EP2016210B1

EP2016210B1 - Vorrichtung zum schmelzspinnen einer reihenförmigen filamentschar

Info

Publication number: EP2016210B1
Application number: EP07725101A
Authority: EP
Inventors: Volker Birkholz; Henning Rave
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: WO2007131714A8; EP2016210A2; KR101401875B1; JP2009536693A; DE502007004330D1; US20090104301A1; CN101443489A; WO2007131714A2; CN101443489B; KR20090021348A; WO2007131714A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen einer reihenförmigen Filamentschar gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Zur Herstellung von Vliesen ist es bekannt, dass eine Vielzahl von feinen Filamentsträngen oder endlichen Fasern in einer reihenförmigen Anordnung extrudiert werden. Hierzu werden längliche Spinndüsenpakete verwendet, die in einem beheizten Spinnbalken gehalten sind. Die Spinndüsenpakete weisen an ihrer Unterseite eine Düsenplatte auf, in welchen eine Vielzahl von Düsenbohrungen zur Extrusion der Filamentstränge enthalten sind. Um die von einer Schmelzequelle zugeführten Polymerschmelze den Düsenbohrungen zuzuführen, sind im Stand der Technik unterschiedliche Lösungen bekannt.
Aus der EP1 486 591 A1 ist ein Spinndüsenpaket bekannt, bei welchem die von der Schmelzequelle zugeführte Polymerschmelze über einen Einlasskanal einer Einlassplatte zugeführt und in eine Verteilerkammer geführt wird. Von der Verteilerkammer gelangt die Polymerschmelze über eine Lochplatte zu den Düsenbohrungen der Düsenplatte. Hierbei erstreckt sich die Verteilerkammer im wesentlichen über die gesamt Länge des Düsenpaketes. Derartige Systeme besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass damit nur begrenzte Breiten von Vliesablagen herstellbar sind. Bei größeren Produktionsbreiten oberhalb von 4 m treten in der Polymerverteilung größere Differenzen in Verweilzeiten der Schmelze auf, die zu Veränderungen der Schmelze führen und somit Ungleichmäßigkeiten bei der Extrusion der Filamente entstehen, die sich auch durch veränderte physikalische Eigenschaften der Filamentstränge auswirken.
Um derartige Nachteile zu vermeiden, ist beispielsweise aus der US5,145,689 oder der US 6,220,843 eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen einer reihenförmigen Filamentschar bekannt, bei welcher das Spinndüsenpaket modular in mehrere Teilstücke aufgeteilt ist. Hierbei wird die Filamentschar durch einzelne Filamentgruppen gebildet, die unabhängig voneinander extrudierbar sind. Das Spinndüsenpaket weist pro Modul einen Einlasskanal und eine Verteilkammer auf, um die der Verteilkammer zugeordneten Gruppe von Düsenbohrungen zu versorgen. Hierbei wird jedes Modul dazu genutzt, um mit Hilfe von Filamentsträngen durch eine Gruppe von Düsenbohrungen zu extrudieren. Wobei jede Gruppe von Filamentsträngen unabhängig von benachbarten Gruppen der Filamentstränge extrudierbar sind.
Bei einer modularen Aufteilung des Spinndüsenpaketes können zwar durch Zusammenfügen einer Vielzahl von Gruppen von Filamentsträngen große Produktionsbreiten bei der Vliesherstellung erreicht werden, jedoch mit dem Nachteil, dass an den extrudierten Gruppen von Filamentsträngen Schmelzeunterschiede auftreten, die sich in den physikalischen Eigenschaften der extrudierten Gruppen von Filamentsträngen unterschiedlich auswirken können. Insoweit ist eine Herstellung einer gleichmäßigen Filamentschar über die gesamte Produktionsbreite eines Vlieses nicht gewährleistet.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen einer reihenförmigen Filamentschar der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass die Filamentschar für große Produktionsbreiten mit im wesentlichen gleichen physikalischen Eigenschaften extrudierbar sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art derart auszugestalten, dass eine möglichst konstante Verweilzeit der Schmelze beim extrudieren einer reihenförmigen Filamentschar erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einlassplatte in Längsrichtung des Spinnbalkens mehrere mit Abstand nebeneinander ausgebildete Einlasskanäle aufweist und dass in Längsrichtung des Spinnbalkens mehrere nebeneinander angeordnete Verteilkammern ausgebildet sind, wobei die Einlaßkanäle jeweils in eine der Verteilkammern münden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass die Schmelze innerhalb des Düsenpaketes relativ kurze Wegstrecken durchlaufen muß, um zu den Düsenbohrungen verteilt zu werden. Insoweit kann auch bei sehr großen Produktionsbreiten mit entsprechend breitgefächerten Filamentscharen eine konstante Verweilzeit der Schmelze innerhalb des Spinndüsenpaketes erreicht werden. In Abhängigkeit von der Größe und der Anzahl der Verteilerkammern ist innerhalb des Spinndüsenpaketes eine Querverteilung der Schmelze auf ein zulässiges Maß begrenzt.
Besonders vorteilhaft zum Schmelzspinnen einer gleichmäßigen Filamentschar ist es, wenn den Düsenbohrungen in der Düsenplatte ein Sammelraum vorgeordnet ist, der mit den Verteilkammern verbunden ist. Damit tritt unmittelbar vor dem Extrudieren der Schmelze eine Vergleichmäßigung zwischen den durch die Verteilkammern abgegebenen Schmelzeströme ein. Die gesamte Filamentschar lässt sich so unter gleichen Bedingungen aus der bereitgestellten Polymerschmelze insbesondere unter gleichen Druckverhältnissen durch die Düsenbohrungen extrudieren.
Um die Polymerschmelze innerhalb des Spinndüsenpaketes gleichmäßig zu verteilen und den reihenförmig angeordneten Düsenbohrungen zuzuführen, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Lochplatte mit einer Vielzahl von Bohrungen zwischen der Einlassplatte und der Düsenplatte angeordnet, wobei die Bohrungen in der Lochplatte zu mehreren Lochgruppen angeordnet sind wobei den Verteilerkammern gegenüberliegend zu den Einlasskanälen jeweils eine der Lochgruppen zugeordnet sind. Damit lässt sich eine der Anordnung der Düsenbohrung angepasste Verteilung der Schmelze innerhalb des Spinndüsenpaketes erreichen. Zudem lassen sich durch Größe und Anordnung der Bohrungen innerhalb der Lochplatte Druckerhöhungen bewirken, die den Extrusionsprozess verbessern.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Sammelraum zwischen der Lochplatte und der Düsenplatte ausgebildet ist, so dass die Bohrungen der Lochgruppen gemeinsam in den Sammelraum einmünden können.
Um eine Trennung zwischen den einzelnen Verteilkammern zu erreichen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher die Lochplatte auf einer der Einlassplatte zugewandten Oberseite jeweils zwischen den Lochgruppen einen Trennsteg aufweist und die Verteilkammern in der Unterseite der Einlaßplatte zwischen den Trennstegen gebildet sind. Zudem lässt sich eine hohe Stabilität innerhalb des Spinndüsenpaketes auch bei größeren Produktionsbreiten erreichen.
Die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Bohrungen im Bereich der Trennstege die Lochplatte derart schräg durchdringen, so dass auf der gegenüberliegenden Unterseite der Lochplatte eine über die Fläche der Lochplatte gleichmäßige Lochverteilung vorliegt, besitzt den besonderen Vorteil, dass trotz Trennung der Verteilkammer eine über die gesamte Produktionsbreite gleichmäßige Verteilung der Schmelze insbesondere in den angrenzenden Sammelraum erreicht wird.
Zur Filterung der Polymerschmelze des Spinndüsenpaketes wird vorgeschlagen, den Verteilkammern gegenüberliegend zu den Einlasskanälen jeweils ein von mehreren Filterelementen zuzuordnen, so dass die Filterelemente jeweils einen Auslaß der Filterkammer bilden und gleichzeitig zu einer Filtrierung der Schmelze führen. Hierzu werden die Filterelemente bevorzugt an der Oberseite der Lochplatte in den Lochgruppen zugeordnet, so dass ein einfaches Handling möglich ist.
Um die Polymerschmelze mit möglichst konstantem Überdruck durch die Düsenbohrungen der Düsenplatte drücken zu können, sind den Einlasskanälen in der Einlassplatte mehrere Spinnpumpen zugeordnet, die über eine Schmelzequelle versorgt werden. Hierbei kann ein Einlasskanal oder eine Gruppe von Einlasskanälen jeweils einer Spinnpumpe zugeordnet sein.
Damit bei der Zuführung der Polymerschmelze von der Schmelzequelle zu den Spinnpumpen möglichst gleiche Verweilzeiten erreicht werden, ist ein Rohrverteilungssystem mit mehreren Verzweigungspunkten zwischen der Schmelzequelle und den Spinnpumpen geschaltet.
Bei der Herstellung von Vliesen ist es möglich, die einzelnen Filamente der Filamentschar aus zwei oder mehreren Schmelzekomponenten beispielsweise als Kern-Mantel-Faser herzustellen. In der derartigen Fällen wird die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt verwendet, bei welcher die Einlasskanäle in zwei Gruppen aufgeteilt sind, die jeweils zwei Gruppen von Verteilerkammern zugeordnet sind. Hierbei wirkt eine erste Gruppe von Verteilerkammern mit einer ersten Lochplatte und eine zweite Gruppe von Verteilerkammern mit einer zweiten Lochplatte zusammen, die jeweils über mehrere Lochgruppen verfügen. Die innerhalb des Spinndüsenpaketes separat geführten Schmelzeströme der Verteilkammern und Lochplatten lassen sich nun im Teilungssystem beispielsweise eine Verteilungsplatte den Düsenbohrungen zuführen.
In diesen Fällen sind die Gruppen der Einlasskanäle in der Einlassplatte mit zumindest zwei Schmelzequellen verbunden, wobei die Einlasskanäle jeweils durch eine Spinnpumpe gespeist werden.
Die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher das Spinndüsenpaket innerhalb de Spinnbalkens eine derartige Länge aufweist, dass die Filamentschar auf einer Breite von >5m zur Bildung eines Vlieses gleichmäßig herstellbar ist, lässt sich vorteilhaft dazu nutzen, um große Produktionsbreiten und damit eine hohe Produktivität bei der Herstellung von Vliesen zu erreichen.
Um bei sehr großen Produktionsbreiten eine ausreichende gleichmäßige Verweilzeit bei der Führung der Schmelze innerhalb des Spinndüsenpaketes zu erhalten, werden die Verteilkammern bevorzugt nach der Weiterbildung der Erfindung ausgebildet, so dass sie innerhalb des Spinndüsenpaketes eine maximale Längenausdehnung von <700mm vorzugsweise <500mm aufweisen. Damit sind die in Längsrichtung des Spinnbalkens ausgedehnte Schmelzeverteilung bei der Zuführung der Schmelze begrenzt.
Es ist jedoch auch möglich, innerhalb des Spinnbalkens gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mehrere Spinndüsenpakete reihenförmig zu einer Spinnlänge derart zusammenzustellen, dass die Filamentschar auf einer Breite von >5m zur Bildung eines Vlieses zusammenführbar ist. Damit sind Produktionsbreiten von über 10 m bei der Vliesherstellung möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt dazu verwendet, um Spinnvliese aus einer Filamentschar herzustellen. Es ist jedoch auch möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Faservliese nach dem sogenannten Melt-Blown-Prinzip zu extrudieren. In diesem Fällen ist das Spinndüsenpaket mit einer Blasdüse auf der Auslassseite kombiniert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar

Fig. 1: schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2: schematisch eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Spinndüsenpaketes
Fig. 3: schematisch eine Querschnittsansicht des Spinndüsenpaketes aus Fig. 2
Fig. 4: schematisch eine Draufsicht auf eine Lochpatte des Spinndüsenpaketes nach Fig. 2
Fig. 5: schematisch eine Längsschnittansicht eines weiteren Ausführungsbei- spiels eines Spinndüsenpaketes
Fig. 6: schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbei- spiels eines Spinndüsenpaketes
Fig. 7: schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 8: schematisch eine Längsschnittansicht eines weiteren Ausführungsbei- spiels eines Spinndüsenpaketes

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einer Ansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen länglichen Spinnbalken 1 zur Aufnahme eines länglichen Spinndüsenpaketes 5, das an der Unterseite des Spinnbalkens 1 angeordnet ist. Das Spinndüsenpaket 5 ist plattenförmig aufgebaut und weist eine obere Einlassplatte 8, eine mittlere Lochplatte 11 und eine untere Düsenplatte 18 auf. Die Ausgestaltung des Spinndüsenpaketes 5 und die Ausgestaltung der Platten 8, 11 und 18 wird nachfolgend noch näher dargestellt und weiter erläutert.
Das Spinndüsenpaket 5 ist über mehrere Schmelzeleitungen 7.1, 7.2, 7.3 usw. bis 7.20 mit mehren Spinnpumpen 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 verbunden. Den Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 sind mehrere Schmelzeleitungen zugeordnet, die unmittelbar der Einlassplatte 8 zugeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind jeder Spinnpumpe 6.1 bis 6.4 insgesamt fünf Schmelzeleitungen zugeordnet.
Innerhalb des Spinnbalkens ist ein Rohrverteilungssystem 3 angeordnet, um die Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle zu verbinden. Hierbei wird die durch eine Schmelzequelle, beispielsweise einem Extruder bereitgestellte Polymerschmelze über einen Schmelzezulauf 2 dem Rohrverteilungssystem 3 zugeführt. Das Rohrverteilungssystem 3 weist mehrere Verzweigungspunkte 4.1, 4.2 und 4.3 auf, um den Schmelzezulauf 2 mit den Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 zu verbinden.
Der Spinnbalken 1 ist beheizbar ausgeführt, so dass die schmelzeführenden Bauteile innerhalb des Spinnbalkens 1 eine vorbestimmte Betriebstemperatur aufweisen. Die Beheizung erfolgt üblicherweise mit einem Wärmeträgermedium, das in den behälterförmigen Spinnbalken eingelassen wird. Alternativ lässt sich der Spinnbalken 1 auch durch elektrische Heizmittel beheizen.
Im Betriebszustand wird über eine Schmelzequelle eine Polymerschmelze dem Spinnbalken 1 über den Schmelzezulauf 2 zugeführt. Die Polymerschmelze wird über das Rohrleitungssystem 3, den Verzweigungspunkten 4.1, 4.2, 4.3 zu den einzelnen Spinnpumpen 6.1 bis 6.2 geführt. Die Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 sind jeweils mit gleicher Betriebsdrehzahl angetrieben, so dass über die angeschlossenen Schmelzeleitungen 7.1 bis 7.20 jeweils Teilschmelzeströme unter gleichem Druck erzeugt und dem Spinndüsenpaket 5 zugeführt wird. Das Spinndüsenpaket 5 werden die Teilströme der Polymerschmelze zusammengeführt und durch Düsenbohrungen in der Düsenplatte 18 gedrückt. Dadurch entsteht eine reihenförmige Filamentschar 25. Die Filamentschar 25 wird auf einer Produktionsbreite erzeugt, die in Fig. 1 mit dem Kennbuchstaben F_L gekennzeichnet ist. Die innerhalb der Produktionsbreite F_L erzeugte Filamentschar wird durch zusätzliche hier nicht dargestellte Prozessaggregate zu einem Vlies auf einer Vliesablage abgelegt.
Um über der gesamten Produktionsbreite F_L eine gleichmäßige Extrusion der Filamentstränge sowie eine gleichmäßige Qualität der Filamentstränge zu erhalten, werden die über die Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 und den Schmelzeleitungen 7.1 bis 7.20 nach einem bestimmten Verteilungsmuster innerhalb des Spinndüsenpaketes 5 geführt und verteilt. In Fig. 2 und Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Spinndüsenpaketes 5 dargestellt. In Fig. 2 ist das Spinndüsenpaket 5 in einer Längsschnittansicht und in Fig. 3 in einer Querschnittsansicht schematisch gezeigt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
Das Spinndüsenpaket 5 besteht aus einer oberen Einlassplatte 8, einer mittleren Lochplatte 11 und einer unteren Düsenplatte 18, die beispielsweise über eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind. In der Einlassplatte 8 sind mehrere in Abstand zueinander angeordnete Einlasskanäle eingebracht, die unmittelbar mit einer der Schmelzeleitungen 7.1 bis 7.20 verbunden sind. In Fig. 2 sind nur die ersten drei Einlasskanäle 9.1, 9.2 und 9.3 dargestellt, da sich der Aufbau wiederholt.
Jeder der Einlasskanäle 9.1, 9.2 und 9.3 mündet in eine Verteilkammer 10.1, 10.2 und 10.3. Die Verteilkammern 10.1, 10.2 und 10.3 sind durch jeweils eine Ausnehmung in der Unterseite der Einlassplatte 8 ausgeformt. Die Verteilerkammern 10.1 und 10.2 sind mit kleinem Abstand nebeneinander in Längsrichtung des Spinndüsenpaketes 5 angeordnet.
An der Unterseite in der Einlassplatte 8 schließt sich eine Lochplatte 11 an, die pro Verteilerkammer 10.1, 10.2 und 10.3 jeweils eine Lochgruppe 13.1, 13.2 und 13.3 aufweist. Jede der Lochgruppen 13.1, 13.2 und 13.3 enthält eine Mehrzahl von Bohrungen 12, die die Lochplatte 11 bis zur Unterseite durchdringen.
Zur Erläuterung der Lochgruppenanordnung innerhalb der Lochplatte 11 ist in Fig. 4 eine Draufsicht der Lochplatte 11 gezeigt. Insoweit gilt die nachfolgende Beschreibung der Lochplatte 11 ebenfalls für die in Fig. 4 dargestellte Anordnung. Auf der Oberseite der Lochplatte 11 sind die Lochgruppen 13.1, 13.2 und 13.3 jeweils durch Trennstege 14.1 und 14.2 voneinander getrennt. Wie aus der Ansicht in Fig. 2 hervorgeht, bilden die Trennstege 14.1 und 14.2 gemeinsam mit der Unterseite der Einlassplatte 8 eine Trennung zwischen den einzelnen Verteilerkammern 10.1, 10.2 und 10.3.
Die den Trennstegen 14.1 und 14.2 benachbarten Bohrungen in der Lochplatte 11 sind als Schrägbohrungen 15 ausgebildet und durchdringen die Lochplatte 11 unter einem Winkel <90°. Die den Trennstegen 14.1 oder 14.2 zugeordnete Bohrungsreihen weisen Bohrungen mit unterschiedlicher Schrägung auf, die die Lochplatte 11 durchdringen. Die Schrägstellung der Schrägbohrungen 15 im Bereich der Trennstege 14.1 und 14.2 sind derart gewählt, dass auf der Unterseite der Lochplatte 11 eine über die Gesamtfläche der Lochplatte 11 erstreckende gleichmäßige Lochverteilung entsteht. Somit werden die aus den Verteilerkammer 10.1, 10.2 und 10.3 austretenden Schmelzeströme über die Bohrungen 12 und Schrägbohrungen 15 der Lochplatte 11 vergleichmäßigt an der Unterseite der Lochplatte 11 austreten.
Auf der Oberseite der Lochplatte 11 ist pro Gruppe 13.1, 13.2 und 13.3 jeweils ein Filterelement 16.1, 16.2 und 16.3 gehalten. Das Filterelement 16.1 ist derart ausgebildet, dass die durch die Verteilkammer 10.1 gebildete freie Fläche an der Unterseite der Einlassplatte 8 abgedeckt ist, so dass das Filterelement 16.1 den Auslass der Verteilkammer 10.1 bildet. Dementsprechend ist das Filterelement 16.2 der Verteilkammer 10.2 angepaßt usw.
An der Unterseite der Lochplatte 11 schließt sich die Düsenplatte 18 an. Die Düsenplatte 18 weist an der Oberseite einen Sammelraum 17 auf, der sich über die gesamte Produktionsbreite erstreckt, so dass die einzelnen Teilschmelzeströme der Verteilkammern 10.1, 10.2, 10.3 usw. über die Lochgruppen 13.1, 13.2, 13.3 usw. gemeinsam in den Sammelraum 17 eintreten. Dem Sammelraum 17 sind in der Düsenplatte 18 eine Vielzahl von Düsenbohrungen 19 zugeordnet. Die Düsenbohrungen 19 sind in einer oder mehreren Reihen ausgebildet und erstrecken sich über die gesamte Produktionsbreite F_L.
Um bei der in Fig. 2 dargestellten Ausbildung der Verteilung der Schmelze möglichst konstante Verweilzeiten zu erhalten, hat sich herausgestellt, dass die Längenausdehnung der Verteilkammern 10.1, 10.2, 10.3 usw. möglichst bestimmte Bereiche nicht überschreiten sollte. Die Längenausdehnung der Verteilkammer 10.1 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch das Bezugszeichen V_L gekennzeichnet. Um möglichst große Produktionsbreiten von beispielsweise >5m mit optimierter Schmelzeverteilung zu erhalten, hat sich eine Längenausdehnung der Verteilkammer im Bereich von max. 700 mm vorzugsweise max. 500 mm als besonders günstig bewährt. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, größerer oder kleinerer Längenausdehnung in den Verteilkarnrnern zu realisieren.
Im Betriebszustand wird dem Spinndüsenpaket 5 über die in Fig. 1 dargestellte Schmelzeleitung 7.1 bis 7.20 jeweils eine Polymerschmelze zugeführt. Durch die Schmelzekanäle 9.1, 9.2, 9.3 usw. tritt die Polymerschmelze in die jeweiligen angeschlossenen Verteilkammern 10.1, 10.2, 10.3 usw. ein um über das zugeordnete Filterelement 16.1, 16.2 und 16.3 auszutreten. Anschließend werden die Teilschmelzeströme über die Lochgruppen 13.1 13.2 und 13.3 der Lochplatte 11 in den Sammelraum 17 geführt und vereinigt. In dem Sammelraum 17 erfolgt eine Vergleichmäßigung der zugeführten Teilschmelzeströme, so dass die in dem Sammelraum 17 enthaltene Polymerschmelze kontinuierlich über die angeschlossenen Düsenbohrungen 19 innerhalb der Düsenplatte 18 aufgenommen und zu den einzelnen Filamenten extrudiert wird. Damit wären insbesondere kurze und über der Länge des Spinnbalkens 5 konstante Verweilzeiten bei der Führung der Schmelze erreicht, so dass keine Zersetzungen oder Veränderungen der Schmelze auftreten können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl geeignet, um aus einer Polymerschmelze eine reihenförmige Filamentschar zu extrudieren. Es ist jedoch auch möglich, bei sogenannten Bico-Fasern mehrere Schmelzetypen durch beispielsweise zwei separate Schmelzequellen bereitzustellen und zu Mehrkomponentenfasern zu extrudieren. Hierzu ist ein Ausführungsbeispiel eines Spinndüsenpaketes in Fig. 5 schematisch dargestellt, wie es beispielsweise zur Herstellung einer Kem-Mantel-Faser genutzt werden könnte. Die Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei die bauliche Ausführung durch den Unterschied gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel aufzeigen kann.
Das Spinndüsenpaket 5 ist aus mehreren Platten gebildet, die im einzelnen eine Einlassplatte 8, eine Lochplatte 11, eine Dosierplatte 21, eine zweite Lochplatte 23, eine Verteilerplatte 24 und eine Düsenplatte 18 aufweist. Die Einlassplatte 8 enthält eine erste Gruppe von Verteilkammern 10.1, 10.2 usw. die über eine erste Gruppe von Einlasskanälen 9.1, 9.2 usw. mit Schmelzeleitungen verbunden sind. Der Einlassplatte 8 ist auf der Unterseite die Platte 11 zugeordnet, wobei zu jeder Verteilkammer 10.1, 10.2 usw. die Lochplatte 11 jeweils eine Lochgruppe 13.1, 13.2 usw. aufweist. Zu jeder Lochgruppe 13.1, 13.2 usw. ist an der Oberseite der Lochplatte 11 ein Filterelement 16.1, 16.2 usw. gehalten, durch welches die Bohrungen der Lochgruppe 13.1, 13.2 usw. jeweils abgedeckt sind.
Unterhalb der Lochplatte 11 ist eine Dosierplatte 21 angeordnet, die auf ihrer Oberseite einen Verteilraum 26.1 bildet und hier nicht dargestellte Verteilbohrungen aufweist. An der Unterseite der Dosierplatte 21 ist eine zweite Gruppe von Verteilkammern 22.1, 22.2 usw. ausgebildet, die jeweils über eine zweite Einlaßkanalgruppen 20.1 und 20.2 mit Schmelzeleitungen gekoppelt sind. Die zweite Gruppe von Einlasskanälen 20.2 ist in der Einlassplatte 8 eingebracht und erstreckt sich durch die Lochplatte bis hin zu der zweiten Gruppe von Verteilkammern 22.2 in der Dosierplatte 21. Die zweite Gruppe von Einlasskanälen ist durch Schmelzeleitungen und Spinnpumpen mit einer zweiten Schmelzequelle verbunden.
Unterhalb der Dosierplatte 21 ist eine zweite Lochplatte 23 angeordnet, die ebenfalls mehrere Lochgruppen 13.1, 13.2 und 13.3 aufweist, um die aus der Verteilkammer 22.1, 22.2 usw. abgegebene Polymerschmelze zu verteilen. Zwischen der Verteilkammer 22.1 und der Lochgruppe 13.1 ist ein weiteres Filterelement 13.4 und zwischen der Verteilkammer 22.2 und der zweiten Lochgruppe 13.2 ein weiteres Filterelement 16.5 angeordnet. Die Lochgruppen der zweiten Lochplatte 23 münden in einen zweiten Verteilerraum 26.2, der oberhalb der Verteilerplatte 24 ausgebildete ist. Desweiteren weist die Lochplatte 23 Durchgangsöffnungen auf, um die aus dem Verteilerraum 26.1 geführte erste Schmelzekomponente an die unterhalb der zweiten Lochplatte 23 angeordneten Verteilplatte 24 zu führen. Die Verteilplatte 24 weist ein Verteilungssystem insbesondere durch Bohrungen und Öffnungen sowie durch Nuten auf, um beide Schmelzekomponenten jeweils zu den Düsenbohrungen 19 der Düsenplatte 18 zu führen.
Wesentlich bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist, dass die über die Produktionsbreite den Spinndüsenpaket 5 zugeführt Polymerschmelze jeweils durch eine Mehrzahl von Teilströmen auf der Einlaßseite zugeführt wird. Jede Schmelzekomponente wird dabei über jeweils eine Verteilerkammer in das Spinndüsepaket eingeleitet. Erst unmittelbar vor dem Extrudieren durch die Düsenbohrungen erfolgt eine Zusammenfiibrung der Schmelzekomponenten. Auch hierbei werden die aufgrund der im wesentlichen horizontal ausgerichteten Schmelzeführung kurze Wegstrecken und damit kurze Verweilzeiten der Schmelze erreicht.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spinndüsenpaketes dargestellt, wie sie beispielsweise in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung einsetzbar wäre. Bei dem in Fig. 6 in einer Querschnittsansicht dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Spinndüsenpaket um eine reihenförmige Filamentschar nach dem sogenannten Melt-Blown-Verfahren herzustellen. Hierzu besteht das Düsenpaket aus eine Einlassplatte 8, einer Lochplatte 11, einer Düsenplatte 18 und einer Blasdüse 27. Der Aufbau der Einlassplatte 8, der Lochplatte 11, sowie der Düsenplatte 18 ist im wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3, so dass an dieser Stelle zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen wird und nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden.
Bei dem sogenannten Melt-Blown-Verfahren wird die durch eine Düsenbohrung extrudierte Faser mittels eines Blasstromes beim Extrudieren abgezogen. Hierzu ist an der Unterseite der Düsenplatte 18 eine Blasdüse 27 mit zu beiden Seiten der Düsenbohrung mündende Blasdüsenöffnungen 28.1 und 28.2 angeordnet. Die Blasdüsenöffnungen 28.1 und 28.2 sind an einer Druckluftquelle angeschlossen, um beispielsweise eine vorzugsweise temperierte Blasluft auf der Auslassseite der Düsenbohrung 19 zuzuführen. Die Düsenplatte 18 weist hierzu eine Reihe von Düsenbohrungen 19 auf, die sich parallel zu den schlitzförmigen Blasdüsenöffnungen 28.1 und 28.2 erstrecken.
Innerhalb des Spinndüsenpaketes 5 ist die Schmelzeführung entsprechend dem vorgenannten Ausführungsbeispielen, so dass die in dem Sammelraum 17 zugeführte Polymerschmelze gleichmäßig durch die Düsenbohrung 19 extrudiert wird.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einer Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Spinnbalken 1 auf, der an seiner Unterseite 2 in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Spinndüsenpakete 5.1 und 5.2 hält. Jedes der Spinndüsenpakete 5.1 und 5.2 ist identisch ausgebildet und könnte beispielsweise durch ein Spinndüsenpaket nach Fig. 2 oder Fig. 5 oder Fig. 6 ausgeführt sein.
Jedem der Spinndüsenpakete 5.1 und 5.2 sind mehrere Spinnpumpen 6.1, 6.2 bis 6.8 zugeordnet. Hierbei sind die Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 im ersten Spinndüsenpaket 5.1 und die Spinnpumpen 6.5 bis 6.8 dem zweiten Spinndüsenpaket 5.2 zugeordnet. Jede der Spinnpumpen 6.1 bis 6.8 sind über zwei Schmelzeleitungen mit dem Spinndüsenpaket 5.1 oder 5.2 gekoppelt. Insoweit weist jeder Spinndüsenpakete 5.1 und 5.2 insgesamt acht Einlasskanäle auf.
Den beiden Gruppen von Spinnpumpen 6.1 bis 6.4 und 6.5 bis 6.8 ist ein Rohrleitungsverteilungssystem 3 zugeordnet, um alle Spinnpumpen mit einer Schmelzequelle zu verbinden. An dieser Stelle ist jedoch ausdrücklich gesagt, dass auch jede der Gruppen von Spinnpumpen unabhängig durch separate Rohrverteilungssysteme mit einer Schmelzequelle oder mit mehreren Schmelzequellen verbunden werden können.
Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen. Vorrichtung ist insbesondere geeignet, um große Produktionsbreiten bei der Herstellung von reihenförmigen Filamentscharen zu erreichen. Produktionsbreiten im Bereich von >10m lassen sich durch derartige Systeme realisieren.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spinndüsenpaketes 5 in einer Längsschnittansicht dargestellt. Das Spinndüsenpaket 5 ist wie bereits zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, in einem länglichen Spinnbalken gehalten und temperiert. Entgegen den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen ist bei dem Spinndüsenpaket 5 die Einlassplatte 8 als Trägerplatte ausgebildet, an deren Unterseiten die Lochplatte 11 und die Düsenplatte 18 gehalten werden. Bei einer derartigen Ausbildung lässt sich beispielsweise die Einlassplatte 8 in den Spinnbalken 1 fest integrieren. Alternativ lassen sich jedoch auch sowohl die Einlassplatte 8 mit der Düsenplatte 18 und der Lochplatte 11 zu einer auswechselbaren Einheit ausbilden.
In der Einlassplatte 8 sind mehrere in Abstand zueinander angeordnete Einlasskanäle 9.1, 9.2 und 9.3 eingebracht, die unmittelbar über jeweils eine Schmelzeleitung 7.1, 7.2 und 7.3 mit einer von mehreren Spinnpumpen 6.1, 6.2 und 6.3 verbunden sind. Jeder der Einlasskanäle 9.1, 9.2 und 9.3 mündet in eine Verteilkammer 10.1, 10.2 und 10.3. Die Verteilkammern 10.1, 10.2 und 10.3 sind durch jeweils eine Ausnehmung in der Unterseite der Einlassplatte 8 ausgeformt.
An der Unterseite der Einlassplatte 8 schließt sich eine Lochplatte 11 an, die eine Mehrzahl von Bohrungen 12 aufweist, die die Oberseite der Lochplatte mit der Unterseite der Lochplatte 11 verbinden. An der Oberseite der Lochplatte 11 ist ein Filterelement 16 gehalten, das unmittelbar die untere Begrenzung der Verteilkammern 10.1, 10.2 und 10.3 darstellt.
An der Unterseite der Einlassplatte 8 sind in dem Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Verteilkammern 10.1 und 10.2 sowie die benachbarten Verteilkammern 10.2 und 10.3 Aussparungen zur Bildung einzelner Verteilöffnungen 29.1 und 29.2 vorgesehen. Die Verteilöffnungen 29.1 und 29.2 bilden einen Durchlass oberhalb der Lochplatte 11, so dass die Vereilkammern 10.1, 10.2 und 10.3 miteinander verbunden sind. Damit lässt sich bereits eine Vorverteilung der einzelnen in die Verteilkammern 10.1 bis 10.3 eingeleiteten Teilschmelzeströme vor Eintreten in den Sammelraum 17 erreichen.
Das an der Oberseite der Lochplatte 11 gehaltene Filterelement 16 bildet somit einen gemeinsamen Auslass der Verteilkammern 10.1, 10.2 und 10.3.
An der Unterseite der Lochplatte 11 schließt sich die Düsenplatte 18 an. Die Düsenplatte 18 weist an der Oberseite einen Sammelraum 17 auf, der sich über die gesamte Produktionsbreite erstreckt, so dass der über die Lochplatte 11 zugeführte Schmelzestrom eine weitere Vergleichmäßigung in dem Sammelraum 17 erhält. Von dem Sammelraum 17 gelangt sodann die Polymerschmelze zu den Düsenbohrungen 19 der Düsenplatte 18, die in einer oder mehreren Reihen sich über die gesamte Produktionsbreite F_L erstrecken.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel des Spinndüsenpaketes 5 erstrecken sich die Verteilkammern 10.1, 10.2 und 10.3 jeweils über eine in Längsrichtung des Spinnbalkens orientierte Längenausdehnungen V_L. In Abhängigkeit von der Produktionsbreite F_L wird die Anzahl der Einlasskanäle und der Verteilkammern und die längliche Ausdehnung der Verteilkammern derart gewählt, dass ein gleichmäßiger Schmelzestrom vom Einlass bis hin zum Extrudieren der Filamente innerhalb des Spinndüsenpaketes vorherrscht. Hierbei ist es unerheblich, ob die Einlassplatte 8 auswechselbar als Bestandteil des Spinndüsenpaketes oder ortsfest als Bestandteil des Spinnbalkens ausgebildet ist.
Die in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in ihrem Aufbau und ihrer Anordnung der einzelnen Bauteile beispielhaft. So sind die Anzahl der Einlasskanäle und der Verteilerkammern sowie die längliche Ausdehnung der Verteilerkammern beispielhaft. Grundsätzlich sind die Verteilkammern im Hinblick auf die maximale Produktionsbreite derart zu wählen, dass die Polymerschmelze in kurzen Wegstrecken und kurzen Verweilzeiten innerhalb des Spinnbalkens geführt werden kann, um somit über die gesamte Produktionsbreite eine gleichmäßige Vliesherstellung aus extrudierten Fasern mit gleicher Beschaffenheit herstellen zu können.

Bezugszeichenliste

1: Spinnbalken
2: Schmelzezulauf
3: Rohrverteilungssystem
4.1,4.2,4.3: Verzweigungspunkt
5,5.1,5.2: Spinndüsenpaket
6.1, 6.2, 6.3: Spinnpumpe
7.1, 7.2, 7.3: Schmelzeleitung
8: Einlaßplatte
9.1, 9.2, 9.3: Einlasskanal
10.1, 10.2, 10.3: Verteilerkammer
11: Lochplatte
12: Bohrung
13.1, 13.2, 13.3: Lochgruppe
14: Trennsteg
15: Schrägbohrung
16, 16.1, 16.2, 16.3: Filterelement
17: Sammelraum
18: Düsenplatte
19: Düsenbohrungen
20.1, 20.2: Einlaßkanalgruppe
21: Dosierplatte
22.1, 22.2: Verteilerkammer
23: zweite Lochplatte
24: Verteilerplatte
25: Filamentschar
26.1, 26.2: Verteilerraum
27: Blasdüse
28.1, 28.2: Blasdüsenöffnung
29.1,29.2: Verteilöffnungen

Claims

Vorrichtung zum Schmelzspinnen einer reihenförmigen Filamentschar (25) mit einem Spinnbalken (1) zur Aufnahme eines länglichen Spinndüsenpaketes (5), das an einer Unterseite eine Düsenplatte (18) mit einer Vielzahl von Düsenbohrungen (19) und an einer Oberseite eine Einlassplatte (8) mit zumindest einem Einlasskanal (9.1) aufweist, wobei zwischen der Einlassplatte (8) und der Düsenplatte (18) eine Verteilkammer (10.1) ausgebildet ist, die mit dem Einlasskanal (9.1) in der Einlassplatte (8) und Düsenbohrungen (19) in der Düsenplatte (18) verbunden ist, wobei die Einlassplatte (8) in Längsrichtung des Spinnbalkens (1) mehrere mit Abstand nebeneinander ausgebildete Einlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3) aufweist und dass in Längsrichtung des Spinnbalkens 81) mehrere nebeneinander angeordnete Verteilkammern (10.1, 10.2, 10.3) ausgebildet sind, wobei die Einlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3) jeweils in eine der Verteilkammern (10.1, 10.2, 10.3) münden, dadurch gekennzeichnet, dass den Düsenbohrungen (19) in der Düsenplatte (18) ein Sammelraum (17) vorgeordnet ist, der mit den Verteilkammern (10.1, 10.2, 10.3) verbunden ist
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochplatte (11) mit einer Vielzahl von Bohrungen (12) zwischen der Einlassplatte (8) und der Düsenplatte (18) angeordnet ist und dass die Bohrungen (12) in der Lochplatte (11) zu mehreren Lochgruppen (13.1, 13.2, 13.3) angeordnet sind, wobei den Verteilkammern (10.1, 10.2, 10.3) gegenüberliegend zu den Einlasskanälen (9.1, 9.2, 9.3) jeweils eine der Lochgruppen (13.1, 13.2, 13.3) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lochplatte (11) und der Düsenplatte (18) der mit den Düsenbohrungen (19) verbundene Sammelraum (17) ausgebildet ist, wobei die Bohrungen (12) der Lochgruppen (13.1, 13.2, 13.3) gemeinsam in den Sammelraum (17) münden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte (11) auf einer der Einlassplatte (8) zugewandten Oberseite jeweils zwischen den Lochgruppen (13.1, 13.2, 13.3) einen Trennsteg (14.1, 14.2) aufweist und dass die Verteilerkammern (10.1, 10.2, 10.3) in der Unterseite der Einlassplatte (8) zwischen den Trennstegen (14.1, 14.2) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (15) im Bereich der Trennstege (14.1, 14.2) die Lochplatte (11) derart schräg durchdringen, dass auf der gegenüberliegenden Unterseite der Lochplatte (11) eine über die Fläche der Lochplatte (11) gleichmäßige Lochverteilung vorliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das den Verteilerkammern (10.1, 10.2, 10.3) gegenüberliegend zu den Einlasskanälen (9.1, 9.2, 9.3) jeweils ein von mehreren Filterelementen (16.1, 16.2, 16.3) zugeordnet sind, wobei die Filterelemente (16.1, 16.2, 16.3) jeweils einen Auslass der Verteilkammer (10.1, 10.2, 10.3) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3) in der Einlassplatte (8) mit einer Schmelzequelle verbunden sind, wobei jedem der Einlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3) oder einer Gruppe von Einlasskanälen (20.1) eine von mehreren Spinnpumpen (6.1 - 6.4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schmelzequelle (2) und den Spinnpumpen (6.1 - 6.4) ein Rohrverteilungssystem (3) mit mehreren Verzweigungspunkten (4.1, 4.2, 4.3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskanäle in zwei Gruppen (20.1, 20.2) aufgeteilt sind, dass den Einlasskanälen (20.1, 20.2) zwei Gruppen von Verteilkammern (10.1, 22.1) zugeordnet sind, wobei eine erste Gruppe von Verteilkammern (10.1, 10.2) zwischen der Einlassplatte (8) und einer ersten Lochplatte (11) mit mehreren Lochgruppen und die zweite Gruppe von Verteilkammern (22.1, 22.2) zwischen einer Dosierplatte (21) und einer zweiten Lochplatte (23) mit mehreren Lochgruppen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenplatte (18) eine Verteilerplatte (24) mit einem Verteilungssystem vorgeordnet ist, durch welche die Lochgruppen beider Lochplatten (11, 23) mit den Düsenbohrungen (19) der Düsenplatte (18) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Einlasskanäle (20.1, 20.2) in der Einlassplatte (8) mit zwei Schmelzequellen verbunden sind, wobei an jedem der Einlasskanäle (20.1, 20.2) eine von mehreren Spinnpumpen (6.1 - 6.4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Spinndüsenpaket (5) innerhalb des Spinnbalkens (1) eine derartige Länge aufweist, dass die Filamentschar (25) auf einer Produktionsbreite (F_L) von > 5 m zur Bildung eines Vlieses gleichmäßig herstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilkammern (10.1, 10.2) innerhalb des Spinndüsenpaketes (5) eine maximale längliche Ausdehnung (V_L) von < 700 mm, vorzugsweise kleiner 500 mm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Spinnbalkens (1) mehrere Spinndüsenpakete (5.1, 5.2) reihenförmig zu einer Spinnlänge derart zusammengestellt sind, dass die Filamentscharen (25) auf einer Produktionsbreite (F_L) von > 5 Meter zur Bildung eines Vlieses zusammenführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Verteilerkammern (10.1, 10.2, 10.3) durch zumindest eine Verteileröffnung (29.1, 29.2) miteinander verbunden sind.