WO2014020094A1 - Spinning nozzle device - Google Patents

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WO2014020094A1
WO2014020094A1 PCT/EP2013/066150 EP2013066150W WO2014020094A1 WO 2014020094 A1 WO2014020094 A1 WO 2014020094A1 EP 2013066150 W EP2013066150 W EP 2013066150W WO 2014020094 A1 WO2014020094 A1 WO 2014020094A1
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WO
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nozzle
nozzle openings
nozzle plate
openings
spiral
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Application number
PCT/EP2013/066150
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Neumann-Rodekirch
Original Assignee
Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02—Spinnerettes

Definitions

  • the invention relates to a spinneret device for producing a plurality of filaments of a polymer melt according to the preamble of claim 1.
  • a generic spinneret device is known from WO 2010/058480 AI. Such spinnerette devices are used in melt spinning processes for the production of synthetic fibers. In order to produce a plurality of fine filament strands from a supplied polymer melt, the spinneret devices have at their bottom a nozzle plate containing a plurality of nozzle openings. Thus, a filament strand can be extruded from each of the nozzle openings.
  • the number of nozzle openings on the nozzle plate varies considerably. For example, multifilament yarns with 10 to 300 nozzle orifices are produced on the nozzle plate and tow for the production of staple fibers with up to 80,000 nozzle orifices per spinneret. Regardless of the number of nozzle openings, the nozzle openings are usually evenly distributed on the underside of the nozzle plate. As is apparent from the cited document, the nozzle openings are preferably arranged distributed according to a geometric surface pattern on the nozzle plate. As a surface pattern concentric hole circles or parallel rows of holes on spinneret plates are known. In order to NEN of the filaments to produce special effects, a surface pattern is selected in the cited document, which is formed from a group of several spirals. On each of the spirals several nozzle openings are arranged at an uneven distance from each other.
  • nozzle openings of a group form a line, a circle or a curve.
  • the number of lines, circles and curves thus determine the distribution of all nozzle openings at the bottom of the nozzle plate.
  • group divisions of nozzle orifices basically have the disadvantage that the area utilization of the nozzle plate depends on the geometric arrangement of the individual groups relative to each other.
  • superimposed effects of the nozzle openings in the individual groups are not excluded, in which the extruded filaments mutually shadow against a cooling air source, so that an uneven cooling of the filament bundle occurs.
  • Another object of the invention is to facilitate the manufacturability of nozzle openings on nozzle plates in the generic spinning device.
  • the invention is characterized in that the plurality of nozzle openings is determined as a group on the nozzle plate.
  • the location of the nozzle openings is defined by a spiral having a predetermined angle of rotation which determines the geometric area pattern.
  • the invention makes use of the findings from nature to obtain a biomimetic arrangement of the nozzle holes. So it is known from botany that the arrangement of leaves on plant stems or the arrangement of the seeds in the flower of a sunflower is determined by a spiral. In these arrangements, the distribution corresponds to the so-called golden section leading to the golden rotation angle of about 137.5 °.
  • the development of the invention according to claim 2 is particularly advantageous to obtain evenly distributed over the entire surface of the nozzle plate arranged nozzle openings.
  • the heat distribution within the nozzle plate can thus also be optimized, so that the same ambient conditions prevail in the spinneret device at each nozzle opening.
  • the quality in extruding the filaments is evened out to a high degree.
  • scaling is avoided so that improved cooling of the filament strands occurs.
  • each individual position of the Düsenöffnun- gene is determined by its polar coordinates.
  • each individual position of the nozzle opening is defined on the surface of the nozzle plate.
  • n a natural number and represents the consecutive number of the respective nozzle opening
  • the exponent b in a range of values between 0.1 and 2.0
  • a distance and a distribution of the nozzle openings can be influenced by the area parameter d.
  • the distances of the nozzle openings to each other can be varied depending on the choice of the exponent and the area parameter.
  • the nozzle openings can be arranged at a constant distance from each other or at different distances from one another on the nozzle plate.
  • the surface pattern of the nozzle openings bring in a round or rectangular shape. It is also possible to make surface patterns of the nozzle openings on the nozzle plate annular. Such spinnerette devices are particularly suitable for melt-spinning processes for the production of staple fibers.
  • FIG. 1 shows schematically a view of a spinneret device
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of the spinneret device according to the invention.
  • the spinneret device has a housing 1 which carries a nozzle plate 2 on its underside.
  • the nozzle plate 2 includes a plurality of nozzle openings 3, which are connected to a formed inside the housing 1 melt supply.
  • the melt supply and the other components of the spinneret device are not shown here.
  • distribution plates and filter elements can still be arranged within the housing 1.
  • the illustrated in Figure 1 embodiment of the spinneret is shown in the form of a nozzle packet sen, which is held by the housing 1. Basically, however, spinnerets are known in which the nozzle plate 2 with several distribution plates are screwed together ver.
  • the spinneret device has a melt supply at the top.
  • the spinnerette device is usually held on a heated spinning beam, wherein the melt supply of the spinneret device is connected to a distribution system.
  • the nozzle plate 2 held on the underside of the housing 1 shows a surface pattern 4 of the nozzle openings 3.
  • the arrangement of the nozzle openings 3 is characterized by a spiral 5, which is determined with a predetermined rotation angle in a range between 130 ° and 145 °.
  • the individual positions of the nozzle openings are determined mathematically and can be calculated by the polar coordinates for each individual nozzle opening from the following formulas:
  • the index number n determines the respective nozzle opening 3.
  • the area parameter d defines the distance between the nozzle openings 3 to each other and thus the number of nozzle openings 3, which can be arranged on the given surface.
  • the exponent b influences the distribution of the nozzle openings and lies in a value range between 0.1 and 2.0.
  • the angle of rotation of the spiral is indicated by the Greek letter ⁇ .
  • each nozzle opening 3 is assigned a defined position on the surface of the nozzle plate.
  • the polar Dinates indicate an angle ⁇ and a radius r, which relate to the nozzle center of the nozzle opening, for each nozzle opening. Together, the nozzle openings 3 at the bottom of the nozzle plate 2 form a spiral with the defined rotation angle ⁇ .
  • the angle of rotation of the spiral is preferably the golden angle which is obtained by division in the golden section.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a nozzle plate for this purpose.
  • the nozzle openings 3 on the underside of the nozzle plate 2 are at a constant distance from each other.
  • the angle of rotation ⁇ of the spiral in this case is 137.5 °.
  • the exponent b was chosen to be 0.5, which causes the average distance between adjacent nozzle openings to be constant.
  • the exponent b with the value 0.5 leads to a special case of the spiral, which is called Fermat's spiral.
  • the exponent b influences the uniformity of the turns of the spiral.
  • the angle of rotation ⁇ with the value 137.5 and the exponent b with the value 0.5 are particularly preferred in order to distribute a large number of nozzle holes uniformly over one surface of the nozzle plate.
  • different distances between the nozzle openings can also be realized in the distribution of the nozzle openings.
  • the exponent b has a value above 0.5, the average distances of the nozzle openings to the outside at the nozzle plate are getting larger.
  • Figure 3 an embodiment is shown in Figure 3, in which the surface pattern of the nozzle openings 3 has an annular arrangement.
  • the nozzle openings 3 are arranged in the central region of the nozzle plate 2 with a closer distance to each other. Starting from the nozzle plate center or the origin of the spiral, the distances between the nozzle openings increase to the outside.
  • Such an arrangement is particularly advantageous, for example, in a cooling air supply via a cooling cylinder which extends around the filament bundle. In this case, the cooling air enters the filament bundle radially from outside to inside.
  • the exponent b is set to a value less than 0.5 in the mathematical definition of the nozzle openings.
  • Such distributions of the nozzle openings on the nozzle plate are particularly advantageous when the freshly extruded filament bundle is cooled by a cooling air flow flowing from the inside to the outside.
  • FIG. 4 shows an annular arrangement of the nozzle openings 3 on a nozzle plate, in which the distances between the nozzle openings 3 over the entire area of the nozzle plate 2 are constant.
  • Such spinnerets are preferably used in staple fiber production to a high number of nozzle openings evenly distributed to arrange on a nozzle plate.
  • FIGS. 2 to 4 The exemplary embodiments of nozzle plates illustrated in FIGS. 2 to 4 can be used in the spinneret device illustrated in FIG. In principle, however, the invention is not limited to round spinneret devices.
  • the nozzle arrangement can also be performed on rectangular nozzles by a spiral distribution.
  • An embodiment is shown in FIG. 5, in which the nozzle plate has a rectangular shape.
  • the distribution of the nozzle bores 3 on the nozzle plate 2 is identical to the arrangement of the nozzle openings in the embodiment of Figure 2.
  • the mathematical determination of the positions of the nozzle openings is in this case in the same way and as described above. In this case, only the nozzle openings that fall into a predefined area are taken into account.
  • the spinneret device is characterized on the one hand by the uniform area utilization of the spinneret plate, which has a positive effect in particular on the melt flow and the melt throughput at the nozzle openings. Furthermore, the arrangement of the filament strands after the extrusion within the filament bundle can be influenced in such a way that a material used for the production of the fiber product is used. desired cooling of the filaments occurs. Both the optimization at the nozzle plate and the improved position of the filaments within the filament bundle mean that a very high quality in the production of the fiber products can be achieved.
  • the invention is suitable for spinneret devices which are used for the production of staple fibers, for spunbonded nonwovens or filament yarns. Moreover, the invention is also suitable for spinneret devices for wet or dry spinning processes. In addition to polymer melts, other materials such as glass melts or polymer solutions may be used here.

Abstract

The invention relates to a spinning nozzle device for producing a multiplicity of filaments from a polymer melt by way of at least one nozzle plate. On an underside, the nozzle plate has a multiplicity of nozzle openings which are arranged in a manner distributed in a geometrical surface pattern. In order to obtain uniform utilization of the surface of the nozzle plate with uniform distribution of the nozzle openings, the surface pattern is determined according to the invention by a spiral having a rotation angle φ in a range between 130° and 145°.

Description

Spinndüsenvorrichtung  Spinnerette
Die Erfindung betrifft eine Spinndüsenvorrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl von Filamenten aus einer Polymerschmelze gemäß dem Oberbe- griff des Anspruchs 1. The invention relates to a spinneret device for producing a plurality of filaments of a polymer melt according to the preamble of claim 1.
Eine gattungsgemäße Spinndüsenvorrichtung ist aus der WO 2010/058480 AI bekannt. Derartige Spinndüsenvorrichtungen werden in Schmelz-Spinnprozessen zur Herstellung von synthetischen Fasern verwendet. Um eine Vielzahl von feinen Filamentsträngen aus einer zugeführten Polymerschmelze zu erzeugen, besitzen die Spinndüsenvorrichtungen an ihrer Unterseite eine Düsenplatte, die eine Vielzahl von Düsenöffnungen enthält. So lässt sich aus jeder der Düsenöffnung ein Filamentstrang extrudieren. A generic spinneret device is known from WO 2010/058480 AI. Such spinnerette devices are used in melt spinning processes for the production of synthetic fibers. In order to produce a plurality of fine filament strands from a supplied polymer melt, the spinneret devices have at their bottom a nozzle plate containing a plurality of nozzle openings. Thus, a filament strand can be extruded from each of the nozzle openings.
Je nach Faserprodukt variiert die Anzahl der Düsenöffnungen an der Düsenplatte erheblich. So werden beispielsweise Multifilamentgarne mit 10 bis 300 Düsenöffnungen an der Düsenplatte und Spinnkabel für die Herstel- lung von Stapelfasern mit bis zu 80.000 Düsenöffnungen pro Spinndüse erzeugt. Unabhängig von der Anzahl der Düsenöffnungen sind die Düsenöffnungen üblicherweise gleichmäßig an der Unterseite der Düsenplatte verteilt. Wie aus der zitierten Druckschrift hervorgeht, werden die Düsenöffnungen bevorzugt nach einem geometrischen Flächenmuster an der Düsenplatte verteilt angeordnet. Als Flächenmuster sind konzentrische Lochkreise oder parallele Lochreihen an Spinndüsenplatten bekannt. Um bei dem Ausspin- nen der Filamente besondere Effekte zu erzeugen, wird in der zitierten Druckschrift ein Flächenmuster gewählt, das aus einer Schar von mehreren Spiralen gebildet ist. Auf jeder der Spiralen sind mehrere Düsenöffnungen in ungleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet. Depending on the fiber product, the number of nozzle openings on the nozzle plate varies considerably. For example, multifilament yarns with 10 to 300 nozzle orifices are produced on the nozzle plate and tow for the production of staple fibers with up to 80,000 nozzle orifices per spinneret. Regardless of the number of nozzle openings, the nozzle openings are usually evenly distributed on the underside of the nozzle plate. As is apparent from the cited document, the nozzle openings are preferably arranged distributed according to a geometric surface pattern on the nozzle plate. As a surface pattern concentric hole circles or parallel rows of holes on spinneret plates are known. In order to NEN of the filaments to produce special effects, a surface pattern is selected in the cited document, which is formed from a group of several spirals. On each of the spirals several nozzle openings are arranged at an uneven distance from each other.
Bei allen bisher bekannten Flächenmustern erfolgt somit eine gruppenweise Verteilung der Düsenöffnungen. Dabei bilden die Düsenöffnungen einer Gruppe eine Linie, einen Kreis oder eine Kurve. Die Anzahl der Linien, Kreise und Kurven bestimmen somit die Verteilung aller Düsenöffnungen an der Unterseite der Düsenplatte. Derartige Gruppeneinteilungen von Dü- senöffnungen besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass die Flächenausnutzung der Düsenplatte von der geometrischen Anordnung der einzelnen Gruppen zueinander abhängig ist. Zudem sind überlagerte Effekte der Düsenöffnungen in den einzelnen Gruppen nicht ausgeschlossen, bei welchem die extrudierten Filamente sich gegenseitig gegenüber einer Kühlluft- quelle abschatten, so dass eine ungleichmäßige Abkühlung der Filamentschar auftritt. In all previously known surface patterns thus takes place a groupwise distribution of the nozzle openings. The nozzle openings of a group form a line, a circle or a curve. The number of lines, circles and curves thus determine the distribution of all nozzle openings at the bottom of the nozzle plate. However, such group divisions of nozzle orifices basically have the disadvantage that the area utilization of the nozzle plate depends on the geometric arrangement of the individual groups relative to each other. In addition, superimposed effects of the nozzle openings in the individual groups are not excluded, in which the extruded filaments mutually shadow against a cooling air source, so that an uneven cooling of the filament bundle occurs.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Spinndüsenvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei welcher eine Verteilung der Düsenöff- nungen die zuvor genannten Nachteile vermeidet. It is an object of the invention to provide a spinneret device of the generic type in which a distribution of the nozzle openings avoids the aforementioned disadvantages.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Herstellbarkeit von Düsenöffnungen an Düsenplatten bei der gattungsgemäßen Spinnvorrichtung zu erleichtern. Another object of the invention is to facilitate the manufacturability of nozzle openings on nozzle plates in the generic spinning device.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Flächenmuster durch eine Spirale mit einem Drehwinkel in einem Bereich zwischen 130° und 145° bestimmt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert. This object is achieved in that the surface pattern is determined by a spiral with a rotation angle in a range between 130 ° and 145 °. Advantageous developments of the invention are defined by the features and feature combinations of the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vielzahl der Düsenöff- nungen als eine Gruppe an der Düsenplatte bestimmt ist. Die Lage der Düsenöffnungen wird durch eine Spirale mit einem vorbestimmten Drehwinkel definiert, die das geometrische Flächenmuster bestimmt. The invention is characterized in that the plurality of nozzle openings is determined as a group on the nozzle plate. The location of the nozzle openings is defined by a spiral having a predetermined angle of rotation which determines the geometric area pattern.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnisse aus der Natur zu Nutze, um eine biomimetrische Anordnung der Düsenlöcher zu erhalten. So ist aus der Botanik bekannt, dass die Anordnung von Blättern an Pflanzenstängeln oder die Anordnung der Samenkörner in der Blüte einer Sonnenblume durch eine Spirale bestimmt ist. Bei diesen Anordnungen entspricht die Verteilung dem so genannten Goldenen Schnitt der zu dem Goldenen Drehwinkel von etwa 137,5° führt. The invention makes use of the findings from nature to obtain a biomimetic arrangement of the nozzle holes. So it is known from botany that the arrangement of leaves on plant stems or the arrangement of the seeds in the flower of a sunflower is determined by a spiral. In these arrangements, the distribution corresponds to the so-called golden section leading to the golden rotation angle of about 137.5 °.
Insoweit ist die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 besonders vorteilhaft, um gleichmäßig über die gesamte Fläche der Düsenplatte verteilt angeordnete Düsenöffnungen zu erhalten. Die Wärmeverteilung inner- halb der Düsenplatte lässt sich somit ebenfalls optimieren, so dass an jeder Düsenöffnung gleiche Umgebungsbedingungen in der Spinndüsen Vorrichtung vorherrschen. Damit wird zusätzlich die Qualität bei Extrudieren der Filamente in hohen Maße vergleichmäßigt. Darüber hinaus werden nach dem Austreten der Filamentstränge innerhalb des Filamentbündels Abschat- hingen vermieden, so dass eine verbesserte Kühlung der Filamentstränge eintritt. Die Herstellung einer großen Anzahl von Düsenöffnungen in einer Düsenplatte lässt sich insbesondere durch die Weiterbildung der Erfindung verbessern, bei welchen die Düsenöffnungen mit einer Anzahl auf der Spirale verteilt angeordnet sind, wobei jede individuelle Position der Düsenöffnun- gen durch seine Polarkoordinaten bestimmt ist. Insoweit ist jede individuelle Position der Düsenöffnung auf der Fläche der Düsenplatte definiert. In that regard, the development of the invention according to claim 2 is particularly advantageous to obtain evenly distributed over the entire surface of the nozzle plate arranged nozzle openings. The heat distribution within the nozzle plate can thus also be optimized, so that the same ambient conditions prevail in the spinneret device at each nozzle opening. In addition, the quality in extruding the filaments is evened out to a high degree. In addition, after the filament strands emerge within the filament bundle, scaling is avoided so that improved cooling of the filament strands occurs. The production of a large number of nozzle openings in a nozzle plate can be improved in particular by the development of the invention, in which the nozzle openings are arranged distributed with a number on the spiral, each individual position of the Düsenöffnun- gene is determined by its polar coordinates. In that regard, each individual position of the nozzle opening is defined on the surface of the nozzle plate.
Die Polarkoordinaten der Düsenöffnungen sind dabei bevorzugt aus der mathematischen Beziehung αη = φ·η und rn = denb berechenbar, wobei n eine natürliche Zahl ist und die fortlaufende Nummer der jeweiligen Düsenöffnung darstellt, wobei der Exponent b in einem Wertebereich zwischen 0,1 und 2,0 liegt und wobei ein Abstand und eine Verteilung der Düsenöffnungen durch den Flächenparameter d beeinflussbar ist. Damit lassen sich durch Vorgaben des Exponenten b und des Flächenparameters d eine gewünschte Anzahl an Düsenöffnungen gleichmäßig auf der Spirale mit dem Dreh winkel φ verteilen. The polar coordinates of the nozzle openings are preferably calculated from the mathematical relationship α η = φ · η and r n = d e n b , where n is a natural number and represents the consecutive number of the respective nozzle opening, wherein the exponent b in a range of values between 0.1 and 2.0 and wherein a distance and a distribution of the nozzle openings can be influenced by the area parameter d. Thus, by specifying the exponent b and the area parameter d, a desired number of nozzle openings can be evenly distributed on the spiral with the rotation angle φ.
Die Abstände der Düsenöffnungen zueinander können dabei je nach Wahl des Exponenten und des Flächenparameters variiert werden. So lassen sich je nach Anforderung die Düsenöffnungen mit einem konstanten Abstand zueinander oder mit unterschiedlichen Abständen zueinander an der Düsenplatte anordnen. The distances of the nozzle openings to each other can be varied depending on the choice of the exponent and the area parameter. Thus, depending on the requirement, the nozzle openings can be arranged at a constant distance from each other or at different distances from one another on the nozzle plate.
Unabhängig von der Form der Düsenplatte lässt sich gemäß einer vorteil- haften Weiterbildung das Flächenmuster der Düsenöffnungen in eine runde oder rechteckige Form bringen. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass Flächenmuster der Düsenöffnungen an der Düsenplatte ringförmig auszuführen. Derartige Spinndüsenvorrichtungen sind besonders für Schmelz-Spinnverfahren zur Herstellung von Stapelfasern geeignet. Regardless of the shape of the nozzle plate can be in accordance with an advantageous development, the surface pattern of the nozzle openings bring in a round or rectangular shape. It is also possible to make surface patterns of the nozzle openings on the nozzle plate annular. Such spinnerette devices are particularly suitable for melt-spinning processes for the production of staple fibers.
Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug zu den beigefügten Figuren näher erläutert. In the following the invention with reference to several embodiments with reference to the accompanying figures will be explained in more detail.
Es stellen dar: They show:
Figur 1 schematisch eine Ansicht einer Spinndüsenvorrichtung 1 shows schematically a view of a spinneret device
Figur 2 bis 6 mehrere Ausführungsbeispiele einer Düsenplatte der Spinndüsenvorrichtung 2 to 6 several embodiments of a nozzle plate of the spinneret device
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung schematisch dargestellt. Die Spinndüsenvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das an seiner Unterseite eine Düsenplatte 2 trägt. Die Düsenplatte 2 enthält eine Vielzahl von Düsenöffnungen 3, die mit einer innerhalb des Gehäuses 1 ausgebildeten Schmelzezuführung verbunden sind. Die Schmelzezuführung sowie die übrigen Bauteile der Spinndüsenvorrichtung sind hier nicht dargestellt. So können innerhalb des Gehäuses 1 noch Verteilerplatten und Filterelemente angeordnet sein. Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Spinndüse ist in der Form eines Dü- senpaketes dargestellt, das durch das Gehäuse 1 gehalten ist. Grundsätzlich sind jedoch auch Spinndüsenvorrichtungen bekannt, bei welcher die Düsenplatte 2 mit mehreren Verteilplatten miteinander ver schraubt sind. Die Spinndüsenvorrichtung weist an der Oberseite eine Schmelzezuführung auf. Die Spinndüsenvorrichtung wird üblicherweise an einem beheizten Spinnbalken gehalten, wobei die Schmelzezuführung der Spinndüsenvorrichtung mit einem Verteilersystem verbunden ist. Der individuelle Aufbau einer Spinndüsenvorrichtung ist für die Beschreibung der Erfindung jedoch unerheblich. Insoweit werden in der nachfolgenden Beschreibung nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale erläutert. Die an der Unterseite des Gehäuses 1 gehaltene Düsenplatte 2 zeigt ein Flächenmuster 4 der Düsenöffnungen 3. Die Anordnung der Düsenöffnungen 3 ist durch eine Spirale 5 gekennzeichnet, die mit einem vorbestimmten Drehwinkel in einem Bereich zwischen 130° und 145° bestimmt ist. Die individuellen Positionen der Düsenöffnungen sind mathematisch bestimmt und lassen sich durch die Polarkoordinaten für jede einzelne Düsenöffnung aus den folgenden Formeln berechnen: FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of the spinneret device according to the invention. The spinneret device has a housing 1 which carries a nozzle plate 2 on its underside. The nozzle plate 2 includes a plurality of nozzle openings 3, which are connected to a formed inside the housing 1 melt supply. The melt supply and the other components of the spinneret device are not shown here. Thus, distribution plates and filter elements can still be arranged within the housing 1. The illustrated in Figure 1 embodiment of the spinneret is shown in the form of a nozzle packet sen, which is held by the housing 1. Basically, however, spinnerets are known in which the nozzle plate 2 with several distribution plates are screwed together ver. The spinneret device has a melt supply at the top. The spinnerette device is usually held on a heated spinning beam, wherein the melt supply of the spinneret device is connected to a distribution system. However, the individual structure of a spinneret device is irrelevant to the description of the invention. In that regard, only the features essential to the invention will be explained in the following description. The nozzle plate 2 held on the underside of the housing 1 shows a surface pattern 4 of the nozzle openings 3. The arrangement of the nozzle openings 3 is characterized by a spiral 5, which is determined with a predetermined rotation angle in a range between 130 ° and 145 °. The individual positions of the nozzle openings are determined mathematically and can be calculated by the polar coordinates for each individual nozzle opening from the following formulas:
Polarkoordinate αη = φ·η Polar coordinate α η = φ · η
Polarkoordinate rn = denb Polar coordinate r n = d e n b
Hierbei bestimmt die Indexzahl n die jeweilige Düsenöffnung 3. Der Flächenparameter d definiert den Abstand der Düsenöffnungen 3 zueinander und damit die Anzahl der Düsenöffnungen 3, die auf der gegebenen Fläche angeordnet werden können. Der Exponent b beeinflusst die Verteilung der Düsenöffnungen und liegt in einem Wertebereich zwischen 0,1 und 2,0. Der Drehwinkel der Spirale ist mit dem griechischen Buchstaben φ bezeichnet. Mit Hilfe der Polarkoordinaten an und rn ist jeder Düsenöffnung 3 an der Fläche der Düsenplatte eine definierte Position zugeordnet. Die Polarkoor- dinaten geben zu jeder Düsenöffnung einen Winkel α und einen Radius r an, die sich auf die Düsenmitte der Düsenöffnung beziehen. Gemeinsam bilden die Düsenöffnungen 3 an der Unterseite der Düsenplatte 2 eine Spirale mit dem definierten Drehwinkel φ. Here, the index number n determines the respective nozzle opening 3. The area parameter d defines the distance between the nozzle openings 3 to each other and thus the number of nozzle openings 3, which can be arranged on the given surface. The exponent b influences the distribution of the nozzle openings and lies in a value range between 0.1 and 2.0. The angle of rotation of the spiral is indicated by the Greek letter φ. With the aid of the polar coordinates a n and r n , each nozzle opening 3 is assigned a defined position on the surface of the nozzle plate. The polar Dinates indicate an angle α and a radius r, which relate to the nozzle center of the nozzle opening, for each nozzle opening. Together, the nozzle openings 3 at the bottom of the nozzle plate 2 form a spiral with the defined rotation angle φ.
Um eine über die gesamte Fläche der Düsenplatte 2 gleichmäßige Verteilung der Düsenöffnungen 3 zu erhalten, wird als Drehwinkel der Spirale vorzugsweise der Goldene Winkel verwendet, den man durch Teilung im Goldenen Schnitt erhält. Diese aus der Botanik bekannte Anordnung von Blättern oder Samenkörnern einer Sonnenblume führen zu einer sehr hohen Gleichmäßigkeit bei individueller Positionierung. In order to obtain a uniform distribution of the nozzle openings 3 over the entire area of the nozzle plate 2, the angle of rotation of the spiral is preferably the golden angle which is obtained by division in the golden section. This arrangement of leaves or seeds of a sunflower known from botany leads to a very high uniformity with individual positioning.
In Figur 2 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel einer Düsenplatte gezeigt. Die Düsenöffnungen 3 an der Unterseite der Düsenplatte 2 weisen zueinander einen konstanten Abstand auf. Der Drehwinkel φ der Spirale beträgt in diesem Fall 137,5°. Als Exponent b wurde der Wert 0,5 gewählt, der dazu führt, dass der mittlere Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen konstant ist. Der Exponent b mit dem Wert 0,5 führt zu einem Spezialfall der Spirale, die als Fermatsche Spirale bezeichnet wird. Der Exponent b beeinflusst die Gleichmäßigkeit der Windungen der Spirale. Der Flächenparameter, der den Abstand der Windungen der Spirale beeinflusst, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung mit d = 1 definiert. Der Drehwinkel φ mit dem Wert 137,5 sowie der Exponent b mit dem Wert 0,5 sind besonders bevorzugt, um eine hohe An- zahl von Düsenlöchern gleichmäßig auf einer Fläche der Düsenplatte zu verteilen. Grundsätzlich lassen sich bei der Verteilung der Düsenöffnungen auch unterschiedliche Abstände zwischen den Düsenöffnungen realisieren. Für den Fall, dass der Exponent b einen Wert oberhalb von 0,5 aufweist, werden die mittleren Abstände der Düsenöffnungen nach außen hin an der Düsenplatte immer größer. Hierzu ist in Figur 3 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welcher das Flächenmuster der Düsenöffnungen 3 eine ringförmige Anordnung aufweist. Die hier zugrunde liegende Spirale weist ebenfalls einen Drehwinkel φ = 137,5° auf. Als Exponent wurde der Wert b = 0,7 verwendet, wobei der Flächenparameter mit d = 1 gewählt wurde. FIG. 2 shows an embodiment of a nozzle plate for this purpose. The nozzle openings 3 on the underside of the nozzle plate 2 are at a constant distance from each other. The angle of rotation φ of the spiral in this case is 137.5 °. The exponent b was chosen to be 0.5, which causes the average distance between adjacent nozzle openings to be constant. The exponent b with the value 0.5 leads to a special case of the spiral, which is called Fermat's spiral. The exponent b influences the uniformity of the turns of the spiral. The area parameter which influences the spacing of the turns of the spiral is defined as d = 1 in this embodiment of the spinneret device according to the invention. The angle of rotation φ with the value 137.5 and the exponent b with the value 0.5 are particularly preferred in order to distribute a large number of nozzle holes uniformly over one surface of the nozzle plate. In principle, different distances between the nozzle openings can also be realized in the distribution of the nozzle openings. In the event that the exponent b has a value above 0.5, the average distances of the nozzle openings to the outside at the nozzle plate are getting larger. For this purpose, an embodiment is shown in Figure 3, in which the surface pattern of the nozzle openings 3 has an annular arrangement. The underlying spiral also has a rotation angle φ = 137.5 °. The value b = 0.7 was used as exponent, whereby the area parameter with d = 1 was chosen.
Wie aus der Darstellung in Figur 3 hervorgeht, sind die Düsenöffnungen 3 im mittleren Bereich der Düsenplatte 2 mit engerem Abstand zueinander angeordnet. Ausgehend von der Düsenplattenmitte beziehungsweise dem Ursprung der Spirale vergrößern sich die Abstände zwischen den Düsenöff- nungen nach außen hin. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise besonders vorteilhaft, bei einer Kühlluftzufuhr über einen Kühlzylinder, der sich um das Filamentbündel herum erstreckt. Hierbei tritt die Kühlluft radial von außen nach innen in das Filamentbündel ein. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Anordnung der Düsenöffnungen derart zu variieren, dass der Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen im äußeren Bereich der Düsenplatte enger ist als im inneren Bereich der Düsenplatte. Hierzu wird bei der mathematischen Festlegung der Düsenöffnungen der Exponent b auf einen Wert kleiner 0,5 festgelegt. Derartige Verteilungen der Düsenöffnungen an der Düsenplatte sind insbesondere vorteilhaft, wenn das frisch extrudierte Filamentbündel durch einen von innen nach außen strömenden Kühlluftstrom abgekühlt wird. Im Gegensatz zu der Darstellung in Figur 2 ist in Figur 4 eine ringförmige Anordnung der Düsenöffnungen 3 an einer Düsenplatte gezeigt, bei welcher die Abstände zwischen den Düsenöffnungen 3 über den gesamten Bereich der Düsenplatte 2 konstant ist. Die mathematische Bestimmung der Düsen- Öffnungen 3 erfolgt hierbei ebenfalls mit einem Drehwinkel von 137,5°, einem Exponenten b mit 0,5 und einem Flächenparameter von d = 1. Derartige Spinndüsenvorrichtungen werden bevorzugt bei der Stapelfaserherstellung verwendet, um eine hohe Anzahl von Düsenöffnungen gleichmäßig verteilt an einer Düsenplatte anzuordnen. As is apparent from the illustration in Figure 3, the nozzle openings 3 are arranged in the central region of the nozzle plate 2 with a closer distance to each other. Starting from the nozzle plate center or the origin of the spiral, the distances between the nozzle openings increase to the outside. Such an arrangement is particularly advantageous, for example, in a cooling air supply via a cooling cylinder which extends around the filament bundle. In this case, the cooling air enters the filament bundle radially from outside to inside. Alternatively, however, it is also possible to vary the arrangement of the nozzle openings in such a way that the distance between adjacent nozzle openings in the outer region of the nozzle plate is narrower than in the inner region of the nozzle plate. For this purpose, the exponent b is set to a value less than 0.5 in the mathematical definition of the nozzle openings. Such distributions of the nozzle openings on the nozzle plate are particularly advantageous when the freshly extruded filament bundle is cooled by a cooling air flow flowing from the inside to the outside. In contrast to the illustration in FIG. 2, FIG. 4 shows an annular arrangement of the nozzle openings 3 on a nozzle plate, in which the distances between the nozzle openings 3 over the entire area of the nozzle plate 2 are constant. The mathematical determination of the nozzle openings 3 is also carried out here with a rotation angle of 137.5 °, an exponent b with 0.5 and a surface parameter of d = 1. Such spinnerets are preferably used in staple fiber production to a high number of nozzle openings evenly distributed to arrange on a nozzle plate.
Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele von Düsenplatten können in der in Figur 1 dargestellten Spinndüsenvorrichtung eingesetzt werden. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf runde Spinndüsenvorrichtungen beschränkt. So lässt sich die Düsenanordnung auch an Rechteckdüsen durch eine spiralförmige Verteilung ausführen. In Figur 5 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welcher die Düsenplatte eine rechteckige Form aufweist. Die Verteilung der Düsenbohrungen 3 an der Düsenplatte 2 ist identisch mit der Anordnung der Düsenöffnungen in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2. Die mathematische Bestimmung der Positionen der Düsenöffnungen erfolgt hierbei in gleicher Art und Weist wie zuvor beschrieben. Hierbei werden nur die in einer vordefinierten Fläche hineinfallenden Düsenöffnungen berücksichtigt. The exemplary embodiments of nozzle plates illustrated in FIGS. 2 to 4 can be used in the spinneret device illustrated in FIG. In principle, however, the invention is not limited to round spinneret devices. Thus, the nozzle arrangement can also be performed on rectangular nozzles by a spiral distribution. An embodiment is shown in FIG. 5, in which the nozzle plate has a rectangular shape. The distribution of the nozzle bores 3 on the nozzle plate 2 is identical to the arrangement of the nozzle openings in the embodiment of Figure 2. The mathematical determination of the positions of the nozzle openings is in this case in the same way and as described above. In this case, only the nozzle openings that fall into a predefined area are taken into account.
Die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung zeichnet sich zum einen durch die gleichmäßige Flächenausnutzung der Spinndüsenplatte aus, was sich insbesondere auf die Schmelzeführung und den Schmelzedurchsatz an den Düsenöffnungen positiv auswirkt. Des Weiteren ist die Anordnung der Filamentstränge nach dem Extrudieren innerhalb des Filamentbündels derart beeinflussbar, dass eine für die Herstellung des Faserproduktes ge- wünschte Abkühlung der Filamente eintritt. Sowohl die Optimierung an der Düsenplatte als auch die verbesserte Lage der Filamente innerhalb des Filamentbündels führen dazu, dass eine sehr hohe Qualität bei der Herstellung der Faserprodukte erreicht werden kann. The spinneret device according to the invention is characterized on the one hand by the uniform area utilization of the spinneret plate, which has a positive effect in particular on the melt flow and the melt throughput at the nozzle openings. Furthermore, the arrangement of the filament strands after the extrusion within the filament bundle can be influenced in such a way that a material used for the production of the fiber product is used. desired cooling of the filaments occurs. Both the optimization at the nozzle plate and the improved position of the filaments within the filament bundle mean that a very high quality in the production of the fiber products can be achieved.
Die Erfindung ist für Spinndüsenvorrichtungen geeignet, die für die Herstellung von Stapelfasern, für Spinnvliese oder Filamentgarne eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die Erfindung auch für Spinndüsenvorrichtungen für Nass- oder Trockenspinnverfahren geeignet. Neben Polymerschmelzen können hierbei auch andere Materialien wie beispielsweise Glasschmelzen oder Polymer-Lösungen verwendet werden. The invention is suitable for spinneret devices which are used for the production of staple fibers, for spunbonded nonwovens or filament yarns. Moreover, the invention is also suitable for spinneret devices for wet or dry spinning processes. In addition to polymer melts, other materials such as glass melts or polymer solutions may be used here.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Gehäuse 1 housing
2 Düsenplatte  2 nozzle plate
3 Düsenöffnung  3 nozzle opening
4 Flächenmuster  4 surface patterns
5 Spirale  5 spiral
n Indexzahl der jeweiligen Düsenöffnungen d Flächenparameter n index number of the respective nozzle openings d surface parameters
b Exponent b exponent
φ Drehwinkel φ rotation angle
r Polarkoordinate Radius r Polar coordinate radius
α Polarkoordinate Winkel α polar coordinate angle

Claims

Patentansprüche claims
Spinndüsenvorrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl von Filamenten aus einer Polymerschmelze mit zumindest einer Düsenplatte (2), die an einer Unterseite eine Vielzahl von Düsenöffnungen (3) aufweist, wobei die Düsenöffnungen (3) an der Unterseite nach einem geometrischen Flächenmuster (4) verteilt angeordnet sind, Spinneret device for producing a plurality of filaments of a polymer melt with at least one nozzle plate (2) having on a bottom a plurality of nozzle openings (3), wherein the nozzle openings (3) are arranged distributed on the bottom according to a geometric surface pattern (4) .
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Flächenmuster (4) durch eine Spirale (5) mit einem Drehwinkel (φ) in einem Bereich zwischen 130° und 145° bestimmt ist.  the surface pattern (4) is determined by a spiral (5) with a rotation angle (φ) in a range between 130 ° and 145 °.
Spinndüsenvorrichtung nach Anspruch 1, Spinnerette device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Drehwinkel (φ) der Spirale einen Wert von 137,5° aufweist.  the angle of rotation (φ) of the spiral has a value of 137.5 °.
Spinndüsenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, Spinnerette device according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Düsenöffnungen (3) mit einer Anzahl auf der Spirale (5) verteilt angeordnet sind, wobei jede individuelle Position der Düsenöffnungen (3) durch eine Polar-Koordinate (an; rn) bestimmt ist. the nozzle orifices (3) are distributed with a number on the spiral (5), each individual position of the orifices (3) being determined by a polar coordinate (a n ; r n ).
Spinndüsenvorrichtung nach Anspruch 3, Spinnerette device according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Polarkoordinaten der Düsenöffnungen aus der mathematischen Beziehung αη = φχη und rn = dxnb berechenbar sind, wo- bei ein Exponent (b) in einem Wertebereich zwischen 0,1 und the polar coordinates of the nozzle openings can be calculated from the mathematical relationship α η = φχη and r n = dxn b , where with an exponent (b) in a value range between 0.1 and
2,0 liegt und wobei ein Abstand und eine Verteilung der Düsenöffnungen (3) durch einen Flächenparameter (d) beeinflussbar ist.  2.0 and wherein a distance and a distribution of the nozzle openings (3) can be influenced by a surface parameter (d).
Spinndüsenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Spinneret device according to claim 4, characterized in that
die Düsenöffnungen (3) wahlweise mit einem konstanten Abstand oder mit unterschiedlichen Abständen zueinander an der Düsenplatte (2) angeordnet sind.  the nozzle openings (3) are optionally arranged at a constant distance or at different distances from each other on the nozzle plate (2).
Spinndüsenvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, Spinneret device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Flächenmuster (4) der Düsenöffnungen (3) an der Düsenplatte (2) eine runde oder rechteckige Form ausfüllt.  the surface pattern (4) of the nozzle openings (3) on the nozzle plate (2) fills a round or rectangular shape.
Spinndüsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Spinnerette device according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Flächenmuster (4) der Düsenöffnungen (3) an der Düsenplatte (2) ringförmig ausgeführt ist. the surface pattern (4) of the nozzle openings (3) on the nozzle plate (2) is annular.
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