kcal / mh ⁰ C and would be the ideal material for the given case in terms of thermal conductivity. Aluminum alloys with copper, nickel, magnesium, zinc, manganese, etc. are suitable for the stated purpose. The lower strength of aluminum and its alloys can be compensated for by the greater thickness of the nozzle plate without accepting other disadvantages. On the contrary, the corresponding increase in plate thickness brings further advantages with regard to the heat balance and the equalization of the spinning conditions for the polymer. Even the cleaning methods used today are no longer an obstacle: more for the use of aluminum alloys al: material for the nozzle plates. Aluminum and its alloys can, for example, be cleaned in so-called “Kolene baths”, with an electrical “protective voltage” preventing chemical attacks

Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind folgend«With the solution according to the invention are the following «

Vorteile verbunden: zunächst einmal wird der TemperaAssociated advantages: first of all, the tempera

turgradient zwischen dem Rahmen und der Spinndüsenture gradient between the frame and the spinneret

platte auf ein Minimum reduziert Dadurch teilt sich ein« Temperaturerhöhung des Rahmens beispielsweise infolplate reduced to a minimum This divides a « Increase in temperature of the frame, for example, infol

ge eines Regeleingriffs kurzfristig auch der Spinndüsenge a control intervention for a short time also of the spinnerets

platte mit Der gute Wärmeübergang auf dem gesamteiplate with The good heat transfer over the entire egg

Umfang der Spinndüsenplatte sorgt außerdem dafüiThe circumference of the spinneret plate also ensures this

daß örtlich Temperaturdifferenzen auf ein Minimunthat local temperature differences to a minimum

beschränkt werden. Eine infolge großen Durchsatzebe restricted. One due to large throughputs

sich einstellende höhere Temperatur der Spinndüsenestablished higher temperature of the spinnerets

platte teilt sich umgekehrt auch dem Rahmen mit deConversely, plate also shares the frame with de

die überschüssige Wärmemenge mittels des über diithe excess amount of heat using the via dii

Düsenplatte hinausstehenden Teils an die UmgebunjNozzle plate protruding part to the environment

abführt Auch hierbei tritt nur ein minimaler Temperadissipates Here, too, only a minimal tempera occurs

turgradient innerhalb der wärmeleitenden Verbindun gen auf. Es wird also eine Regelbarkeit der gesamteiture gradient within the thermally conductive connections. So it becomes a controllability of the whole i

Vorrichtung in beiden Richtungen, d.h. sowohl iiDevice in both directions, i.e. both ii

Richtung auf höhere als auch auf niedrigere TemperatuDirection towards higher as well as lower temperatures

ren erreichtren achieved

Die Temperatur der Düsenplatte läßt sich jedocl auch hinsichtlich des absoluten Temperaturniveaus au einen sehr konstanten Wert einregeln. Dadurch werdeThe temperature of the nozzle plate can, however, also be adjusted with regard to the absolute temperature level adjust a very constant value. This will

die Durchmesserschwankungen der ersponnenen Fäden außerordentlich klein, und auch ihre textlien Eigenschaften sind über den gesamten Ablauf des Spinnprozesses in idealer Weise gleichbleibend. Aber auch die Konstanz der Abmessungen und Eigenschaften der einzelnen, gleichzeitig ersponnenen Fäden untereinander werden mit großer Vollkommenheit eingehalten. Ferner läßt sich auch der Temperaturverlauf des geschmolzenen Polymeren vom Ort der Entstehung (bei kontinuierlichen Anlagen) oder vom Ort des Aufschmelzen (bei Verwendung von vorgefertigtem Granulat) in hohem Maße konstant halten. Temperaturabweichungen von weniger als 3⁰C sind hierdurch zu erreichen. Hierdurch wird das chemische Gleichgewicht der Komponenten in der hochviskosen Schmelze so konstant wie möglich gehalten. Eine Überhitzung der Schmelze in den Kapillarbohrungen durch zu hohe Temperaturen der Spinndüsenplatte bei erhöhtem Durchsatz wird ebenso sicher vermieden wie eine Unterkühlung der Schmelze bei geringerem Durchsatz. Bei einem Wechsel der Spinndüsen bzw. Düsenplatten läßt sich die Betriebsbereitschaft durch Aufheizen des ausgewechselten Bauteils in kürzester Zeit wieder herstellen. Mit der gleichen Spinnplatte lassen sich durch Änderung des Durchsatzes ohne weiteres Fäden verschiedenster Titer herstellen. Hiermit wird die Vorratshaltung der (teuren) Düsenplatten merklich eingeschränkt. Einflüsse der Blasluft auf die Temperatur der Düsenplatte werden auf ein unschädliches Maß zurückgedrängt.the diameter fluctuations of the spun threads are extremely small, and their textile properties are ideally constant over the entire course of the spinning process. But the constancy of the dimensions and properties of the individual threads spun at the same time among each other are maintained with great perfection. Furthermore, the temperature profile of the molten polymer from the place of formation (in the case of continuous systems) or from the place of melting (when using prefabricated granules) can be kept constant to a high degree. This enables temperature deviations of less than 3 ^° C. to be achieved. This keeps the chemical balance of the components in the highly viscous melt as constant as possible. Overheating of the melt in the capillary bores due to excessively high temperatures of the spinneret plate with increased throughput is just as reliably avoided as undercooling of the melt with lower throughput. When the spinnerets or nozzle plates are changed, operational readiness can be restored in a very short time by heating up the replaced component. With the same spinning plate, threads of various titers can easily be produced by changing the throughput. This noticeably limits the storage of the (expensive) nozzle plates. Influences of the blown air on the temperature of the nozzle plate are suppressed to a harmless level.

Es war bereits weiter oben ausgeführt worden, daß Zahl und Größe der Kapillarbohrungen je Flächeneinheit der Düsenplatte und der Durchsatz an Polymeren! einen Einfluß auf den Wärmehaushalt der Düsenplatte haben. Es konnte durch Versuche festgestellt werden, daß sich eine weitere Optimierung der Verhältnisse einstellt, wenn bei ansonsten üblichen Spinn- und Abzugsbedingungen die Lochzahl η pro cm² Düsenfläche nach der FormelIt has already been stated above that the number and size of the capillary bores per unit area of the nozzle plate and the throughput of polymers! have an influence on the heat balance of the nozzle plate. Experiments have shown that the situation is further optimized if, under otherwise customary spinning and take-off conditions, the number of holes η per cm ^{2 of} nozzle area according to the formula

π =π =

r -21r -21

fern ²]far ² ]

Ausführungsbeispiele und ihre Wirkungsweise seien nachfolgend an Hand der F i g. 1 und 2 näher beschrieben. Es zeigtExemplary embodiments and their mode of operation are shown below with reference to FIGS. 1 and 2 closer described. It shows

F i g. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch einen ständigen Spinnkopf,F i g. 1 shows a vertical axial section through a permanent spinning head,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Spinnkopf gemäß F i g. 1 von unten.FIG. 2 is a plan view of the spinning head according to FIG F i g. 1 from below.

In F i g. 1 ist mit t ein Düsengehäuse eines runden Spinnkopfes 2 bezeichnet, dessen Eintrittsleitung 3 mit einer entsprechenden Austrittsleitung eines in der Figur nicht dargestellten Spinnbalkens unter Zwischenschaltung einer Dichtung 4 verbindbar ist Die Eintrittsleitung 3 geht unter allmählicher Erweiterung in eine Filterkammer 5 über, die mit Filtermaterial 6, welches beispielsweise eine Sandpackung ist, gefallt ist Oberhalb des Filtermaterials befindet sich ein Drahtsieb 7, unterhalb des Filtermaterials eine mehrlagige Anordnung von Drahtsieben 8. An die Drahtsiebe 8 schließt sich eine Verteilerplatte 9 an, welche die Aufgabe hat, die Temperatur der Spinnschmelze zu vergleichmäßigen. Unter Einschluß eines scheibenförmigen Spaltes 10 schließt sich über eine Dichtung 11 an die Verteilerplatte 9 eine Düsenplatte 12 an, die einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt als die Verteilerplatte 9. In der Verteilerplatte 9 sind auf einem konzentrisch zur Achse 13 angeordneten Kreis eine Vielzahl von Verteilerbohrungen 14 angeordnet. Diesen entspricht inIn Fig. 1 is denoted by t a nozzle housing of a round spinning head 2, the inlet line 3 with a corresponding outlet line of a spinning beam, not shown in the figure, with the interposition a seal 4 can be connected. The inlet line 3 gradually expands into a Filter chamber 5 above, which is filled with filter material 6, which is, for example, a sand pack, above of the filter material there is a wire screen 7, below the filter material there is a multilayer arrangement of wire screens 8. The wire screens 8 are followed by a distributor plate 9, which has the task of to equalize the temperature of the spinning melt. Including a disk-shaped gap 10 connects to the distributor plate via a seal 11 9, a nozzle plate 12, which has a significantly larger diameter than the distributor plate 9. In the distributor plate 9 are a plurality of concentric to the axis 13 arranged circle Distributor bores 14 arranged. This corresponds to in

ίο der Düsenplatte 12 eine analoge Anordnung von Spinnbohrungen 15, die sich in Kapillarbohrungen 16 fortsetzen. Es ist zu erkennen, daß sich sämtliche Bohrungen 14,15 und 16 in größtmöglicher Entfernung von der Achse 13 befinden.ίο the nozzle plate 12 has an analogous arrangement of Spinning bores 15 which continue in capillary bores 16. It can be seen that all Bores 14, 15 and 16 are as far away from the axis 13 as possible.

Die Düsenplatte 12 weist einen überstehenden Rand 17 auf, in dem auf den Umfang verteilt eine Reihe von Schrauben 18 und 19 in abwechselnder Reihenfolge angeordnet ist. Die Schrauben 18 wirken mit einem Gewinde im Düsengehäuse 1 zusammen und dienen auf diese Weise zum Zusammenhalten des Spinnkopfes 2. Die Schrauben 19 ragen durch das Düsengehäuse 1 hindurch und dienen zur Verschraubung des Spinnkopfes 2 mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Spinnbalken.The nozzle plate 12 has a protruding edge 17 in which a number of distributed over the circumference Screws 18 and 19 are arranged in an alternating order. The screws 18 act with one Threads in the nozzle housing 1 together and serve in this way to hold the spinning head 2 together. The screws 19 protrude through the nozzle housing 1 and are used to screw the spinning head 2 with the spinning beam, not shown in the drawing.

Die Düsenplatte ist kreisförmig ausgebildet und besitzt auf ihrem äußeren Umfang eine zylindrische Wärmeübergangsfläche 20. An dieser Wärmeübergangsfläche liegt kraftschlüssig und unter inniger Berührung ein ringförmiger Rahmen 21 an, der aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, besteht Der Rahmen 21 ist an mehreren Trennfugen 22 unterteilt, so daß sich die einzelnen Rahmensegmente radial an die Düsenplatte 12 anpressen lassen. Der Rahmen 21 bzw. seine einzelnen Segmente sind mit einer Düsenplattenbeheizung 23 versehen, die im vorliegenden Falle als elektrische Widerstandsheizung ausgeführt ist. Unabhängig von der Düsenplattenbeheizung ist auch der Spinnkopf 2 von einem Heizring 24 umgeben, der auf seiner äußeren, zylindrischen Oberfläche mit einer Gehäusebeheizung 25 versehen ist. Zwischen dem Heizring 24 und dem Rahmen 21 bzw. der Düsenplatte 12 befindet sich jedoch ein Luftspalt 26, der erforderlich ist damit die Düsenplatte 12 gemeinsam mit dem Spinnkopf 2 zu Wartungsarbeiten auswechselbar ist. Der Rahmen 21 setzt sich nach unten, d. h. in Abzugsrichtung der aus den Kapillarbohrungen 16 austretenden Fäden noch um ein Maß s fort. Die Oberfläche des hervorstehenden Teiles dient als Wärmeaustauschfläche für den Fall, daß von dei Düsenplatte 12 überschüssige Wärme an die Umgebung abzuführen ist.The nozzle plate is circular and has a cylindrical heat transfer surface 20 on its outer circumference. An annular frame 21 made of a material with good thermal conductivity, such as copper, rests on this heat transfer surface in a force-locking manner and with intimate contact Parting lines 22 subdivided so that the individual frame segments can be pressed radially against the nozzle plate 12. The frame 21 or its individual segments are provided with a nozzle plate heater 23, which in the present case is designed as an electrical resistance heater. Independently of the nozzle plate heating, the spinning head 2 is also surrounded by a heating ring 24, which is provided with a housing heating 25 on its outer, cylindrical surface. Between the heating ring 24 and the frame 21 or the nozzle plate 12, however, there is an air gap 26 which is necessary so that the nozzle plate 12 can be exchanged together with the spinning head 2 for maintenance work. The frame 21 continues downward, that is, in the withdrawal direction of the threads emerging from the capillary bores 16, by an amount s . The surface of the protruding part serves as a heat exchange surface in the event that excess heat is to be dissipated from the nozzle plate 12 to the environment.

In F i g. 2 ist gut zu erkennen, daß der Rahmen 21 au« zwei Halbringen besteht, welche infolge der beider Trennfugen 22 um ein gewisses Maß radial verspannbai sind. Die Befestigung an der Düsenplatte erfolgt übei mehrere, auf den Umfang des Rahmens verteilte, radia zur Blockachse 13 ausgerichtete Schrauben, von denei nur die Schraubenachsen 27 dargestellt sind. Natürlicl ist es möglich, den Rahmen 21 auch aus drei ode mehreren Ringteilen zusammenzusetzen.In Fig. 2 it can be clearly seen that the frame 21 consists of two half-rings, which as a result of the two Parting lines 22 are radially verspannbai to a certain extent. The attachment to the nozzle plate takes place via several, distributed on the circumference of the frame, aligned radially to the block axis 13, of denei only the screw axes 27 are shown. Of course, it is possible to make the frame 21 from three or more assemble several ring parts.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for melt spinning linear, synthetic polymers, consisting of a nozzle plate, a housing cooperating with this, preferably including a filter and distribution device, and a housing heater, the nozzle plate being provided on its circumference with a frame with nozzle plate heating that protrudes beyond the nozzle plate, characterized in that the frame (21) is directly and non-positively connected to the nozzle plate (12) and protrudes beyond the nozzle plate by such an amount in the thread withdrawal direction that corresponds at least to the thickness of the nozzle plate, and that a material is used as the material for the nozzle plate a minimum thermal conductivity of 20 kcal / mh ^c C is selected.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the number of holes π per cm ^{2 of} nozzle area according to the formula