DE2640534A1 - Spinntopf - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Extrudieren synthetischer Fäden. Insbesondere betrifft sie einen Spinnkopf zum Schmelzspinnen künstlicher Fäden aus thermoplastischen Materialien, wie z. B. Nylon und Polyester.

Aus der folgenden Beschreibung geht zwar hervor, daß die vorliegende Erfindung erfolgreich verwendet werden kann, um Fasern aus verschiedenen Materialien herzustellen, die Erfindung ist aber nichtsdestoweniger insbesondere auch bei der Herstellung

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von synthetischen Polymerfaserη anwendbar, und es wird entsprechend in der folgenden Beschreibung Nachdruck auf die Verwendung von Polymer gelegt.

Herkömmliche Spinnköpfe weisen eine obere Kappe, eine Filteranordnung, die von einer Reihe von feinen Metallgazen oder feinem, schwer schmelzbarem Material gebildet sind und gewöhnlich durch Metallhaltegaze in Stellung gehalten werden, eine perforierte Sonderbrechplatte, die so angeordnet ist, daß das Mischen maximal wird und der Stau des Polymers minimal itfird, und die die Metallhaltegazen der FilteranOrdnung stützt, ein als nächstes abstromig von der Brechplatte angeordnetes Sonderfilter, eine Spinndüsenplatte, die mit Extrusionsöffnungen versehen ist und zu welcher die Schmelze von dem Sonderfilter oder direkt von der Brechplatte geht, und einen Spinnpackungskörper auf, welcher die Spinndüsenplatte haltert.

Das Bedürfnis nach höheren Erträgen bei höheren Durchsatzgeschwindigkeiten muß mit den wirtschaftlichen Möglichkeiten von bestehenden Platzbegrenzungen ausgeglichen werden. Beim Mehrfachendspinnen, bei welchem die Anzahl der Extrudieröffnungen stark erhöht wird, während die Maße der Spinndüsenplatte im wesentlichen unverändert bleibt, entstehen in der Flachspritzzone wegen des Zusammendrängens der Fäden Probleme. Es ist deshalb sowohl für das Einfach- als auch Mehrfachendspinnen erwünscht, den inneren benetzten Bereich des Spinnkopfes

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maximal zu gestalten, während man den bestehenden Raum . ausnutzt. Unter "innerem befeuchteten bzw. benetzten Bereich" ist derjenige Teil des Spinnkopfes geraeint, durch welchen das Polymer nach der oberen Kappe fließt. Die US-Patentschriften 3 050 774, 3 437 725 und 3 488 806 veranschaulichen Ausführungsformen von Spinnköpfen, bei denen der herkömmliche, becherartige Spinnpackkörper ausgeschaltet ist (siehe die entsprechenden Figuren). Die Hauptelemente sind sandwichartig zusammengeführt, oft mit dazwischen angeordneten Abdichtungen oder Einschmelzungen, und sind durch mehrere Schrauben verbunden, von denen mindestens eine durch den Umfang und/oder die Mitte der Spinndüsenplatte geht. Das primäre Problem, wenn Schrauben durch die Spinndüsenplatten hindurchgehen, sei es, daß ihre Funktion der Halterung, sei es der Verbindung dient, liegt in der Deformation der Spinndüsenplatte. Während des Extrudierens werden in eine Spinndüsenplatte geschraubte Schrauben beschädigt, und die Spinndüsenplatte muß weggeworfen werden. Weil die Spinndüsenplatte ein schwieriger Präzisionsgegenstand ist, handelt es sich um einen rechte teuren und unnötigen Abfall. Außerdem ist der von den Schrauben eingenommene Raum, die an anderen Stellen als am Umfang der Hauptspinnkopfelemente angeordnet sind, verlorene: Raum, der als benetzter Bereich zur Maximierung der Produktion ausgenutzt werden könnte.

Es gibt ebenso auch andere kritische Bereiche in dem Spinnkopf. In dem Volumen zwischen dem Filter und der oberen Kap-

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pe versucht Polymer, den Raum über dem Umfangsbinder des Filters zu füllen. Das Polymer wird thermisch in sich verändernden Graden abgebaut, bevor es zur Mitte des Spinnkopfes zurückgeschwenkt wird, wo es einen unerwünschten Viskositätsgradient erzeugt. Dies kann möglicherweise zu einem Bruch beim Extrudieren und/oder der Bildung schwacher Stellen im Faden führen. Außerdem gibt es ein äußeres Leckageproblem infolge der ungenügenden Abdichtung des Volumens zwischen dem Filter und der oberen Kappe. Hierdurch entweicht das Polymer entlang den Seiten des Spinnkopfes und stört den Garnweg, wobei es häufig auf die erzeugten Fäden tropft und sie unbrauchbar macht. Unter diesen Umständen geht Polymer verloren, und das Spinnen muß unterbrochen werden, um das Problem zu korrigieren.

Die Anzahl, Größe und Lage der Polymer-Zuführkanäle in der oberen Kappe ist ebenso äußerst kritisch. In oberen Kappen mit Zuführkanal mit umgekehrtem Konus versucht eine größere Menge Polymer durch die Mitte zu fließen, und zwar wegen des Druckunterschiedes, wodurch sich eine nicht gleichmäßige Polymerverteilung über der Filterfläche ergibt. Man beachte z. B. die US-Patentschriften 3 299 470 (Figur 2) und 3 509 598 (Figur 1). Ähnliche Ergebnisse erhält man mit oberen Kappen mit Zuführkanälen ähnlicher Querschnittbereiche aber sich verändernder Längen. Das ungleiche Fließmuster ruft verschiedene Verweilzeiten hervor, die ihrerseits eine Ungleichmässigkeit des Fadens hervorrufen.

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Gesteigerte Verweilzeit führt zur Verschlechterung bzw. dem Abbau oder Zersetzen von Polymer. Thermoplastische Materialien, wie z. B. Nylon und Polyester, sprechen sehr stark auf Temperaturen und Drücke an, die in einem Spinnkopf vorhanden sind, und ihre Viskosität und chemischen Eigenschaften verändern sich unter diesen Bedinungen mit der Zeit.

Der Spinnkopf dieser Erfindung schaltet im wesentlichen alle vorgenannten Probleme aus und liefert Garne hoher Qualität mit hohen Geschwindigkeiten über längere Zeit zwischen Spinnkopfänderungen. Die inneren Teile sind so ausgestaltet, daß die ideale Strömung des Polymers durch den Spinnkopf erreicht wird. "Ideale Strömung" tritt auf, wenn alle Volumenelemente des Polymers ihre relativen Stellungen in recht engen Grenzen über den Spinnkopf halten, nachdem sie durch den Verteilerraum über der Brechplatte gelaufen sind und wenn alle Volumenelemente des Polymers durch den Spinnkopf im wesentlichen dieselbe Verweilzeit haben.

Die Erfindung schafft einen Spinnkopf, der eine überlagerte obere Kappe, Pilteranordnung, Brecherplatte, Spinndüsenplat te und Flanscheinrichtungen aufweist. Die obere Kappe und die Filteranordnung sind so eingestellt, daß sie zwischen sich einen Verteilerraum bilden, und die Brecherplatte und Spinndüsenplatte sind so angeordnet, daß sie zwischen sich

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auch einen Verteilerraum bilden. Die Erfindung verbessert die Verbindung der oberen Platte, Brecherplatte und der Flanscheinrichtung vertikal nur durch ihre entsprechenden Umfangsgrenzen. Die Notwendigkeit eines herkömmlichen, becherförmigen Spinnpackkörpers wird durch diesen verbesserten Spinnkopf verhindert, und folglich macht die Verwendung desselben die Ausnutzung des bestehenden Raumes, der bislang von einem Spinnpackkörper eingenommen wurde, minimal. In überraschender Weise sind keine anderen Verbindungseinrichtungen notwendig.

Eine obere Kappe ist für die Verwendung in dem vorgenannten Spinnkopf oder für die Verwendung in Verbindung mit einer herkömmlichen Spinnpackanordnung für die Extrusion synthetischer Fäden vorgesehen. Die wesentlichen Elemente sind ein Flußeinlaßdurchgang und mehrere Polymerspeisekanäle. Der Flußeinlaßdurchgang bringt geschmolzenes Polymer zu einem Bereich, dessen Mittelachse im wesentlichen mit der Mittelachse der oberen Kappe zusammenfällt. Die Speisekanäle stehen mit dem Flußeinlaßdurchgang an diesem Bereich in Verbindung und zweigen radial von diesem in im wesentlichen gleichen Intervallen durch die obere Kappe ab, um sich an der oberen Fläche der oberen Kappe zu öffnen. Der Querschnittsbereich jedes Speisekanals bleibt entlang seiner betreffenden Länge im wesentlichen gleichmäßig. Die Zahl der Speisekanäle beläuft sich zwischen 3 und 80.

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Verbesserte Dichteigenschaften erhält man durch die Verwendung noch einer anderen oberen Kappe in dem Spinnkopf gemäß der Erfindung oder in Verbindung mit einer Spinnpackanordnung. Bei dieser Ausführungsform hat eine Platte in ihrer oberen Fläche eine Ausnehmung, durch welche mehrere öffnungen gehen. Die obere Kappe weist einen Vorsprung und mindestens einen Fließeinlaßdurchgang auf. Der Vorsprung erstreckt sich von der unteren Fläche der oberen Kappe und hat außen die gleiche allgemeine Gestalt wie die Ausnehmung. Der Vorsprung hat an seiner unteren Fläche ein flaches oder abgesenktes Teil, das ein Umfangsteil des Vorsprunges beläßt und stützt sich auf dem Umfangsteil der Ausnehmung.Die obere Kappe ist mit dem Vorsprung in der Ausnehmung der Platte angeordnet, wobei sich das Umfangsteil des Vorsprunges auf dem Umfangsteil der Ausnehmung abstützt. Der Teil der unteren Fläche der oberen Kappe, welcher den Vorsprung umfängt, stützt sich auf der oberen Fläche der Platte ab. Der Fließeinlaßdurchgang steht an einem Ende mit einer Polymerquelle in Verbindung und trägt an seinem anderen Ende zu dem Verteilungsraum aus, der von dem flachen oder abgesenkten Teil über der Platte gebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Spinnkopf für die Extrusion von einem oder gleichzeitig mehr als einem Ende von Mehrfach-Kunstfaden verwendet. Die wesentlichen Elemente sind Flansche, eine Spinndüsenplatte, eine Brechplatte, Dichteinrichtungen zur Schaffung eines

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abgedichteten Verteilungsraumes zwischen der Spinndüsenplatte und der Brechplatte, eine herkömmliche Filteranordnung, eine obere Kappe und Einrichtungen zur Verbindung der Flansche, Brechplatte und oberen Kappe. Durch die Spinndüsenplatte gehen mehrere Extrusionsöffnungen hindurch,und die Platte wird durch die Flansche gehaltert. Die Brechplatte,die in ihrer oberen Fläche eine Ausnehmung hat, weist mehrere Öffnungen auf, die auf dasjenige Teil beschränkt sind, dessen obere Fläche durch die Ausnehmung gebildet ist. Die Brecherplatte ist im wesentlichen parallel zu der Spinndüsenplatte und über dieser angeordnet. Die.>herkömmliche Filter anordnung ist in der Ausnehmung in der oberen Fläche der Brecherplatte angeordnet und deckt die Ausnehmung ab. Die obere Kappe weist einen Vorsprung, einen Fließeinlaßdurchgang und mehrere Polymerspeisekanäle auf. Der Vorsprung ragt aus der unteren Fläche der oberen Kappe heraus und hat außen im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Ausnehmung. Der Vorsprung weist auch an seiner unteren Fläche ein abgesenktes oder flaches Teil auf, welches zur Stützung auf dem ümfangsverbinder der Filteranordnung ein Umfangsteil des Vorsprunges beläßt. Die obere Kappe ist mit dem Vorsprung in der Ausnehmung der Brecherplatte angeordnet, wobei sich das Umfangsteil des Vorsprunges sich auf die Umfangseinfassung der Filteranordnung stützt. Das abgesenkte Teil des Vorsprunges bildet zwischen der oberen Kappe und der Filteranordnung einen Verteilungsraum. Der Teil der unteren Fläche der oberen Kappe, welcher den Vorsprung umfängt, stützt sich auf der oberen Fläche der

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Brecherplatte ab. Der Fließeinlaßdurchgang bringt geschmolzenes Polymer zu einem Bereich, dessen Mittelachse im wesentlichen mit der Mittelachse der oberen Kappe zusammenfällt. Mehrere im wesentlichen identische Polymerspeisekanäle stehen mit dem Fließeinlaßdurchgang an diesem Bereich in Verbindung und zweigen radial von diesem in im wesentlichen gleichen Abständen durch die obere Kappe ab und öffnen sich auf dem von dem abgesenkten Teil des Vorsprunges gebildeten Verteilungsraum. Der Querschnittsbereich jedes Speisekanals bleibt im wesentlichen entlang seiner jeweiligen Länge gleich. Die Anzahl der Speisekanäle beträgt zwischen 3 und 18, und das Verhältnis der Anzahl der Speisekanäle zum zweifachen Abstand zwischen der Mittelachse und der inneren Kante jedes Speisekanals an dem abgesenkten Teil liegt zwischen 1 zu 2 und 3 zu 1. Die Speisekanäle öffnen sich in den Verteilungsraum von dem abgesenkten Teil im Umfang 30 % der oberen Kappe über den Verteilungsraum. Die Summe der Querschnittfebereiche der Speisekanäle ist im wesentlichen die gleiche wie der Querschnittsbereich des Fließeinlaßdurchgangs. Die Einrichtung zur Verbindung der Flansche, der Brecherplatte und der oberen Kappe geht nur durch ihre betreffenden Umfangsgrenzen hindurch. Ideale Strömung wird im ganzen Durchgang des Polymers durch einen Spinnkopf mit dieser verbesserten Gestaltung erreicht. Obwohl der Spinnkopf der vorliegenden Erfindung für die Extrusion eines einzelendigen Mehrfachsynthetikfadens ungewöhnlich wirksam ist, ist er für die Extrusion von mehrfachendigen Mehrfachsynthetikfaden besonders gut geeignet. Zur Anpassung an das mehr-

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fachendige Spinnen ist es nur notwendig, eine herkömmliche Spinndüsenplatte durch eine Mehrfach-Endspinndüsenplatte zu ersetzen.

Vorzugsweise weist die Spinndüsenplatte für das Mehrfachendspinnen mindestens zwei symmetrische Segmente auf, durch welche mehrere Extrusionsöffnungen hindurchgehen. Jedes Segment hat eine Grenze, die durch nicht perforierte Teile der Spinndüsenplatte gebildet ist, wobei mindestens einer der nicht perforierten Teile den Umfang der Spinndüsenplatte einschließt. Es ist äußerst erwünscht, die Spinndüsenplatte bezüglich der oberen Kappe derart auszurichten, daß näherungsweise die gleiche Anzahl Speisekanäle in der oberen Kappe sich auf den Verteilerraum in jedem der Bereiche öffnet, die vertikal jedes der Segmente bilden.

Weitere Vorteile, Merkmale und AnwendungsmögJichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Mitte des Spinnkopfes gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 der Figur 1.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei der erfinderische Spinnkopf insgesamt mit

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bezeichnet ist und als seine Hauptelemente folgende Teile aufweist: Den Flansch 11, die Spinndüsenplatte 12, Brecherplatte 13, Dichtung 14, Pilteranordnung 15 und obere Kappe 16.

Die obere Kappe 16 und die Filteranordnung 15 sind so ausgestaltet und angeordnet, daß sie den Verteilungsraum 31 zwischen sich bilden. Zwischen der Brecherplatte 13 und der Spinndüsenplatte 12 ist durch ihre entsprechende Gestaltung und Anordnung ein Verteilungsraum 20 gebildet. Einzelheiten der Form werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Der Spinnkopf 10 gemäß der Erfindung kann für die Extrusion eines oder gleichzeitig mehr Enden als eines von multif i-^.len Kunstfäden verwendet werden, je nach der verwendeten Spinndüsenplatte 12. Beim Mehrfachendspinnen steigt die Zahl der Extrusionsöffnungen 18 an, während das Maß der Spinndüsenplatte 12 im wesentlichen unverändert bleibt. Zur Verhinderung von Problemen, die sich in der Flachspritzzone durch das Zusammendrängen der Fäden ergeben, ist der innere befeuchtete Bereich des Spinnkopfes 10 maximal gemacht worden. Dies erreicht man durch Ausschalten des herkömmlichen, becherförmigen Spinnpackkörpers und dann sandwichartiges Zusammenbringen der Hauptelemente des Spinnkopfes 10, die über eine Einrichtung, wie z. B. mehrere Schrauben 17 verbunden werden, und zwar über die Umfange nur der oberen Kappe 16, der Brecherplatte 13 bzw. des Flansches 11. Der Flansch 11 kann z. B. eine herkömmliche Klenunringanordnung sein, wie in den Zeichnungen gezeigt, und er hat eine doppelte Funktion.

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Erstens stützt der Flansch 11 die Spinndüsenplatte 12 und zweitens ist der Flansch 11 so angepaßt, daß er Schrauben 17 anstelle der Spinndüsenplatte 12 aufnimmt. Es ist bevorzugt, daß weder die Löcher in der Brecherplatte 13 und der oberen Kappe 16, durch welche die Schrauben 17 hindurchgehen, noch dasjenige Teil der Schrauben 17, welches dort hindurchgeht mit Gewinde versehen sind. Gewinde findet man vorzugsweise nur im Flansch 11, und dieser Teil der Schrauben 17, der dort hindurchgeht, ist als Flansch 11 der preiswerteste und das am leichtesten zu ersetzende Teil des Spinnkopfes 10, falls während des Betriebes Schraubengewinde beschädigt würden. Da es sehr gut möglich ist, daß die Spinndüsenplatte 12 während des normalen Betriebes des Spinnkopfes 10 beschädigt wird, ist es auch bevorzugt, daß keine Schrauben 17 durch die Spinndüsenplatte 12 hindurchgehen oder in sie eingeschraubt sind. Die Schrauben 17 sitzen in dem früher durch den Spinnpackkörper besetzten Bereich. Wegen der zusätzlichen Stützung,welche durch Vergrößerung der Umfange der oberen Kappe 16, Brecherplatte 13 und Spinndüsenplatte 12 vorgesehen ist, kann der innere befeuchtete Bereich des Spinnkopfes 10 ausgedehnt werden. In überraschender Weise sind keine weiteren Stütz- oder Verbindungseinrichtungen innerhalb des Spinnkopfes 10 notwendig, und somit gibt es keine hierdurch erzeugte toten oder stillstehende Zonen.

Die Spinndüsenplatte 12 ist für die gleichzeitige Extrusion zweier kontinuierlicher Mehrfadenenden 34 und 34' ausgestaltet.

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Der Spinnkopf 10 ist dennoch leicht für die Extrusion von mehr oder weniger multifilen kontinuierlichen Enden dadurch angepaßt, daß man einfach Spinndüsenplatten ersetzt. Die Spinndüsenplatte 12, die in ihrer oberen Fläche eine Ausnehmung 19 aufweist, hat zwei symmetrische Segmente 32 und 32', deren jede mehrere Extrusionsöffnungen 18 durch das Segment hindurch hat, die auf das Teil beschränkt sind, dessen obere Fläche durch die Ausnehmung 19 gebildet ist. Die Grenze jedes Segmentes 32 und 32' wird durch ein nicht perforiertes Teil 33 der Spinndüsenplatte 12 und den nicht perforierten Umfang der Spinndüsenplatte 12 geformt. Wie oben erwähnt, wird die Spinndüsenplatte 12 durch eine Flanscheinrichtung 11 gehaltert.

Die Brecherplatte 13 hat eine erste Ausnehmung 21 in ihrer oberen Fläche 22 und eine zweite Ausnehmung 23 in ihrer unteren Fläche, welche beiden etwa die gleiche Umfangsgrenze wie die Ausnehmung 19 in der Spinndüsenplatte 12 haben. Es gibt eine Vielzahl von öffnungen 24 durch die Brecherplatte 13 hindurch, die auf dasjenige Teil beschränkt sind, dessen obere Fläche durch die erste Ausnehmung 21 und dessen Bodenfläche durch die zweite Ausnehmung 23 gebildet ist. Die Brecherplatte 13 ist im wesentlichen parallel zur Spinndüsenplatte 12 und über dieser so angeordnet, daß ihre betreffenden Ausnehmungen 23 und 19 im wesentlichen in Flucht liegen und dazwischen der Verteilerraum 20 gebildet wird. Die Dichteinrichtungen 14 sind zwischen den nicht mit Ausnehmungen ver-

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sehenen, parallelen Oberflächen der Brecherplatte 13 und der Spinndüsenplatte 12 angeordnet und dichten den Verteilerraum 20 dazwischen ab. Eine herkömmliche Filteranordnung 15 ist in der Ausnehmung 21 in der oberen Fläche 22 der Brecherplatte 13 angeordnet und deckt die Ausnehmung 21 ab.

Die obere Kappe 16 v/eist einen Vorsprung 25, einen Fließeinlaßdurchgang 26 und mehrere Polymerspeisekanäle 27 auf. Der Vorsprung 25 ragt aus der unteren Oberfläche 28 der oberen Kappe 16 heraus und hat außen dieselbe allgemeine Gestalt wie die Ausnehmung 21. Der Vorsprung 25 weist ein flaches oder abgesenktes Teil 29 an seiner oberen Fläche auf,welches ein Umfangsteil 30 des Vorsprunges 25 beläßt, um sich auf dem Ümfangsverbinder oder der Einfassung der Filteranordnung 15 zu stützen. Die obere Kappe 16 wird mit dem Vorsprung 2 5 in der Ausnehmung 21 der Brecherplatte angeordnet, wobei das Umfangsteil 30 des VorSprunges 25 sich auf der Umfangseinfassung der Filteranordnung 15 stützt. Der abgesenkte Teil 29 des Vorsprunges 25 formt zwischen der oberen Kappe 16 und dem Filteraufbau 15 einen Verteilerraum Der Teil der unteren Fläche 28 der oberen Kappe 16, welcher den Vorsprung 25 umfängt, stützt sich auf der nicht mit einer Ausnehmung versehenen oberen Fläche 22 der Brecherplatte 13 ab.

Auf der oberen Kappe 16 sind Mittel für die Verbindung an eine (nicht gezeigte) Polymerquelle vorgesehen und angepaßt, und

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ein Fließeinlaßdurchgang 26 ist angeordnet, der gemäß der Darstellung in Figur 1 horizontal angeordnet sein kann und geschmolzenes Polymer zu einem Bereich bringt, dessen Mittelachse im wesentlichen mit der Mittelachse der oberen Kappe 16 zusammenfällt. Mehrere, im wesentlichen identische Polymerspeisekanäle 27 stehen an diesem Bereich mit dem Fließeinlaßdurchgang 26 in Verbindung und verzweigen sich radial von diesen in im wesentlichen gleichen Abständen durch die obere Kappe 16 und öffnen sich zum Verteilerraum 31. Der Querschnittsbereich jedes Speisekanals 27 bleibt entlang seiner betreffenden Länge im wesentlichen gleichförmig, wobei die Summe der Queisshnittsbereiche der Speisekanäle 27 im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Fließeinlaßdurchganges 26 ist. Die Anzahl der Speisekanäle 27 liegt zwischen 3 und 80 und das Verhältnis der Zahl der Speisekanäle 27 zum zweifachen Abstand zwischen der Mittelachse und der inneren Kante eines Speisekanals 27 an dem abgesenkten Teil 29 liegt zwischen 1 : 2 und 3 : 1 (siehe Figur 2). Es ist äußerst bevorzugt, wenn die Anzahl der Speisekanäle zwischen 3 und 18 liegt. Die Speisekanäle 27 öffnen sich in den Verteilerraum 31 an dem abgesenkten Teil 29 im Umfang auf 50 % des Querschnittsbereiches der oberen Kappe 16 über dem Verteilerraum 31 und vorzugsweise im Umfang zu 30 %. Wahlweise, aber bevorzugt ist es, daß die Spinndüsenplatte 12 bezüglich der oberen Kappe 16 so ausgerichtet ist, daß dieselbe Anzahl von Speisekanälen 27 sich auf dem Verteilerraum 31 in jedem Bereich öffnet, welcher vertikal jedes Segment 32 und 32' der Spinndüsenplatte 12 bildet.

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Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist der Betrieb des Spinnkopfes 10 folgender. Geschmolzenes Polymer fließt unter hohem Druck durch den Fließeinlaßdurchgang 26 in die obere Kappe 16 hinein. Das Polymer verzweigt sich dann gleichmäßig und fließt durch die Speisekanäle 27. Da die Speisekanäle 27 die gleiche Länge und den gleichen Querschnittsbereich haben, fließt geschmolzenes Polymer unter identischen Drücken und mit identischen Verweilezeiten dort hindurch und wird gleichmäßig in den Verteilerraum 31 verteilt. Am Verteilerraum 31 ist der Fluß des geschmolzenen Polymers im wesentlichen laminar, und

gleihmäßig die Fläche der Filteranordnung 15 wird / beschichte^ und von der Filteranordnung 15 fließt das Polymer durch Öffnungen 24 der Brecherplatte 13 zu dem abgedichteten Verteilerraum 20 und zu Extrusionsöffnungen 18 in den Segmenten 32 und 32' der Spinndüsenplatte 12, von wo zwei kontinuierliche Mehrfadenenden 34 und 34' gesponnen werden.

Der Druck der angezogenen Schrauben 17 erzeugt ein fließmitteldichtes Verhältnis des ümfangsteils 30 des Vorsprunges 25 mit der Umfangseinfassung der FiIteranordnung 15, wodurch der Verteilerraum 31 abgedichtet wird. Hierdurch wird verhindert, daß sich Polymer entweder auf der Umfangseinfassung des Filteraufbaues 15 sammelt oder nach außerhalb vom Spinnkopf 10 ausläufst.

Wie oben erwähnt ist die Summe der Querschnittsbereiche der Speisekanäle 27 an dem abgesenkten Teil 29 im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Fließeinlaßdurchgangs 27.

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Hierdurch bleibt die Geschwindigkeit des Polymers durch die obere Kappe 16 konstant. Aus diesem Grund ist ein divergierender oder auseinanderlaufender Umfangsspeisekanal verhindert, wie z. B. derart,welcher durch den Spalt gebildet wird, der belassen ist, wenn ein umgekehrter Konus in einem umgekehrten Konus angeordnet ist. Die Enge des Spaltes eines divergierenden Umfangsspeisekanals an der Entleerungsstelle würde am Scheitel des Konus eine schwache Stelle hervorrufen, die eine zusätzliche Stützung erfordern würde. Obwohl eine Schraube diese notwendige Stützung b ieten könnte, würde sie auch ein extra Stück des Gerätes mit engen Toleranzen liefern. Außerdem würde das Hohlvolumen des dünnen verteilten Filmes örtlichen überhitzungen und Temperaturgradienten ausgesetzt.

Der Verteilungsraum 20 zwischen der Brecherplatte 13 und der Spinndüse 12 kann andererseits dadurch gebildet werden, daß man die untere Fläche der Brecherplatte 13 und die obere-Fläche der Düsenplatte 12 ohne Ausnehmung läßt und Dichtmittel dazwischen anbringt. Wahlweise, aber bevorzugt ist das Ansenken der öffnungen 24 auf der Abzugs- oder Entleerungsseite der Brecherplatte 13. Hierdurch wird der Einschluß von Gasen über der Düsenplatte 12 verhindert und eine gleichmäßige Füllung des Verteilerraumes 20 begünstigt.

Das tatsächliche fisie Volumen der verbesserten oberen Kappe 16, das heißt dasjenige Volumen, durch welches Polymer fließt,

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ist im wesentlichen kleiner als das Volumen oberer Kappen mit einer im wesentlichen konischen Art von Beschickung. Das freie Volumen eines ßpinnkopfes unter einer dieser oberen Kappe ist gewöhnlich konstant. Infolge dieser Abnahme an freiem Volumen in der oberen Kappe 16 ist die Verweilzeit des dort hindurchfließenden Polymers erheblich kleiner, und folglich wird auch der thermische Abbau bzw. die thermische Zersetzung des Polymers infolge der Verweilzeit kleiner.

Im Vergleichswege wurde geschmolzenes Polymer mit der gleichen Durchsatzgeschwindigkeit zu zwei Spinnköpfen zugeführt. Der erste Spinnkopf hatte eine obere Kappe mit einer konischen Art von Beschickung und ein gesamtes freies Volumen von 1500 cm . Der zweite Spinnkopf hatte eine obere Kappe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit zehn Polymerspeisekanälen und einem gesamten freien Volumen von 500 cm . Der Unterschied von 1000 cm an freiem Volumen zwischen diesen zwei Spinnköpfen beruht auf der Form oder Gestaltung der oberen Kappen. Zwei äquivalente an freiem Volumen wurden jedem der Spinnköpfe zugeführt, d. h. 3000 cm zu dem ersten Spinnkopf mit einer oberen Kappe mit einer konischen Art von Zuführung oder Beschickung und 1000 cm zu dem zweiten Spinnkopf mit der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Die durchschnittliche Polymer verweil zeit für den ersten Spinnkopf betrug 6 Minuten bei einem 90 %igen Materialaustausch.In überraschenderifeise betrug die durchschnittliche Polymerverweilzeit für den zweiten Spinnkopf nur 2 Minuten bei einem Materialaustausch von mehr als 99%, Für den ersten Spinnkopf gibt es nur einen 50 %igen Materialaus·

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tausch für die ersten 1000 zu Anfang zugeführten Kubikzentimeter. Unter Berücksichtigung dessen in Verbindung mit der Tatsache, daß man 6 Minuten bei einer gegebenen Durchsatzrate braucht, um einen 90 %igen Materialaustausch in einem 1500 cm Spinnkopf zu erreichen,ist es offensichtlich, daß dieser erste Spinnkopf überwältigend weniger wirksam ist, als der zweite Spinnkopf. Das reduzierte Volumen des Spinnkopfes gemäß der Erfindung reduziert die Polymerverweilzeit und erreicht gleichzeitig einen Materialaustausch von mehr als 99 %.

Die Konstruktionsmaterialien der Vorrichtung sind nicht kritisch und können beliebig ausgewählt werden aus denen, die in bekannter Weise der Extrusion geschmolzenen Polymers genügen, z. B. korrosionsbeständiger Stahl.

Es sei auch beachtet, daß die obere Kappe 16 des Spinnkopfes 10 in Verbindung mit Spinnpackanordnungen unterschiedlicher Gestaltungen verwendet werden kann und daß seine ungewöhnliche äußere oder dichtende Gestaltung unabhängig von seiner inneren oder Beschickungsform ist.

Die Erfindung ist zwar in erster Linie in Verbindung mit der Extrusion von zwei Enden kontinuierlichen multifilen Fadens beschrieben, sie schließt aber nicht die Extrusion von mehr oder weniger Enden kontinuierlichen multifilen Fadens aus.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Spinnkopf für die Extrusion eines oder gleichzeitig mehrerer Enden eines multifilen Kunstfadens mit einem Flansch und einer Spinndüsenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Extrusionsöffnungen (18) durch die Spinndüsenplatte (12) hindurchgehend vorgesehen sind und die Spinndüsenplatte (12) von dem Flansch (11) gehaltert ist, eine Brecherplatte (13)miteiner Ausnehmung (21) in ihrer oberen Fläche (22) mehrere öffnungen (24) aufweist, die auf jenen Teil begrenzt sind, dessen obere Fläche durch die Ausnehmung (21) gebildet wird, wobei die Brecherplatte (13) im wesentlichen parallel zur Spinndüsenplatte (12) und über dieser angeordnet ist, eine Dichtung (14) zwischen der Brecherplatte (13) und der Spinndüsenplatte (12) angeordnet und zur Schaffung eines abgedichteten Verteilerraumes (20) zwischen diesen Platten (12, 13) vorgesehen ist, ein herkömmlicher Filteraufbau (15) in der Ausnehmung (21) in der oberen Fläche der Brecherplatte (13) angeordnet ist und diese abdeckt, eine obere Kappe (16) einen Vorsprung (25) aufweist, der von der unteren Oberfläche (28) der oberen Kappe (16) herausragt und allgemein außen die gleiche Gestalt wie die Ausnehmung (21) hat, wobei der Vorsprung (25) ein abgesenktes Teil (29) an seiner oberen Fläche aufweist, welches ein Umfangsteil des VorSprunges 25 derart beläßt, daß er sich auf der Umfangseinfassung der Filteranordnung (15) ab-

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stützt, die obere Kappe (16) mit dem Vorsprung (25) in der Ausnehmung (21) der Brecherplatte (13) angeordnet ist, wobei der ümfangsteil des VorSprunges (25) auf der Umfangseinfassung des Filteraufbaus (15) abgestützt ist und der abgesenkte Teil (29) des Vorsprunges (25) zwischen der oberen Kappe (16) und der Filteranordnung (15) einen Verteilerraum (31) bildet und der Teil der unteren Fläche der oberen Kappe (16) , welcher den Vorsprung (25) umfaßt, auf der oberen Fläche der Brecherplatte (13) gestützt ist, dass ein Fließeinlaßdurchgang (26) für das Heranführen von geschmolzenem Polymer zu einem Bereich vorgesehen ist, dessen Mittelachse im wesentlichen mit der der oberen Kappe (16) zusammenfällt, und daß mehrere im wesentlichen identische Polymerspeisekanäle (27)an jenem Bereich mit dem Fließeinlaßdurchgang (26) in Verbindung stehen und sich radial von dort in etwa gleichen Abständen durch die obere Kappe (16) derart verzweigen, daß sie sich auf dem von dem abgesenkten Teil (29) des VorSprunges (25) geformten Verteilungsraum (31) öffnen, wobei der Querschnittsbereich jedes Speisekanals (27) im wesentlichen entlang seiner entsprechenden Länge gleichmäßig bleibt, die Zahl der Speisekanäle (27) zwischen 3 und 18 liegt und das Verhältnis der Anzahl der Speisekanäle (2?) zum doppelten Abstand zwischen der mittleren Achse und der inneren Kante jedes Speisekanals (27) an dem abgesenkten Teil (29) zwischen 1 zu 2 und 3 zu 1 liegt, die Speisekanäle (27) sich in den Verteilungsraum (31) an dem abgesenkten Teil (29) im Umfang 30 % der oberen Kappe (16) über

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dem Verteilungsraum (31) öffnen, die Summe der Querschnittsbereiche der Speisekanäle (27) im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Fließeinlaßdurchgangs (26) ist, und daß Verbindungseinricttungen (17) für die Flanscheinrichtung (11), die Brecherplatte (13) und die obere Kappe (16) nur durch ihre jeweiligen Umfangsgrenzen hindurch vorgesehen sind.

2. Spinnkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Spinndüsenplatte (12) mindestens zwei symmetrische Segmente (32, 32') aufweist, durch welche mehrere Extrusionsöffnungen (18) hindurchgehen, daß jedes Segment eine Grenze hat, welche durch nicht perforierte Teile der Spinndüsenplatte (12) gebildet ist, mindestens einer der nicht perforierten Teile den Umfang der Spinndüsenplatte (12) aufweist, und daß die Spinndüsenplatte bezüglich der oberen Kappe (16) derart ausgerichtet ist, daß etwa die gleiche Zahl Speisekanäle (27) in der oberen Kappe (16) sich auf dem Verteilerraum (31) in jedem der Bereiche öffnet, welche vertikal jedes Segement (32, 32') bilden.

3. Spinnkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die obere Kappe und der Filteraufbau zur Bildung eines dazwischen angeordneten Verteilerraumes vorgesehen sind und zwischen der Brecherplatte und der Spinndüsenplatte ein weiterer Verteilerraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungseinrichtungen (17) für die obere Kappe (16), die

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Brecherplatte (13) und die Flanscheinrichtung (11) vertikal nur durch ihre entsprechenden Umfangsgrenzen hindurchgehend ausgebildet sind.

4. Spinnkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsbereich jedes Speisekanals (27) entlang seiner jeweiligen Länge im wesentlichen gleichmäßig verbleibt und die Zahl der Speisekanäle zwischen 3 und 80 liegt.

5. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisekanäle (27) im wesentlichen identisch sind, ihre Anzahl zwischen 3 und 18 liegt und daß das Verhältnis der Anzahl der Speisekanäle zum doppelten Abstand zwischen der Mittelachse der inneren Kante jedes Speisekanals an der unteren Fläche der oberen Kappe (16) zwischen 1 zu 2 und 3 zu 1 beträgt.

6. Spinnkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der-Querschnittsbereiche der Speisekanäle (27) im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Fließeinlaßdurchgangs (26) ist.

7. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brecherplatte (13) in ihr-^er oberen Fläche eine Ausnehmung (21) aufweist, in welcher der Filteraufbau (15) angeordnet ist und daß die obere Kappe (16) einen Vorsprung(25) und mindestens einen Fließeinlaßdurchgang (26) aufweist, v/obei der Vorsprung (25) aus der unteren Fläche (28) der oberen Kappe (16) herausragt und im allgemeinen die gleiche äußere Ge-

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stalt wie die Ausnehmung (27) hat, daß die obere Kappe (16) mit dem Vorsprung (25) in der Ausnehmung (21) der Brecherplatte (13) angeordnet ist, der Umfangsteil des Vorsprungs (27) sich auf der Umfangseinfassung des Filteraufbaues (15) abstüztjder Teil der unteren Fläche der oberen Kappe (16), welcher den Vorsprung (25) umfaßt, sich auf der oberen Fläche der Brecherplatte (13) stützt und daß der Fließeinlaßdurchgang (26) an einem Ende mit einer Polymerquelle und an seinem anderen Austragsende mit dem Verteilerraum (31) über dem Filteraufbau (15) verbunden ist.

8. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kappe in Verbindung mit einer Spinnpackanordnung für die Extrusion von Kunstfäden vorgesehen ist und die Anzahl der Speisekanäle (27) zwischen 3 und 80 liegt.

9. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnpackanordnung eine Platte mit einer Ausnehmung in ihrer oberen Fläche aufweist, durch welche mehrere öffnungen hindurchgehen, daß der Vorsprung (25) außen dieselbe allgemeine Gestalt wie die Ausnehmung (21) hat, daß der Vorsprung (25) ein abgesenktes Teil (29) an seiner unteren Fläche hat, welcher einen Umfangsteil des Vorsprunges zur Abstützung auf dem Umfangsteil der Ausnehmung (21) beläßt, daß die obere Kappe (16) mit dem Vorsprung (25) in der Ausnehmung (21) der Platte (13) angeordnet ist und daß der Fließ-

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einlaßdurchgang (26) am einen Ende mit einer Polymerquelle und an seinem anderen Austragsende mit dem Verteilerraum (31) verbunden ist, der über der Platte (13) von dem abgesenkten Teil (29) gebildet ist.

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