DE69417414T2

DE69417414T2 - Spinndüse

Info

Publication number: DE69417414T2
Application number: DE69417414T
Authority: DE
Inventors: Michael Perry; Alan Sellars; Patrick White
Original assignee: Acordis Fibres Holdings Ltd
Current assignee: Lenzing Fibers Ltd
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-05-21
Also published as: FI955656A; EP0700456A1; CN1122616A; BR9406111A; KR100285922B1; AT1085U1; AU689107B2; WO1994028210A1; JPH08510512A; CA2163262A1; PL311717A1; TW302911U; ZA943390B; ATE196324T1; US5652001A; DE69417414D1; EP0700456B1; EP0756025B1; CZ311695A3; PH31509A

Description

Die Erfindung betrifft Spinnköpfe und ein Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere Spinnköpfe zum Erspinnen von Celluloseformkörpern (z. B. Filamenten) aus einer Lösung von Cellulose in einem Lösungsmittel, insbesondere einem tertiären Amin-N-oxid.
In der US-A-4416698 wird eine Herstellung von Cellulosefilamenten beschrieben, bei der man die Cellulose in einem geeigneten Lösungsmittel wie einem tertiären Amin-N-oxid auflöst. Die heiße und bei einem erheblichen Cellulosegehalt auch viskose Spinnlösung bzw. -masse erfordert die Anwendung von Extrusionsdrücken im Bereich von 15 bar bis 200 bar. Solche Drücke entsprechen den beim Schmelzspinnen, beispielsweise von Polyester, angewendeten.
Die so erhaltene Lösung von Cellulose in dem Lösungsmittel wird über eine geeignete Düsenvorrichtung mit einer nicht weiter genannten Düse ausgeformt bzw. versponnen und in Wasser eingeführt, wobei das Aminoxid- Lösungsmittel aus dem ausgeformten Material austritt und die Cellulose regeneriert wird.
Die Herstellung von künstlichen Filamenten durch Extrusion oder Verspinnen einer Lösung oder Flüssigkeit über eine Spinndüse ist natürlich bekannt. Zunächst wurden nur kleinere Anzahlen von Einzelfilamenten hergestellt, wobei die Filamente einzeln aufgewickelt als Endlosfadenmaterial eingesetzt wurden. Das bedeutete, daß die herzustellende Anzahl von Endlosfilamenten im wesentlichen von der Anzahl der Filamente abhing, die entweder vor oder nach dem Trocknen einzeln aufgewickelt werden konnte.
Bei der Herstellung von Faser in Form eines Faserkabels oder bei der Herstellung von Faser als Stapelfasern hängt die jeweils herstellbare Anzahl der Filamente jedoch von anderen Kriterien ab.
Ein Faserkabel besteht im wesentlichen aus einem Bündel von im wesentlichen parallel angeordneten Filamenten, die nicht einzeln gehandhabt werden. Bei Stapelfasern handelt es sich im wesentlichen um kurze Faserstränge. Zur Herstellung von Stapelfaser zerschneidet man das getrocknete Kabel oder auch das noch nasse Kabel und trocknet die Schnittfaser.
Da man bei einem Kabel- oder Stapelprodukt keine Einzelfilamente handhaben muß, kann eine sehr große Anzahl von Strängen oder Filamenten gleichzeitig hergestellt werden.
Im Falle von Spinndüsen für die Herstellung von Kabel oder Stapelfaser ist es also im Gegensatz zu Spinndüsen für die Herstellung von Endlosfilamenten wirtschaftlich wesentlich, Spinndüsen mit einer großen Anzahl von Spinnöffnungen zu verwenden.
In den Anfangsjahren der Technik besaß eine Spinndüse für die Herstellung von Endlosfilamenten etwa 20 bis 100 Öffnungen, wobei Produktivitätserhöhungen über höhere Spinngeschwindigkeiten erzielt wurden. Bei Spinndüsen für die Herstellung von Kabel oder Stapel kann die Anzahl der Öffnungen einige tausend oder sogar zehntausend betragen. Die Produktivität kann also nicht nur über höhere Geschwindigkeiten, sondern auch durch Verwendung einer größeren Anzahl von Öffnungen erhöht werden. Solche Spinndüsen mit einer Vielzahl von Löchern wurden zunächst als dicke Platten, wie Polyesterdüsen, hergestellt. Es ist jedoch kosten- und zeitaufwendig, solche dicke Platten mit einer großen Anzahl von Löchern auszustatten. Es gab daher Versuche, dünnere Platten zu verwenden, indem man eine Metallschüssel so durchbohrte, daß man eine Spinndüse in Form eines schüsselförmigen Organs mit einer geeigneten Anordnung von Öffnungen in dem unteren Bereich der Schüssel erhielt. Ein solches schüsselförmiges Element wurde dann mit einer Düse für die Herstellung von Spinngut verschraubt.
Die Herstellung von Düsen ist jedoch leider ein kosten- und zeitaufwendiger Vorgang. Jede Öffnung muß einzeln gebohrt werden. Zudem sind die Öffnungen recht häufig aufwendiger Gestalt und werden in einer Reihe von erst kürzlich halbautomatisierten Bohr-, Loch- oder sonstigen Verarbeitungsverfahren erzeugt.
Da bei jedem Fertigungsverfahren auch Mangelware erzeugt wird, steigt bei einer zunehmenden Lochzahl pro Düse selbst bei einem geringen Anteil mangelhafter Ware auch die absolute Anzahl der Mängel pro Düse. Es kann dabei so weit kommen, daß sich die weitere Erhöhung der Lochzahl pro Düsenplatte nicht mehr lohnt, weil das Endprodukt ohne anschließendes Nacharbeiten wohl wegen zu vieler Mängel unbrauchbar sein dürfte.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, liegt in der Verwendung einer sogenannten Cluster- bzw. Hütchendüse. Für eine Clusterdüse wird eine Vielzahl von Hütchen jeweils mit einer vorbestimmten Anzahl von Löchern, etwa 1 bis 1500 Löchern, hergestellt. Solche Clusterdüsen werden zahlreich bei der Herstellung von Cellulosefilamenten nach dem Viskoseverfahren eingesetzt. Die einzelnen Hütchen einer Clusterdüse sind relativ kostengünstig anzufertigen, wobei ein Hütchen mit einem defekten Loch einfach ausgetauscht wird, ohne dabei die Arbeiten zur Herstellung vieler tausend Löcher unnütz zu machen. Die Hütchen einer Clusterdüse werden dabei so in einen Halter eingesetzt, daß der von der Spinnlösung bzw. -masse auf die Spinndüse ausgeübte Druck die Spinndüsen fest in den Clusterdüsenhalterverband drücken.
Solche Düsenverbände des Typs schüsselförmige Einzeldüse mit einer Vielzahl von Löchern oder des Typs Clusterdüse werden zahlreich bei der Herstellung von Viskosecellulose eingesetzt. Viskosecellulose wird durch Naßspinnen hergestellt. Beispiele für solche Düsen findet man in Ullman Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1987, Band A10, Seite 554.
Ullman verweist auch auf den Einsatz von rechteckigen Spinndüsen beim Erspinnen von Polyolefinfasern.
Die DD-A-223740 offenbart eine für das Naßspinnen unter Niederdruck geeignete Spinndüse aus mehreren mittels verschweißter, verlöteter, verschraubter oder sonstwie verbundener Umfangsstege verbundenen Düsenelementen mit rechteckigen oder quadratischen Grundplatten.
Die EP-A-0494852 offenbart zwar das Erspinnen von Cellulose aus Lösungsmittel über eine Spinndüse, legt jedoch nicht die Verwendung einer erfindungsgemäßen Spinndüse nahe.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau eines für die Herstellung von Cellulosefasern aus einer Lösung von Cellulose in einem Lösungsmittel besonders geeigneten Spinnkopfes. Solche Spinnköpfe eignen sich ferner insbesondere für die Herstellung von Stapelfaser aus Cellulose aus einer Lösung von Cellulose in einem Lösungsmittel wie Aminoxid.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Spinnkopf zum Erspinnen mehrerer Filamente, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Filamenten um Cellulosefilamente handelt, die aus einer Lösung von Cellulose in einem Lösungsmittel gebildet worden sind, wobei der Spinnkopf ein eine Platte mit Löchern, durch die die Lösung unter Fadenbildung hindurchtritt, tragendes Rahmenelement aufweist, wobei in einem dem Rahmenelement am nächsten liegenden, ersten Bereich der Platte die Löcher an ihrer engsten Stelle einen größeren Durchmesser besitzen als in einem weiteren, von dem Rahmenelement weiter entfernt liegenden Bereich der Platte.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Spinnkopfes zum Herstellen mehrerer Cellulosefilamente aus einer Lösung von Cellulose (vorzugsweise in einem tertiären Aminoxid), bei dem man:
i) ein eine in Draufsicht im wesentlichen rechteckförmige Außenwand umfassendes Rahmengestell bildet, wobei die Höhe des von der Außenwand zwischen ihren beiden Kanten umgebenen Raums der Höhe der Spinndüse entspricht und wobei das rechteckige Rahmengestell länger als breit ausgeführt ist, entsprechend einer Hauptachse und einer Nebenachse,
ii) an einer Randkante der Außenwand rundherum einen sich nach außen erstreckenden Flansch anformt,
iii) innerhalb der Außenwand mindestens eine in Richtung der Hauptachse verlaufende interne Verstrebung und mindestens eine dazu quer in Richtung der Nebenachse verlaufende interne Verstrebung unter Bildung mehrerer durch das Rahmengestell hindurchblickender Fenster bildet,
(iv) mehrere Düsenplatten bildet,
(v) in den Düsenplatten jeweils mehrere Spinnlöcher bildet, durch die die Celluloselösung unter Fadenbildung hindurchtreten kann, dadurch gekennzeichnet, daß man:
(vi) an den Fenstern jeweils umfänglich in den Außenkantenteilen der Außenwand und der Verstrebungen jeder Öffnung einen eine Düsenplatte aufnehmenden Falz bildet,
(vii) die Verstrebungen jeweils an der von der ausgefalzten Kante entfernten Oberkante verjüngt,
(viii) die Düsenplatten so formt, daß sie in die die Fenster umlaufenden Falze passen, wobei
(ix) sich die in jeder der Düsenplatten gebildeten Spinnlöcher von der einen Seite der Düsenplatte zur anderen Seite verjüngen und
(x) die in jeder der Düsenplatten gebildeten Spinnlöcher so angeordnet werden, daß in einem Teil in einem dem Rahmenelement am nächsten liegenden, ersten Bereich die Löcher an ihrer engsten Stelle einen größeren Durchmesser besitzen als in einem weiteren, von dem Rahmenelement weiter entfernt liegenden Bereich,
(xi) nach der Bildung der Spinnlöcher in jeder der Düsenplatten die Düsenplatte im jeweiligen Fenster in den Falzen einsetzt, wobei man die Seite der Düsenplatte mit den größeren Durchmessern der Löcher zuerst in den Falz einfügt, und
(xii) die Düsenplatten mit dem Rahmengestell und den Verstrebungen jeweils an ihrem ganzen Umfang elektronenstrahlverschweißt.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Die Fig. 1A, 1B und 2A, 2B vorbekannte Spinndüsen des Typs einfache Schüssel und des Typs Clusterdüse,
die Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Spinndüse,
die Fig. 4 eine Draufsicht der Fig. 3,
die Fig. 5 einen Querschnitt der Fig. 3,
die Fig. 6 eine Vergrößerung einer Ecke gemäß der Fig. 5.
die Fig. 7 eine weitere Vergrößerung der Fig. 6,
die Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Düsenplatte,
die Fig. 9A bis 9G Draufsichten von Teilen von Düsenplatten,
die Fig. 10 einen Querschnitt einer Öffnung sowie
die Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Spinndüse.
Die Fig. 1A und 1B zeigen eine vorbekannte Spinndüse (in der Fig. 1A im Querschnitt zu sehen) in Form einer schüsselförmigen Platte 1 (in Fig. 1B in Stirnansicht gezeigt) mit einem angeformten Flansch 2. Der Flansch 2 sitzt zwischen einer großen Mutter 3 und dem damit verschraubten Hinterteil eines Düsenkopfes 4. Der Düsenkopf ist wiederum über ein geeignetes Kupplungsglied 5 mit einem Rohr 6 für die Zuführung von Spinnlösung bzw. -masse verbunden. Eine solche vorbekannte Vorrichtung besitzt im wesentlichen mehrere Löcher 7 im Boden 8 der Schüssel, aus denen die Spinnmasse unter Fadenbildung heraustritt.
Bei Verwendung einer solchen Spinndüse bei der Herstellung von Viskosereyon ist die Spinndüse in einem Spinnbad angeordnet, in dem sich die Cellulosefasern aus der in das Spinnbad eintretenden Spinnmasse regenerieren. Zur Herstellung von Kunstseide liegt die Anzahl der Löcher 7 im Bereich von etwa 10 bis 100.
Für die Herstellung von Kabel (mehrerer im wesentlichen parallel angeordneter Filamente, die als solches verwendet werden) oder Stapelfaser (kleine Längen von Einzelfasern, hergestellt durch das Zerschneiden eines Kabels) kann man die Anzahl der Löcher 7 auf ein sehr hohes Niveau vergrößern. Vorbekannte Vorrichtungen dieses Typs können typischerweise einen Durchmesser von bis zu 10 cm besitzen und mit bis zu 50.000 Löchern ausgestattet sein. Dabei können die Löcher musterförmig, wie in Segmenten, angeordnet sein, beispielsweise gemäß der Abbildung in Ullman 5. Auflage 1987, Band A10, Seite 554.
Aus den oben geschilderten Gründen gibt es aufgrund der praktischen Unmöglichkeit der absolut fehlerfreien Herstellung praktische Fertigungsprobleme bei der Erhöhung der Lochzahl der Spinndüse. Eine Problemlösung beruht auf der Verwendung einer Clusterdüse des Typs gemäß den Fig. 2A, 2B. Der in der Fig. 2A gezeigte Teil der Clusterdüse ersetzt sozusagen die schüsselförmige Platte 1 und Mutter 3 und wird mittels eines internen Gewindes mit dem Hinterteil 4 gemäß der Fig. 1A verschraubt. Nach der Ausführungsform gemäß den Fig. 2A und 2B besteht die Clusterdüse aus einer massiven Metallschüssel 9 mit dem oben erwähnten internen Gewinde 10 und einer Reihe von abgesetzten Bohrungen 11. Diese Bohrungen haben einen größeren Durchmesser 12 auf der Innenseite und einen kleineren Durchmesser 13 auf der Außenseite. Innerhalb der abgesetzten Bohrungen 11 befindet sich eine Reihe von Hütchen wie Hütchen 14, das wiederum einen angeformten Flansch 15, eine Ringwand 16 und einen Boden 17 aufweist. Der Boden 17 enthält die Spinnlöcher 18. Bei solchen vorbekannten Vorrichtungen werden die Hütchen von der Innenseite des massiven Halters aus eingesetzt, so daß der Druck der Spinnmasse auf die Hütchen die Spinnmasse in engen Kontakt mit den Hütchen 12 zwingt und die Hütchen in Kontakt mit dem verjüngten Teil 13 der Löcher drückt. Das Einsetzen der Hütchen von der Innenseite aus bezweckt also ein verbessertes Abdichten der Hütchen in den Löchern, indem von dem Spinnmassendruck in einer das Abdichten verbessernden Richtung Gebrauch gemacht wird.
Erforderlichenfalls kann jedes Hütchen auch in das Loch eingeschraubt werden oder auch in dem Loch dadurch festgehalten werden, daß der Teil 12 des Lochs mit einem Innengewinde versehen wird und ein nicht gezeigtes röhrenförmiges männliches Glied in den Gewindeteil 12 des Lochs 11 eingeschraubt wird. Die Hütchen 14 können auch über die Fläche 18 des Elements 9 hervorstehen. Das geht deutlich aus dem obengenannten Referat in Ullman Encyclopaedia, Seite 554, Band A10, 1987, hervor.
Die Fig. 3 bis 8 zeigen einen im wesentlichen zylinderförmigen Spinnkopf mit einer rechteckigen Außenwand 20 mit einem angeformten oberen Flansch 21. Der Flansch kann mit Löchern versehen sein. Die Wand 20 umgibt eine Reihe daran angeformte oder damit verschweißte Verstrebungen 22, 23, 24. Die verstrebte Konstruktion kann im Falle einer integral geformten Einheit aus einer einzigen Platte oder dünnen Tafel herausgearbeitet sein. Die Verstrebungen 22 und 23 erstrecken sich entlang der Hauptachse des Spinnkopfes. Die Verstrebung 24 erstreckt sich quer zur Hauptachse entlang einer Nebenachse des Spinnkopfes. Zusammen mit der Außenwand 20 bilden die Verstrebungen eine Reihe von Öffnungen oder Fenstern wie Öffnung 25. Die Außenwand und Streben des Spinnkopfes bestehen vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, insbesondere aus dem nichtrostenden Stahl AISI 304. Die Streben 22, 23 und 24 verjüngen sich an ihren Oberkanten im wesentlichen zu scharfen Kanten wie den Linien 27, 28, 29. Die scharfe Kante 27 der Strebe 24 befindet sich mittig oben auf der Strebe, die scharfen Kanten 28, 29 der Streben 22 und 23 (siehe Fig. 5) befinden sich jedoch auf einer Seite der Strebenelemente, so daß die Abstände d alle gleich sind und (weil die Öffnungen alle die gleiche Länge haben) damit auch die Flächen der Öffnungen. Das bedeutet, daß in der Praxis im wesentlichen gleiche Mengen an Spinnmasse in jede Öffnung laufen. Gegenüber oben flachen Streben bewirkt die Verwendung verjüngter Streben eine Verringerung des Druckverlustes der Spinnmasse auf ihrem Weg durch die Düse.
An ihren unteren Enden werden durch die umlaufende Außenwand 20 und die Verstrebungen 22, 23, 24 die unteren Kanten der Öffnungen definiert. Der Boden jeder der Verstrebungen liegt in der gleichen Ebene 30 wie der Boden der Außenwand 20. Um jede Öffnung herum sind die Wände wie bei 31 zur Aufnahme einer Düsenplatte 32 gefalzt. Die Düsenplatte 32 besteht ebenfalls aus nichtrostendem Stahl, in diesem Falle aus dem nichtrostenden Stahl AISI 430. In der Düsenplatte 32 befinden sich eine Reihe von Spinnlöchern, hergestellt nach herkömmlichen Arbeitsverfahren, wie sie von Schwab von der Firma Enka in "Fiber Producer", Dezember 1978, auf den Seiten 42 bis 50 oder von Langley von der Firma Spinning Services and Systems in "Fiber Producer", April 1978, auf den Seiten 14 bis 18 und 74 bis 75 beschrieben werden. Die Spinnlöcher verjüngen sich vorzugsweise wie in der Fig. 7, so daß sie auf der Innenseite der Düse einen größeren internen Durchmesser und auf der Außenseite der Düse einen kleineren Durchmesser aufweisen. Die Platten werden nach ihrer Fertigung im Falz 31 des Rahmengestells und der Streben des Spinnkopfes eingesetzt und jeweils an ihrem ganzen Umfang wie bei 33 elektronenstrahleingeschweißt.
Durch Wahl der Stärke der Platten 32 entsprechend der Tiefe des Falzes 31 und durch die Verwendung des Elektronenstrahlschweißens stellt die Unterseite des Spinnkopfes eine glatte Fläche dar und liegt effektiv in der einzigen Ebene 30.
Da die Düsenplatten 32 schon vorgelocht in die Düse eingebaut werden können und sie im wesentlichen rechteckförmig und flach ausgeführt sind, sind sie leicht zu handhaben und lochen. Das bei vorbekannten Konstruktionen erforderliche Lochen eines Schüsselelements mit Flansch erübrigt sich. Das bedeutet, daß auch sehr nahe an den Kanten über die ganze Platte gelocht werden können. Das bedeutet wiederum, daß die Spinnlöcher sehr nahe an den Außenwänden der Platte und sehr nahe an den Verstrebungen ausgebildet werden können. Durch Elektronenstrahlschweißen werden Verformungen der Baugruppe auf ein Mindestmaß reduziert. Durch Einsatz der beiden oben genannten speziellen Typen von nichtrostendem Stahl ist es möglich, die speziell geformten Spinnlöcher in den für die Düsenplatten eingesetzten weicheren Typ zu bilden und trotzdem die Platten mit dem Rahmengestell zu verschweißen. Das Elektronenstrahlschweißen wird bevorzugt, da es eine hochfeste Bindung gewährleistet, ohne dabei die Platten unnötig zu verformen. Zu alternativ möglichen Schweißverfahren zählen Laserschweißen oder Plasmabogenschweißen.
Es ist daher ersichtlich, daß der eine große Fläche für die Herstellung einer großen Anzahl von Einzelfasersträngen bietende Spinnkopf eine glatte Unterseite aufweist und gut aus, was die Düsenplatten betrifft, kleinen Bauteilen hergestellt werden kann.
Die Metallplatten 32 haben vorzugsweise eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 3 mm. Aufgrund der geschweißten Bauweise sind die Platten in der Lage, den im Gebrauch auf sie einwirkenden hohen internen Drücken standzuhalten. Das bedeutet, daß die Platten bis zu 0,5 mm dünn sein können und trotzdem mit einer unter hohem Druck stehenden Spinnmasse gearbeitet werden kann. Es ist aber auch möglich, dickere Platten wie bis zu 0,75 mm oder 1 mm oder 1,25 mm oder 1,5 mm oder 2 mm oder 2,5 mm oder 3 mm dicke Platten zu wählen. Entlang der Hauptachse können die Platten praktisch beliebig lang sein, da sie auf beiden Seiten der Nebenachse verschweißt und dadurch gestützt werden. Die Plattenbreite kann in der Regel etwa 50 mm betragen, die Platte kann jedoch auch 10, 15, 20, 25, 30, 35 oder 45 mm breit ausgeführt sein. Die Platten können bis zu 500 mm oder auch länger ausgeführt sein, wobei die Länge in der Regel 100, 150, 200, 250, 300, 350 oder 400 mm betragen kann, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite im Bereich von 1 : 1 bis 50 : 1 liegen kann.
Durch den Einsatz des nichtrostenden Stahls AISI 430 für die Düsenplatte 32 kann leicht durch die Platte hindurch gelocht werden. Dabei bilden die Löcher auf der Platte eine regelmäßige Anordnung. Die Fig. 9A bis 9G zeigen bevorzugte Formen der regelmäßigen Anordnung. In der Fig. 9A befinden sich die Löcher 57, 58 an den Ecken von gleichseitigen Dreiecken, wobei die Basen und Spitzen der Dreiecke parallel zu einer der Kanten 40 der Düsenplatte angeordnet sind. In der Fig. 9B befinden sich die Löcher 41 an den Ecken von Sechsecken, wobei die Sechsecke wiederum mit einer Seite parallel zu einer Kante 42 der Düsenplatte angeordnet sind. In der Fig. 9C befinden sich die Löcher 43 an den Ecken von gleichschenkligen Dreiecken, wobei die Basis der gleichschenkligen Dreiecke eine kleinere Länge als die gleich langen Seiten aufweist. Alternativ dazu können die Basen auch länger als die Schenkel sein. Die Basen sind parallel zu einer Kante 44 der Düsenplatte angeordnet. In der Fig. 9D befinden sich die Löcher 45 an den Ecken von Quadraten, wobei eine Seite des Quadrats parallel zu einer Kante 46 der Düsenplatte angeordnet ist.
In der Fig. 9E befinden sich die Löcher 47 an den Ecken von Rauten, wobei eine Diagonale der Raute parallel zu einer Kante 48 der Düsenplatte angeordnet ist.
In der Fig. 9F sind die Löcher in zwei abwechselnden Reihen 49, 50 angeordnet, wobei die Reihen sich in einem rechten Winkel zu einer Kante 51 der Düsenplatte erstrecken. Die Reihen müssen sich nicht unbedingt senkrecht zu der Düsenplatte erstrecken, so zum Beispiel in der Fig. 9G, gemäß der die Löcher 52 in Linien wie der Linie 53 angeordnet sind, die unter einem Winkel 54 zu einer Senkrechten 55 zu einer Kante 56 der Düsenplatte verläuft.
Eine Düsenplatte kann in der Regel 2775 Löcher enthalten, wobei der gegenseitige Abstand der Löcher, gemessen Mitte-Mitte, bei 0,7 mm bis 1,5 mm, typischerweise bei 1,2 mm, liegt. Für den Fall der in der Fig. 9A gezeigten Löcher ist also jedes Loch 57 1,2 mm von seinem nächsten Nachbarloch 58 beabstandet. Bei anderen Anordnungen der Löcher ist der Abstand Mitte-Mitte natürlich von Loch zu Loch verschieden.
Ein Querschnitt durch ein typisches Loch ist in der Fig. 10 zu sehen. Das Loch besitzt im wesentlichen eine Trompetenform mit einem im wesentlichen parallelen Abschnitt 60 mit einem internen Durchmesser 61 und einer Länge 62. Oberhalb des parallelen Teils 60 befindet sich ein verjüngter Teil 63. Die Länge 62 des engen Teils 60 entspricht ungefähr dem Durchmesser 61 des engen Teils 60. Die Länge des Lochs entspricht effektiv der Länge des kapillaren bzw. im wesentlichen parallelen Teils 60. Der verjüngte Teil 63 dient effektiv als Mittel zur Beförderung von Spinnmasse in den Teil 60 des Lochs. Der Teil 60 kann je nach dem letztendlichen Titer der unter Verwendung des Spinnkopfes herzustellenden Faser einen Durchmesser von 25 Mikron oder 35 Mikron oder 40 Mikron oder 50 Mikron oder 60 Mikron oder 70 Mikron oder 80 Mikron oder 90 Mikron oder 100 Mikron oder 110 Mikron oder 120 Mikron oder 150 Mikron aufweisen. Die Länge 62 kann dem Durchmesser 61 entsprechen oder auch ein 0,1- bis 10- oder 0,5- bis 2faches des Durchmessers 61 betragen.
Die Herstellung der Löcher in der Spinndüse kann nach allen herkömmlichen Verfahren erfolgen, üblicherweise durch Bohren, Lochen und Räumen. Typische Fertigungsverfahren werden von Schwab und Langley in den oben genannten Artikeln in "Fiber Producer" beschrieben.
Bei einer erfindungsgemäßen Spinndüse haben nicht alle Löcher den gleichen Durchmesser in ihrem kapillaren Teil 60.
Die Fig. 11 zeigt nun eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spinndüse mit einem äußeren Flansch 70, die sechs Düsenplatten 71 bis 76 enthält. Dabei sind die Düsenplatten gemäß den Fig. 3 bis 8 in ein Rahmengestell eingeschweißt. An beiden Enden der Düsenplatten 71 bis 74 ist der kapillare Teil der Löcher in den Bereichen 71A, 71B bis 74A, 74B hinsichtlich des Durchmessers etwa 10 Prozent größer als der kapillare Teil in den übrigen Bereichen der Platten 71 bis 74. Ebenso sind die kapillaren Teile der Löcher in den Bereichen 75A, 75B und 76A, 76B mit einem ungefähr 10 Prozent größeren Durchmesser ausgeführt als die Löcher in den übrigen Bereichen der Platten 75 und 76.
Anstatt den sich verjüngenden Teil 63 als glatt verlaufende Verjüngung auszuführen, kann es zweckmäßiger sein, die Verjüngung als eine Reihe von kegelstumpfförmigen Bereichen, die in den parallelen Teil 60 übergehen, auszuführen.
Die verschweißte Spinndüse zeichnet sich durch eine Reihe von recht erheblichen Vorteilen gegenüber den vorbekannten Konstruktionen aus.
Die geschweißte Konstruktion ermöglicht die Verwendung dünner Düsenplatten und stellt trotzdem eine große Fläche für die Schaffung der Düsenlöcher zur Verfügung. Die dünnen Düsenplatten lassen sich dabei so in ein Rahmengestell einschweißen, daß sie den bei der Verwendung von unter hohem Druck stehender Spinnmasse auftretenden Verformungseffekten standhalten können. Dieser Vorteil zählt insbesondere bei der Verwendung der Spinndüse mit hochviskoser Spinnmasse. Sollen beim Einsatz hochviskoser Spinnmassen nämlich auch hohe Durchsätze erzielt werden, kommt man nicht umhin, hohe Drücke bis zu 200 bar anzuwenden, um die Spinnmasse durch die Düsenlöcher zu drücken.
Die geschweißte Konstruktion minimiert ferner tote Bereiche innerhalb der Spinndüse, in denen es zur Stagnation der Spinnlösung kommen kann. Toträume können sonst zu einem uneinheitlichen Spinnen führen, insbesondere beim Verspinnen einer heißen Spinnmasse in einen kühlen Bereich. Die geschweißte Konstruktion läßt sich leicht mit einer glatten Unterseite herstellen.
Ferner ist es weiterhin vorteilhaft, daß die geschweißte Konstruktion es erleichtert, rechteckige Ausführungsformen herzustellen. Da die Platten schon vor dem Einschweißen in das Rahmengestell vorgefertigt werden können, können sie mit randnahen Löchern hergestellt werden. Die Platten können alle die gleiche Größe haben, so daß die Düsenplatten in Serie gefertigt werden können, wobei bei fehlerhaften Löchern in einer Platte nur diese Platte im Ausschuß landet. Gegenüber einer Spinndüse aus einer einzigen großen Platte ist das erfindungsgemäße Produkt also viel leichter herzustellen und auch bei weitem nicht so verformungsanfällig unter Druck. Bei der Verwendung von gepreßten Einzeldüsenplatten des Typs gemäß der Fig. 1A ist es aufgrund des nicht ganz leichten Arbeitens in einem schüsselförmigen Element nur sehr schwer möglich, eine solche Düse mit randnahen Löchern herzustellen. Bei Verwendung nur einer einzigen Platte muß man diese recht stark ausführen, damit sie stabil genug ist, was wiederum bedeutet, daß es schwer ist, Löcher durch die Platte zu treiben, und daß es daher nicht möglich ist, die Löcher dicht beieinander anzuordnen.
Die Verwendung des nichtrostenden Stahls AISI 430, der 16-18 Gew.-% Chrom und niedrige Anteile an Nickel (weniger als 0,5 Gew.-%), Mangan (weniger als 0,5 Gew.-%) und Molybdän (weniger als 0,5 Gew.-%) sowie geringe Anteile an Kohlenstoff (weniger als 0,12 Gew.-%) enthält, bedeutet, daß man die Platten gut lochen und verschweißen kann, sie aber dennoch den Einsatzbedingungen standhalten können.

Claims

1. Spinnkopf zum Erspinnen mehrerer Cellulosefilamente aus einer Lösung von Cellulose in einem Lösungsmittel mit einem Rahmenelement (20) und einer davon getragenen Platte (32) mit Löchern, durch die die Lösung unter Fadenbildung hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Rahmenelement (20) am nächsten liegenden, ersten Bereich der Platte (32) die Löcher an ihrer engsten Stelle (60) einen größeren Durchmesser (61) besitzen als in einem weiteren, von dem Rahmenelement (20) weiter entfernt liegenden Bereich der Platte (32).

2. Spinnkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zwischen 500 und 10.000 Löcher enthaltende Düsenplatte 32 aus Metall enthält.

3. Spinnkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenelement (20) an seinem der Düsenplatte (32) gegenüberliegenden Ende einen sich nach außen erstreckenden angeformten Flansch (21) besitzt.

4. Spinnkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (32) und das Rahmenelement (20, 22, 23, 24) elektronenstrahlverschweißt sind.

5. Spinnkopf nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenplattenelement (32) in einen Falz (31) des Rahmenelements (20) eingeschweißt ist.

6. Spinnkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere, jeweils 0,5 bis 3,0 mm starke sowie jeweils der Tiefe des jeweiligen Falzes (31) weitgehend entsprechende Düsenplatten (32) enthält.

7. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düsenplatte (32) aus nichtrostendem Stahl, vorzugsweise aus dem nichtrostenden Stahl AISI 430, besteht.

8. Spinnkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenelement aus nichtrostendem Stahl, vorzugsweise aus dem nichtrostenden Stahl AISI 304, besteht.

9. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenelement (20) rechteckig ausgeführt ist, wobei die in das Rahmenelement (20) eingeschweißte Düsenplatte (32) mit dem Rand einer Innenseite am Rahmenelement (20) anliegt, und daß sich die Spinnlöcher (60) von der Innenseite der Düsenplatte (32) nach außen hin verjüngen.

10. Spinnkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen (20) im Innenraum mit mindestens einer internen Strebe (22, 23, 24) unter Bildung mindestens zweier, jeweils rechteckiger Fenster (25) versehen ist.

11. Spinnkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (22, 23, 24) sich an ihren Oberkanten verjüngen, wobei die Verjüngungen so geformt sind, daß die Fenster (25) an ihren verjüngten Kanten jeweils die gleiche Fläche umschreiben.

12. Spinnkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkanten der Streben (22, 23, 24) im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Oberseite eines Flansches (21) des Rahmenelements liegen.

13. Verfahren zur Herstellung eines Spinnkopfes zum Herstellen mehrerer Cellulosefilamente aus einer Lösung von Cellulose, bei dem man.

i) ein eine in Draufsicht im wesentlichen rechteckförmige Außenwand (20) umfassendes Rahmengestell bildet, wobei die Höhe des von der Außenwand (20) zwischen ihren beiden Kanten umgebenen Raums der Höhe der Spinndüse entspricht und wobei das rechteckige Rahmengestell länger als breit ausgeführt ist, entsprechend einer Hauptachse und einer Nebenachse,

(ii) an einer Randkante der Außenwand (20) rundherum einen sich nach außen erstreckenden Flansch (21) anformt,

(iii) innerhalb der Außenwand (20) mindestens eine in Richtung der Hauptachse verlaufende interne Verstrebung (22, 23) und mindestens eine dazu quer in Richtung der Nebenachse verlaufende interne Verstrebung (24) unter Bildung mehrerer durch das Rahmengestell hindurchblickender Fenster (25) bildet,

(iv) mehrere Düsenplatten (32) bildet,

(v) in den Düsenplatten (32) jeweils mehrere Spinnlöcher (60) bildet, durch die die Celluloselösung unter Fadenbildung hindurchtreten kann, dadurch gekennzeichnet, daß man:

(vi) an den Fenstern (25) jeweils umfänglich in den Außenkantenteilen der Außenwand (20) und der Verstrebungen (22, 23, 24) jeder Öffnung (25) einem eine Düsenplatte (32) aufnehmenden Falz (31) bildet,

(vii) die Verstrebungen (22, 23, 24) jeweils an der von der ausgefalzten Kante entfernten Oberkante verjüngt (27, 28, 29),

(viii) die Düsenplatten (32) so formt, daß sie in die die Fenster (25) umlaufende Falze (31) passen, wobei

(ix) sich die in jeder der Düsenplatten (25) gebildeten Spinnlöcher (60) von der einen Seite der Düsenplatte (25) zur anderen Seite verjüngen und

(x) die in jeder der Düsenplatten gebildeten Spinnlöcher (60) so angeordnet werden, daß in einem Teil (71A, 71B bis 76A, 76B) in einem dem Rahmenelement (20) am nächsten liegenden, ersten Bereich die Löcher an ihrer engsten Stelle (60) einen größeren Durchmesser (61) besitzen als in einem weiteren, von dem Rahmenelement (20) weiter entfernt liegenden Bereich,

(xi) nach der Bildung der Spinnlöcher in jeder der Düsenplatten (32) die Düsenplatte (32) im jeweiligen Fenster (25) in den Falzen (31) einsetzt, wobei man die Seite der Düsenplatte (32) mit den größeren Durchmessern der Löcher zuerst in den Falz (31) einfügt, und

(xii) die Düsenplatten (32) mit dem Rahmengestell (20) und den Verstrebungen (22, 23, 24) jeweils an ihrem ganzen Umfang elektronenstrahlverschweißt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus Metall bestehende Rahmengestell (20) mit Außenwand (20), Flansch (21) und internen Verstrebungen aus dem Vollen herausarbeitet.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Löchern der kleinste Durchmesser bei 25 um bis 200 um liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Löcher, gemessen Mitte-Mitte, 0,5 mm bis 3 mm beträgt.