EP3702496A1 - Mould and method for manufacturing a mould for extruding cellulose moulded bodies - Google Patents

Mould and method for manufacturing a mould for extruding cellulose moulded bodies Download PDF

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EP3702496A1
EP3702496A1 EP19159270.8A EP19159270A EP3702496A1 EP 3702496 A1 EP3702496 A1 EP 3702496A1 EP 19159270 A EP19159270 A EP 19159270A EP 3702496 A1 EP3702496 A1 EP 3702496A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molding tool
carrier
web
extrusion openings
nozzle body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19159270.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Pichler
Christian SPERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lenzing AG
Original Assignee
Lenzing AG
Chemiefaser Lenzing AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Lenzing AG, Chemiefaser Lenzing AG filed Critical Lenzing AG
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Priority to TW109100291A priority patent/TW202035808A/en
Priority to PCT/EP2020/054331 priority patent/WO2020173783A1/en
Priority to US17/433,722 priority patent/US20220049375A1/en
Priority to EP20704557.6A priority patent/EP3931376A1/en
Priority to CN202080017065.0A priority patent/CN113508196A/en
Priority to JP2021550015A priority patent/JP2022521990A/en
Priority to BR112021014216-9A priority patent/BR112021014216A2/en
Publication of EP3702496A1 publication Critical patent/EP3702496A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02Spinnerettes
    • D01D4/022Processes or materials for the preparation of spinnerettes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof

Definitions

  • the invention relates to a molding tool for the extrusion of cellulosic molded bodies from a spinning mass, with an entry side and an exit side for the spinning mass, with at least one nozzle body, having a flat support with extrusion openings which penetrate the support from the entry side to the exit side and an opening diameter at the exit side have and through which the spinning mass is extruded to form the cellulosic moldings.
  • the invention also relates to a method for producing the molding tool and a method for producing cellulosic molded bodies using the molding tool.
  • Molds for the extrusion of cellulosic moldings of the type mentioned usually have to meet numerous high quality criteria in order to be suitable for spinning highly viscous cellulose solutions.
  • high requirements in terms of quality and dimensional accuracy (profile shape, mouth diameter and positioning) of the extrusion openings must be met in order to obtain a homogeneous bundle of shaped bodies and to avoid sticking of the individual shaped bodies in the shaped body bundle.
  • the roughness of the inner walls of the extrusion openings and the sharp edges and absence of burrs in the extrusion openings play a decisive role in shaping the molded bodies (which are formed from the extruded spinning mass on the exit side of the extrusion opening) and in avoiding spinning defects (such as breakage or tearing off) or gluing of moldings), caused for example by irregularities or burrs of the extrusion openings on the exit side arise.
  • spinning defects such as breakage or tearing off
  • gluing of moldings caused for example by irregularities or burrs of the extrusion openings on the exit side arise.
  • There are also high demands on the strength of the molding tools since they are exposed to very high pressures of up to 150 bar during the extrusion of the spinning mass.
  • the WO 2005/005695 A1 shows a method for producing molds of the aforementioned type, the extrusion openings being introduced into a carrier of the mold by means of electron beams.
  • Forming tools produced in this way overcome the problem of the choice of material, since the extrusion openings can be made directly in the carrier, which means that the extrusion openings can be made separately in a plate and there is no need to subsequently assemble the components.
  • extrusion openings introduced into the molding tools by means of electron beams have an advantageously reduced roughness and high sharpness with a small burr.
  • the extrusion openings made in the carrier by electron beams are severely limited in their profile shape and have a high degree of scatter or tolerance in their mouth diameter, since the effect of the electron beams can only be controlled and reproduced to a limited extent.
  • the extrusion openings must be introduced by electron beams in a high vacuum, which in turn requires a complex manufacturing process.
  • the invention achieves the stated problem in that the ratio between the thickness of the carrier and the mouth diameter of the extrusion openings on the exit side is at least 6: 1, and that the extrusion openings were introduced into the carrier by applying laser energy.
  • the ratio of the thickness of the carrier to the mouth diameter of the extrusion openings on the outlet side is at least 6: 1
  • a particularly pressure-stable nozzle body with high strength can be created, which can ensure a long service life at high pressure.
  • This pressure stability means that plastic deformations of the nozzle body can be avoided during its service life under normal operating conditions, while a small amount of load-dependent elastic deformations is unavoidable.
  • This strength can be further improved if the above-mentioned ratio is at least 10: 1 or particularly preferably at least 12: 1 or at least 15: 1.
  • the extrusion openings are also made in the carrier by applying laser energy, the molding tool can be made very simple Mark manufacturability.
  • the extrusion openings can be introduced into the carrier of the molding tool with a very high degree of dimensional accuracy, which means that a molding tool can be created that meets the high quality requirements and tight dimensional tolerances with regard to the mouth diameter and positioning.
  • dimensional tolerances of the critical variables such as the mouth diameter, hole geometry and cross-section of the extrusion openings, and the distance between the extrusion openings of less than 2% can be achieved.
  • the laser radiation can also directly create smooth and burr-free extrusion openings, which means that further post-processing steps on the molding tool can be omitted.
  • Such post-processing steps such as grinding or polishing, require high mechanical loads and can produce adverse stress effects in the carrier. A particularly easy to manufacture and reliable molding tool with low dimensional tolerances can thus be created.
  • shaped bodies are in particular the filaments emerging from the extrusion openings, which can subsequently be used for the production of continuous or staple fibers.
  • Such filaments or fibers preferably have titers of greater than or equal to 0.7 dtex in the context of the invention.
  • the invention relates to molds for the production of regenerated cellulosic moldings with an opening diameter of the extrusion opening on the exit side of greater than or equal to 40 ⁇ m, in particular greater than or equal to 45 ⁇ m, preferably greater than or equal to 50 ⁇ m, particularly preferably between 70 ⁇ m and 150 ⁇ m .
  • the molding tools are particularly suitable for producing microfibers with a fiber titer of less than 0.7 dtex.
  • the molding tools of the present invention are used in the production of cellulosic fibers with a titer of usually greater than or equal to 0.7 dtex, for which extrusion openings with an opening diameter greater than 40 ⁇ m are suitable.
  • the thickness of the carrier is at least 600 ⁇ m, a molding tool with sufficient strength and durability of the nozzle body can be used be created, which can be made large enough at the same time to allow an advantageous production throughput.
  • the preferred thickness of the carrier is at least 800 ⁇ m, or particularly preferably 1000 ⁇ m. If the carrier has a thickness in this range, it can be ensured that in regular operation, at operating pressures of up to 100 bar, such as in a process for the production of regenerated cellulosic molded bodies according to the Lyocell type (Lyocell process) are common, there is no plastic deformation of the carrier.
  • a plastic deformation of the carrier can change the geometry of the extrusion openings disadvantageously as well as negatively affect the exit behavior of the moldings from the mold.
  • the carrier can be loaded with a pressure of up to 150 bar even in the event of overpressure events, without the carrier breaking or irreversible structural damage occurring.
  • Forming tools having a carrier with a thickness of less than 600 ⁇ m are only suitable to a limited extent for use in such processes, since they do not have the necessary strength to permanently withstand the high pressures or only allow a very limited throughput.
  • the extrusion openings are free of burrs on the exit side, a molding tool can be created in which a disadvantageous sticking of the molded bodies after exiting the extrusion openings can be avoided.
  • Burrs on the extrusion openings can have the disadvantage that the extruded moldings do not just emerge from the extrusion openings, but are deflected by the burr and come into contact with an adjacent molding and stick together, causing spinning errors that result in an interruption and restart (re-spinning ) make the process necessary or lead to reject production.
  • the molding tool can have several such nozzle bodies.
  • the molding tool can have a plurality of rectangular nozzle bodies that adjoin one another.
  • Such a molding tool can be manufactured particularly easily and can be more cost-effective.
  • the molding tool has at least one first web, which is firmly connected to the nozzle body and protrudes from the nozzle body in the direction of the inlet side, then on the one hand the stability and strength of the support can be further improved, since the web is a pressure load on the nozzle body or in particular the support counteracts, and on the other hand, a guide surface for the spinning mass can be created by the web, since this can ensure an efficient transport of the spinning mass to the extrusion openings. In addition, the formation of dead spaces is avoided by the suitable design of the web and thus the quality of the molded bodies extracted thereby is improved.
  • the strength of the carrier can be further increased significantly if the molding tool has at least one second web, the nozzle body extending between the first web and the second web.
  • the second web like the first web, is cohesively connected to the nozzle body and protrudes from the nozzle body in the direction of the inlet side.
  • the first and the second web can function in particular as an edge-side support of the nozzle body and thus reliably dissipate the pressure loads that act on the carrier during the extrusion.
  • the first and second webs can jointly form a channel for guiding the spinning mass on the entry side. A particularly reliable and stable molding tool can thus be created.
  • the molding tool can be particularly advantageous if the web extends, at least in sections, essentially normal to the nozzle body. Through the section which extends essentially normal to the nozzle body, the spinning mass can be directed strongly in the direction of the extrusion orifices and thus a directional mass flow can be maintained.
  • the molding tool can prove itself with excellent stability and resistance to deformation due to the high pressure of the spinning mass.
  • the first web can completely encircle the second web and thus a particularly simple form tool can be created.
  • This can be particularly useful for use in a molding tool an annular nozzle body, the annular nozzle body extending between the first and second webs.
  • the molding tool also has a flange with at least one flange leg on the inlet side, the flange leg connecting to the web, an easily manageable and flexibly exchangeable molding tool can be created, which can be quickly and easily attached to a spinning machine via the flange. If the flange leg protrudes outwards from the molding tool, it can also be ensured that the spinning mass can flow freely onto the nozzle body from the inlet side without any obstacles and thus a uniform extrusion through the molding tool is made possible.
  • the invention has the object of providing a simple and cost-effective method which nevertheless enables high precision.
  • a molding tool is produced according to one of claims 1 to 11, in which the extrusion openings are introduced into the carrier from the entry side of the molding tool by applying laser energy to the carrier and burr-free extrusion openings are generated in the carrier on the exit side without further post-processing Particularly simple and reproducible manufacturing processes for molding tools are created.
  • the use of laser radiation also makes complex post-treatment of the extrusion openings obsolete, since the extrusion openings introduced directly into the carrier can meet all of the quality criteria placed on the molding tools. This applies both to the roughness and absence of burrs in the extrusion openings, as well as to the positioning accuracy and the opening diameter. If the laser energy is applied to the carrier by pulsed laser radiation, particularly low manufacturing tolerances can be maintained for the extrusion openings.
  • Laser radiation with a pulse duration between 100 fs and 100 ns and pulse energies between 1 ⁇ J and 1000 ⁇ J has proven to be particularly suitable.
  • the pulsed laser radiation can are preferably applied to the carrier in a percussion drilling process or a helical drilling process and thus produce extrusion openings with high precision and low manufacturing tolerances.
  • the extrusion openings are introduced into the carrier after the material connection of the carrier with a web, a particularly reliable and reproducible manufacturing method can be provided.
  • the production of a material connection between the carrier and a web inevitably leads to mechanical loads on the carrier material and thus to an undesirable impairment or change in the extrusion openings.
  • By subsequently introducing the extrusion openings into the fully assembled or fully formed molding tool such mechanical loading of the extrusion openings can be avoided, in particular if the introduction of the extrusion openings takes place as the last, final process step.
  • the molding tool according to the invention according to one of claims 1 to 11 can be particularly distinguished when it is used in a process for the production of regenerated cellulosic molded bodies, in which a spinning mass containing cellulose is extruded through the molding tool and is precipitated in a spinning bath to close the molded body produce.
  • Such a process can particularly preferably be a Lyocell process in which the spinning mass contains a tertiary amine oxide in which the cellulose is dissolved and the spinning bath has a mixture of water and tertiary amine oxide.
  • FIG. 1 an annular mold 1 according to a first embodiment of the invention is shown, which is in a spinning device 100 according to Fig. 5 and is used in a process for the extrusion of cellulosic molded bodies 4.
  • the molding tool 1 has an entry side 6 for the spinning mass 2 and an exit side 7 for the extruded spinning mass 3 (cf. Fig. 5 ).
  • a nozzle body 8 with a flat carrier 9 is provided in the mold 1.
  • the nozzle body 8 can be formed in one piece with the rest of the molding tool 1 (for example by deep drawing, milling, etc.), or connected to it in some other way (for example by welding, etc.).
  • the carrier 9 has extrusion openings 10 which penetrate it from the inlet side 6 to the outlet side 7.
  • the extrusion openings 10 form an opening 11 with an opening diameter 12.
  • the size of the mouth diameter 12 significantly influences the titer (or diameter) of the extruded cellulosic molded body 4.
  • the cross-sectional shape of the extrusion opening 10 can control the extrusion behavior and the geometry of the molded body 4.
  • the exit behavior of the spinning mass 2 from the extrusion openings 10 can be changed in order to prevent the extruded spinning mass 3 from sticking before it precipitates in the spinning bath 5.
  • Preferred cross-sectional shapes of the extrusion openings 10 can have a course that tapers towards the exit side 7, as shown in FIG Fig. 1 is shown.
  • the cross-sectional shape can, however, be varied as desired by the laser radiation, with which, for example, hourglass-shaped courses widening towards the exit side 7 are possible.
  • the extrusion openings 10 have an opening diameter 12 of between 70 and 150 ⁇ m. With such mouth diameters 12 it can be ensured that fibers or filaments with a titer of greater than 0.7 dtex are produced as extruded cellulosic molded bodies 4. In another In a preferred embodiment of the invention, regenerated cellulosic fibers with a titer between 1.0 and 2.5 dtex are produced.
  • the ratio between the thickness 13 of the carrier 9 and the mouth diameter 12 of the extrusion opening 10 is at least 6: 1, which ensures that the carrier 9 is sufficiently stable against the high pressures caused by the spinning mass 2.
  • a ratio of at least 10: 1, of at least 12: 1, or of at least 15: 1 is selected.
  • the thickness 13 of the carrier 9 is at least 600 ⁇ m.
  • the carrier 9 can thus permanently withstand a pressure load of up to 150 bar from the inlet side 6.
  • the preferred thickness 13 of the carrier 9 is at least 800 ⁇ m, or preferably 1000 ⁇ m, in order to guarantee a particularly high stability of the carrier 9.
  • the extrusion openings 10 were made in the carrier 9 by the application and action of laser energy therein. As a result, the molding tool 1 can be manufactured very easily in terms of process technology.
  • the laser radiation acting in the material of the carrier 9 achieves particularly high dimensional accuracies in the positioning, dimensions and geometry of the extrusion openings 10.
  • the extrusion openings 10 have a constant mean distance 14 from one another, which is between 50 and 1000 ⁇ m, the standard deviation of the distance 14 being a maximum of 1%. In order to avoid the fibers sticking together when they exit the extrusion openings 10, larger spacings 14 of 250 to 800 ⁇ m are usually used.
  • the extrusion openings 10 can be arranged in any regular pattern (for example radial, grid-shaped, etc.) or irregularly distributed over the carrier 9. A standard deviation of the mouth diameter 12 of less than 2% is also achieved by the laser radiation.
  • the extrusion openings 10 introduced into the carrier 9 by the laser radiation do not have any burrs on the exit side 7 after they have been introduced and therefore do not have to be subjected to further post-processing steps such as grinding or polishing, which can adversely affect the geometry of the extrusion openings 10.
  • the burr-free and smooth extrusion openings 10 further ensure that the Do not stick individual strands of the extruded spinning mass 3 to one another before they precipitate to form the shaped bodies 4 in the spinning bath 5.
  • the molding tool 1 shown with an annular nozzle body 8 has a first web 15 and a second web 16, which are both materially connected to the annular nozzle body 8.
  • the webs 15, 16 can be formed approximately in one piece with the carrier 9 of the nozzle body 8, for example by deep-drawing or milling the molding tool 1 as a whole, or, for example, by being welded to it in a materially bonded manner.
  • the annular nozzle body 8 extends between the first and second webs 15, 16. The webs 15 and 16 protrude from the nozzle body 8 in the direction of the inlet side 6.
  • the webs 15, 16 act as edge-side supports for the carrier 9, which means that the carrier 9 can withstand a higher pressure load from the spinning mass 2. Due to the ring-shaped configuration of the nozzle body 8, the first web 15 completely surrounds the second web 16 and the nozzle body 8. The two webs 15 and 16 thus always run parallel to one another and maintain a constant normal spacing 17 transversely to the longitudinal extension 18 of the nozzle body 8, along the carrier 9, to one another. The normal distance 17 is at most 100 times the thickness 13 of the carrier 9 in order to ensure the maximum stability of the nozzle body 8.
  • the webs 15 and 16 act as guide surfaces 19 for the spinning mass 2, which advantageously support the flow behavior of the highly viscous spinning mass 2 and prevent the formation of dead spaces within the molding tool 1.
  • the webs 15, 16 thus form a guide channel 20 for the spinning mass 2 from the entry side 6.
  • the webs 15 and 16 extend, as in FIG Fig. 1 shown, preferably normal to the nozzle body 8 and thus normal to the carrier 9.
  • the molding tool 1 also has a flange 23, via which the molding tool 1 is connected to a spinning device 100 - as in FIG Fig. 5 shown - can be connected.
  • the flange 23 has two flange legs 21, 22 which each adjoin the webs 15 and 16 on the inlet side 6 and which protrude outwardly from the webs 15 and 16 and thus the molding tool 1.
  • the flange legs 21, 22 do not hinder the guide channel 20 for the Spinning mass 2 and thus reliably avoid a negative influence on the flow conditions in the guide channel 20.
  • a molding tool 51 according to a second embodiment which has a plurality of rectangular nozzle bodies 58a, 58b, 58c.
  • the molding tool 51 can be used in a spinning device 100 according to FIG Fig. 5 and used in a method for extrusion of cellulosic molded bodies 3.
  • the molding tool 51 has an entry side 56 for the spinning mass 2 and an exit side 57 for the extruded spinning mass 3 (cf. Fig. 5 ).
  • the molding tool 51 has three nozzle bodies 58a, 58b and 58c, each of which comprises a flat carrier 59a, 59b, 59c.
  • a molding tool 51 as shown in FIGS Figures 3 and 4 shown need not be limited to three nozzle bodies. Any other number and arrangement of nozzle bodies in the molding tool is also possible.
  • the nozzle bodies 58a, 58b, 58c are connected to the rest of the molding tool 51 with a material fit, preferably by weld seams 73.
  • the carriers 59a, 59b, 59c each have extrusion openings 60 which penetrate them from the entry side 56 to the exit side 57 and were introduced into them by the action of laser radiation.
  • the extrusion openings 60 each form an opening 61 with an opening diameter 62 on the outlet side 57.
  • the mouth diameter 62 can be varied in order to change the titer of the extruded cellulosic molded bodies 4.
  • the preferred opening diameter 62 of the extrusion openings 60 is between 70 and 150 ⁇ m in order to produce cellulosic molded bodies 4, in particular fibers, with a titer of greater than 0.7 dtex.
  • a standard deviation of the mouth diameter 62 of less than 1% is also achieved.
  • Regenerated cellulosic fibers with a titer between 1.0 and 2.5 dtex are particularly preferably produced.
  • the cross-sectional shapes of the extrusion openings 60 can also be changed as described for the first embodiment in order to control the exit behavior of the extruded spinning mass 3.
  • the carriers 59a, 59b, 59c of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c have a preferred thickness 63 of at least 600 ⁇ m.
  • the thickness 63 is at least 800 ⁇ m, or at least 1000 ⁇ m, in order to obtain a particularly permanently stable molding tool 51 which withstands the high pressures of up to 150 bar acting from the inlet side 56.
  • the ratio between the thickness 63 of the supports 59a, 59b, 59c and the opening diameter 62 of the extrusion openings 60 is at least 6: 1 in order to achieve the necessary stability. In preferred embodiments of the invention, the ratio is at least 10: 1, at least 12: 1, or at least 15: 1.
  • the extrusion openings 60 are introduced into the supports 59a, 59b, 59c by applying laser energy to them, a very high degree of dimensional accuracy in the positioning and dimensions of the extrusion openings 60 is achieved.
  • the extrusion openings 60 are arranged at a constant distance 64 of 50 to 1000 ⁇ m from one another, the standard deviation being a maximum of 2% of the distance 64.
  • the extrusion openings 60 can be made essentially burr-free by laser radiation, which makes further grinding or polishing steps superfluous and thus avoids the formation of stress effects in the carriers 59a, 59b, 59c.
  • the molding tool 51 has first webs 65a, 65b, 65c, 65d, which are provided on the outside of the molding tool 51.
  • second webs 66a, 66b are provided, which extend in the form of ribs between the first webs 65c and 65d and are materially connected to them.
  • the nozzle bodies 58a and 58c extend transversely to their longitudinal extension 68 between a first web 65a, 65b and a second web 66a, 66b.
  • the nozzle body 58b extends between the second webs 66a, 66b.
  • Web 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b and supports 59a, 59b, 59c of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c are materially connected to one another via weld seams 73.
  • the webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b are preferably designed together in one piece (e.g. as a milled, deep-drawn, rolled, etc. part) and protrude from the nozzle bodies 58a, 58b, 58c in the direction of the inlet side 56.
  • the webs 65a, 65b, 66a, 66b run parallel to one another and maintain a constant normal distance 67 (normal to the longitudinal extension 68) along the Carriers 59a, 59b, 59c to one another.
  • the normal distance 67 is at most 100 times the thickness 63 of the supports 59a, 59b, 59c, so that the greatest possible stability of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c is achieved.
  • the webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b act as guide surfaces 69 for the spinning mass 2.
  • a guide channel 70 is created by the webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b from the inlet side 56 , through which the spinning mass 2 is guided to the extrusion openings 60.
  • the molding tool 51 has a flange 73 via which the molding tool 51 can be connected to a spinning device 100 in a non-positive manner.
  • Fig. 5 shows a spinning device 100 in which, according to a method for producing regenerated cellulosic molded bodies 4, a spinning mass 2 is extruded through a molding tool 1, according to the first embodiment of the invention, to form the cellulosic molded bodies 4.
  • the extruded spinning mass 3 is passed after extrusion through an air gap 8 into a spinning bath 5, where the cellulose precipitates from the extruded spinning mass 3.
  • the method for producing the regenerated molded bodies 4 is a Lyocell method, in which the spinning mass 2 contains a solution of cellulose in a tertiary amine oxide.
  • the spinning bath 5 for precipitating the extruded spinning mass 3 contains a mixture of water and a tertiary amine oxide (for example NMMO - N-methylmorpholine-N-oxide).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug (1, 51) zur Extrusion cellulosischer Formkörper (4) aus einer Spinnmasse (2), mit einer Eintrittsseite (6, 56) und einer Austrittsseite (7, 57) für die Spinnmasse (2), mit zumindest einem Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c), aufweisend einen flächigen Träger (9, 59a, 59b, 59c) mit Extrusionsöffnungen (10, 60), welche den Träger von der Eintrittsseite (6, 56) zur Austrittsseite (7, 57) durchdringen und an der Austrittsseite (7, 57) einen Mündungsdurchmesser (12, 62) aufweisen und durch welche die Spinnmasse (2) zu den cellulosischen Formkörpern (4) extrudiert wird. Um ein Formwerkzeug der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann und zugleich eine ausgezeichnete Festigkeit und Druckstabilität aufweist, wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis von Dicke (13, 63) des Trägers (9, 59a, 59b, 59c) zum Mündungsdurchmesser (12, 62) der Extrusionsöffnungen (10, 60) an der Austrittsseite (7, 57) zumindest 6:1, vorzugsweise zumindest 10:1 beträgt, und dass die Extrusionsöffnungen (10, 60) durch Aufbringen von Laserenergie in den Träger (9, 59a, 59b, 59c) eingebracht wurden.The invention relates to a molding tool (1, 51) for extruding cellulosic molded bodies (4) from a spinning mass (2), with an entry side (6, 56) and an exit side (7, 57) for the spinning material (2), with at least one Nozzle body (8, 58a, 58b, 58c), having a flat carrier (9, 59a, 59b, 59c) with extrusion openings (10, 60) which move the carrier from the inlet side (6, 56) to the outlet side (7, 57) penetrate and on the exit side (7, 57) have an opening diameter (12, 62) and through which the spinning mass (2) is extruded to form the cellulosic molded bodies (4). In order to provide a molding tool of the type mentioned at the beginning, which can be produced more simply and cost-effectively and at the same time has excellent strength and pressure stability, it is proposed that the ratio of thickness (13, 63) of the carrier (9, 59a, 59b, 59c) to Mouth diameter (12, 62) of the extrusion openings (10, 60) on the outlet side (7, 57) is at least 6: 1, preferably at least 10: 1, and that the extrusion openings (10, 60) by applying laser energy to the carrier ( 9, 59a, 59b, 59c) were introduced.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Extrusion cellulosischer Formkörper aus einer Spinnmasse, mit einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite für die Spinnmasse, mit zumindest einem Düsenkörper, aufweisend einen flächigen Träger mit Extrusionsöffnungen, welche den Träger von der Eintrittsseite zur Austrittsseite durchdringen und an der Austrittsseite einen Mündungsdurchmesser aufweisen und durch welche die Spinnmasse zu den cellulosischen Formkörpern extrudiert wird.The invention relates to a molding tool for the extrusion of cellulosic molded bodies from a spinning mass, with an entry side and an exit side for the spinning mass, with at least one nozzle body, having a flat support with extrusion openings which penetrate the support from the entry side to the exit side and an opening diameter at the exit side have and through which the spinning mass is extruded to form the cellulosic moldings.

Die Erfindung betrifft außerdem, ein Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs und ein Verfahren zur Herstellung von cellulosischen Formkörpern durch das Formwerkzeug.The invention also relates to a method for producing the molding tool and a method for producing cellulosic molded bodies using the molding tool.

Stand der TechnikState of the art

Formwerkzeuge zur Extrusion cellulosischer Formkörper der eingangs erwähnten Art (auch als "Spinndüsen" bzw. "Spinnerette" bekannt) müssen üblicherweise zahlreiche hohe Qualitätskriterien erfüllen, um für das Verspinnen von hochviskosen Celluloselösungen geeignet zu sein. So müssen etwa hohe Anforderungen hinsichtlich der Qualität und Maßgenauigkeit (Profilform, Mündungsdurchmesser und Positionierung) der Extrusionsöffnungen erfüllt werden um ein homogenes Formkörperbündel zu erhalten und um ein Verkleben der einzelnen Formkörper im Formkörperbündel zu vermeiden. Zudem spielt die Rauigkeit der Innenwände der Extrusionsöffnungen sowie die Scharfkantigkeit und Gratfreiheit der Extrusionsöffnungen eine entscheidende Rolle bei der Formgebung der Formkörper (welche aus der extrudierten Spinnmasse an der Austrittsseite der Extrusionsöffnung geformt werden) und zur Vermeidung von Spinnfehlern (wie etwa dem Bruch bzw. Abreißen oder Verkleben von Formkörpern), die beispielsweise durch Unregelmäßigkeiten oder Grate der Extrusionsöffnungen an der Austrittsseite entstehen. Ebenso werden hohe Anforderungen an die Festigkeit der Formwerkzeuge gestellt, da diese während der Extrusion der Spinnmasse sehr hohen Drücken von bis zu 150 bar ausgesetzt sind.Molds for the extrusion of cellulosic moldings of the type mentioned (also known as "spinnerets" or "spinnerettes") usually have to meet numerous high quality criteria in order to be suitable for spinning highly viscous cellulose solutions. For example, high requirements in terms of quality and dimensional accuracy (profile shape, mouth diameter and positioning) of the extrusion openings must be met in order to obtain a homogeneous bundle of shaped bodies and to avoid sticking of the individual shaped bodies in the shaped body bundle. In addition, the roughness of the inner walls of the extrusion openings and the sharp edges and absence of burrs in the extrusion openings play a decisive role in shaping the molded bodies (which are formed from the extruded spinning mass on the exit side of the extrusion opening) and in avoiding spinning defects (such as breakage or tearing off) or gluing of moldings), caused for example by irregularities or burrs of the extrusion openings on the exit side arise. There are also high demands on the strength of the molding tools, since they are exposed to very high pressures of up to 150 bar during the extrusion of the spinning mass.

Aus der EP 0 430 926 B1 und der WO 94/28211 A1 sind Formwerkzeuge zur Extrusion cellulosischer Formkörper aus einer Spinnmasse bekannt, welche in Verfahren zur Herstellung von cellulosischen Formkörpern - wie etwa dem Viskose- oder dem Lyocellverfahren - eingesetzt werden können. Die Extrusionsöffnungen werden dabei üblicherweise durch mechanisches Bohren oder Stechen in einen Träger eingebracht. Dies stellt jedoch besondere Anforderungen an das Material des Trägers, da dieses einerseits genügend Duktilität aufweisen muss um mit dem Bohr- bzw. Stechwerkzeug bearbeitet werden zu können, und andererseits den sehr hohen Drücken im Viskose- bzw. Lyocellprozess von bis zu 150 bar dauerhaft standhalten muss. Diese Anforderungen werden beispielsweise in der EP 0 430 926 B1 durch den Einsatz eines Plättchen aus einem weicheren, einfach bearbeitbaren Material (wie Gold, Silber oder Tantal), in welchem die Extrusionsöffnungen eingebracht sind, in einem Träger aus Edelstahl erreicht. Durch die spezielle Materialkombination lassen sich die Extrusionsöffnungen einfach in das Formwerkzeug einbringen und es wird trotzdem eine hohe Festigkeit erreicht. Derartige Formwerkzeuge haben allerdings den Nachteil, dass die dabei verwendeten Materialien sehr teuer sind, und die zusammengesetzten Formwerkzeuge einem sehr aufwändigen Herstellungsprozess unterliegen, da die Plättchen nachträglich in den Träger eingebracht und mit diesem verbunden werden müssen. Zudem entstehen durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie Bohren oder Stechen Grate an den Extrusionsöffnungen, welche in zusätzlichen aufwändigen Nachbearbeitungsschritten (bspw. durch Polieren) entfernt werden müssen. Ebenso kann in solchen mechanischen Bearbeitungsverfahren nur eine begrenzte Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht werden, was in der Regel zu hohen Toleranzen bei den Extrusionsöffnungen führt.From the EP 0 430 926 B1 and the WO 94/28211 A1 mold tools for extrusion of cellulosic moldings from a spinning mass are known which can be used in processes for producing cellulosic moldings - such as the viscose or lyocell process. The extrusion openings are usually made in a carrier by mechanical drilling or piercing. However, this places special demands on the material of the carrier, as it must have sufficient ductility on the one hand to be able to be machined with the drilling or piercing tool, and on the other hand withstand the very high pressures in the viscose or lyocell process of up to 150 bar got to. These requirements are for example in the EP 0 430 926 B1 by using a plate made of a softer, easily machinable material (such as gold, silver or tantalum), in which the extrusion openings are made, in a support made of stainless steel. Due to the special combination of materials, the extrusion openings can easily be made in the mold and a high level of strength is still achieved. However, such molding tools have the disadvantage that the materials used are very expensive, and the assembled molding tools are subject to a very complex manufacturing process, since the platelets have to be subsequently introduced into the carrier and connected to it. In addition, mechanical processing methods such as drilling or pricking create burrs on the extrusion openings, which have to be removed in additional, complex post-processing steps (e.g. by polishing). Likewise, only limited positioning accuracy and reproducibility can be achieved in such mechanical processing methods, which usually leads to high tolerances in the extrusion openings.

Die WO 2005/005695 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Formwerkzeugen der vorgenannten Art, wobei die Extrusionsöffnungen mittels Elektronenstrahlen in einen Träger des Formwerkzeugs eingebracht werden. Derartige hergestellte Formwerkzeuge überwinden zwar das Problem der Materialwahl, da die Extrusionsöffnungen direkt in die Träger eingebracht werden können, wodurch ein separates Einbringen der Extrusionsöffnungen in ein Plättchen und aufwändiges nachträgliches Zusammensetzen der Komponenten entfällt. Zudem weisen solche mittels Elektronenstrahlen in die Formwerkzeuge eingebrachten Extrusionsöffnungen eine vorteilhaft verminderte Rauigkeit und hohe Scharfkantigkeit bei geringem Grat auf. Allerdings sind die durch Elektronenstrahlen in den Träger eingebrachten Extrusionsöffnungen stark in ihrer Profilform beschränkt und weisen eine hohe Streuung bzw. Toleranz bei deren Mündungsdurchmesser auf, da die Einwirkung der Elektronenstrahlen nur begrenzt kontrollierbar und reproduzierbar ist. Zudem muss das Einbringen der Extrusionsöffnungen durch Elektronenstrahlen in einem Hochvakuum erfolgen, was wiederum ein aufwändiges Herstellungsverfahren bedingt.The WO 2005/005695 A1 shows a method for producing molds of the aforementioned type, the extrusion openings being introduced into a carrier of the mold by means of electron beams. Forming tools produced in this way overcome the problem of the choice of material, since the extrusion openings can be made directly in the carrier, which means that the extrusion openings can be made separately in a plate and there is no need to subsequently assemble the components. In addition, such extrusion openings introduced into the molding tools by means of electron beams have an advantageously reduced roughness and high sharpness with a small burr. However, the extrusion openings made in the carrier by electron beams are severely limited in their profile shape and have a high degree of scatter or tolerance in their mouth diameter, since the effect of the electron beams can only be controlled and reproduced to a limited extent. In addition, the extrusion openings must be introduced by electron beams in a high vacuum, which in turn requires a complex manufacturing process.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Formwerkzeug der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann und zugleich eine ausgezeichnete Festigkeit und Druckstabilität aufweist und die Extrusionsöffnungen geringere Toleranzen in Bezug auf Mündungsdurchmesser, Position und Profilform aufweisen.It is therefore an object of the invention to provide a molding tool of the type mentioned at the beginning, which can be produced more simply and cost-effectively and at the same time has excellent strength and pressure stability and the extrusion openings have lower tolerances in terms of mouth diameter, position and profile shape.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Verhältnis zwischen der Dicke des Trägers zum Mündungsdurchmesser der Extrusionsöffnungen an der Austrittsseite zumindest 6:1 beträgt, und dass die Extrusionsöffnungen durch Aufbringen von Laserenergie in den Träger eingebracht wurde.The invention achieves the stated problem in that the ratio between the thickness of the carrier and the mouth diameter of the extrusion openings on the exit side is at least 6: 1, and that the extrusion openings were introduced into the carrier by applying laser energy.

Beträgt das Verhältnis von Dicke des Trägers zu Mündungsdurchmesser der Extrusionsöffnungen an der Austrittsseite zumindest 6:1, so kann ein besonders druckstabiler Düsenkörper mit hoher Festigkeit geschaffen werden, welcher eine lange Standzeit bei hohem Druck gewährleisten kann. Diese Druckstabilität bedeutet, dass plastische Verformungen des Düsenkörpers während dessen Standzeit unter normalen Betriebsbedingungen vermieden werden können, während ein geringes Maß an belastungsabhängigen elastischen Verformungen jedoch unvermeidbar ist. Diese Festigkeit kann weiter verbessert werden, wenn oben genanntes Verhältnis zumindest 10:1 bzw. besonders bevorzugt zumindest 12:1 oder zumindest 15:1 beträgt. Werden zudem die Extrusionsöffnungen durch Aufbringen von Laserenergie in den Träger eingebracht, so kann sich das Formwerkzeug durch sehr einfache Herstellbarkeit auszeichnen. Die Extrusionsöffnungen können dabei mit einer sehr hohen Maßgenauigkeit in den Träger des Formwerkzeugs eingebracht werden, womit ein Formwerkzeug geschaffen werden kann, dass die hohen Qualitätsanforderungen und engen Maßtoleranzen bezüglich Mündungsdurchmesser und Positionierung erfüllt. Insbesondere können durch den Einsatz von Laserstrahlung Maßtoleranzen der kritischen Größen, wie Mündungsdurchmesser, Lochgeometrie und -querschnitt der Extrusionsöffnungen, sowie Abstand zwischen den Extrusionsöffnungen von kleiner als 2 % erreicht werden. Durch die Laserstrahlung können auch direkt glatte und gratfreie Extrusionsöffnungen geschaffen werden, wodurch weitere Nachbearbeitungsschritte an dem Formwerkzeugs unterbleiben können. Solche Nachbearbeitungsschritte, wie etwa Schleifen oder Polieren bedingen hohe mechanische Belastungen und können nachteilige Stresseffekte im Träger erzeugen. Ein besonders einfach herstellbares und zuverlässiges Formwerkzeug mit niedrigen Maßtoleranzen kann somit geschaffen werden.If the ratio of the thickness of the carrier to the mouth diameter of the extrusion openings on the outlet side is at least 6: 1, a particularly pressure-stable nozzle body with high strength can be created, which can ensure a long service life at high pressure. This pressure stability means that plastic deformations of the nozzle body can be avoided during its service life under normal operating conditions, while a small amount of load-dependent elastic deformations is unavoidable. This strength can be further improved if the above-mentioned ratio is at least 10: 1 or particularly preferably at least 12: 1 or at least 15: 1. If the extrusion openings are also made in the carrier by applying laser energy, the molding tool can be made very simple Mark manufacturability. The extrusion openings can be introduced into the carrier of the molding tool with a very high degree of dimensional accuracy, which means that a molding tool can be created that meets the high quality requirements and tight dimensional tolerances with regard to the mouth diameter and positioning. In particular, through the use of laser radiation, dimensional tolerances of the critical variables, such as the mouth diameter, hole geometry and cross-section of the extrusion openings, and the distance between the extrusion openings of less than 2% can be achieved. The laser radiation can also directly create smooth and burr-free extrusion openings, which means that further post-processing steps on the molding tool can be omitted. Such post-processing steps, such as grinding or polishing, require high mechanical loads and can produce adverse stress effects in the carrier. A particularly easy to manufacture and reliable molding tool with low dimensional tolerances can thus be created.

Im Rahmen der Erfindung werden als Formkörpern insbesondere die aus den Extrusionsöffnungen austretenden Filamente bezeichnet, welche in weiterer Folge zur Herstellung von Endlos- oder Stapelfasern verwendet werden können. Solche Filamente oder Fasern weisen bevorzugt im Rahmen der Erfindung Titer von größer gleich 0,7 dtex auf.In the context of the invention, shaped bodies are in particular the filaments emerging from the extrusion openings, which can subsequently be used for the production of continuous or staple fibers. Such filaments or fibers preferably have titers of greater than or equal to 0.7 dtex in the context of the invention.

Im Allgemeinen wird festgehalten, dass die Erfindung Formwerkzeuge zur Herstellung von regenerierten cellulosischen Formkörpern mit einem Mündungsdurchmesser der Extrusionsöffnung an der Austrittsseite von größer gleich 40µm, insbesondere von größer gleich 45µm, bevorzugt größer gleich 50 µm, besonders bevorzugt zwischen 70 µm und 150 µm, betrifft. Wenn die Mündungsdurchmesser unter 40 µm betragen sind die Formwerkzeuge insbesondere zur Herstellung von Mikrofasern mit einem Fasertiter kleiner 0,7 dtex geeignet. Die Formwerkzeuge der vorliegenden Erfindung kommen jedoch bei der Herstellung von cellulosischen Fasern mit einem Titer von üblicherweise größer gleich 0,7 dtex zum Einsatz, wofür Extrusionsöffnungen mit einem Mündungsdurchmesser größer 40 µm geeignet sind.In general, it is stated that the invention relates to molds for the production of regenerated cellulosic moldings with an opening diameter of the extrusion opening on the exit side of greater than or equal to 40 μm, in particular greater than or equal to 45 μm, preferably greater than or equal to 50 μm, particularly preferably between 70 μm and 150 μm . If the mouth diameter is below 40 µm, the molding tools are particularly suitable for producing microfibers with a fiber titer of less than 0.7 dtex. However, the molding tools of the present invention are used in the production of cellulosic fibers with a titer of usually greater than or equal to 0.7 dtex, for which extrusion openings with an opening diameter greater than 40 μm are suitable.

Beträgt die Dicke des Trägers zumindest 600 µm, so kann ein Formwerkzeug mit ausreichender Festigkeit und Standzeit des Düsenkörpers geschaffen werden, welches zugleich groß genug ausgeführt werden kann um einen vorteilhaften Produktionsdurchsatz zu ermöglichen. Insbesondere beträgt die bevorzugte Dicke des Trägers zumindest 800 µm, bzw. besonders bevorzugt 1000 µm. Weist der Träger eine Dicke in diesem Bereich auf, so kann sichergestellt werden, dass es im regulären Betrieb, bei Betriebsdrücken bis zu 100 bar, wie diese etwa in einem Verfahren zur Herstellung von regenerierten cellulosischen Formkörpern nach dem Lyocell-Typ (Lyocell-Verfahren) üblich sind, zu keiner plastischen Verformung des Trägers kommt. Eine plastische Verformung des Trägers kann nämlich sowohl die Geometrie der Extrusionsöffnungen nachteilig verändern, als auch das Austrittsverhalten der Formkörper aus dem Formwerkzeug negativ beeinflussen. Zudem kann sichergestellt werden, dass der Träger auch bei Überdruckereignissen mit einem Druck von bis zu 150 bar belastet werden kann, ohne dass es dabei zu einem Bruch oder zu einer irreversiblen strukturellen Schädigung des Trägers kommt. Formwerkzeuge aufweisend einen Träger mit einer Dicke unter 600 µm sind für den Einsatz in solchen Verfahren nur begrenzt geeignet, da diese nicht die nötige Festigkeit aufweisen um den hohen Drücken dauerhaft standzuhalten bzw. nur einen sehr begrenzten Durchsatz ermöglichen.If the thickness of the carrier is at least 600 μm, a molding tool with sufficient strength and durability of the nozzle body can be used be created, which can be made large enough at the same time to allow an advantageous production throughput. In particular, the preferred thickness of the carrier is at least 800 μm, or particularly preferably 1000 μm. If the carrier has a thickness in this range, it can be ensured that in regular operation, at operating pressures of up to 100 bar, such as in a process for the production of regenerated cellulosic molded bodies according to the Lyocell type (Lyocell process) are common, there is no plastic deformation of the carrier. A plastic deformation of the carrier can change the geometry of the extrusion openings disadvantageously as well as negatively affect the exit behavior of the moldings from the mold. In addition, it can be ensured that the carrier can be loaded with a pressure of up to 150 bar even in the event of overpressure events, without the carrier breaking or irreversible structural damage occurring. Forming tools having a carrier with a thickness of less than 600 μm are only suitable to a limited extent for use in such processes, since they do not have the necessary strength to permanently withstand the high pressures or only allow a very limited throughput.

Sind die Extrusionsöffnungen an der Austrittsseite gratfrei, so kann ein Formwerkzeug geschaffen werden, bei dem ein nachteiliges Verkleben der Formkörper nach dem Austritt aus den Extrusionsöffnungen vermieden werden kann. Grate an den Extrusionsöffnungen können nämlich nachteilig dazu führen, dass die extrudierten Formkörper nicht gerade aus den Extrusionsöffnungen austreten, sondern durch den Grat abgelenkt werden und mit einem benachbarten Formkörper in Kontakt kommen und verkleben, wodurch Spinnfehler entstehen, die ein Unterbrechen und Neustarten (erneutes Anspinnen) des Verfahrens nötig machen, oder zu einer Ausschuss-Produktion führen.If the extrusion openings are free of burrs on the exit side, a molding tool can be created in which a disadvantageous sticking of the molded bodies after exiting the extrusion openings can be avoided. Burrs on the extrusion openings can have the disadvantage that the extruded moldings do not just emerge from the extrusion openings, but are deflected by the burr and come into contact with an adjacent molding and stick together, causing spinning errors that result in an interruption and restart (re-spinning ) make the process necessary or lead to reject production.

Besonders flexibel einsetzbare Formwerkzeuge für unterschiedliche Verfahren zur Extrusion cellulosischer Formkörper können geschaffen werden, wenn der Düsenkörper ringförmig oder rechteckig ausgebildet ist. Zudem kann das Formwerkzeug mehrere solche Düsenkörper aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, dass das Formwerkzeug mehrere rechteckige Düsenkörper aufweist, die aneinander anschließen. Ein solches Formwerkzeug kann etwa besonders einfach hergestellt werden und kann kostengünstiger sein.Particularly flexible molds for different processes for the extrusion of cellulosic moldings can be created if the nozzle body is annular or rectangular. In addition, the molding tool can have several such nozzle bodies. For example, it is possible for the molding tool to have a plurality of rectangular nozzle bodies that adjoin one another. Such a molding tool can be manufactured particularly easily and can be more cost-effective.

Weist das Formwerkzeug zumindest einen ersten Steg auf, welcher stoffschlüssig mit dem Düsenkörper verbunden ist und vom Düsenkörper in Richtung der Eintrittsseite absteht, so kann einerseits die Stabilität und Festigkeit des Trägers weiter verbessert werden, da der Steg einer Druckbelastung des Düsenkörpers bzw. insbesondere des Trägers entgegenwirkt, und andererseits durch den Steg eine Führungsfläche für die Spinnmasse geschaffen werden, da dieser für einen effizienten Transport der Spinnmasse zu den Extrusionsöffnungen sorgen kann. Zudem wird durch die geeignete Ausgestaltung des Steges die Bildung von Toträumen vermieden und somit die Qualität der dadurch extrahierten Formkörper verbessert.If the molding tool has at least one first web, which is firmly connected to the nozzle body and protrudes from the nozzle body in the direction of the inlet side, then on the one hand the stability and strength of the support can be further improved, since the web is a pressure load on the nozzle body or in particular the support counteracts, and on the other hand, a guide surface for the spinning mass can be created by the web, since this can ensure an efficient transport of the spinning mass to the extrusion openings. In addition, the formation of dead spaces is avoided by the suitable design of the web and thus the quality of the molded bodies extracted thereby is improved.

Die Festigkeit des Trägers kann weiter deutlich erhöht werden, wenn das Formwerkzeug zumindest einen zweiten Steg aufweist, wobei sich der Düsenkörper zwischen dem ersten Steg und dem zweiten Steg erstreckt. Der zweite Steg ist dabei ebenso wie der erste Steg stoffschlüssig mit dem Düsenkörper verbunden und steht vom Düsenkörper in Richtung der Eintrittsseite ab. Damit können der erste und der zweite Steg insbesondere als randseitige Abstützung des Düsenkörpers fungieren und somit die Druckbelastungen, die während der Extrusion auf den Träger wirken, zuverlässig abtragen. Zudem können der erste und zweite Steg gemeinsam einen Kanal zur Führung der Spinnmasse an der Eintrittsseite ausbilden. Ein besonders zuverlässiges und standfestes Formwerkzeug kann somit geschaffen werden.The strength of the carrier can be further increased significantly if the molding tool has at least one second web, the nozzle body extending between the first web and the second web. The second web, like the first web, is cohesively connected to the nozzle body and protrudes from the nozzle body in the direction of the inlet side. In this way, the first and the second web can function in particular as an edge-side support of the nozzle body and thus reliably dissipate the pressure loads that act on the carrier during the extrusion. In addition, the first and second webs can jointly form a channel for guiding the spinning mass on the entry side. A particularly reliable and stable molding tool can thus be created.

Das Formwerkzeug kann sich insbesondere als vorteilhaft auszeichnen, wenn sich der Steg zumindest abschnittsweise im Wesentlichen normal zum Düsenkörper erstreckt. Durch den Abschnitt, der sich im Wesentlichen normal zum Düsenkörper erstreckt, kann die Spinnmasse stark in Richtung der Extrusionsöffnungen gerichtet werden und somit ein direktionaler Massenstrom aufrechterhalten werden.The molding tool can be particularly advantageous if the web extends, at least in sections, essentially normal to the nozzle body. Through the section which extends essentially normal to the nozzle body, the spinning mass can be directed strongly in the direction of the extrusion orifices and thus a directional mass flow can be maintained.

Beträgt der Abstand normal zur Längserstreckung des Düsenkörpers zwischen dem ersten und zweiten Steg zumindest weniger als die 100-fache Dicke des Trägers, so kann sich das Formwerkzeug durch ausgezeichnete Stabilität und Resistenz gegen Verformung durch den hohen Druck der Spinnmasse bewähren.If the distance normal to the longitudinal extension of the nozzle body between the first and second webs is at least less than 100 times the thickness of the carrier, the molding tool can prove itself with excellent stability and resistance to deformation due to the high pressure of the spinning mass.

Vorteilhafterweise kann der erste Steg den zweiten Steg vollständig umlaufen und somit ein konstruktiv besonders einfaches Formwerkzeug geschaffen werden. Dies kann sich etwa besonders für den Einsatz in einem Formwerkzeug mit einem ringförmigen Düsenkörper eignen, wobei sich der ringförmige Düsenkörper dabei zwischen dem ersten und zweiten Steg erstreckt.Advantageously, the first web can completely encircle the second web and thus a particularly simple form tool can be created. This can be particularly useful for use in a molding tool an annular nozzle body, the annular nozzle body extending between the first and second webs.

Weist das Formwerkzeug zudem an der Eintrittsseite einen Flansch mit zumindest einem Flanschschenkel auf, wobei der Flanschschenkel an den Steg anschließt, so kann ein einfach handhabbares und flexibel austauschbares Formwerkzeug geschaffen werden, welches schnell und einfach über den Flansch an einer Spinnmaschine befestigt werden kann. Steht der Flanschschenkel dem Formwerkzeug nach außen vor, so kann außerdem sichergestellt werden, dass der Düsenkörper von der Eintrittsseite ohne Hindernisse frei durch die Spinnmasse angeströmt werden kann und somit eine gleichmäßige Extrusion durch das Formwerkzeug ermöglicht wird.If the molding tool also has a flange with at least one flange leg on the inlet side, the flange leg connecting to the web, an easily manageable and flexibly exchangeable molding tool can be created, which can be quickly and easily attached to a spinning machine via the flange. If the flange leg protrudes outwards from the molding tool, it can also be ensured that the spinning mass can flow freely onto the nozzle body from the inlet side without any obstacles and thus a uniform extrusion through the molding tool is made possible.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, welches dennoch eine hohe Präzision ermöglicht.With regard to the method for producing the molding tool according to one of claims 1 to 11, the invention has the object of providing a simple and cost-effective method which nevertheless enables high precision.

Die Aufgabe hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst.The object with regard to the production method is achieved by the subject matter of claim 12.

Wird ein Formwerkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt, in dem die Extrusionsöffnungen durch Aufbringen von Laserenergie auf den Träger von der Eintrittsseite des Formwerkzeugs ausgehend in diesen eingebracht werden und ohne weitere Nachbehandlung an der Austrittsseite gratfreie Extrusionsöffnungen im Träger erzeugt werden, so kann ein besonders einfaches und reproduzierbares Herstellverfahren für Formwerkzeuge geschaffen werden. Durch die Verwendung einer Laserstrahlung wird auch eine aufwändige Nachbehandlung der Extrusionsöffnungen obsolet, da die direkt in den Träger eingebrachten Extrusionsöffnungen alle an die Formwerkzeuge gestellten Qualitätskriterien erfüllen können. Dies gilt sowohl für die Rauigkeit und Gratfreiheit der Extrusionsöffnungen, als auch für die Positioniergenauigkeit und den Öffnungsdurchmesser. Wird die Laserenergie durch gepulste Laserstrahlung auf den Träger aufgebracht, so können besonders niedrige Fertigungstoleranzen bei den Extrusionsöffnungen eingehalten werden. Als besonders geeignet hat sich dabei eine Laserstrahlung mit einer Pulsdauer zwischen 100 fs und 100 ns und Pulsenergien zwischen 1 µJ und 1000 µJ erwiesen. Die gepulste Laserstrahlung kann dabei vorzugsweise in einem Perkussionsbohrverfahren oder einem Wendelbohrverfahren auf den Träger aufgebracht werden und somit Extrusionsöffnungen mit einer hohen Präzision und geringen Fertigungstoleranzen erzeugen.If a molding tool is produced according to one of claims 1 to 11, in which the extrusion openings are introduced into the carrier from the entry side of the molding tool by applying laser energy to the carrier and burr-free extrusion openings are generated in the carrier on the exit side without further post-processing Particularly simple and reproducible manufacturing processes for molding tools are created. The use of laser radiation also makes complex post-treatment of the extrusion openings obsolete, since the extrusion openings introduced directly into the carrier can meet all of the quality criteria placed on the molding tools. This applies both to the roughness and absence of burrs in the extrusion openings, as well as to the positioning accuracy and the opening diameter. If the laser energy is applied to the carrier by pulsed laser radiation, particularly low manufacturing tolerances can be maintained for the extrusion openings. Laser radiation with a pulse duration between 100 fs and 100 ns and pulse energies between 1 μJ and 1000 μJ has proven to be particularly suitable. The pulsed laser radiation can are preferably applied to the carrier in a percussion drilling process or a helical drilling process and thus produce extrusion openings with high precision and low manufacturing tolerances.

Werden die Extrusionsöffnungen nach der stoffschlüssigen Verbindung des Trägers mit einem Steg in den Träger eingebracht, so kann ein besonders zuverlässiges und reproduzierbares Herstellungsverfahren bereitgestellt werden. Die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Träger und einem Steg führt unweigerlich zu mechanischen Belastungen des Trägermaterials und somit zu einer ungewünschten Beeinträchtigung bzw. Veränderung der Extrusionsöffnungen. Durch das nachträgliche Einbringen der Extrusionsöffnungen in das fertig zusammengesetzte bzw. fertig geformte Formwerkzeug kann eine solche mechanische Belastung der Extrusionsöffnungen vermieden werden, insbesondere wenn das Einbringen der Extrusionsöffnungen als letzter abschließender Verfahrensschritt erfolgt.If the extrusion openings are introduced into the carrier after the material connection of the carrier with a web, a particularly reliable and reproducible manufacturing method can be provided. The production of a material connection between the carrier and a web inevitably leads to mechanical loads on the carrier material and thus to an undesirable impairment or change in the extrusion openings. By subsequently introducing the extrusion openings into the fully assembled or fully formed molding tool, such mechanical loading of the extrusion openings can be avoided, in particular if the introduction of the extrusion openings takes place as the last, final process step.

Das erfindungsgemäße Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11 kann sich besonders auszeichnen, wenn es in einem Verfahren zur Herstellung von regenerierten cellulosischen Formkörpern verwendet wird, in dem eine Spinnmasse enthaltend Cellulose durch das Formwerkzeug extrudiert wird und in einem Spinnbad ausgefällt wird um die Formkörper zu erzeugen.The molding tool according to the invention according to one of claims 1 to 11 can be particularly distinguished when it is used in a process for the production of regenerated cellulosic molded bodies, in which a spinning mass containing cellulose is extruded through the molding tool and is precipitated in a spinning bath to close the molded body produce.

Ein solches Verfahren kann besonders bevorzugt ein Lyocell-Verfahren sein, bei dem die Spinnmasse ein tertiäres Aminoxid enthält in welchem die Cellulose gelöst ist und das Spinnbad eine Mischung aus Wasser und tertiärem Aminoxid aufweist.Such a process can particularly preferably be a Lyocell process in which the spinning mass contains a tertiary amine oxide in which the cellulose is dissolved and the spinning bath has a mixture of water and tertiary amine oxide.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden werden die Ausführungsarten der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1
eine Schnittansicht entlang I-I gemäß Fig. 2 auf ein Formwerkzeug entsprechend einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2
eine Draufsicht auf das Formwerkzeug gemäß Fig. 1,
Fig. 3
eine abgerissene Schnittansicht entlang II-II gemäß Fig. 4 auf ein Formwerkzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4
eine Draufsicht auf das Formwerkzeug gemäß Fig. 3, und
Fig. 5
eine teilweise abgerissene Schnittansicht auf eine Spinnmaschine mit einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug gemäß Fig. 1.
The embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1
a sectional view along II according to Fig. 2 on a molding tool according to a first embodiment,
Fig. 2
a plan view of the mold according to Fig. 1 ,
Fig. 3
a broken sectional view along II-II according to Fig. 4 on a molding tool according to a second embodiment,
Fig. 4
a plan view of the mold according to Fig. 3 , and
Fig. 5
a partially broken sectional view of a spinning machine with a molding tool according to the invention according to Fig. 1 .

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

In Fig. 1 ist ein ringförmiges Formwerkzeug 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welches in einer Spinnvorrichtung 100 gemäß Fig. 5 und in einem Verfahren zur Extrusion cellulosischer Formkörper 4 verwendet wird. Das Formwerkzeug 1 weist eine Eintrittsseite 6 für die Spinnmasse 2 und eine Austrittsseite 7 für die extrudierte Spinnmasse 3 auf (vergleiche Fig. 5). In dem Formwerkzeug 1 ist zudem ein Düsenkörper 8 mit einem flächigen Träger 9 vorgesehen. Der Düsenkörper 8 kann dabei einstückig mit dem restlichen Formwerkzeug 1 ausgebildet sein (beispielsweise durch Tiefziehen, Fräsen, etc.), oder auf andere Weise stoffschlüssig mit diesem verbunden sein (etwa durch Schweißen, etc.).In Fig. 1 an annular mold 1 according to a first embodiment of the invention is shown, which is in a spinning device 100 according to Fig. 5 and is used in a process for the extrusion of cellulosic molded bodies 4. The molding tool 1 has an entry side 6 for the spinning mass 2 and an exit side 7 for the extruded spinning mass 3 (cf. Fig. 5 ). In addition, a nozzle body 8 with a flat carrier 9 is provided in the mold 1. The nozzle body 8 can be formed in one piece with the rest of the molding tool 1 (for example by deep drawing, milling, etc.), or connected to it in some other way (for example by welding, etc.).

Der Träger 9 weist Extrusionsöffnungen 10 auf, die diesen von der Eintrittsseite 6 ausgehend zur Austrittsseite 7 hin durchdringen. An der Austrittsseite 7 bilden die Extrusionsöffnungen 10 eine Mündung 11 mit einem Mündungsdurchmesser 12 aus. Die Größe des Mündungsdurchmessers 12 beeinflusst dabei maßgeblich den Titer (bzw. Durchmesser) des extrudierten cellulosischen Formkörpers 4. Zudem kann durch die Querschnittsform der Extrusionsöffnung 10 das Extrusionsverhalten und die Geometrie der Formkörper 4 gesteuert werden. Beispielsweise kann so das Austrittsverhalten der Spinnmasse 2 aus den Extrusionsöffnungen 10 verändert werden um ein Verkleben der extrudierten Spinnmasse 3 vor dem Ausfällen im Spinnbad 5 zu verhindern. Bevorzugte Querschnittsformen der Extrusionsöffnungen 10 können dabei einen sich zur Austrittsseite 7 hin verjüngenden Verlauf aufweisen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Querschnittsform kann durch die Laserstrahlung allerdings beliebig variiert werden, womit beispielsweise sich zur Austrittsseite 7 hin erweiternde, sanduhrförmige Verläufe möglich sind.The carrier 9 has extrusion openings 10 which penetrate it from the inlet side 6 to the outlet side 7. On the outlet side 7, the extrusion openings 10 form an opening 11 with an opening diameter 12. The size of the mouth diameter 12 significantly influences the titer (or diameter) of the extruded cellulosic molded body 4. In addition, the cross-sectional shape of the extrusion opening 10 can control the extrusion behavior and the geometry of the molded body 4. For example, the exit behavior of the spinning mass 2 from the extrusion openings 10 can be changed in order to prevent the extruded spinning mass 3 from sticking before it precipitates in the spinning bath 5. Preferred cross-sectional shapes of the extrusion openings 10 can have a course that tapers towards the exit side 7, as shown in FIG Fig. 1 is shown. The cross-sectional shape can, however, be varied as desired by the laser radiation, with which, for example, hourglass-shaped courses widening towards the exit side 7 are possible.

Die Extrusionsöffnungen 10 weisen einen Mündungsdurchmesser 12 von zwischen 70 und 150 µm auf. Bei derartigen Mündungsdurchmessern 12 kann sichergestellt werden, dass als extrudierte cellulosische Formkörper 4, Fasern bzw. Filamente mit einem Titer von größer 0,7 dtex erzeugt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden regenerierte cellulosische Fasern mit einem Titer zwischen 1,0 und 2,5 dtex erzeugt.The extrusion openings 10 have an opening diameter 12 of between 70 and 150 μm. With such mouth diameters 12 it can be ensured that fibers or filaments with a titer of greater than 0.7 dtex are produced as extruded cellulosic molded bodies 4. In another In a preferred embodiment of the invention, regenerated cellulosic fibers with a titer between 1.0 and 2.5 dtex are produced.

Das Verhältnis zwischen der Dicke 13 des Trägers 9 und dem Mündungsdurchmesser 12 der Extrusionsöffnung 10 beträgt zumindest 6:1, womit eine ausreichende Standfestigkeit des Trägers 9 gegen die hohen Drücke durch die Spinnmasse 2 gewährleistet wird. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird ein Verhältnis von zumindest 10:1, von zumindest 12:1, bzw. von zumindest 15:1 gewählt.The ratio between the thickness 13 of the carrier 9 and the mouth diameter 12 of the extrusion opening 10 is at least 6: 1, which ensures that the carrier 9 is sufficiently stable against the high pressures caused by the spinning mass 2. In further preferred embodiments of the invention, a ratio of at least 10: 1, of at least 12: 1, or of at least 15: 1 is selected.

Die Dicke 13 des Trägers 9 beträgt zumindest 600 µm. Damit kann der Träger 9 einer Druckbelastung von bis zu 150 bar von der Eintrittsseite 6 her dauerhaft standhalten. In einer weiteren Ausgestaltung beträgt die bevorzugte Dicke 13 des Trägers 9 zumindest 800 µm, bzw. bevorzugt 1000 µm, um eine besonders hohe Standfestigkeit des Trägers 9 zu garantieren.The thickness 13 of the carrier 9 is at least 600 μm. The carrier 9 can thus permanently withstand a pressure load of up to 150 bar from the inlet side 6. In a further embodiment, the preferred thickness 13 of the carrier 9 is at least 800 μm, or preferably 1000 μm, in order to guarantee a particularly high stability of the carrier 9.

Die Extrusionsöffnungen 10 wurden in den Träger 9 durch Aufbringen und Einwirken von Laserenergie in diesen eingebracht. Dadurch kann das Formwerkzeug 1 verfahrenstechnisch sehr einfach hergestellt werden. Zudem werden durch die ins Material des Trägers 9 einwirkende Laserstrahlung besonders hohe Maßgenauigkeiten bei der Positionierung, den Abmessungen und bei der Geometrie der Extrusionsöffnungen 10 erreicht. Insbesondere weisen die Extrusionsöffnungen 10 einen konstanten mittleren Abstand 14 zueinander auf, welcher zwischen 50 und 1000 µm beträgt, wobei die Standardabweichung des Abstands 14 maximal 1 % beträgt. Um Verklebungen der Fasern beim Austritt aus den Extrusionsöffnungen 10 zu vermeiden, kommen üblicherweise größere Abstände 14 von 250 bis 800µm zum Einsatz. Die Extrusionsöffnungen 10 können dabei in einem beliebigen, regelmäßigen Muster (etwa radial, rasterförmig, etc.) oder unregelmäßig über dem Träger 9 verteilt angeordnet sein. Ebenso wird durch die Laserstrahlung eine Standardabweichung der Mündungsdurchmesser 12 von kleiner als 2 % erreicht. Zudem weisen die durch die Laserstrahlung in den Träger 9 eingebrachten Extrusionsöffnungen 10 bereits nach dem Einbringen keinen Grat an der Austrittsseite 7 auf und müssen somit nicht weiteren Nachbearbeitungsschritten wie beispielsweise Schleifen oder Polieren unterzogen werden, welche die Geometrie der Extrusionsöffnungen 10 nachteilig beeinflussen können. Insbesondere wird durch die gratfreien und glatten Extrusionsöffnungen 10 weiter sichergestellt, dass die einzelnen Stränge der extrudierten Spinnmasse 3 vor dem Ausfällen zu den Formkörpern 4 im Spinnbad 5 nicht miteinander verkleben.The extrusion openings 10 were made in the carrier 9 by the application and action of laser energy therein. As a result, the molding tool 1 can be manufactured very easily in terms of process technology. In addition, the laser radiation acting in the material of the carrier 9 achieves particularly high dimensional accuracies in the positioning, dimensions and geometry of the extrusion openings 10. In particular, the extrusion openings 10 have a constant mean distance 14 from one another, which is between 50 and 1000 μm, the standard deviation of the distance 14 being a maximum of 1%. In order to avoid the fibers sticking together when they exit the extrusion openings 10, larger spacings 14 of 250 to 800 μm are usually used. The extrusion openings 10 can be arranged in any regular pattern (for example radial, grid-shaped, etc.) or irregularly distributed over the carrier 9. A standard deviation of the mouth diameter 12 of less than 2% is also achieved by the laser radiation. In addition, the extrusion openings 10 introduced into the carrier 9 by the laser radiation do not have any burrs on the exit side 7 after they have been introduced and therefore do not have to be subjected to further post-processing steps such as grinding or polishing, which can adversely affect the geometry of the extrusion openings 10. In particular, the burr-free and smooth extrusion openings 10 further ensure that the Do not stick individual strands of the extruded spinning mass 3 to one another before they precipitate to form the shaped bodies 4 in the spinning bath 5.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Formwerkzeug 1 mit einem ringförmigen Düsenkörper 8, weist einen ersten Steg 15 und einen zweiten Steg 16 auf, welche beide stoffschlüssig mit dem ringförmigen Düsenkörper 8 verbunden sind. So können die Stege 15, 16 etwa einstückig mit dem Träger 9 des Düsenkörpers 8 ausgebildet sein, etwa indem das Formwerkzeug 1 als Ganzes tiefgezogen oder gefräst ausgeführt ist, oder beispielsweise durch Schweißen mit diesem stoffschlüssig verbunden sein. Der ringförmige Düsenkörper 8 erstreckt sich dabei zwischen erstem und zweitem Steg 15, 16. Die Stege 15 und 16 stehen vom Düsenkörper 8 in Richtung der Eintrittsseite 6 ab. Durch die stoffschlüssige Verbindung mit dem Düsenkörper 8 wirken die Stege 15, 16 als randseitige Abstützung des Trägers 9, womit dieser einer höheren Druckbelastung durch die Spinnmasse 2 standhalten kann. Durch die ringförmige Ausgestaltung des Düsenkörpers 8 umläuft der erste Steg 15 den zweiten Steg 16 und den Düsenkörper 8 vollständig. Damit verlaufen die beiden Stege 15 und 16 stets parallel zueinander und halten einen konstanten Normalabstand 17 quer zur Längserstreckung 18 des Düsenkörpers 8, entlang des Trägers 9, zueinander ein. Der Normalabstand 17 beträgt dabei höchstens die 100-fache Dicke 13 des Trägers 9 um die maximale Stabilität des Düsenkörpers 8 zu gewährleisten.That in the Figs. 1 and 2 The molding tool 1 shown with an annular nozzle body 8 has a first web 15 and a second web 16, which are both materially connected to the annular nozzle body 8. The webs 15, 16 can be formed approximately in one piece with the carrier 9 of the nozzle body 8, for example by deep-drawing or milling the molding tool 1 as a whole, or, for example, by being welded to it in a materially bonded manner. The annular nozzle body 8 extends between the first and second webs 15, 16. The webs 15 and 16 protrude from the nozzle body 8 in the direction of the inlet side 6. As a result of the material connection with the nozzle body 8, the webs 15, 16 act as edge-side supports for the carrier 9, which means that the carrier 9 can withstand a higher pressure load from the spinning mass 2. Due to the ring-shaped configuration of the nozzle body 8, the first web 15 completely surrounds the second web 16 and the nozzle body 8. The two webs 15 and 16 thus always run parallel to one another and maintain a constant normal spacing 17 transversely to the longitudinal extension 18 of the nozzle body 8, along the carrier 9, to one another. The normal distance 17 is at most 100 times the thickness 13 of the carrier 9 in order to ensure the maximum stability of the nozzle body 8.

Im Inneren des Formwerkzeugs 1 wirken die Stege 15 und 16 als Führungsflächen 19 für die Spinnmasse 2, welche das Fließverhalten der hochviskosen Spinnmasse 2 vorteilhaft unterstützen und die Bildung von Toträumen innerhalb des Formwerkzeugs 1 verhindern. Die Stege 15, 16 bilden damit von der Eintrittsseite 6 her einen Führungskanal 20 für die Spinnmasse 2 aus. Die Stege 15 und 16 erstrecken sich, wie in Fig. 1 dargestellt, vorzugsweise normal zum Düsenkörper 8 und damit normal zum Träger 9.In the interior of the molding tool 1, the webs 15 and 16 act as guide surfaces 19 for the spinning mass 2, which advantageously support the flow behavior of the highly viscous spinning mass 2 and prevent the formation of dead spaces within the molding tool 1. The webs 15, 16 thus form a guide channel 20 for the spinning mass 2 from the entry side 6. The webs 15 and 16 extend, as in FIG Fig. 1 shown, preferably normal to the nozzle body 8 and thus normal to the carrier 9.

Das Formwerkzeug 1 weist zudem einen Flansch 23 auf, über welchen das Formwerkzeug 1 mit einer Spinnvorrichtung 100 - wie in Fig. 5 gezeigt - verbunden werden kann. Der Flansch 23 weist dabei zwei Flanschschenkel 21, 22 auf, die sich jeweils an der Eintrittsseite 6 an die Stege 15 und 16 anschließen, und die den Stegen 15 und 16 und somit dem Formwerkzeug 1 nach außen hin vorstehen. Die Flanschschenkel 21, 22 behindern damit nicht den Führungskanal 20 für die Spinnmasse 2 und vermeiden somit sicher eine negative Beeinflussung der Strömungsverhältnisse im Führungskanal 20.The molding tool 1 also has a flange 23, via which the molding tool 1 is connected to a spinning device 100 - as in FIG Fig. 5 shown - can be connected. The flange 23 has two flange legs 21, 22 which each adjoin the webs 15 and 16 on the inlet side 6 and which protrude outwardly from the webs 15 and 16 and thus the molding tool 1. The flange legs 21, 22 do not hinder the guide channel 20 for the Spinning mass 2 and thus reliably avoid a negative influence on the flow conditions in the guide channel 20.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Formwerkzeug 51 entsprechend einer zweiten Ausführungsform gezeigt, welches mehrere rechteckige Düsenkörper 58a, 58b, 58c aufweist. Das Formwerkzeug 51 kann dabei ebenso wie das Formwerkzeug 1 in einer Spinnvorrichtung 100 gemäß Fig. 5 und in einem Verfahren zur Extrusion cellulosischer Formkörper 3 verwendet werden. Äquivalent wie für die erste Ausführungsform beschrieben, weist das Formwerkzeug 51 eine Eintrittsseite 56 für die Spinnmasse 2 und eine Austrittsseite 57 für die extrudierte Spinnmasse 3 auf (vergleiche Fig. 5).In the Figures 3 and 4 a molding tool 51 according to a second embodiment is shown, which has a plurality of rectangular nozzle bodies 58a, 58b, 58c. The molding tool 51, like the molding tool 1, can be used in a spinning device 100 according to FIG Fig. 5 and used in a method for extrusion of cellulosic molded bodies 3. In an equivalent manner to that described for the first embodiment, the molding tool 51 has an entry side 56 for the spinning mass 2 and an exit side 57 for the extruded spinning mass 3 (cf. Fig. 5 ).

Das Formwerkzeug 51 weist dabei drei Düsenkörper 58a, 58b und 58c auf, welche jeweils einen flächigen Träger 59a, 59b, 59c umfassen. Im Allgemeinen ist zu erwähnen, dass ein Formwerkzeug 51 wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt nicht auf drei Düsenkörper beschränkt sein muss. Ebenso ist jede andere beliebige Anzahl und Anordnung von Düsenkörpern in dem Formwerkzeug möglich.The molding tool 51 has three nozzle bodies 58a, 58b and 58c, each of which comprises a flat carrier 59a, 59b, 59c. In general, it should be mentioned that a molding tool 51 as shown in FIGS Figures 3 and 4 shown need not be limited to three nozzle bodies. Any other number and arrangement of nozzle bodies in the molding tool is also possible.

Die Düsenkörper 58a, 58b, 58c sind dabei stoffschlüssig, bevorzugt durch Schweißnähte 73 mit dem restlichen Formwerkzeug 51 verbunden. Die Träger 59a, 59b, 59c weisen jeweils Extrusionsöffnungen 60 auf, welche diese von der Eintrittsseite 56 ausgehend zur Austrittsseite 57 hin durchdringen und durch Einwirkung von Laserstrahlung in diese eingebracht wurden. Die Extrusionsöffnungen 60 bilden an der Austrittsseite 57 jeweils eine Mündung 61 mit einem Mündungsdurchmesser 62 aus. Wie für die erste Ausführungsform beschrieben können die Mündungsdurchmesser 62 variiert werden um den Titer der extrudierten cellulosischen Formkörper 4 zu verändern. Der bevorzugte Mündungsdurchmesser 62 der Extrusionsöffnungen 60 beträgt zwischen 70 und 150 µm um damit cellulosische Formkörper 4, insbesondere Fasern, mit einem Titer von größer 0,7 dtex zu erzeugen. Mittels Einbringung der Extrusionsöffnungen 60 durch Laserstrahlung, wird zudem eine Standardabweichung der Mündungsdurchmesser 62 von kleiner als 1 % erreicht. Besonders bevorzugt werden dabei regenerierte cellulosische Fasern mit einem Titer zwischen 1,0 und 2,5 dtex erzeugt. Ebenso können die Querschnittsformen der Extrusionsöffnungen 60 wie für die erste Ausführungsform beschrieben verändert werden um das Austrittsverhalten der extrudierten Spinnmasse 3 zu steuern.The nozzle bodies 58a, 58b, 58c are connected to the rest of the molding tool 51 with a material fit, preferably by weld seams 73. The carriers 59a, 59b, 59c each have extrusion openings 60 which penetrate them from the entry side 56 to the exit side 57 and were introduced into them by the action of laser radiation. The extrusion openings 60 each form an opening 61 with an opening diameter 62 on the outlet side 57. As described for the first embodiment, the mouth diameter 62 can be varied in order to change the titer of the extruded cellulosic molded bodies 4. The preferred opening diameter 62 of the extrusion openings 60 is between 70 and 150 μm in order to produce cellulosic molded bodies 4, in particular fibers, with a titer of greater than 0.7 dtex. By introducing the extrusion openings 60 by means of laser radiation, a standard deviation of the mouth diameter 62 of less than 1% is also achieved. Regenerated cellulosic fibers with a titer between 1.0 and 2.5 dtex are particularly preferably produced. The cross-sectional shapes of the extrusion openings 60 can also be changed as described for the first embodiment in order to control the exit behavior of the extruded spinning mass 3.

Die Träger 59a, 59b, 59c der Düsenkörper 58a, 58b, 58c weisen eine bevorzugte Dicke 63 von zumindest 600 µm auf. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dieser Ausführungsform beträgt die Dicke 63 zumindest 800 µm, bzw. zumindest 1000 µm, um ein besonders dauerhaft standfestes Formwerkzeug 51 zu erhalten, welches den hohen von der Eintrittsseite 56 her einwirkenden Drücken von bis zu 150 bar standhält. Das Verhältnis zwischen der Dicke 63 der Träger 59a, 59b, 59c und dem Mündungsdurchmesser 62 der Extrusionsöffnungen 60 beträgt hierbei zumindest 6:1 um die nötige Standfestigkeit zu erreichen. In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung beträgt das Verhältnis zumindest 10:1, zumindest 12:1, bzw. zumindest 15:1.The carriers 59a, 59b, 59c of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c have a preferred thickness 63 of at least 600 μm. In further advantageous refinements of this embodiment, the thickness 63 is at least 800 μm, or at least 1000 μm, in order to obtain a particularly permanently stable molding tool 51 which withstands the high pressures of up to 150 bar acting from the inlet side 56. The ratio between the thickness 63 of the supports 59a, 59b, 59c and the opening diameter 62 of the extrusion openings 60 is at least 6: 1 in order to achieve the necessary stability. In preferred embodiments of the invention, the ratio is at least 10: 1, at least 12: 1, or at least 15: 1.

Indem die Extrusionsöffnungen 60 durch Aufbringen von Laserenergie auf die Träger 59a, 59b, 59c in diese eingebracht werden, wird eine sehr hohe Maßgenauigkeit bei der Positionierung und den Abmessungen der Extrusionsöffnungen 60 erreicht. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Extrusionsöffnungen 60 in konstantem Abstand 64 von 50 bis 1000 µm zueinander angeordnet, wobei die Standardabweichung maximal 2 % des Abstands 64 beträgt. Zudem kann die Einbringung der Extrusionsöffnungen 60 durch Laserstrahlung im Wesentlichen gratfrei erfolgen, was weitere Schleif- oder Polierschritte überflüssig macht und somit die Bildung von Stresseffekten in den Trägern 59a, 59b, 59c vermeidet.Since the extrusion openings 60 are introduced into the supports 59a, 59b, 59c by applying laser energy to them, a very high degree of dimensional accuracy in the positioning and dimensions of the extrusion openings 60 is achieved. As in Fig. 4 As shown, the extrusion openings 60 are arranged at a constant distance 64 of 50 to 1000 μm from one another, the standard deviation being a maximum of 2% of the distance 64. In addition, the extrusion openings 60 can be made essentially burr-free by laser radiation, which makes further grinding or polishing steps superfluous and thus avoids the formation of stress effects in the carriers 59a, 59b, 59c.

Das Formwerkzeug 51 weist erste Stege 65a, 65b, 65c, 65d auf, welche außenseitig am Formwerkzeug 51 vorgesehen sind. Im Inneren des Formwerkzeugs 51 sind zweite Stege 66a, 66b vorgesehen, welche sich rippenförmig zwischen den ersten Stegen 65c und 65d erstrecken und mit diesen stoffschlüssig verbunden sind. Die Düsenkörper 58a und 58c erstrecken sich dabei quer zu ihrer Längserstreckung 68 jeweils zwischen einem ersten Steg 65a, 65b und einem zweiten Steg 66a, 66b. Der Düsenkörper 58b erstreckt sich zwischen den zweiten Stegen 66a, 66b. Stege 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b und Träger 59a, 59b, 59c der Düsenkörper 58a, 58b, 58c sind über Schweißnähte 73 stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Stege 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b sind bevorzugt gemeinsam einstückig ausgebildet (etwa als gefrästes, tiefgezogenes, gewalztes, etc. Teil) und stehen den Düsenkörpern 58a, 58b, 58c in Richtung der Eintrittsseite 56 ab.The molding tool 51 has first webs 65a, 65b, 65c, 65d, which are provided on the outside of the molding tool 51. In the interior of the molding tool 51, second webs 66a, 66b are provided, which extend in the form of ribs between the first webs 65c and 65d and are materially connected to them. The nozzle bodies 58a and 58c extend transversely to their longitudinal extension 68 between a first web 65a, 65b and a second web 66a, 66b. The nozzle body 58b extends between the second webs 66a, 66b. Web 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b and supports 59a, 59b, 59c of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c are materially connected to one another via weld seams 73. The webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b are preferably designed together in one piece (e.g. as a milled, deep-drawn, rolled, etc. part) and protrude from the nozzle bodies 58a, 58b, 58c in the direction of the inlet side 56.

Die Stege 65a, 65b, 66a, 66b verlaufen parallel zueinander und halten einen konstanten Normalabstand 67 (normal zur Längserstreckung 68) entlang der Träger 59a, 59b, 59c zueinander ein. Der Normalabstand 67 beträgt dabei höchstens die 100-fache Dicke 63 der Träger 59a, 59b, 59c, damit die größtmögliche Stabilität der Düsenkörper 58a, 58b, 58c erreicht wird.The webs 65a, 65b, 66a, 66b run parallel to one another and maintain a constant normal distance 67 (normal to the longitudinal extension 68) along the Carriers 59a, 59b, 59c to one another. The normal distance 67 is at most 100 times the thickness 63 of the supports 59a, 59b, 59c, so that the greatest possible stability of the nozzle bodies 58a, 58b, 58c is achieved.

Im Inneren des Formwerkzeugs 51 wirken die Stege 65a, 65b, 65c, 65d 66a, 66b als Führungsflächen 69 für die Spinnmasse 2. Somit wird durch die Stege 65a, 65b, 65c, 65d 66a, 66b von der Eintrittsseite 56 her ein Führungskanal 70 geschaffen, durch welche die Spinnmasse 2 zu den Extrusionsöffnungen 60 geführt wird.In the interior of the mold 51, the webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b act as guide surfaces 69 for the spinning mass 2. Thus, a guide channel 70 is created by the webs 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b from the inlet side 56 , through which the spinning mass 2 is guided to the extrusion openings 60.

Zudem weist das Formwerkzeug 51 einen Flansch 73 auf, über den das Formwerkzeug 51 kraftschlüssig mit einer Spinnvorrichtung 100 verbunden werden kann. Vier Flanschschenkel 71a, 71b, 71c und 71d, welche jeweils an einen ersten Steg 65a, 65b, 65c, 65d anschließen, bilden dabei den Flansch 73 aus, welcher dem Formwerkzeug 51 an der Eintrittsseite 56 nach außen hin übersteht und das Formwerkzeug 51 umläuft.In addition, the molding tool 51 has a flange 73 via which the molding tool 51 can be connected to a spinning device 100 in a non-positive manner. Four flange legs 71a, 71b, 71c and 71d, which each adjoin a first web 65a, 65b, 65c, 65d, form the flange 73, which protrudes outward from the molding tool 51 on the entry side 56 and surrounds the molding tool 51.

Fig. 5 zeigt eine Spinnvorrichtung 100, in der gemäß einem Verfahren zur Herstellung regenerierter cellulosischer Formkörper 4 eine Spinnmasse 2 durch ein Formwerkzeug 1, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, zu den cellulosischen Formkörpern 4 extrudiert wird. Um die Formkörper 4 zu erhalten, wird in einem solchen Verfahren zur Herstellung regenerierter cellulosischer Formkörper 4 die extrudierte Spinnmasse 3 nach der Extrusion durch einen Luftspalt 8 in ein Spinnbad 5 geführt, wo die Cellulose aus der extrudierten Spinnmasse 3 ausfällt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Verfahren zur Herstellung der regenerierten Formkörper 4 um ein Lyocell-Verfahren, bei dem die Spinnmasse 2 eine Lösung aus Cellulose in einem tertiären Aminoxid enthält. Das Spinnbad 5 zur Ausfällung der extrudierten Spinnmasse 3 enthält dabei eine Mischung aus Wasser und einem tertiären Aminoxid (beispielsweise NMMO - N-Methylmorpholin-N-oxid). Fig. 5 shows a spinning device 100 in which, according to a method for producing regenerated cellulosic molded bodies 4, a spinning mass 2 is extruded through a molding tool 1, according to the first embodiment of the invention, to form the cellulosic molded bodies 4. In order to obtain the molded bodies 4, in such a method for producing regenerated cellulosic molded bodies 4, the extruded spinning mass 3 is passed after extrusion through an air gap 8 into a spinning bath 5, where the cellulose precipitates from the extruded spinning mass 3. According to a further preferred embodiment of the invention, the method for producing the regenerated molded bodies 4 is a Lyocell method, in which the spinning mass 2 contains a solution of cellulose in a tertiary amine oxide. The spinning bath 5 for precipitating the extruded spinning mass 3 contains a mixture of water and a tertiary amine oxide (for example NMMO - N-methylmorpholine-N-oxide).

Claims (15)

Formwerkzeug zur Extrusion cellulosischer Formkörper (4) aus einer Spinnmasse (2), mit einer Eintrittsseite (6, 56) und einer Austrittsseite (7, 57) für die Spinnmasse (2), mit zumindest einem Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c), aufweisend einen flächigen Träger (9, 59a, 59b, 59c) mit Extrusionsöffnungen (10, 60), welche den Träger von der Eintrittsseite (6, 56) zur Austrittsseite (7, 57) durchdringen und an der Austrittsseite (7, 57) einen Mündungsdurchmesser (12, 62) aufweisen und durch welche die Spinnmasse (2) zu den cellulosischen Formkörpern (4) extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Dicke (13, 63) des Trägers (9, 59a, 59b, 59c) zum Mündungsdurchmesser (12, 62) der Extrusionsöffnungen (10, 60) an der Austrittsseite (7, 57) zumindest 6:1, vorzugsweise zumindest 10:1 beträgt, und dass die Extrusionsöffnungen (10, 60) durch Aufbringen von Laserenergie in den Träger (9, 59a, 59b, 59c) eingebracht wurden.Molding tool for the extrusion of cellulosic molded bodies (4) from a spinning mass (2), with an entry side (6, 56) and an exit side (7, 57) for the spinning mass (2), with at least one nozzle body (8, 58a, 58b, 58c ), having a flat carrier (9, 59a, 59b, 59c) with extrusion openings (10, 60) which penetrate the carrier from the inlet side (6, 56) to the outlet side (7, 57) and on the outlet side (7, 57 ) have a mouth diameter (12, 62) and through which the spinning mass (2) is extruded to form the cellulosic molded bodies (4), characterized in that the ratio of thickness (13, 63) of the carrier (9, 59a, 59b, 59c ) to the mouth diameter (12, 62) of the extrusion openings (10, 60) on the exit side (7, 57) is at least 6: 1, preferably at least 10: 1, and that the extrusion openings (10, 60) by applying laser energy in the Carriers (9, 59a, 59b, 59c) were introduced. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (13, 63) des Trägers (9, 59a, 59b, 59c) zumindest 600 µm, vorzugsweise zumindest 800 µm, beträgt.Mold according to Claim 1, characterized in that the thickness (13, 63) of the carrier (9, 59a, 59b, 59c) is at least 600 µm, preferably at least 800 µm. Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsöffnungen (10, 60) an der Austrittsseite (7, 57) gratfrei sind.Mold according to claim 1 or 2, characterized in that the extrusion openings (10, 60) on the exit side (7, 57) are free of burrs. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c) ringförmig oder rechteckig ausgebildet ist.Molding tool according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the nozzle body (8, 58a, 58b, 58c) is annular or rectangular. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (51) mehrere Düsenkörper (58a, 58b, 58c) aufweist.Mold according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the mold (51) has a plurality of nozzle bodies (58a, 58b, 58c). Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1, 51) zumindest einen ersten Steg (15, 65a, 65b, 65c, 65d) aufweist, welcher stoffschlüssig mit dem Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c) verbunden ist und vom Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c) in Richtung der Eintrittsseite (6, 56) absteht.Molding tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that the molding tool (1, 51) has at least one first web (15, 65a, 65b, 65c, 65d) which is firmly bonded with the nozzle body (8, 58a, 58b, 58c ) and protrudes from the nozzle body (8, 58a, 58b, 58c) in the direction of the inlet side (6, 56). Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1, 51) zumindest einen zweiten Steg (16, 66a, 66b) aufweist, wobei sich der Düsenkörper (8, 58a, 58c) zwischen dem ersten Steg (15, 65a, 65b) und dem zweiten Steg (16, 66a, 66b) erstreckt.Molding tool according to Claim 6, characterized in that the molding tool (1, 51) has at least one second web (16, 66a, 66b), the nozzle body (8, 58a, 58c) being located between the first web (15, 65a, 65b) ) and the second web (16, 66a, 66b). Formwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (15, 16, 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen normal zum Düsenkörper (8, 58a, 58b, 58c) erstreckt.Mold according to claim 6 or 7, characterized in that the web (15, 16, 65a, 65b, 65c, 65d, 66a, 66b) extends at least in sections essentially normal to the nozzle body (8, 58a, 58b, 58c). Formwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (17, 67) normal zur Längserstreckung (18, 68) des Düsenkörpers (8, 58a, 58b, 58c) zwischen dem ersten Steg (15, 65a, 65b) und dem zweiten Steg (16, 66a, 66b) zumindest weniger als die 100-fache Dicke des Trägers (9, 59a, 59b, 59c) beträgt.Mold according to claim 7 or 8, characterized in that the distance (17, 67) normal to the longitudinal extent (18, 68) of the nozzle body (8, 58a, 58b, 58c) between the first web (15, 65a, 65b) and the second web (16, 66a, 66b) is at least less than 100 times the thickness of the carrier (9, 59a, 59b, 59c). Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steg (15, 65a, 65b, 65c, 65d) den zweiten Steg (16, 66a, 66b) vollständig umläuft.Mold according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the first web (15, 65a, 65b, 65c, 65d) completely surrounds the second web (16, 66a, 66b). Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1, 51) an der Eintrittsseite (6, 56) einen Flansch (23, 73) mit zumindest einem Flanschschenkel (21, 22, 71a, 71b, 71c, 71d) aufweist, wobei der Flanschschenkel (21, 22, 71a, 71b, 71c, 71d) an den Steg (15, 16, 65a, 65b, 65c, 65d) anschließt und dem Formwerkzeug (1, 51) nach außen vorsteht.Molding tool according to one of Claims 6 to 10, characterized in that the molding tool (1, 51) has a flange (23, 73) with at least one flange leg (21, 22, 71a, 71b, 71c, 71d), the flange leg (21, 22, 71a, 71b, 71c, 71d) adjoining the web (15, 16, 65a, 65b, 65c, 65d) and the molding tool (1, 51) protruding outward. Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs (1, 51) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Extrusionsöffnungen (10, 60) durch Aufbringen von Laserenergie auf den Träger (9, 59a, 59b, 59c) von der Eintrittsseite (6, 56) des Formwerkzeugs (1, 51) ausgehend in diesen eingebracht werden und ohne weitere Nachbehandlung an der Austrittsseite (7, 57) gratfreie Extrusionsöffnungen (10, 60) im Träger (9, 59a, 59b, 59c) erzeugt werden.Method for producing a molding tool (1, 51) according to one of Claims 1 to 11, in which the extrusion openings (10, 60) are created by applying laser energy to the carrier (9, 59a, 59b, 59c) from the entry side (6, 56 ) of the molding tool (1, 51) are introduced into this and without further post-treatment on the outlet side (7, 57) burr-free extrusion openings (10, 60) are produced in the carrier (9, 59a, 59b, 59c). Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als abschließender Verfahrensschritt die Extrusionsöffnungen (10, 60) in den Träger (9, 59a, 59b, 59c) eingebracht werden.Process according to Claim 12, in which the extrusion openings (10, 60) are introduced into the carrier (9, 59a, 59b, 59c) as a final process step. Verfahren zur Herstellung von regenerierten cellulosischen Formkörpern (4), bei dem eine Spinnmasse (2) enthaltend Cellulose durch ein Formwerkzeug (1, 51) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 extrudiert wird und in einem Spinnbad (5) ausgefällt wird, um die Formkörper (4) zu erzeugen.Process for the production of regenerated cellulosic molded bodies (4), in which a spinning mass (2) containing cellulose is passed through a molding tool (1, 51) is extruded according to one of claims 1 to 11 and is precipitated in a spinning bath (5) in order to produce the shaped bodies (4). Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Spinnmasse (2) ein tertiäres Aminoxid enthält in welchem die Cellulose gelöst ist und das Spinnbad (5) eine Mischung aus Wasser und tertiärem Aminoxid aufweist.Process according to Claim 14, in which the spinning mass (2) contains a tertiary amine oxide in which the cellulose is dissolved and the spinning bath (5) has a mixture of water and tertiary amine oxide.
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