EP1163380B1

EP1163380B1 - Spinndüse

Info

Publication number: EP1163380B1
Application number: EP00909357A
Authority: EP
Inventors: Klaus Rennebeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-14
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: AU3166400A; DE50007485D1; EP1163380A1; WO2000055400A1; ATE274076T1; JP2002539339A; KR20010108354A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spinndüse zur Herstellung von Faserfilamenten.

Derartige Spinndüsen funktionieren nach Art eines Expanionsventils, durch das die Spinnmasse unter Druckabsenkung nach außen tritt. Durch die beim Austritt der Spinnmasse bewirkte Abkühlung derselben bildet sich auf der extrudierten Spinnmasse zunächst eine Haut und schließlich das Filament als solches. Dieser Vorgang kann durch zusätzliches Abkühlen, Trocknen oder UV-Belichten beschleunigt werden.

Die Spinndüsen des Standes der Technik sind aus Vollmaterialien, z.B. aus Stahl, Keramik, Edelmetallen oder Kunststoffen hergestellt. So sind beispielsweise insbesondere Spinndüsen aus tiefgezogenen, gelochten Edelstahlblechen üblich. Dabei dienen die Lochungen als Düsenöffnungen für den Austritt der Spinnmasse. Derartige Spinndüsen haben jedoch den Nachteil, dass sie leicht verstopfen und kompliziert zu reinigen sind. Des weiteren ist bereits bei Beschädigung und Beeinträchtigung eines kleinen Teils der Düsenöffnungen, beispielsweise durch Korrosion, die gesamte Spinndüse unbrauchbar und muß ausgewechselt werden.

Aus der DE-GM 1 977 091 ist eine Spinndüse bekannt, welche eine Stirnplatte mit einer abgestuften Bohrung aufweist. Dieser Bohrung ist ein massiver Einsatz eingefügt, der eine oder mehrere durchgehende Öffnungen aufweist. Der Einsatz ist mittels Dichtungsmasse fest mit der Bohrung verbunden. Wenn der Einsatz entnommen werden soll, wird die Spinndüse solange erhitzt, bis die Dichtungsmasse schmilzt, sodass der Einsatz entnommen werden kann.

Aus der DE 2 324 599, der GB 1 033 627 sowie aus der US 4 140 507 sind Spinndüsen bekannt, welche eine massive Düsenplatte aufweisen, in die jeweils ein röhrchenförmiger Einsatz mit einer Auskragung eingefügt ist.

Eine weitere Spinndüse ist aus der EP 0 129 367 bekannt. Auch diese Düse weist eine massive Düsenplatte auf, durch welche sich die Düsenöffnungen erstrecken. In jede der Düsenöffnungen ist ein Pressfitting eingefügt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Druckstabilität derartiger Spinndüsen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spinndüse nach Anspruch 1 erfüllt. Die erfindungsgemäße Spinndüse zur Herstellung von Faserfilamenten weist mindestens eine Düsenöffnung für den Austritt der Spinnmasse auf, wobei die mindestens eine Düsenöffnung eine endliche Länge 1 aufweist und wobei in jede Düsenöffnung entnehmbar ein röhrchenförmiger Einsatz eingefügt ist, durch den die Spinnmasse nach außen geführt wird. Der röhrchenförmige Einsatz weist ein im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf und ist vorzugsweise zu seinem vorderen Ende hin kronisch verjüngt.

Beim Ausspinnen der Faserfilamente wird die Spinnmasse in dem röhrchenförmigen Einsatz geführt, bevor sie unter Druckentspannung nach außen tritt. Wenn sich der röhrchenförmige Einsatz im wesentlichen über die gesamte Länge S der Düsenöffnung erstreckt, kommt die Spinnmasse mit den Düsenöffnungen selbst nicht in Kontakt, sondern lediglich mit dem röhrchenförmigen Einsatz bzw. den röhrchenförmigen Einsätzen. Da diese entnehmbar in die Düsenöffnung bzw. die Düsenöffnungen eingefügt sind, kann die Reinigung der Spinndüse einfach durch Herausnahme der jeweiligen Einsätze und Säuberung derselben erfolgen. Bei Abnutzung oder nicht zu entfernenden Verunreinigungen einzelner Einsätze muß nur der jeweils betroffene Einsatz ersetzt werden, wodurch der Spinndüse als Ganzes eine erhöhte Lebensdauer zukommt.

Die röhrchenförmigen Einsätze, deren innerer Durchmesser für den Außendurchmesser der hergestellten Faserfilamente bestimmend ist, sind vorzugsweise aus Saphir, Tantal, Elementen der achten Nebengruppe, Wolfram, Keramik, Naturstein oder Kunststoff ausgebildet.

Der röhrchenförmige Einsatz jeder Düsenöffnung ist vorzugsweise als Kranzröhrchen ausgebildet. Mit "Kranzröhrchen" werden solche röhrchenförmigen Einsätze bezeichnet, deren eines Ende mit einer Ausstülpung oder einem Kragen versehen ist. Durch diesen Kragen oder Kranz wird der Einsatz innerhalb der Düsenöffnung gehalten. Hierzu befindet sich der Kragen oder Kranz auf der Druckseite der Spinndüse, d.h. auf derjenigen Seite, auf der die Spinnmasse in den röhrchenförmigen Einsatz eintritt. Das Kranzröhrchen ist so ausgestaltet, dass der Kranz, wenn das Röhrchen in die Spinndüse eingesetzt ist, auf der Oberfläche der Druckseite der Spinndüse bündig aufliegt.

Es ist möglich, dass die röhrchenförmigen Einsätze nicht direkt in die Düsenöffnungen, sondern vielmehr in ein äußeres Röhrchen bzw. eine äußere Muffe eingeführt sind, welche Muffe ihrerseits in die Düsenöffnung, vorzugsweise von der Spinnmassenaustrittsseite her, eingesetzt ist. Diese Muffen oder äußeren Röhrchen können ebenfalls als Kranzröhrchen ausgebildet sein, wobei sie an einem Ende oder an beiden Enden Kränze bzw. Ausstülpungen aufweisen. Die Muffen können beispielsweise durch Aufweiten nach Art einer Hohlnietverbindung fest mit der Spinndüse verbunden sein können. Ist die Spinndüse aus mehreren Schichten hergestellt, die sandwichartig übereinander gesetzt sind, so kann durch dieses feste Außenröhrchen gleichzeitig der Zusammenhalt bzw. die Verbindung der einzelnen Schichten gewährleistet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Muffe ebenfalls entfernbar in die Düsenöffnung einzusetzen.

Mit der erfindungsgemäßen Spinndüse können sowohl Voll- als auch Hohlfaserfilamente sowie Mehrkomponenten-filamente, insbesondere Bikomponentenfilamente, hergestellt werden. Für die Herstellösung von Hohlfasern wird in den röhrchenförmigen Einsatz ein Stift, der sogenannte Filamentlumenbildner eingeführt und vorzugsweise so fixiert, dass er wieder entnehmbar und gegebenenfalls austauschbar ist. Eine mögliche Ausführungsform eines derartigen Filamenlumenbildners wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen angegeben. In ähnlicher Weise wird für die Herstellung von Mehrkomponentenfasern ein weiterer röhrchenförmiger Einsatz in den ersten eingesetzt, um zwei zueinander parallele Faserschichten auszubilden. Als Materialien für diese Einsätze eignen sich wiederum die vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten röhrchenförmigen Einsatz angegebenen Materialien.

Die erfindungsgemäße Spinndüse weist ein Druckrohr auf, das einen Einlaß E für die Spinnmasse sowie eine Düsenöffnung oder mehrere Düsenöffnungen, die im wesentlichen alle auf derselben Druckrohrseite gelegen sind, aufweist. Dieses Druckrohr ersetzt vollständig die bisher üblichen Spinnköpfe. Die Spinnmasse wird aus dem Spinnmassenförderorgan direkt in den Einlaß E eigeführt, der vorzugsweise eine radial oder axial in ein Rohrende eingebrachte Einlaßöffnung ist. In der Praxis sind für das Extrudieren der Faserfilamente mehrere Düsenöffnungen vorgesehen, die als radiale Lochungen vorzugsweise an der Rohrunterseite augebildet sind. Auf diese Weise wird das Ausspinnen durch die Schwerkraft unterstützt. Die Rohrachse zeigt dabei in horizontale Richtung. Die Spinnmasse wird somit horizontal das Rohr entlang geführt, das wahlweise auch einen Ausgang A an dem den Eingang E entgegengesetzten Rohrende aufweisen kann. In diesem Fall ist es möglich, die Spinnmasse mehrmals durch das Druckrohr zu führen, wobei jeweils nur ein Teil der Spinnmasse durch die Düsenöffnungen austritt und ein weiterer Teil über den Ausgang A in das Spinnmassenförderorgan rückgeführt wird. Durch die horizontale Spinnmassenführung innerhalb des Druckrohres ergeben sich günstigere Strömungseigenschaften im Vergleich zu den Spinndüsen des Standes der Technik, bei denen die Spinnmasse vertikal nach unten auf die Düsenplatten gepreßt wird. Zudem zeichnet sich das Druckrohr durch die Eigenschaft aus, bei gleicher Wandstärke und gleichem Material einen höheren Spinnmassendruck auszuhalten als eine vergleichbare horizontale Düsenplatte.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Druckrohr in Form einer archimedischen Spirale ausgebildet, wobei sich der Einlaß E entweder am inneren oder am äußeren Ende des Druckrohres befindet und wobei die Düsenöffnungen auf der Unterseite der Druckrohrspirale angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich eine besonders raumsparende Spinndüsenausführung verwirklichen.

Zur Herstellung von Hohlfaserfilamenten bzw. Bi- oder Mehrkomponentenfasern umfaßt die Spinndüse mehrere Druckrohre, die in Radialrichtung übereinandergeschichtet sind, wobei jedes Druckrohr, dem ein darüberliegendes Druckrohr benachbart ist, mindestens eine obere Verbindungsöffnung aufweist, wobei die Zahl und die axiale Anordnung der Verbindungsöffnungen im Druckrohr der Zahl und Anordnungen der Düsenöffnungen des darüberliegenden Druckrohres entspricht und wobei der Außendurchmesser d_a jeder Düsenöffnung des darüberliegenden Druckrohres jeweils etwa dem Innendurchmesser d_i der entsprechenden Verbindungsöffnung des unteren Druckrohres entspricht. Die verschiedenen Druckrohre können über die oberen Verbindungsöffnungen der unteren Rohre und die Düsenöffnungen der jeweils darüberliegenden Rohre aufeinander gesteckt und so lösbar miteinander verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Druckrohrspinndüsen nach dem Aufeinanderstecken vergossen und gegebenenfalls anschließend gesintert oder aufeinandergeschrumpft werden.

Aufgrund der günstigen Strömungseigenschaften im Druckrohr kann das Spinnmassenvolumen auf einfache Weise geregelt werden.

Gemäß der Erfindung kann die Spinndüse eine Druckplatte aufweisen, wobei sich die mindestens eine Düsenöffnung vollständig durch die Dicke d der Druckplatte hindurch erstreckt. Die Druckplatte kann, ebenso wie das Druckrohr der ersten Ausführungsform der Erfindung, aus Saphir, Tantal, Materialien der achten Nebengruppe, Wolfram, Keramik, Naturstein, insbesondere Granit, oder Kunststoff, insbesondere PEEK- oder Victrex-Polymer, hergestellt sein. Das Material wird im wesentlichen in Abhängigkeit von den auszuspinnenden Materialien ausgewählt werden. So wird für die Verspinnung von Keramik- und Metallschmelzen Tantal oder Saphir als Spinndüsenmaterial bevorzugt, wohingegen zur Ausspinnung von Solgel oder Polymeren vorzugsweise Naturstein eingesetzt wird. Spinndüsen aus Tantal weisen zudem den Vorteil auf, dass die Düse zur Erhitzung an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann, wobei selbstverständlich eine Ohmsche Last zwischenzusetzen ist.

Das Druckrohr bzw. die Druckplatte ist mit einer Stabilisierungsschicht versehen, welche aus einem bienenwaben- oder wellpappenartig geformten Material hergestellt ist, wobei sich die mindestens eine Düsenöffnung sowie der zugehörige röhrchenförmige Einsatz der Druckplatte bzw. des untersten Druckrohres durch die Dicke d der Stabilisierungsschicht hindurch erstrecken. Die Stabilisierungsschicht erstreckt sich horizontal unterhalb der Druckplatte oder des untersten Druckrohres. Vorzugsweise ist die Stabilisierungsschicht aus Feinstblechstreifen aus Metall, Tantal, Stahl oder Streifen von Keramikfolien oder Papierfolien hergestellt. Bei geeigneter Materialwahl für die Stabilisierungsschicht wird der Wärmeaustausch mit der Düsendruckplatte verbessert, wodurch gegebenenfalls eine Spinnmasseüberhitzung, wie sie insbesondere bei beheizten Spinnköpfen häufiger auftritt, geschützt.

Die bienenwaben- oder wellpappenartig geformten Bleche sind so angeordnet, dass sich die Achsen der Waben im wesentlichen in Vertikalrichtung erstrecken bzw. die Sinusstruktur in Draufsicht erkennbar ist. Diese Strukturen sind fest mit der Druckplatte bzw. mit dem Druckrohr verbunden, wobei gegebenenfalls ein- oder beidseitig auf die Stabilisierungsschicht eine Schicht aus Keramikfolie oder Naturstein, ein Metallblech oder eine Prepreg-Schicht aufgebracht ist. Die Beschichtungen der Stabilisierungsschicht erleichtert die Handhabbarkeit dieser Schicht, wobei insbesondere Prepreg-Material als Beschichtung in Zusammenhang mit der Ausspinnung von Solgel bevorzugt wird, da Solgel bei Raumtemperatur versponnen wird und sich somit der Einsatz von hitzebeständigen Materialien erübrigt. Die Düsenöffnungen erstrecken sich selbstverständlich durch alle Schichten des so gebildeten Verbundes.

Insbesondere im Zusammenhang mit der Verwendung einer Druckplatte für die Spinndüse verleiht diese Stabilisierungsschicht der Düse eine hohe Biegesteifigkeit sowie eine hohe Druckfestigkeit, wobei es gleichzeitig ermöglicht wird, die Druckplatte selbst relativ dünn auszuführen. Dies hat den Vorteil, dass trotz der hohen Druckfestigkeit die Spinndüse in Superleichtbauweise ausgeführt werden kann.

Die Verbindung der einzelnen Schichten miteinander kann beispielsweise durch herkömmliches Kleben erfolgen.

Die mindestens eine Düsenöffnung weist vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 2 bis 200 Mikrometer und insbesondere von etwa 2 bis 10 Mikrometer auf. Diese kleinen Düsenöffnungen sind durch Mikrolochung mit Laser exakt herstellbar.

Es ist möglich, an den röhrchenförmigen Einsätzen mit Hilfe einer induktiven Meßmethode, z.B. mit sonographischer Messung, eine Durchflußmessung an den einzelnen Düsen auszuführen. Auf diese Weise läßt sich der Spinnmassenfluß gezielt regeln.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen röhrchenförmigen Einsatz,

Figur 2 einen Lumenbildner-Stift mit Abdeckhaube im Längsschnitt;

Figur 3 den Filamentlumenbildner-Stift mit Abdeckhaube von Figur 2 im Querschnitt;

Figur 4 einen Querschnitt durch eine Stabilisierungsschicht mit eingefügten röhrchenförmigen Einsätzen;

die Figuren 5 bis 8 verschiedenen Querschnitte durch die Stabilisierungsschicht der erfindungsgemäßen Spinndüse;

Figur 9 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Stabilisierungsschicht der erfindungsgemäßen Spinndüse;

Figur 10 einen Querschnitt durch das Druckrohr einer weiteren Ausführungsform der Spinndüse und

die Figuren 11a bis 11c einen Längsschnitt durch ein Druckrohr der erfindungsgemäßen Spinndüse.

In Figur 1 ist die prinzipielle Anordnung eines röhrchenförmigen Einsatzes I gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt gezeigt. Die Spinndüse weist hier auf der Druckseite eine Druckplatte 2, eine darunterliegende Stabilisierungsschicht 3 sowie eine zusätzliche Beschichtung 4 an der Niederdruckseite auf. Bei der Beschichtung 4 kann es sich beispielsweise um eine Prepreg-Schicht handeln. Das gezeigte Verhältnis der Dicken d der Druckplatte 2 und der zusätzlichen Schicht 4 ist nicht als beschränkend anzusehen. Im allgemeinen wird die Druckschicht 2 stärker ausgeführt sein als die zusätzliche Schicht 4, die im wesentlichen dem Abschluß und der leichteren Handhabbarkeit der gesamten Sandwichkonstruktion dient. Die Stabilisierungsschicht kann, wie dies bereits geschildert wurde, aus bienenwaben- oder wellpappenartige geformten Material gebildet sein, wobei in Figur 1 die Sinusstruktur der Wellpappenlage lediglich der Veranschaulichung dient: Tatsächlich ist die Wellpappenstruktur so angeordnet, dass sich in Draufsicht, und nicht wie hier im Längsschnitt, eine Sinusstruktur ergäbe. Die Druckseite der Druckplatte kann zur Versteifung und verbesserten Führung des Spinnmasseflusses strukturiert, vorzugsweise gewellt oder plissiert, sein (in der Figur nicht gezeigt), wobei die Strukturen durch in einem Winkel von etwa 90° zu ihnen versetzte Quersicken miteinander in Verbindung stehen.

Der röhrchenförmige Einsatz 1 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge S der Düse. Er weist auf der Druckseite eine Ausstülpung in Kranzform auf, durch die er in der Düsenöffnung gehalten wird. Der röhrchenförmige Einsatz kann im Querschnitt kreisrund oder vieleckig sein. Im vorliegenden Beispiel ist der röhrchenförmige Einsatz 1 in einem zweiten Einsatz bzw. eine Muffe 5 eingesetzt. Die Form der Innenfläche der Muffe 5 entspricht vorzugsweise derjenigen der Außenfläche des röhrchenförmigen Einsatzes 1, so dass beide bündig aneinander anliegen. Im gezeigten Fall weist die Muffe 5 einen unteren Kranzring auf, so dass sie von unten in die Düsenöffnung des Schichtverbundes eingesteckt werden kann. Die Muffe 5 kann durch Hohlnietverbindung am Schichtverbund befestigt sein, wodurch gleichzeitig der Zusammenhalt des Verbundes gewährleistet wird.

Da die beiden Ausstülpungen oder Kränze des Einsatzes 1 sowie der Muffe 5 über die Länge S der Düsenöffnung hinaus vorstehen, ergibt sich für die beiden Einsätze eine gesamte Gesamtlänge H, die größer ist als die Länge der Düse S. Das Bezugszeichen J markiert die Höhe des Spinnmassenfüllraums in der Düse.

In Figur 2 ist der zur Ausbildung von Hohlfasern benötigte Filamentlumenbildner 6 zu sehen. Der Lumenbildner besteht aus einem Stift, der in seinem Mittelteil 6a als Mehrkantstift, im vorliegenden Fall als Dreikantstift, ausgebildet ist, wohingegen der obere Teil 6b fakultativ ist und beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein kann. Die Mehrkantform des mittleren Teils 6a des Filamentlumenbildner dient der Fixierung des Stiftes im röhrchenförmigen Einsatz 1. Im vorliegenden Fall tritt der Filamentlumenbildner 6 somit, wenn er in den Einsatz 1 eingeführt ist, an drei Punkten mit dem Einsatz 1 in Berührung. Der Filamentlumenbildner 6 ist zu seinem unteren Ende 6c hin konisch verjüngt, wobei das untere Ende 6c zylinderförmig ausgebildet ist.

Der röhrchenförmige Einsatz 1 (Figur 1) weist an seinem unteren Ende eine der Verjüngung des zugehörigen Lumenbildnerstiftes 6 entsprechende Finaleinengung auf. Diese Finaleinengung ist ähnlich der Ausführung der Spitze von Spiralbohrern ausgebildet, welche bei Sacklochbohrungen eingesetzt werden. Wenn der Filamentlumenbildner 6 in den röhrchenförmigen Einsatz 1 eingesetzt ist, steht das untere Ende 6c des Stiftes 6 über die Finaleinengung des röhrchenförmigen Einsatzes hinaus um eine Höhe x vor, die in Figur 1 zu sehen ist. Der mittlere Teil 6a und der untere Teil 6c erstrecken sich zusammen bis über die Summe der Höhe H der beiden Einsätze einschließlich Kranz- bzw. Ausstülpung und der Höhe J des Spinnmassenfüllraumes. Somit tritt die Spinnmasse aus dem Füllraum in die Kreisabschnitte (im vorliegenden Fall drei Kreisabschnitte) zwischen dem Einsatz 1 und dem eingesetzten Lumenbildnerstift 6 hindurch nach außen.

Zur Herstellung von Bikomponentenfasern kann der Lumenbildner 6 mit einem axialen Lumen 7 versehen sein, dessen Durchmesser vorzugsweise etwa 3 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer beträgt. In diesem axialen Lumen kann nun die Spinnmasse für die zweite Komponente einer Bikomponentenfaser geführt werden. Die beiden Komponenten fließen im Anschluß an den Verjüngungsfreiraum x zusammen. Das Lumen des Filamentlumenbildners 6, das vorzugsweise in seiner geometrischen Längsachse liegt, kann beispielsweise im Spritzverfahren hergestellt werden, wobei in die Spritzmasse eine Mikrohohlfaser verloren eingebracht wird, deren Lumen somit zum Lumen des Filamentlumenbildners 6 wird.

Oberhalb der Füllraumhöhe J kann der Filamentlumenbildner 6 mit einer Abdeckhaube 8 bestückt sein, die lösbar auf ihn aufgesetzt ist. Die Abdeckkappe 8 dient dazu, das sogenannte tote Volumen im Spinnkopf zu verringern. Die Abdeckkappe 8 weist vorzugsweise im Querschnitt eine sechseckige Grundfläche auf, wobei die innere Ausnehmung im Querschnitt kreisrund ist, so dass sie auf den zylindrischen Teil 6b des Filamentlumenbildners paßt. Die Abdeckkappe weist die in der Figur eingezeichnete Höhe Z auf.
Falls der Filamentlumenbildner mit einem Lumen 7 zur Durchführung von Spinnmasse versehen ist, weist auch die zugehörige Abdeckkappe 8 ein zum Lumen 7 konzentrisches Lumen auf.

In Figur 3 ist ein Filamentlumenbildner 6 mit aufgesetzter Abdeckkappe 8 im Querschnitt gezeigt. Die Größe G der Abdeckkappen und der Abstand der Düsenöffnungen voneinander sind so gewählt, dass alle Abdeckkappen, wenn sie auf die Filamentlumenbildner gesteckt sind, jeweils an die benachbarten Abdeckkappe angrenzen, so dass die obersten Seiten der Abdeckkappen eine geschlossene Fläche bilden.

Figur 4 stellt einen Querschnitt durch die in Figur 1 gezeigte Verstärkungsschicht 3 dar, wobei die Verstärkungsschicht hier im Querschnitt bienenwabenförmig augebildet ist.

Die Figuren 5 bis 8 zeigen einen Querschnitt durch die Verstärkungsschicht, ähnlich wie Figur 4, wobei sich der Querschnitt jedoch über die gesamte Spinndüse erstreckt. Wie in den Figuren zu sehen ist, ist hier der Querschnitt der Spinndüse im wesentlichen kreisförmig und ist von einem Rahmen 9, der als Winkelrahmen ausgebildet ist, begrenzt. Der Rahmen 9 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Druckplatte 1 der Spinndüse hergestellt. Der Winkelrahmen kann im Längsschnitt Z-förmig ausgebildet sein und einen runden oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Der innere Rand kann eine Randauflage auf die Schichtstruktur bilden. Die Verstärkungsplatte 3 oder die gesamte in Figur 1 gezeigte Schichtstruktur kann in den Winkelrahmen 9 eingepaßt und mit ihm verbunden, beispielsweise vergossen, verschweißt, verklebt oder in ihn expandiert sein.

Im Längsschnitt gesehen steht der Winkelrahmen vorzugsweise beidseitig über die Höhe H von Figur 1 hinaus vor. Besonders bevorzugt ist, dass der Winkelrahmen über die Summe der Figuren J und H hinaus und, falls die Düse mit einer Abdeckkappe 8 für einen Faserlumenbildner 6 versehen ist, auch über die Höhe Z der Abdeckkappe 6 hinaus vorsteht.

In Figur 9 ist eine weitere Ausführungsform der Stabilisierungsschicht 3 im Querschnitt gezeigt. Anstelle der wabenförmigen Struktur der Figuren 4 bis 8 tritt nun eine wellpappenartige Struktur, die im vorliegenden Fall zu einer archimedischen Spirale gewickelt ist, was der Stabilisierungsschicht besondere Biegesteifigkeit und Druckfestigkeit verleiht. Diese Art der Stabilisierungsschicht 3 kann ebenso wie vorstehend beschrieben in einen Winkelrahmen 9 eingefügt werden.

Die Feinheit der Sinuswellen bzw. der Bienenwaben kann je nach Bedarf gewählt werden, wobei die Stabilisierungsschicht umso biegesteifer und druckfester wird, je feiner die Waben- bzw. Sinusstruktur ausgebildet ist. Innerhalb der Waben- oder Wellpappenstrukturen können Meßstellen, beispielsweise für Temperatur-, Druck- oder Durchflußmessungen für die Spinnmasse integriert sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Verhältnisse an jeder einzelnen Düsenöffnung getrennt zu kotrollieren.

Die über der Stabilisierungsschicht 3 gelegene Druckplatte 1 (sowie gegebenenfalls die zusätzlichen Schichten 4) sind so gelocht, dass die Einsätze 1, 5 im Fall der bienenwabenförmigen Stabilisierungsschicht zentrisch durch die Waben verlaufen, wobei jede Wabe, wie dies in den Figuren 4 bis 8 zu sehen ist, nur einen Einsatz 1 enthält. Eine näherungsweise zentrische Anordnung der Einsätze 1 ist auch bei der Wellpappenstruktur von Figur 9 vorgesehen.

In Figur 10 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spinndüse in Draufsicht gezeigt. Die Spinndüse besteht in diesem Fall aus einem Druckrohr, das in Figur 10 zu einer archimedischen Spirale gewickelt ist. Auf diese Weise wird es möglich eine große Rohrlänge auf kleinem Raum unterzubringen. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, gerade Rohre zu verwenden, die an ihren beiden Enden einen Eingang E sowie einen Ausgang A aufweisen, durch die die Spinnmasse ihn das Druckrohr ein- bzw. austritt.

Alle Düsenöffnungen (in Figur 10 nicht zu sehen) sind auf der Unterseite des Druckrohres angeordnet.

Ein Querschnitt durch ein derartige Druckrohr 10 ist in Figur 11a gezeigt. Dieses Druckrohr ist für das Spinnen von Vollfaserfilamenten geeignet. Im vorliegenden Fall weist das Rohr eine Lochaushalsung mit der Höhe t auf, so dass sich die Gesamtlänge S der Düsenöffnung aus der Höhe t plus der Rohrdicke zusammensetzt. In diese Düsenöffnung ist nunmehr der röhrchenfömige Einsatz, der den Außendurchmesser der zu spinnenden Vollfaser begrenzt, eingesetzt. Es ist auch möglich, dass sich an der Spinnmassenaustrittsseite eine Stabilisierungsschicht 3, die im Zusammenhang mit Figur 1 ausführlich geschildert wurde, anschließt, gegebenenfalls mit zusätzlichen Beschichtungen 4. In diesem Fall erstreckt sich die Düsenöffnung selbstverständlich, ebensowie im Fall der Figur 1, auch durch diese Schichten hindurch.

Das in Figur 11a gezeigte Druckrohr 10 kann des weiteren in einem Stapel von zwei oder mehreren übereinandergeschichteten Druckrohren die oberste Schicht oder Abschlußschicht bilden. In der Praxis ist dann das obere Rohr 10 auf eines der in den Figuren 11a und 11c gezeigten Druckrohre aufgesteckt. Die in den Figuren 11b und 11c gezeigten Druckrohre unterscheiden sich lediglich dadurch, dass ihre obere Verbindungsöffnung einmal nach unten eingestülpt, wie im Fall der Figur 11b, und einmal nach oben ausgestülpt, wie im Fall der Figur 11c, ausgebildet ist. Der äußere Durchmesser d_a des oberen Rohres 10 ist so auf den Innendurchmesser d_i des darunterligenden Rohres abgestimmt, dass die Lochaushalsungen ineinandergesteckt werden können. Das heißt, dass d_a der Düsenöffnung des oberen Rohres ungefähr gleich d_i der Verbindungsöffnung des darunterliegenden Rohres ist.

In dem darüberliegenden Rohr 10 kann entweder Gas geführt werden, wenn eine Hohlfaser hergestellt werden soll, oder die Spinnmasse für die zweite Komponente einer Bikomponentenfaser. Für die Düsenöffnungen können jeweils Einsätze 1 sowie Filamentlumenbildnerstifte 6, die analog denjenigen sind, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben sind, verwendet werden.

Die in Figur 11c gezeigte Höhe z stellt die Höhe des zylindrischen Teils eines einzusetzenden Filamentlumenbildners dar, wie er in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. In Figur 11c ist das Druckrohr auf einen Schichtverbund aufgesetzt gezeigt, wie er in Zusammenhang mit Figur 1 bereits beschrieben wurde. In der Praxis wird das Druckrohr über seine gesamte innere Höhe J gefüllt. Die Höhe J₀ kennzeichnet die Füllraumhöhe abzüglich der Ausstülpung der oberen Verbindungsöffnung.

Claims

Spinndüse zur Herstellung von Faserfilamenten, welche mindestens eine Düsenöffnung für den Austritt der Spinnmasse aufweist, wobei die mindestens eine Düsenöffnung eine endliche Länge S aufweist und wobei in jede Düsenöffnung entnehmbar ein röhrchenförmiger Einsatz (1) eingefügt ist, durch den die Spinnmasse nach außen geführt wird, wobei die Spinndüse
entweder ein Druckrohr aufweist, das einen Einlass E für die Spinnmasse sowie eine Düsenöffnung oder mehrere Düsenöffnungen, die im wesentlichen alle auf derselben Druckrohrseite gelegen sind, aufweist;
oder eine Druckplatte (2) aufweist, wobei sich die mindestens eine Düsenöffnung vollständig durch die Dicke (d) der Druckplatte hindurch erstreckt,
wobei das Druckrohr bzw. die Druckplatte mit einer Stabilisierungsschicht (3) versehen ist, welche aus einem bienenwaben- oder wellpappenartig geformten Material hergestellt ist, wobei sich die mindestens eine Düsenöffnung sowie der zugehörige röhrchenförmige Einsatz der Druckplatte bzw. des untersten Druckrohrs durch die Dicke (w) der Stabilisierungsschicht hindurch erstrecken.
Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der entnehmbare röhrchenförmige Einsatz jeder Düsenöffnung als Kranzröhrchen ausgebildet ist.
Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckrohr (10) in Form einer archimedischen Spirale ausgebildet ist, wobei sich der Einlaß E entweder am inneren oder am äußeren Ende des Druckrohres befindet und wobei die Düsenöffnungen auf der Unterseite der Druckrohrspirale angeordnet sind.
Spinndüse nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckrohr des weiteren einen Ausgang A an einem der beiden Druckrohrenden aufweist.
Spinndüse nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinndüse mehrere Druckrohre umfaßt, die in Radialrichtung übereinander geschichtet sind, wobei jedes Druckrohr, dem ein darüberliegendes Druckrohr benachbart ist, mindestens eine obere Verbindungsöffnung aufweist, wobei die Zahl und die axiale Anordnung der Verbindungsöffnungen im Druckrohr der Zahl und Anordnung der Düsenöffnungen des darüberliegenden Druckrohres entspricht und wobei der Außendurchmesser d_a jeder Düsenöffnung des darüberliegenden Druckrohres jeweils etwa dem Innendurchmesser d_i der entsprechenden Verbindungsöffnung des unteren Druckrohres entspricht.
Spinndüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Stabilisierungsschicht ein- oder beidseitig eine Prepreg-Schicht aufgebracht ist, wobei sich die mindestens eine Düsenöffnung sowie der zugehörige röhrchenförmige Einsatz auch durch die Prepreg-Schicht(en) erstrecken.
Spinndüse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Düsenöffnung einen Durchmesser von etwa 2 bis 200 Mikrometer aufweist.
Spinndüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein Düsenöffnung einen Durchmesser von etwa 2 bis 10 Mikrometer aufweist.