DE69620749T2

DE69620749T2 - Schleuder zum herstellen von fasern

Info

Publication number: DE69620749T2
Application number: DE69620749T
Authority: DE
Inventors: G. Snyder; Andrew Watton
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2016-05-03
Also published as: US5582841A; EP0823886B1; CA2219919A1; JPH11504895A; DE69620749D1; EP0823886A1; WO1996034834A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus thermoplastischen Materialien, genauer gesagt eine Faserherstelleinheit mit einem Spinnkopf zum Ausschleudern von Fasern mit einer oder mehreren Komponenten aus geschmolzenen thermoplastischen Materialien wie Glas oder anderen Mineralien oder Polymeren, und noch spezieller einen radial ausbalancierten Spinnkopf.
Fasern aus Glas und anderen thermoplastischen Materialien sind bei einer Vielzahl von Anwendungen einschließlich Schall- und Wärme-Dämmmaterialien von Nutzen. Zu herkömmlichen bekannten Verfahren zum Herstellen von Glasfaser-Dämmerzeugnissen gehört die Herstellung von Glasfasern aus einem Rotationsprozess. Es werden eine einzelne oder mehrere Glaszusammensetzungen geschmolzen und durch Öffnungen in der Außenumfangswand einer Zentrifuge, die als zentrifugierender Spinnkopf bekannt ist, gedrückt, um die Fasern herzustellen. Ein derartiger bekannter Typ eines Spinnkopfs ist in US-A- 2,998,620 beschrieben. Ein jüngerer und allgemein verwendeter Spinnkopf ist im Wesentlichen becherförmig mit einer unteren Wand mit einer zentralen Öffnung, einer oberen Öffnung und einer Außenumfangswand, die von der unteren Wand nach oben hin abbiegt, um die obere Öffnung zu bilden. Das untere Ende einer Antriebswelle, die zum Drehen des Spinnkopfs verwendet wird, erstreckt sich durch die obere Öffnung hindurch nach unten, und sie ist mit einem Dorn am Zentrum der unteren Wand befestigt. Die zentrale Öffnung der unteren Wand wird einfach auf den Außendurchmesser des Dorns aufgepresst, und dieser ist am unteren Ende der Antriebswelle angebracht.
Der Spinnkopf wird während des Faserherstellprozesses sehr heiß. Wegen der erreichten hohen Temperaturen bestehen die Spinnkopfwände notwendigerweise aus einem bei hohen Temperaturen beständigen Material, typischerweise einer Hochtemperatur-Metalllegierung. Selbst dann, bei derartig hohen Temperaturen, zeigt der Spinnkopf die Tendenz, zu kriechen und nach unten einzusacken, wenn er sich dreht. Diese Verformung kann zu Prozessvariablen führen, die die Faserherstellung nachteilig beeinflussen.
Außerdem hat der Spinnkopf, da er einfach durch einen Presssitz am Dorn befestigt ist, die Tendenz, sich im Verlauf der Zeit wegen der Wärmeausdehnung, Rotationsbelastungen und Kriechvorgängen, denen der Spinnkopf und der Dorn unterliegen, um den Dorn herum zu lockern. Wenn sich der Sitz lockert, wird der Spinnkopf dezentriert, was zu einem schwerwiegenden Problem hinsichtlich übermäßiger Schwingungen und einer Verwindung des Spinnkopfs führt. Dieses Problem wird ausgeprägter, wenn die Größe des Spinnkopfs, und so der Durchmesser der zentralen Öffnung, zunehmen.
Demgemäß besteht Bedarf an einem verbesserten Spinnkopf, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er eine durch die Temperatur hervorgerufene Verformung zeigt, die während des Faserherstellprozesses unerwünschte Prozessvariablen einführt.
Diesem Bedarf ist durch die erfindungsgemäße Faserherstellvorrichtung, häufig als Faserherstelleinrichtung bezeichnet, die eine Zentrifuge, allgemein als Spinnkopf bekannt, die an einem Ende einer drehbaren Welle angebracht ist, und eine Einrichtung zum Liefern mindestens eines geschmolzenen thermoplastischen Materials zum Spinnkopf aufweist. Der Spinnkopf verfügt über eine radiale Wand und eine Außenumfangswand. Die radiale Wand ist mit der Welle verbunden und erstreckt sich radial nach außen gegenüber dieser, und sie verfügt über einen Außenumfang. Die Umfangswand ist um den Außenumfang der radialen Wand herum angeordnet und wird nur durch diese gehalten, und sie verfügt über eine Anzahl von Öffnungen zum Auszentrifugieren von Fasern aus mindestens einem geschmolzenen thermoplastischen Material. Der Spinnkopf ist für den Betrieb so ausgebildet, dass er während des Zentrifugiervorgangs im Wesentlichen radial ausbalanciert ist. D. h., dass die Verformung der radialen Wand und der Umfangswand während des Zentrifugiervorgangs der Art nach im Wesentlichen radial statt asymmetrisch ist.
Ein Merkmal des Spinnkopfs ist eine obere Öffnung, durch die ein geschmolzenes thermoplastisches Material zur Oberseite der radialen Wand geliefert wird. Wenn sich der Spinnkopf dreht, sorgen Zentrifugalkräfte dafür, dass das geschmolzene Material radial nach außen über die Oberseite der radialen Wand, gegen die Umfangswand, und durch die Fasererzeugungsöffnungen fließt. Der Spinnkopf verfügt vorzugsweise über eine obere Lippe oder eine andere Struktur, die gewährleistet, dass das geschmolzene Material nicht über die Umfangswand hinweg fließt.
Der Spinnkopf kann mit einer Anzahl von Arten so ausgebildet werden, dass er während des Zentrifugierens im Wesentlichen radial ausbalanciert bleibt. Z. B. kann die Umfangswand so ausgebildet sein, dass ihre Masse sowohl über als auch unter der radialen Wand im Wesentlichen dieselbe ist. Ein gleichmäßiges Verteilen der Masse der Umfangswand über und unter der radialen Wand kann auf eine Anzahl von Arten bewerkstelligt werden. Z. B. kann die Umfangswand über und unter der radialen Wand symmetrisch gemacht werden. Um Symmetrie aufrechtzuerhalten, wäre es daher wünschenswert, dass der Spinnkopf eine untere Lippe oder eine andere Struktur mit ähnlich verteilter Masse aufweist, die unter der radialen Wand angeordnet ist, um ein Gegengewicht für die obere Lippe zu bilden. In ähnlicher Weise kann der Spinnkopf eine untere Öffnung aufweisen, die unterhalb der radialen Wand angeordnet ist und durch eine Struktur mit ähnlicher Masse und Verteilung ausgebildet ist, um ein Gegengewicht für die die obere Öffnung bildende Struktur zu bilden.
Eine Vorrichtung gemäß den Prinzipien der Erfindung kann so ausgebildet werden, dass sie sowohl Fasern aus mehreren Komponenten als auch Fasern aus einzelnen Komponenten auszentrifugiert und Fasern aus einem oder mehreren thermoplastischen Materialien herstellt. Z. B. gehört zu einer Ausführungsform der vorliegenden Faserherstellvorrichtung ein Spinnkopf mit einer radialen Wand mit einer Oberseite, einem auf dieser angeordneten Damm, einer Unterseite und mindestens einer Durchflussöffnung, die die Ober- und die Unterseite der radialen Wand verbindet, wobei vorzugsweise mehrere derartige Durchflussöffnungen vorhanden sind. Wenn das geschmolzene thermoplastische Material einmal auf der Oberseite der radialen Wand abgelagert ist, fließt es radial nach außen über die Oberseite, wenn sich die radiale Wand dreht. Der Damm ist so angeordnet und für den Betrieb so ausgebildet, dass er ein geschmolzenes thermoplastisches Material durch die mindestens eine Durchflussöffnung lenkt, wenn das Material über die obere Seite radial nach außen fließt. Wenn das geschmolzene Material einmal durch die Durchflussöffnung geflossen ist, fließt es radial nach außen über die Unterseite der radialen Wand, gegen den Abschnitt der Umfangswand, der sich unter der radialen Wand erstreckt, und durch Faserherstellöffnungen in der Umfangswand.
Wenn zwei geschmolzene thermoplastische Materialien Verwendet werden, kann ein geschmolzenes Material auf der Oberseite der radialen Wand radial vor dem Damm abgelagert werden, und das andere geschmolzene Material kann auf der Oberseite radial jenseits des Damms abgelagert werden. Auf diese Weise strömt das eine geschmolzene Material radial nach außen über die Oberseite der radialen Wand, wird mittels des Damms durch die mindestens eine Durchflussöffnung gelenkt, fließt radial nach außen über die Unterseite der radialen Wand und fließt durch Faserherstellöffnungen in der Umfangswand. Gleichzeitig fließt das andere geschmolzene Material auf seinem Weg zur Umfangswand radial nach außen über die Oberseite der radialen Wand. Abhängig vom für den Spinnkopf gewählten Typ der Umfangswand fließt das andere geschmolzene Material entweder durch eigene Öffnungen, um Fasern aus einer einzelnen Komponente getrennt von denen aus dem einen geschmolzenen Material zu bilden, oder die zwei geschmolzenen Materialien werden gemeinsam in dieselben Öffnungen geleitet, um Mehrkomponentenfasern zu bilden.
Da geschmolzenes Material sowohl über als auch unter der radialen Wand gegen die Umfangswand fließen kann, wenn ein derartiger Damm verwendet wird, der über eine untere Lippe und auch eine obere Lippe verfügt, ist es besonders wünschenswert, zu gewährleisten, dass das geschmolzene Material nicht über die Umfangswand und um diese herum fließt. Es kann auch wünschenswert sein, einen derartigen Damm selbst dann zu verwenden, wenn nur ein geschmolzenes thermoplastisches Material verwendet wird. Dadurch, dass das geschmolzene thermoplastische Material radial sowohl über die Ober- als auch die Unterseite der radialen Wand fließen darf, wird die Gesamtmasse, die durch das geschmolzene Material zum Spinnkopf hinzugefügt wird, gleichmäßiger verteilt und hat weniger Einfluss auf die radiale Auswuchtung des Spinnkopfs während des Zentrifugierprozesses.
Es ist wichtig, dass das Innere des Spinnkopfs auf einer Temperatur bleibt, die es erlaubt, dass das geschmolzene thermoplastische Material leicht fließt. Daher kann es wünschenswert sein, wenn der Spinnkopf über eine untere Öffnung verfügt, diese untere Öffnung im Wesentlichen mit einer Form einer Wärmeabschirmung zu bedecken, um dazu beizutragen, die Flusstemperatur im Spinnkopf aufrechtzuerhalten. Es kann dafür gesorgt werden, dass die Masse der Abschirmung wenig, falls überhaupt, Einfluss auf die radiale Auswuchtung des Spinnkopfs hat, wenn die Abschirmung als Element getrennt von der radialen Wand und der Außenumfangswand ausgebildet wird.
Häufig wird heiße Luft dazu verwendet, das thermoplastische Material zu schmelzen und es im geschmolzenen Zustand zu halten, bis die Fasern hergestellt sind. Die Strömung heißer Luft über die Ober- und die Unterseite der Umfangswand kann dazu verwendet werden, die Temperaturverteilung über die Umfangswand zu kontrollieren. Vorzugsweise ist zwischen der Abschirmung und der Umfangswand des Spinnkopfs ein Zwischenraum ausgebildet, der es heißer Luft ermöglicht, über die Unterseite der Umfangswand zu strömen und zu gewährleisten, dass das gesamte in der Umfangswand vorhandene thermoplastische Material geschmolzen bleibt.
Bei einer anderen Ausführungsform verfügt die vorliegende Faserherstellvorrichtung über eine Nabe, die an einem Ende ihrer Welle angebracht ist, um sich mit dieser zu drehen. Die Nabe ist für den Betrieb so ausgebildet, dass die radiale Wand des Spinnkopfs angebracht werden kann, damit diese leicht an der Weile befestigt und von dieser abgenommen werden kann. Bei einem Spinnkopf mit einer unteren Öffnung, die durch eine Wärmeabschirmung überdeckt ist, kann die Nabe so ausgebildet sein, dass sie auch die Abschirmung hält. Wenn z. B. die Abschirmung eine durch sie hindurch ausgebildete zentrale Öffnung aufweist, kann die Nabe einen kreisförmigen Bund aufweisen, auf dem die Abschirmung sitzt, wenn die Nabe durch die zentrale Öffnung hindurch angeordnet ist. Durch gesondertes Anbringen der Abschirmung an der Nabe können die radiale Wand und die Umfangswand des Spinnkopfs unabhängig davon, wie sich die Abschirmung während des Zentrifugierens verformt, radial ausbalanciert gehalten werden.
Die Nabe kann den Spinnkopf dadurch mit dem Ende der drehbaren Welle verbinden, dass durch die radiale Wand eine zentrale Öffnung ausgebildet wird und die Nabe durch diese hindurch angebracht wird. Da die zentrale Öffnung der radialen Wand im Gebrauch hohen Temperaturen ausgesetzt ist, zeigt sie die Tendenz einer Durchmesservergrößerung im Verlauf der Zeit relativ zur Nabe aufgrund einer Wärmeausdehnung, Rotationsbelastungen und Kriechen. Wenn sich die zentrale Öffnung des Spinnkopfs in dieser Weise vergrößern kann, kann sich dieser so bewegen, dass er gegenüber der sich drehenden Welle versetzt ist, was zu übermäßigen Schwingungen und Verwindung führt. Dieses Problem wird ausgeprägter, wenn die Größe des Spinnkopfs, und so der Durchmesser der zentralen Öffnung, zunehmen. Daher wird der Spinnkopf vorzugsweise so an der Nabe angebracht, dass verhindert wird, dass sich die zentrale Öffnung der radialen Wand um einen nennenswerten Wert von der Nabe weg entfernt. Ein Weg, diese Trennung zwischen der Nabe und der radialen Wand zu verhindern, besteht darin, dass die radiale Wand mindestens einen Flansch aufweist, der zumindest teilweise die zentrale Öffnung bildet. Dieser Flansch wird dann in einer in der Nabe ausgebildeten entsprechenden Nut befestigt.
Das Problem einer durch die Temperatur hervorgerufenen asymmetrischen (d. h. nicht radialen) Verformung wird bei bekannten Spinnköpfen wahrscheinlich ausgeprägter, wenn der Außendurchmesser des Spinnkopfs zunimmt, insbesondere bei Spinnköpfen mit einem Außendurchmesser von mindestens 12 Zoll (ungefähr 30,5 cm). Es ist auch zu erwarten, dass eine derartige Verformung zunimmt, wenn die Masse im Bereich der Außenumfangswand des Spinnkopfs zunimmt, wie es häufig bei Außenumfangswänden der Fall ist, die dazu ausgebildet sind, Mehrkomponentenfasern herzustellen. In beiden Fällen beruht die Zunahme der asymmetrischen Verformung zu einem großen Teil auf einer sich ergebenden Zunahme der Momentkräfte, die am Außenumfang des Spinnkopfs nach unten wirken. Die Prinzipien der Erfindung erlauben es, eine derartige schädliche Verformung selbst bei Spinnköpfen mit großem Durchmesser so wie solchen, die dazu konzipiert sind, Mehrkomponentenfasern herzustellen, wesentlich einzuschränken, falls nicht zu beseitigen.
Die Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Teilschnitt-Seitenansicht einer Faserherstelleinrichtung mit einem Spinnkopf gemäß den Prinzipien der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Spinnkopfs der Fig. 1, der am Ende der Spindel angebracht ist;
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Teils des Spinnkopfs der Fig. 2 entlang einer Linie 3-3; und
Fig. 4 ist eine Seitenschnittansicht des Spinnkopfs der Fig. 3 entlang einer Linie 4-4.
Obwohl die Erfindung hier in Form einer speziellen Ausführungsform beschrieben wird, ist es für den Fachmann leicht ersichtlich, dass verschiedene Modifizierungen, Neuanordnungen und Ersetzungen vorgenommen werden können.
Gemäß den Fig. 1 und 2 verfügt eine Faserherstellvorrichtung oder eine Fasereinheit 10 über eine Zentrifuge oder einen Spinnkopf 12, der am unteren Ende einer drehbaren Hohlwelle oder Spindel 14 befestigt ist. Der Spinnkopf 12 wird durch Drehen der Spindel 14 gedreht, wie es in der Technik bekannt ist. Der Spinnkopf 12 verfügt über eine radiale Wand 16, die sich von der Spindel 14 radial nach außen erstreckt und über einen Außenumfang verfügt. Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei alternative Ausführungsformen der radialen Wand 16. Diese beiden Ausführungsformen sind mit derselben Bezugszahl 16 gekennzeichnet. Eine Außenumfangswand 18 ist um den Außenumfang der radialen Wand 16 herum angeordnet, und sie verfügt über eine Anzahl von Öffnungen 20 zum Auszentrifugieren von Fasern 22 eines geschmolzenen thermoplastischen Materials, z. B. Glas.
Durch die Drehung des Schwingkopfs 12 (wie durch den Kreispfeil in der Fig. 1 dargestellt), wird geschmolzenes Glas durch Öffnungen 20 in der Umfangswand 18 des Spinnkopfs ausgeschleudert, um Primärfasern 22 zu erzeugen. Die Primärfasern 22 werden durch die Wärme eines Ringbrenners 24 in einem weichen, verfeinerungsfähigen Zustand gehalten. Eine Anzahl interner Brenner 26 ist umfangsmäßig um die Spindel 14 herum angeordnet, und sie werden dazu verwendet, das Innere des Spinnkopfs 12 zu erwärmen, um zu verhindern, dass das geschmolzene thermoplastische Material vor der Ausbildung zu Fasern erstarrt oder verglast. Ein Ringbrenner 28, der durch einen Kanal 30 eingeleitete Luft verwendet, ist so positioniert, dass er die Primärfasern 22 zieht und sie ferner zu Sekundärfasern 32 verfeinert, die zur Verwendung in einem Erzeugnis, wie Dämmwollematerialien, geeignet sind. Die Sekundärfasern 32 werden dann auf einem Förderer (nicht dargestellt) zusammengefasst, um zu einem Produkt, wie einem Glaswolleballen, geformt zu werden.
Da der Spinnkopf 12 dazu verwendet wird, Mehrkomponentenfasern 32 herzustellen, verfügt er über einen integral ausgebildeten, kreisförmigen Damm 34, der sich von der Oberseite der radialen Wand 16 aus nach oben erstreckt und zur Rotationsachse der Spindel 14 hin zurückgewinkelt ist. Durch die radiale Wand 16 hindurch sind mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Durchflussöffnungen 36 ausgebildet, die die Ober- und die Unterseite derselben miteinander verbinden. Jede Durchflussöffnung 36 ist gerade an der Innenseite des Damms 34 unter einem spitzen Winkel zur radialen Wand 16 durch diese hindurch ausgebildet. Der Damm 34 ist mit einem ähnlichen spitzen Winkel zur radialen Wand 16 hin ausgebildet. Durch die radiale Wand 16 hindurch ist eine Anzahl von Gasabführlöchern 38 ausgebildet, um Wege für die Strömung der heißen Abgase der internen Brenner 26 durch die radiale Wand 16 zu bilden. Diese heißen Abgase strömen von Brennern 26 durch eine durch eine obere ringförmige Lippe 43 gebildete obere Öffnung 39 in eine obere Kammer 40 des Spinnkopfs 12, die über der radialen Wand 16 ausgebildet ist. Dann strömen die heißen Gase durch die Abführöffnungen 38 in eine unter der radialen Wand 16 ausgebildete untere Kammer 42 und durch eine untere Öffnung 41, die durch eine untere ringförmige Lippe 45 gebildet ist. Der Spinnkopf 12 ist oben und unten zumindest teilweise offen, so dass er während des Auszentrifugierens der Fasern radial ausbalanciert ist.
Es ist wichtig, dass die obere und die untere Kammer 40 und 42 des Spinnkopfs 12 auf einer Temperatur bleiben, bei der das geschmolzene thermoplastische Material leicht fließen kann. Daher ist ein Teil 44 der Fasereinheit 10, typischerweise ein unteres, zentrales Gehäuse, direkt oberhalb des Spinnkopfs 12 für den Betrieb so ausgebildet, dass er die obere Öffnung 39 des Spinnkopfs 12 im Wesentlichen bedeckt. Eine Kreisplatte oder eine Strahlungsabschirmung 46 wird dazu verwendet, die untere Öffnung 41 des Spinnkopfs 12 im Wesentlichen zu bedecken. Auf diese Weise kann im Inneren des Spinnkopfs 12 die gewünschte hohe Temperatur aufrecht erhalten werden. Vorzugsweise sind entlang dem Außenumfang der Abschirmung 46 mehrere in Umfangsrichtung getrennte Abstandshalter 43 ausgebildet. Diese Abstandshalter 48 halten die Abschirmung 46 auf einem minimalen Abstand zum Spinnkopf 12.
Die untere Ecke der Umfangswand einiger bekannter Spinnköpfe erfuhr Abkühlprobleme, was dazu führte, dass thermoplastisches Material verfrüht erstarrte. Es wird angenommen, dass diese unerwünschte Abkühlung durch unzureichende Zirkulation des heißen Gases in der unteren Kammer des Spinnkopfs hervorgerufen wird. Dieses Problem wurde dadurch gelöst, dass es dem heißen Gas erlaubt wurde, aus der unteren Kammer 42 auszuströmen. So sind um den Außenumfang der Abschirmung 46 mehrere Zwischenräume 50 ausgebildet, mit einem Zwischenraum 50 zwischen jeweils zwei benachbarten Abstandshaltern 48. Diese Zwischenräume 50 bilden einen Weg für die Abgase von den Brennern 26, damit sie durch die untere Kammer 42 strömen und aus dieser austreten können, was die Zirkulation und die Strömung der Gase durch den Spinnkopf verbessert.
In die obere Kammer 40 aus den Brennern 26 eintretende Abgase können auch durch einen zwischen dem Spinnkopf 12 und dem Gehäuseteil 44 ausgebildeten Raum 52 hindurch durch die obere Kammer 40 und aus dieser heraus strömen. Auf diese Weise können heiße Abgase von den Brennern 26 angrenzend an die Ober- und die Unterseite der Umfangswand 18 umgewälzt werden, um dadurch das Temperaturprofil über die gesamte Wand 18 des Spinnkopfs zu kontrollieren. Wenn über das gesamte Innere des Spinnkopfs 12 hinweg ein gleichmäßigeres Temperaturprofil aufrechterhalten wird, trägt dies dazu bei, dass das thermoplastische Material ausreichend geschmolzen bleibt, um sowohl an der Unterseite als auch der Oberseite der Umfangswand 18 und durch die Öffnungen 20 hindurch geeignet zu fließen.
Die Wärmeabschirmung 46 ist ein von der radialen Wand 16 und der Umfangswand 18 getrenntes Element, so dass die Masse derselben wenig, falls überhaupt, Einfluss auf die radiale Auswuchtung des Spinnkopfs 12 hat. Sowohl die radiale Wand 16 des Spinnkopfs 12 als auch die Wärmeabschirmung 46 sind an einer Nabe 54 angebracht. Die Nabe 54 ist für Drehung mit dem unteren Ende der Spindel 14 montiert. Die Nabe 54 beinhaltet einen unteren kreisförmigen Bund 56, auf dem die Abschirmung 46 ruht, vorzugsweise mit Verschraubung. Die radiale Wand 16 verfügt über einen kreisförmigen Flansch 58, der in einer passenden kreisförmigen Nut 60 sitzt, die an der Oberseite der Nabe 54 ausgebildet ist. Auf die Oberseite der Nabe 54 und über die radiale Wand 16 ist eine kreisförmige Klemmplatzte 62 geschraubt, um den Flansch 58 in der Nut 60 zu halten.
In ein Bohrungsloch, das durch das Zentrum der Nabe 54 ausgebildet ist, ist durch Presssitz ein hohler Dorn 64 befestigt, der durch drei in Umfangsrichtung beabstandete Verriegelungsstifte 66 festgeklemmt ist. Das obere Ende des Dorns 64 ist in das untere Ende einer hohlen Zugstange 68 eingeschraubt. Die Zugstange 68 ist am oberen Ende der Spindel 14 zu einer Zugplatte 62, gemeinsam mit dem Dorn 64 und der Nabe 54, federbelastet gegen das untere Ende der Spindel 14 angebracht. Der Dorn 64 wird dadurch teilweise gekühlt, dass Kühlluft durch eine stufenförmige Bohrung, die durch die Zugstange 68 hindurch ausgebildet ist, und in eine durch den Dorn 64 hindurch ausgebildete andere stufenförmige Bohrung umgewälzt wird. Der Dorn 64 wird ferner vorzugsweise mit Wasser gekühlt, das durch einen um die Spindel 14 und den Dorn 64 herum und über der. Nabe 54 angeordneten ringförmigen Kühlmantel 70 umgewälzt wird. Der Dorn 64 und die Nabe 54 bestehen jeweils aus einer Legierung mit geringer Wärmeexpansion, um Wärmeexpansionsdifferenzen zwischen ihnen zu minimieren.
Es ist wichtig, die konzentrische Beziehung zwischen dem Spinnkopf 12 und der Spindel 14 aufrecht zu erhalten. Wenn sich der Spinnkopf während des Zentrifugierens aus dem Zentrum heraus bewegen kann, kann dies zu übermäßigen Schwingungen und Verwindung desselben führen. Dies führte bei bisherigen Fasereinheiten zu einem schwerwiegenden Problem. Daher beinhaltet die Erfindung vorzugsweise eine Konstruktion zum zentrierten Halten des Spinnkopfs 12 an der Nabe 54 und dem Dorn 64. Zu einer Art zum Halten des Spinnkopfs 12 in zentrierter Weise gehört beispielsweise das Anpassen des Außendurchmessers des Spinnkopfflanschs 58 in solcher Weise, dass er dicht an der Innenfläche der Nabennut 60 anliegt. Wenn der Dorn 64 und die Nabe 54 aus einem Material mit geringer Wärmeexpansion bestehen und sie gekühlt werden, wie bisher beschrieben, bildet der Spinnkopfflansch 58 eine engere Passung zur Innenfläche der Nut 60, wenn er aufgrund von Wärmeexpansion, Rotationsbelastungen und/oder Kriechen größer wird.
Während des Betriebs der Fasereinheit 10 kann die radiale Wand 16 anfällig für Rissbildung durch Wärmeexpansion in den Abführöffnungen 38 werden. Um ein derartiges vorzeitiges Reißen der radialen Wand 16 zu verhindern, kann es wünschenswert sein, die Dicke der radialen Wand 16 im jede Abführöffnung 33 umgebenden Gebiet aufzubauchen oder in anderer Weise deren Dicke zu erhöhen. Als andere Wahlmöglichkeit kann es wünschenswert sein, die Form jeder Abführöffnung 38 so zu ändern, dass sich dort weniger Spannungen konzentrieren. Z. B. könnte jede Abführöffnung oval statt kreisförmig ausgebildet werden, wobei die Hauptachse jeder ovalen. Öffnung so ausgerichtet ist, dass eine Krümmung in Umfangsweise um den Spinnkopfflansch 58 existiert. Alternativ könnte, falls erforderlich, jede Abführöffnung 38 so modifiziert werden, dass sie sowohl oval ist als auch der jede derartige Öffnung 38 umgebende Bereich aufgebaucht ist.
Das Innere des Spinnkopfs 12 wird mit zwei gesonderten Strömen geschmolzenen Glases versorgt, einem ersten, ein Glas A enthaltenden Strom 78 und einem zweiten, ein Glas B enthaltenden Strom 80. Die Gläser in den beiden Strömen 78 und 80 tropfen direkt auf die Oberseite der radialen Wand 16 des Spinnkopfs, und sie fließen aufgrund der Zentrifugalkraft zur Umfangswand 18 des Spinnkopfs nach außen. Das Glas A im geschmolzenen Glasstrom 78 wird radial näher an der Spindel 14 positioniert, und es landet innerhalb des Damms 34. Am Damm 34 bildet sich als Erstes ein Stau oder Kopf des Glases A. Dann fließt das Glas A durch die verschiedenen Öffnungen 36 von der Oberseite zur Unterseite der radialen Wand 16. Die Durchflussöffnungen 36 sind so bemessen und liegen mit solcher Anzahl vor, dass gewährleistet ist, dass kein Glas A über den Damm 34 entweicht. Das Glas A fließt entlang der Unterseite der Wand 16 zur Umfangswand 18 weiter, wie dargestellt. Das Glas 3 im geschmolzenen Glasstrom 80 wird radial weiter entfernt von der Spindel 14 positioniert und landet außerhalb des Damms 34. Dann fließt das Glas B direkt zur Umfangswand 18, wie dargestellt. Die Ströme 78 und 80 können einander benachbart auf derselben Seite der Spindel 14 angebracht werden, jedoch werden sie vorzugsweise so angebracht, dass die Gläser A und B auf entgegengesetzten Seiten des Spinnkopfs 12 heruntertropfen, wie dargestellt.
Wie es am besten in der Fig. 13 dargestellt ist, ist der Spinnkopf 12 mit einer vertikalen Innenwand 84 versehen, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft und radial innerhalb der Umfangswand 18 des Spinnkopfs positioniert ist. Wenn die Gläser A und B zur Umfangswand 18 fließen, stauen sie sich an der Innenwand 84 über bzw. unter der radialen Wand 16. Die obere und die untere ringförmige Lippe 43 und 45 tragen dazu bei, sicherzustellen, dass das geschmolzene Material nicht um die Innenwand 84 herum und über die Umfangswand 18 hinweg fließt (siehe die Fig. 1). Eine Reihe vertikaler Trennwände 86, die zwischen der Umfangswand 18 des Spinnkopfs und der vertikalen Innenwand 84 positioniert sind, unterteilen diesen Raum in eine Reihe vertikal ausgerichteter Abt eile 88, die im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Umfangswand 18 des Spinnkopfs verlaufen. Abwechselnde Abteilungen enthalten das Glas A bzw. das Glas B, das durch in der Innenwand 84 ausgebildete Schlitze 89 bzw. 90 (siehe die Fig. 1) in die Abteilungen 88 fließt. Es ist erkennbar, dass die radiale Wand 16, die vertikale Innenwand 84 und die Trennwände 86 gemeinsam eine Unterteilungseinrichtung bilden, um die Gläser A und B in abwechselnde, benachbarte Abteilungen 88, durch die Schlitze 89 bzw. 90, zu leiten, so dass jede übernächste Abteilung das Glas A enthält, während die restlichen Abteilungen das Glas B enthalten.
Die Öffnungen 20 an der Umfangswand 18 der Spinneinrichtung sind jeweils angrenzend an die radialen Außenränder der vertikalen Trennwände 86, und im Wesentlichen mit diesen ausgerichtet, positioniert. Wie es am besten aus der Fig. 4 erkennbar ist, befindet sich eine Reihe von Kanälen 92 und 93 in jeder der Abteilungen 88, durch die geschmolzenes thermoplastisches Material fließt. Vorzugsweise liegen diese Kanäle angrenzend an jede Seite der Trennwände 86, und sie kommunizieren mit Öffnungen 20 an der Außenseite der Umfangswand 18.
Wie dargestellt, sind die Kanäle 92 und 93 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, und sie sind vorzugsweise so bemessen, dass sie in benachbarten Abteilungen 88 für gleiche Fließlängen der Glaskomponenten A und B sorgen. Dies gewährleistet, dass dann, wenn die Komponenten A und B nebeneinander aus den Öffnungen 20 austreten, ungefähr gleiche Mengen der Gläser A und B für jede Faser vorliegen. Es ist ersichtlich, dass dann, wenn ungleiche Mengen der Gläser A und B erwünscht sind, die Kanäle 92 und 93 so bemessen werden können, dass sie für ungleiche Fließmengen sorgen, was zu ungleichen Anteilen in einer Zweikomponentenfaser führt. Ein derartiges Ergebnis kann in bestimmten Fällen wünschenswert sein. Außerdem können die Kanäle in jeder Abteilung so modifiziert werden, dass für eine Variation der Verhältnisse und der Konfiguration der Gläser A und B in den erzeugten Zweikomponentenfasern gesorgt ist. Die Anzahl der ausgebildeten Kanäle hängt von der Höhe der Umfangswand 18 des Spinnkopfs ab. Die Anzahl und die Größe der Kanäle sowie die Fließrate der geschmolzenen Gläser in die Fächer 88 wird so gewählt, dass sich ein "Kopf" geschmolzenen Materials aufbaut, der die Kanäle in jedem Fach überdeckt.
Aus der obigen Offenbarung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und der vorangehenden detaillierten Beschreibung erkennt der Fachmann leicht verschiedene Modifizierungen, denen die Erfindung zugänglich ist. Z. B. ist zwar die oben im Einzelnen beschriebene Ausführungsform dazu ausgebildet, Zweikomponentenfasern herzustellen, jedoch soll die Erfindung auch bei Ausführungsformen anwendbar sein, die zum Herstellen von Einkomponentenfasern ausgebildet sind.

Claims

1. Spinnkopf (12), der zur Befestigung an einem Ende einer drehbaren Welle (14) in einer Fasereinheit (10) eingerichtet ist, wobei der Spinnkopf folgendes umfaßt:

eine Radialwand (16), die mit der Welle verbunden ist und sich davon ausgehend nach außen erstreckt und einen Außenbereich (84) aufweist, und

eine äußere Umfangswand (18) mit mehreren Öffnungen (20) zum Ausschleudern von Fasern (22) aus mindestens einer thermoplastischen Schmelze (78, 80), wobei die Umfangswand um den Außenbereich der Radialwand herum angeordnet ist und nur von dieser gehalten wird,

dabei ist der Spinnkopf für den Betrieb so eingerichtet, daß er radial ausbalanciert ist, so daß eine beim Schleudern auftretende Verformung der Radialwand und der Außenwand im wesentlichen radial und nicht asymmetrisch verläuft.

2. Spinnkopf nach Anspruch 1, der zusätzlich eine obere Lippe (43) und eine untere Lippe (45) aufweist, die sich jeweils von der Außenwand ausgehend radial nach innen erstrecken, wobei die Radialwand zwischen der oberen und der unteren Lippe verläuft.

3. Spinnkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Masse der Außenwand oberhalb und unterhalb der Radialwand (16) im wesentlichen gleich ist.

4. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer oberen Öffnung (39) und einer unteren Öffnung (41), die jeweils oberhalb und unterhalb der Radialwand angeordnet sind, sowie einem Schirm (46), der dazu dient und so angeordnet ist, daß er im wesentlichen die untere Öffnung abdeckt.

5. Spinnkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf der oberen Fläche der Radialwand ein Damm (34) angeordnet ist, und mindestens eine Durchflußöffnung (36) durch die Wand verläuft, wobei der Damm im Betrieb dazu dient, auf der oberen Fläche und radial innerhalb des Damms befindliche thermoplastische Schmelze (78, 80) bei Rotation des Spinnkopfs durch die Durchflußöffnung zu leiten.

6. Vorrichtung (10) zur Faserherstellung mit

einem Spinnkopf (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der an einem Ende einer drehbaren Welle (14) befestigt ist, und

einer Einrichtung zum Liefern mindestens einer thermoplastischen Schmelze durch die obere Öffnung in den Spinnkopf.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die zusätzlich eine an einem Ende der Welle angebrachte Nabe (54) mit einem Bund (56) aufweist, die durch eine zentrale Öffnung des auf dem Bund der Nabe sitzenden Schirms (46) hindurch verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, die zusätzlich eine an einem Ende der Welle angebrachte Nabe (54) aufweist, wobei die Radialwand an der Nabe angebracht ist, und die Ausführung der Nabe ohne weiteres Befestigung und Entnahme der Radialwand von der Welle erlaubt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, die zusätzlich eine an einem Ende der Welle angebrachte Nabe (54) aufweist, wobei die Radialwand eine zentrale Öffnung aufweist durch die die Nabe hindurch verläuft, und die Radialwand so an der Nabe befestigt ist, daß verhindert wird, daß sich die zentrale Öffnung über einen zulässigen Betrag hinaus von der Nabe weg ausdehnt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Radialwand mindestens einen Flansch (58) umfaßt, der mindestens teilweise die zentrale Öffnung definiert, und die Nabe mindestens eine Nut (60) aufweist, in der der Flansch gesichert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Einrichtung mindestens eine thermoplastische Schmelze (78, 80) durch die obere Öffnung (39) auf die Radialwand (16) des Spinnkopfes aufbringt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung eine thermoplastische Schmelze (78) radial innerhalb und eine weitere thermoplastische Schmelze (80) radial außerhalb des Datums auf die obere Fläche aufbringt.

13. Vorrichtung (10) zur Herstellung von Fasern (32) mit

einem Spinnkopf (12) der an einem Ende einer drehbaren Welle (14) befestigt ist, wobei der Spinnkopf folgendes umfaßt:

eine obere Öffnung (39), eine untere Öffnung (41), und eine dazwischen angeordnete Radialwand (16), wobei das Wellenende nach unten durch die obere Öffnung verläuft und die Radialwand mit der Welle verbunden ist und sich von dieser ausgehend nach außen erstreckt und einen kreisförmigen Außenbereich aufweist,

eine äußere Umfangswand (18) mit einer oberen und unteren Umfangslippe (43, 45) und mehreren Öffnungen (20) zum Ausschleudern von Fasern aus mindestens einer thermoplastischen Schmelze (78, 80), wobei die Umfangswand um den Umfangsbereich der Radialwand herum angeordnet ist und nur von dieser gehalten wird, wobei die Radialwand zwischen der oberen und unteren Lippe angeordnet ist, so daß die Masse der Umfangswand oberhalb und unterhalb der Radialwand im wesentlichen gleich ist, und sich jede Lippe von der Umfangswand aus radial nach innen in Richtung der drehbaren Welle erstreckt, und

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, die zusätzlich eine an einem Ende der Welle angebrachte Nabe (54) und einen separaten Schirm (46) aufweist, der so ausgeführt und angeordnet ist, daß er im wesentlichen die untere Öffnung des Spinnkopfs abdeckt, wobei die Nabe mit einer ringförmigen Nut (60) und einem unteren Bund (56) versehen ist, die Radialwand eine durch einen ringförmigen Flansch (58) definierte erste Öffnung aufweist, der Schirm scheibenförmig, mit einer zweiten zentralen Öffnung ausgebildet ist, die Nabe durch die zentrale Öffnung hindurch verläuft, wobei der Flansch in der Nut gesichert ist, der Schirm auf dem unteren Bund sitzt, und die Nabe so ausgeführt ist, daß eine leichte Entnahme und Befestigung der Radialwand und des Schilds möglich ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Einrichtung mindestens eine thermoplastische Schmelze (78, 80) durch die obere Öffnung auf die Radialwand des Spinnkopfs aufbringt, und die Umfangswand so ausgeführt ist, daß sie Fasern aus mehreren thermoplastischen Schmelzen ausschleudert.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Radialwand (16) einen auf der oberen Fläche angeordneten, ringförmigen Damm (34) aufweist, und mehrere Durchflußöffnungen (36) radial innerhalb des Damms durch die Wand führen, die Einrichtung eine thermoplastische Schmelze (78) radial innerhalb des Damms und eine weitere thermoplastische Schmelze (80) radial außerhalb des Damms auf die obere Fläche aufbringt, und der Damm so ausgeführt ist, daß er eine thermoplastische Schmelze durch die Durchflußöffnungen zu den Öffnungen (20) leitet, wenn die thermoplastische Schmelze auf der oberen Fläche der Radialwand nach außen fließt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Spinnkopf einen Außendurchmesser von mindestens 30 cm (12 Zoll) aufweist.