DE4022898A1 - Vorrichtung zum spinnen von kern-mantel-fasern - Google Patents
Vorrichtung zum spinnen von kern-mantel-fasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spinnen von
Kern-Mantel-Fasern aus verschiedenen faserbildenden
Materialien, mit einer Verteilerplatte mit Kanälen zum
Zuführen der Materialien und mit einer Spinndüsenplatte mit
Vorkanälen und Düsenkapillaren.
Kern-Mantel-Fasern und -Garne gehören heute zum Stand der
Technik. Sie bestehen aus zwei oder mehreren faserbildenden
Materialien, zumeist aus Polymeren verschiedener Art oder
gleichartigen Materialien verschiedener Eigenschaften, von
denen mindestens eines den Kern und mindestens eines den
Mantel bildet. Dabei werden, zumeist aus spinn-technologischen
Gründen, einwandfreie konzentrische Strukturen
angestrebt.
Kern-Mantel-Fasern weisen vielfältige Eigenschaften auf, von
denen nachfolgend einige beispielhaft genannt sind:
- - hochwertige z. B. mechanische Eigenschaften im Kernmaterial kombiniert mit leichtschmelzendem, leicht verklebendem Mantel,
- - spezielle, z. B. additivbedingte Eigenschaften im Kern, z. B. Flammrestistenz und tragende Festigkeit im Mantel,
- - wichtige Verarbeitungs- oder Gebrauchsvorteile durch gegensätzliche Eigenschaften in Kern und Mantel.
Vorrichtungen zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern bestehen
wegen der notwendigen getrennten Zuleitungen der
unterschiedlichen faserbildenden Materialien bis zu jeder
einzelnen einer Vielzahl von Düsenkapillaren zur
Fadenbildung aus mehreren meist nur aufwendig
herzustellenden, komplizierten Einzelteilen.
Nach einem bekannten Prinzip (Firma Heraeus) wird das den
Kern bildende Polymere durch röhrchenförmige Organe, die in
die erweiterten Vorkanäle der Kapillarbohrungen der
Düsenplatte hineinragen, in das den Mantel bildende Material
eingebracht. Dazu ist die Vorrichtung aus zwei Platten
aufgebaut, deren untere eine Düsenplatte mit engen
Düsenkapillaren und eintrittseitig erweiterten Vorkanälen
darstellt, während in die darüberliegende Platte die
Röhrchen eingelassen sind, die in die Vorkanäle der
Düsenplatte freistehend hineinragen, wobei das
Anordnungsmuster so gewählt ist, daß alle Röhrchen möglichst
konzentrisch in den Düsenvorbohrungen liegen. Zwischen den
beiden Platten wird ein Hohlraum vorgesehen, durch den das
den Fadenmantel bildende Material den Düsenvorkanälen
zufließt.
Maßgebliche Nachteile dieser Vorrichtung sind, daß nicht
mehr als 4 Kapillaren pro cm² Düsenfläche angebracht werden
können, weiterhin besonders die Verletzlichkeit der extrem
feinen Röhrchen bei Reinigung und Ein- und Ausbau sowie die
Schwierigkeit, speziell die Röhrchen vor der Widerverwendung
zu säubern.
Der Hauptnachteil des beschriebenen Düsentyps liegt in der
Tatsache, daß es mit einfachen Mitteln nicht gelingt, die
Röhrchen über die Lebensdauer einer Düse genau konzentrisch
zu positionieren. Daraus resultiert als folgenreicher Störeffekt,
daß beim Erspinnen von Kern-Mantel-Fasern mit
Viskositätsdifferenzen zwischen Kern und Mantel bei einem
Teil der Einzelfibrillen ein so starkes Abknicken (kneeling)
der austretenden Fasern auftritt, daß diese an der Düsenplatte
ankleben und zu Produktionsstörungen führen. Die
Ursache des Abknickens ist darauf zurückzuführen, daß
beide Spinnstoffe, die je einen Teil des gemeinsamen
Strömungsquerschnittes einnehmen, den gleichen
Druckverhältnissen unterliegen, die sie entsprechend ihrer
unterschiedlichen Viskositäten zu unterschiedlichem
Fließverhalten zwingen. So fließt die niedrigviskose
Komponente schneller, wodurch sie gleichzeitig ihren
Strömungsquerschnitt verringert.
Nach Austritt aus der Kapillarenöffnung gleichen sich die
Geschwindigkeiten einander wieder an und die Stoffe nehmen
den ihrem Volumenanteil entsprechenden Querschnittsanteil
ein. Dieses Angleichen der Geschwindigkeiten geschieht aber
nach den Gesetzen der Trägheit verzögert, so daß sich die
niedrigviskose Komponente auch nach ihrem Austritt aus der
Düsenkapillare zunächst noch schneller bewegt, als die
höherviskose. Sind beide Komponenten im Querschnitt
asymmetrisch bzw. exzentrisch angeordnet, so kommt es zu der
als Abknicken beobachteten Krümmung des frei austretenden
Flüssigkeitsstrahles.
Die Lage der Zentren der Vorkanäle der bekannten Vorrichtung
unterliegt den bekannten unvermeidbaren Fertigungstoleranzen.
Dasselbe gilt für die Lage von Paßbohrungen für Zentrierstifte
und die Paßbohrungen zur Aufnahme der Röhrchen in
der oberen Platte. Die wirkliche Lage der Röhrchen in bezug
auf die Zentren der Vorkanäle wird daher durch die oben
beschriebene mehrgliedrige Toleranzenkette beeinflußt und
überlagert durch Krümmungen der Röhrchen, die sich besonders
nach längerem Gebrauch einer Spinnvorrichtung einstellen.
Diese Krümmungen sind z. T. fertigungsbedingt, entstehen
aber besonders durch Beanspruchung beim Reinigen und
Spannungsausgleich nach mehrfacher Erwärmung im Betrieb
und zur Reinigung. Soll der Fertigungsaufwand für
Kern-Mantel-Spinnsysteme innerhalb wirtschaftlich
vertretbarer Grenzen bleiben, so können nicht allzu enge
Toleranzen gewählt werden. Bei einer Vielzahl von
Düsenbohrungen wird daher immer mit einem Anteil von
Kapillaren zu rechnen sein, bei denen die Addition
der toleranz- und krümmungsbedingten Abweichungen zu
Spinnstörungen führt. Dies wurde in ausgedehnten Spinnversuchen
als Tatsache erhärtet.
Bekannt ist auch eine Lösung, die darin besteht, die Röhrchen
in der Nähe ihrer Mündungen durch geeignete,
beispielsweise sternförmige Elemente in den Vorkanälen
zentrisch zu führen. Diese Maßnahme steht aber ebenfalls dem
Ziel der Erhöhung der Kapillardichte entgegen, bringt
zusätzlich erhebliche Mehrkosten und erschwert das Handling
bei Reinigung und Montage.
In der US-Patentschrift Nr. 40 52 146 ist eine zwangsläufig
aus 4 Bauteilen bestehende Vorrichtung (die sogenannte
Dosierscheibe begrenzt zugleich den oberen Ringkanal) zum
Spinnen von Kern-Mantelfäden beschrieben, die nicht auf dem
Röhrchenprinzip beruht und mit der das Ziel, mehr
Düsenkapillaren unterzubringen, verfolgt wird. Mit dieser
bekannten Vorrichtung wird eine Erhöhung der Dichte
der Düsenkapillaren auf knapp 3 (2,93) pro cm² erreicht.
Wegen der flachen Gestalt der um die Verlängerung der Düsen-
Vorkanäle nach oben angeordneten, den Fibrillenmantel
formenden Ringkanäle, sind deren extrem große Außendurchmesser
auch dann für die erreichbare Kapillarendichte
maßgebend, wenn sie in der Höhe versetzt und sich gegenseitig
überlappend angeordnet werden. Die Figuren lassen
erkennen, daß einerseits pro Kapillare eine Vielzahl
(etwa 9) der erfindungsgemäßen Zufuhrsysteme Platz finden
würden, andererseits nur 2 Ringkanäle pro Düsenkapillare in
eine Platte eingearbeitet werden können.
In der europäischen Patentanmeldung 02 84 784 ist ein Düsenpaket
einer Bikomponenten-Spinnvorrichtung beschrieben, bei
der die Röhrchen durch zusammenhängende, ganze Reihen von
die Düsen-Vorkanäle durchquerende Lamellen ersetzt sind.
Hierdurch wird sowohl das Problem der Zentrizität wie auch
der Filigranität und der daraus folgenden Empfindlichkeit
entschärft. Dennoch treten toleranzbedingte Versetzungen
zwischen den kern- und den mantelbildenden Elementen
auf. Auch hier ist die zylinderschalenförmige seitliche
Schmelzezuführung zum zentralen Kanal von größerem Platzbedarf,
als für eine einfache Düsenbohrung benötigt wird.
Außerdem besteht die Gefahr, daß die getrennte
Schmelzezuführung zu ungleicher Manteldicke und damit zum
störenden "kneeling" führt.
Ein weiterer großer Nachteil aller bekannten Vorrichtungen
ist die aufwendige Herstellung der hochpräzisen Bauteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, die das Spinnen von Mehrkomponentenfasern aus
mindestens zwei unterschiedlichen geschmolzenen oder gelösten
Polymeren mit unterschiedlicher Viskosität mit exakt
geformten Fibrillenquerschnitt, insbesondere von
konzentrischen Kern-Mantel-Fasern großer Genauigkeit in
bezug auf die Mittigkeit des Kernes im Mantel, sowie hieraus
abgeleiteter, verwandter Querschnittskonstruktionen,
mit einer erhöhten Anzahl von Spinnkapillaren pro cm² Fläche
der Spinndüse unter den gleichen Produktionsbedingungen, wie
sie für Einkomponentenfasern bekannt sind, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Spinnen gemäß
Anspruch 1 gelöst. Sie wird insbesondere dadurch gelöst,
daß zwischen einer Verteilerplatte und einer Spinndüsenplatte
eine Vorplatte angeordnet ist, und daß in der
Vorplatte speziell angeordnete Kanäle für das Mantelmaterial
und Kanäle für das Kernmaterial ausgebildet sind.
Die Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zum Spinnen
von Fasern aus geschmolzenem oder gelöstem Material,
vorzugsweise aus synthetischen Polymeren, insbesondere für
Faserfibrillen mit Querschnittsstrukturen, die aus
mindestens zwei Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften
gebildet werden, welche vorzugsweise in präzis
konzentrischen Kern-Mantel-Anordnungen zusammengesetzt sind.
Eine besondere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht im wesentlichen aus dem bekannten Grundaufbau einer
Spinnvorrichtung für Mehrkomponentenfasern des Seite-Seite-Typs,
wie sie z. B. in der CH-PS 4 01 346 beschrieben wird,
bestehend aus einer Spinndüsenplatte und einer Verteilerplatte,
zwischen denen erfindungsgemäß eine dünne Vorplatte
angeordnet ist.
In der erfindungsgemäßen beidseits ebenen Vorplatte werden
die verschiedenen, den Faden bildenden Polymere in zunächst
getrennten Kanälen bis zum Eintritt in die erweiterten
Vorkanäle der Düsenöffnungen geführt, wobei die Kern-Mantel-
Struktur vorgeformt wird. Die Vorkanäle weisen
bevorzugt kreisrunde, eintrittsseitig konisch erweiterte
Querschnitte auf, und die Polymeren aus den vorher getrennten
Zuführkanälen vereinigen sich innerhalb der Vorkanäle,
wobei die Kern-Mantel-Struktur vorgeformt wird, so
daß die beiden laminar strömenden Polymeren gemeinsam, in
kern-mantel-förmiger Querschnittsanordnung durch die im
Vergleich zu den Düsenöffnungen erweiterten Vorkanäle
strömen und schließlich gemeinsam unter Querschnittseinengung
durch die Düsenöffnungen austreten, ohne sich zu vermischen,
so daß die vorgeformte Struktur erhalten bleibt. Dabei
können die Düsenöffnungen einen kreisrunden oder beliebig
profilierten Querschnitt aufweisen. Der Kern kann zusätzlich
hohl gestaltet sein.
Die Umrüstbarkeit einer bekannten Vorrichtung zum Spinnen
von Fasern des Seite-Seite-Typs zu einer Vorrichtung zum
Spinnen von Fasern des Kern-Mantel-Typs und umgekehrt ist
gegeben durch Einbau bzw. Entfernen der Vorplatte. In der
Vorplatte sind je ein ringförmiger Kanal, der den
Fribrillenmantel formt, sowie ein innerhalb des letzteren
liegender zentraler Kanal, der den Kern formt, ausgebildet.
Der ringförmige Kanal wird vorzugsweise mittels eines
rotierenden Werkzeuges hergestellt, wobei es gleichgültig
ist, ob es sich dabei um ein spanabhebendes Werkzeug oder um
eine Erosionselektrode handelt oder wechselweise beides.
Dadurch wird erreicht, daß die Breite des Ringkanals auf
dessen gesamten Umfang die für die angestrebte
Konzentrizität der Kern- und Mantelstruktur entscheidende
absolute Konstanz aufweist.
Der Ringkanal und der Zentralkanal sind mit der Oberseite
und den dort mündenden Polymer-Führungskanälen durch
weitere, in die Vorplatte eingearbeitete Zufuhrkanäle
verbunden. Diese können beispielsweise die Gestalt von
Bohrungen oder Nuten besitzen, wobei die Nuten über ganze
Reihen oder Kreise von Kanalsystemen hinwegführen, wobei sie
jeden Ringkanal an zwei Stellen an dessen Umfang anschneiden.
Es ist ein erfindungswesentliches Merkmal, daß das gesamte
Kanalsystem keinen größeren Platzbedarf und speziell der
Ringkanal zum Vorformen des Mantels zumindest beim Übergang
zur Spinndüsenplatte einen kleineren Außendurchmesser hat,
als der erweiterte Vorkanal in der Düsenplatte. Damit lassen
sich gegenüber dem Stand der Technik wesentlich
höhere Kapillardichten pro m² Düsenfläche erreichen.
Wichtig und erfindungswesentlich ist, daß die Ringbreite
des Ringkanals auf dessen gesamten Umfang gleich ist, was
durch Anwendung rotierender Werkzeuge realisierbar ist.
Überraschenderweise zeigte sich, daß sich infolge des
gleichmäßig austretenden vorgeformten Rings des
Mantelmaterials auch bei toleranzbedingten Abweichungen der
Zentrierung der Kanäle in der Vorplatte zur erweiterten
Öffnung des Vorkanals der Düsenplatte exakt konzentrische
Querschnitte erreichen lassen.
Es ist ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, daß infolge der exakten Querschnittsformen der
austretenden Fäden auch stark unterschiedliche Viskositäten
nicht zu dem gefürchteten "kneeling" der noch nicht erstarrten
Spinnfäden führen, das in der Faserproduktion Störungen,
Ausfälle und Qualitätsverminderungen verursacht.
Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
möglich, Produktionsleistungen wie für Einkomponenten-Fasern
zu erreichen. So lassen sich z. B. mit einer industriell
erprobten Ausführung mit weit mehr als 2000 Düsenkapilla
ren Durchsätze von über 2 kg pro Minute bei ausgezeichneter
Qualität erreichen.
Es ist aber auch möglich, mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung Garne, d. h. endlose Fäden, an die in der Regel
ganz besonders hohe Anforderungen an gleichbleibender
Qualität und Präzision gestellt werden, unter Verwendung
bekannter Düsenplatten herzustellen.
In ausgedehnten Vergleichs-Spinnversuchen mit Spinnvorrichtungen
des oben als Stand der Technik beschriebenen
"Röhrchentyps" und mehreren Ausführungen des
Erfindungsgegenstandes konnte für letztere festgestellt
werden,
- - daß die Zentriergenauigkeit von rotationssymmetrischen Kern-Mantel-Fäden ausschließlich von der Konstanz der Breite des Ringkanales abhängt. So blieb die Zentrierung von Verschiebungen der Achsen des Ringkanales und des Vorkanales unbeeinflußt, so lange diese nicht so groß waren, daß Bereiche des Ringkanales durch die Düsenplatte abgedeckt wurden. Es ist daher erfindungswesentlich, den Außendurchmesser des Ringkanales wenigstens am Übergang zur Spinndüsenplatte etwas kleiner zu wählen als den konischen Eintrittsdurchmesser in den Vorkanal, um so die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen;
- - daß eine Exzentrizität des Zentralkanales innerhalb des Ringkanales die Zentrizität des Fibrillenquerschnittes nicht beeinflußt, solange sich die Kanalwände nicht überschneiden;
- - daß die Art und Position der Einmündung der Kanäle in weiten Grenzen die Zentrizität des Fibrillenquerschnittes nicht beeinflußt.
Im Gegensatz zu den Resultaten mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung konnten mit den bekannten Vorrichtungen des
Röhrchentyps keine befriedigenden exaktkonzentrischen
Faserquerschnitte erzielt werden. Detaillierte Untersuchungen
ergaben, daß die unvermeidlichen Exzentrizitäten
zwischen der Wand des Vorkanales und den Röhrchen sich im
Fibrillenquerschnitt als entsprechende Exzentrizität genau
abbilden. Ein Vergleich des Spaltes zwischen der Wand des
Vorkanales und den Röhrchen mit dem Ringkanal der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, daß die über den
Umfang unvermeidlicherweise ungleich verteilte Spaltbreite
der maßgebliche Unterschied zu dem mit einem rotierenden
Werkzeug in einem Arbeitsgang hergestellten Ringkanal ist.
Es ist ersichtlich, daß für die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine gleich große Anordnungsdichte von Spinnkapillaren
wie in Düsenplatten für Spinnfäden aus nur einer Komponente,
die nur durch den minimal erforderlichen Vorkanaldurchmesser
und die aus Festigkeitsgründen nicht unterschreitbare
Minimalteilung bestimmt wird, möglich ist. Die
erfindungsgemäßen Ringkanäle sowie die Verbindungskanäle
beanspruchen grundsätzlich keinen Platz, der über die
Peripherie der erweiterten Vorkanäle hinausreicht. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb ohne weiteres in
Spinnpakete bekannter Vorrichtungen integriert werden und
erreicht in jedem Fall erheblich größere Kapillarendichten,
bevorzugt mehr als 10 pro cm² Düsenfläche, als Vorrichtungen
nach der US-PS 40 52 146.
Ersichtlich wird weiterhin die Eignung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum industriellen Erspinnen von
Mehrkomponentenfasern sowohl durch ihren robusten Aufbau,
der den Betriebsbeanspruchungen mit dem erforderlichen
Handling zu Montage, Demontage, Reinigung gewachsen ist, als
auch durch Vermeiden von empfindlichen Kleinteilen, wie
Röhrchen etc. und durch kompakte Bauteile, in die alle zur
Formung der Fibrillenquerschnitte erforderlichen Konturen
eingearbeitet sind, so daß keine Feinkonturen hinausragen.
Alle Teile sind eben und flach aufeinandergeschichtet und
benötigen keine Verzahnungen untereinander. Die Teile werden
nur durch leicht montier- und demontierbare Paßbolzen
zueinander positioniert. Schließlich wird ersichtlich, daß
durch das Zwischenlegen der erfindungsgemäßen Vorplatte bei
Verwendung entsprechend geformten Düsenkapillaren das
Spinnen von Mehrkomponentenfasern selbst mit unterschiedlichen
Querschnittsformen - z. B. Rund- oder Profilfasern - und
unterschiedlichen Polymeren im Fibrillenquerschnitt möglich
ist, während mit dem Grundaufbau der Vorrichtung, d. h. mit
Verteiler- und Spinnplatte ohne die erfindungsgemäße
Vorplatte, Seite-Seite-Fasern gesponnen werden können. Das
Umrüsten erfolgt somit durch Einbau oder Weglassen der
erfindungsgemäßen Vorplatte.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Spinnen von
Kern-Mantel-Fasern,
Fig. 2-9 Schnitte durch abgewandelte Ausführungsformen von
Vorrichtungen zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern
mit dem zugehörigen Querschnitt der jeweils
gesponnenen Faser,
Fig. 10 einen Schnitt durch eine Vorplatte und ein zur
Herstellung eines Ringkanals verwendetes
Werkzeug, und
Fig. 11-14 Draufsicht auf verschiedene Ausführungsformen
von Vorplatten.
Die nachfolgende Begriffstabelle erleichtert den Vergleich
zwischen den verschiedenen Ausführungsformen der Figuren.
Spinndüsenplatte (12)
Düsenkapillare (18)
Vorkanal (20)
Verteilerplatte (14, 82, 124)
Führungskanal (24, 26, 86, 88, 90, 126, 128, 130)
Vorplatte (16, 40, 60, 84, 122, 150, 170, 190, 200, 210)
Zentralkanal (32, 48, 66, 98, 136, 154, 178, 180, 198, 206, 216)
Ringkanal (28, 44, 62, 92, 132, 152, 172, 192, 202, 212)
Zufuhrkanal (30, 34, 42, 46, 64, 94, 96, 100, 134, 138, 140, 156, 158, 174, 176, 194, 196, 204, 208, 214, 218, 220)
Düsenkapillare (18)
Vorkanal (20)
Verteilerplatte (14, 82, 124)
Führungskanal (24, 26, 86, 88, 90, 126, 128, 130)
Vorplatte (16, 40, 60, 84, 122, 150, 170, 190, 200, 210)
Zentralkanal (32, 48, 66, 98, 136, 154, 178, 180, 198, 206, 216)
Ringkanal (28, 44, 62, 92, 132, 152, 172, 192, 202, 212)
Zufuhrkanal (30, 34, 42, 46, 64, 94, 96, 100, 134, 138, 140, 156, 158, 174, 176, 194, 196, 204, 208, 214, 218, 220)
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung 10 zum
Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus verschiedenen
faserbildenden Materialien, wobei zwischen einer
Spinndüsenplatte 12 und einer Verteilerplatte 14 eine
Vorplatte 16 angeordnet ist. In der Spinndüsenplatte 12 ist
eine Vielzahl von Düsenkapillaren 18 ausgebildet, von denen
in Fig. 1 nur eine gezeigt ist. Jede der Kapillaren 18 weist
einen Vorkanal 20 auf, dessen lichte Weite ein Vielfaches
der lichten Weite der Düsenkapillaren 18 ist. Das obere Ende
22 des Vorkanals 20 ist konisch erweitert.
An der Unterseite der Verteilerplatte 14 sind Führungskanäle
24, 26 für zwei verschiedene faserbildende Materialien
ausgebildet. Durch den Führungskanal 24 wird das Material
für den Mantel und durch den Führungskanal 26 das Material
für den Kern zugeführt.
Zur Leitung und Formung der Materialien für den Mantel und
den Kern sind in der Vorplatte 16 entsprechende Kanäle
ausgebildet. Ein Ringkanal 28 für das Mantelmaterial steht
über eine Nut als Zufuhrkanal 30 mit dem Führungskanal 24
in der Verteilerplatte 14 in Verbindung. Etwa konzentrisch
zu dem Ringkanal 28 ist ein Zentralkanal 32 ausgebildet,
der über einen Zufuhrkanal 34 mit dem Führungskanal 26 in
der Verteilerplatte 14 in Verbindung steht. Der
Außendurchmesser des Ringkanals 28 ist etwas kleiner als
die Eintrittsweite 22 des Vorkanals 20 in der Düsenplatte 12.
Dadurch können toleranzbedingte Verschiebungen Z in Kauf
genommen werden.
Es ist möglich, Düsenplatten mit einer erhöhten Dichte an
Düsenkapillaren pro Flächeneinheit auszubilden, da zur
Zuführung der Materialien für den Mantel und den Kern
in der Vorplatte kein größerer Platzbedarf erforderlich
ist, als für den konisch erweiterten Vorkanal in der
Düsenplatte.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht im
wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit
dem Unterschied, daß in einer Vorplatte 40 zwischen der
Düsenplatte 12 und der Verteilerplatte das durch den
Führungskanal 24 geführte Material für den Mantel über
mindestens zwei Zufuhrkanäle 42 einem Ringkanal 44
zugeleitet wird. Die Zuführung des Materials für den Kern
vom Führungskanal 26 erfolgt wiederum über einen Zufuhrkanal
46. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die
Elemente der Vorrichtung, d. h. die Verteilerplatte 14, die
Vorplatte 40 und die Düsenplatte 12 exakt zueinander
gezeichnet. In der Praxis ist immer mit einem gewissen
toleranzbedingten Versatz Z gemäß Fig. 1 zu rechnen.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Faser 52, die mit
Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 gesponnen wurde.
In einem Ring 54, der als Mantel anzusehen ist, ist ein
Kern 56 aufgenommen. Ring 54 und Kern 56 sind konzentrisch
zueinander angeordnet.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung sind Verteilerplatte
14 und Düsenplatte 12 ausgebildet wie die entsprechenden
Elemente der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2. Eine zwischen
der Verteilerplatte 14 und der Düsenplatte 12 angeordnete
Vorplatte 60 ist mit einem Ringkanal 62 ausgebildet, der
über mindestens einen Zufuhrkanal 64 mit dem Führungskanal
24 in der Verteilerplatte 14 in Verbindung steht (vgl.
Fig. 2). Konzentrisch zu dem Ringkanal 62 ist ein Zentralkanal
66 in der Vorplatte ausgebildet, der sich durch die
gesamte Vorplatte 60 hindurch erstreckt. Somit steht dieser
Zentralkanal 66 sowohl mit dem Führungskanal 24 als auch mit
dem Führungskanal 26 in der Verteilerplatte 14 in
Verbindung.
Die mit der Vorrichtung nach Fig. 4 hergestellte und in Fig. 5
im Querschnitt gezeigte Kern-Mantel-Faser 70 weist einen
Mantel 72 auf, der aus einem Halbkreis 74 und einem damit
verbundenen Ringbogen 76 besteht. Von dem Ringbogen 76
eingeschlossen ist der Kern 78, der im Querschnitt
halbkreisförmig ausgebildet ist.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 80 zum Spinnen von
Kern-Mantel-Fasern aus drei verschiedenen faserbildenden
Materialien, bestehend aus einer Düsenplatte 12, die wie die
Düsenplatten nach den Fig. 1, 2 und 4 asugebildet ist, aus
Verteilerplatte 82 und einer Vorplatte 84. In der
Verteilerplatte 82 sind drei Führungskanäle 86, 88 und 90
ausgebildet, wobei die Führungskanäle 86 und 90 zum Führen
von Material für den Mantel und der Führungskanal 88 für die
Führung des Materials für den Kern vorgesehen sind.
In der Vorplatte 84 ist ein Ringkanal 92 ausgebildet, der
über eine Nut als Zufuhrkanal 94 mit dem Führungskanal 86 und
über eine Nut als Zufuhrkanal 96 mit dem Führungskanal 90
in der Verteilerplatte 82 in Verbindung steht. Konzentrisch
zu dem Ringkanal 92 ist ein Zentralkanal 98 in der Vorplatte
84 ausgebildet, der über einen abgestuften Zufuhrkanal 100
mit dem Führungskanal 88 in der Verteilerplatte 82 in
Verbindung steht.
Die mit der Vorrichtung 80 nach Fig. 6 gesponnene Faser ist
im Querschnitt in Fig. 7 gezeigt. Die Faser 102 besteht aus
einem Mantel 104, der aus zwei halbkreisförmigen Bögen 106
und 108 zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Materialien
bestehen können. In den untereinander verbundenen
Ringhälften 106 und 108 ist ein Kern 110 eingeschlossen. Das
Material des Ringbogens 106 wird über den Führungskanal 86,
die Nut als Zufuhrkanal 94 und den Ringkanal 92 und das
Material für den Ringbogen 108 der Faser 102 über den
Führungskanal 90, die Nut als Zufuhrkanal 96 und den Ringkanal
92 in die Düsenplatte 12 zugeführt, um aus den
Düsenkapillaren 18 unter Einschluß des durch den
Führungskanal 88, den Zufuhrkanal 100 und den Zentralkanal
98 zugeführten Materials für den Kern 110 aus den
Düsenkapillaren 18 auszutreten.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung 120 zum Spinnen von
Kern-Mantel-Fasern aus drei verschiedenen faserbildenden
Materialien, bestehend aus einer Düsenplatte 12, in welcher
Vorkanäle 20 und Düsenkapillare 18 ausgebildet sind, aus
einer Verteilerplatte 124 und einer Vorplatte 122. Die
Verteilerplatte 124 entspricht der von Fig. 6 und es
sind zwei Führungskanäle 126 und 128 für die Führung des
Materials für den Kern und ein Führungskanal 130 für das
Material für den Mantel einer Kern-Mantel-Faser
ausgebildet. In der Vorplatte 122 ist ein Ringkanal 132
ausgebildet, der über eine Nut als Zufuhrkanal 134 mit dem
Führungskanal 130 in der Verteilerplatte 124 in Verbindung
steht. Konzentrisch zu dem Ringkanal 132 ist ein Zentralkanal
136 ausgebildet, der über schräg verlaufende Zufuhrkanäle
138 und 140 mit den Führungskanälen 126 und 128 in der
Verteilerplatte 124 in Verbindung steht.
Die mit der Vorrichtung 120 gesponnene Faser 142 ist im
Querschnitt in Fig. 9 gezeigt. Die Faser 142 besteht aus
einem im Querschnitt kreisförmigen Mantel 144, in
welchem ein aus zwei im Querschnitt halbkreisförmigen
Hälften 146 und 148 zusammengesetzter Kern aufgenommen ist.
Das Material der Kernhälften 146 und 148 hat unterschiedliche
Eigenschaften, d. h. es können verschiedene Kernpolymere
mit dem Material des Mantels versponnen sein.
Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt einer Vorplatte 150, in
welcher ein Ringkanal 152 und ein etwa konzentrisch dazu
angeordneter Zentralkanal 154 ausgebildet sind. Der Ringkanal
152 steht mit der Fläche der Vorplatte 150, die in
eingebautem Zustand an einer Verteilerplatte anliegt, über
eine Nut als Zufuhrkanal 156 in Verbindung. Zu dem etwa
konzentrischen Zentralkanal 154 ist ein Zufuhrkanal 158
ausgebildet. Die Herstellung des Ringkanals 152 erfolgt über
ein rotierendes Werkzeug 160, so daß ein Ringkanal mit
konstanter Breite hergestellt werden kann. Das rotierende
Werkzeug kann spanabhebend oder eine Erosionselektrode sein.
Fig. 11 bis 14 zeigen Ansichten der Unterseiten
verschiedener Vorplatten. Fig. 11 zeigt eine Vorplatte 170
analog Fig. 6 mit einem Ringkanal 172, zu dem ausgehend von
der Fläche, die im eingebauten Zustand der Vorplatte an der
Verteilerplatte anliegt, die Nuten der Zufuhrkanäle 174 und
176 sowie der Zentralkanal 178 und sein Zufuhrkanal 180
sichtbar sind.
Fig. 12 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 190 (aus Fig. 2)
mit einem Ringkanal 192, der über im Querschnitt
kreisförmige Zufuhrkanäle 194 und 196 mit Führungskanälen
einer Verteilerplatte in Verbindung steht. Etwa konzentrisch
zu dem Ringkanal 192 ist ein Zentralkanal 198 für das
Kernmaterial angeordnet, der durch die Vorplatte 190 geführt
ist.
Fig. 13 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 200 (analog
Fig. 1), in welcher zu einem Ringkanal 202 eine Nut als
Zufuhrkanal 204 geführt ist, durch die das Mantelmaterial
von der Verteilerplatte in den Ringkanal 202 geführt wird.
Konzentrisch zu dem Ringkanal 202 ist ein Zentralkanal
206 für das Kernmaterial ausgebildet, der über einen im
Querschnitt kreisförmigen Zufuhrkanal 208 mit einem
Führungskanal in der Verteilerplatte in Verbindung steht.
Fig. 14 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 210 (analog
Fig. 8) mit einem Ringkanal 212, der über eine Nut als
Zufuhrkanal 214 mit einem oder zwei getrennten Führungskanälen
in einer Verteilerplatte zur Zuführung des Materials für
den Mantel in Verbindung steht. Etwa konzentrisch zu dem
Ringkanal 212 ist ein Zentralkanal 216 ausgebildet, der
über zwei Zufuhrkanäle 218, 220 mit entsprechenden Führungskanälen
in einer Verteilerplatte in Verbindung steht, um
Materialien für den Kern einer Faser zuzuführen.
Die Vorplatten sind über Paßbolzen an den Verteilerplatten
und den Spinndüsenplatten fixiert. Weder die
Vorplatte noch die Verteiler- und Spinndüsenplatten
weisen irgendwelche Verzahnungen auf, so daß die
Herstellung und die Anordnung der Platten einfach
und wirtschaftlich erfolgen kann.
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantelfasern aus
verschiedenen faserbildenden Materialien, mit einer
Spinndüsenplatte (12) mit Düsenkapillaren (18) und
gegenüber diesen erweiteren Vorkanälen (20), einer
Verteilerplatte (14) mit einer Anzahl von Führungskanälen
(24, 26), die der Anzahl der verschiedenen
Materialien entspricht, wobei die Führungskanäle (24,
26) zu jedem Vorkanal (20) der Spinndüsenplatte (12)
getrennt voneinander geführt sind, einer zwischen der
Verteilerplatte (14) und der Spinndüsenplatte (12)
angeordneten Vorplatte (16), in der für jeden Vorkanal
(20) ein Zentralkanal (32) für Kernmaterial und ein
diesen umgebender Ringkanal (28) für Mantelmaterial
bis zum Übergang der Vorplatte (16) getrennt voneinander
ausgebildet sind, und mindestens jeweils einem Zufuhrkanal
(30, 34) in der Vorplatte (16) für jeden der Kanäle (28,
32) für Mantel- bzw. Kernmaterialien, wobei der
Außendurchmesser der Ringkanäle (28) wenigstens am
Übergang zur Spinndüsenplatte (12) kleiner als der
Innendurchmesser der Eintrittsöffnungen der zugeordneten
erweiterten Vorkanäle (20) in der Düsenplatte (12) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringkanäle (28) über ihren Umfang konstante
Breite aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorkanäle (20) in der Düsenplatte
(12) konisch erweiterte Eintrittsöffnungen (22) auf
weisen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher
der Führungskanal (24), für Mantelmaterial über wenigstens
zwei Zufuhrkanäle (42) in der Vorplatte (40) mit
deren Ringkanal (44) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei welcher
sich der Zentralkanal (66) durch die gesamte Vorplatte
(60) hindurch erstreckt und zu beiden Führungskanälen
(24, 26) hin offen ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher
die Verteilerplatte (82) mit drei Führungskanälen (86,
88, 90) für drei verschiedene Materialien vorgesehen ist,
die jeweils mit einem von drei Zufuhrkanälen (94, 96,
100) in der Vorplatte (84) verbunden sind.
7. Vorrichtung anch Anspruch 6, bei welcher der der Ringkanal
(92) mit zwei Zufuhrkanälen (94, 96) in der
Vorplatte (84) mit zwei Führungskanälen (86, 90) in
der Verteilerplatte (82) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Zentralkanal
(136; 216) mit zwei Zufuhrkanälen (138, 140;
218, 220) in der Verteilerplatte (124) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Vorplatte (16) Kanäle
(28, 32) für mindestens zehn Düsenkapillaren (18)
pro cm² Düsenfläche ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorplatte (16) eine durch
Paßbolzen fixierte, dünne, beidseits ebene Platte
ohne Verzahnung ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spinndüsenplatte (12) mit
Düsenkapillaren (18) versehen ist, die für das Spinnen
von unrunden und/oder mit einem Hohlraum versehenen
Fasern ausgelegt sind.
12. Verfahren zum Herstellen von Kern-Mantel-Fasern aus
mindestens 2 verschiedenen faserbildenden Materialien
mit unterschiedlicher oder gleicher Viskosität unter
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der
voranstehenden Ansprüche.
13. Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus mindestens
zwei unterschiedlichen geschmolzenen oder gelösten
Polymeren mit gleicher oder unterschiedlicher
Viskosität, bestehend aus einer Spinndüsenplatte (12),
mit einer vorzugsweise großen Anzahl von Düsenkapillaren
(18) und gegenüber diesen erweiterten Vorkanälen
(20, 22), einer Verteilplatte (14) mit einer Anzahl von
Führungskanälen (24, 26) zum getrennten Heranleiten der
entsprechenden Anzahl in Kombination zu verspinnender
Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verteilerplatte
(14) und Düsenplatte (12) eine Vorplatte (16)
angeordnet ist, die je Vorkanal (20, 22) einen Ringkanal
(28) enthält, welcher seinerseits einen Zentralkanal
(32) umschließt, daß die Breite des Ringkanales
(28) auf dessen ganzem Umfang konstant ist, daß der
Außendurchmesser des Ringkanales (28) kleiner ist als
derjenige der korrespondierenden Eintrittsöffnung (22)
in den Vorkanal (20), daß jeder Ringkanal (28) durch
mindestens einen Zufuhrkanal (30) mit dem darüberliegenden
Führungskanal (24) verbunden ist, der den
mantelbildenden Stoff heranleitet, daß jeder Zentralkanal
(32) durch mindestens einen Zufuhrkanal (34) mit dem
darüberliegenden Führungskanal (26) verbunden ist, der den
kernbildenden Stoff heranleitet.
14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
bestehend aus einer Düsenplatte (12) und einer Verteilerplatte
(14), zum Spinnen von Mehrkomponentenfasern
des Seite-Seite-Typs, dadurch gekennzeichnet,
daß diese durch Zwischenlegen einer Vorplatte (16)
zwischen Düsenplatte (12) und Verteilerplatte (14), zu
einer Spinnvorrichtung für Kern-Mantel-Fasern umgerüstet
wurde.
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