Die Erfindung geht aus von einem Spinnsystem für die Her
stellung von Monofilfäden, bei dem ein Spinnwerkzeug einen
Polymerkanalabschnitt für eine Polymerschmelze aufweist, der
sich in einem Kanalteil des Spinnwerkzeuges in der Breite in
einen als Flachbügelkanal ausgeführten Flußkanal weitet, an
den sich ein Düsenblock anschließt.
Ein derartiges Spinnwerkzeug ist durch die DE-PS 33 34 870
bekannt geworden.
Derartige Spinnsysteme werden dazu verwendet, aus Poly
merschmelzen qualitativ hochwertige Fäden zu spinnen, die
aufgrund ihrer Verwendung, z.B. für Filtergewebe, Zuggurte,
Angelschnüre u. dgl., konstante Materialeigenschaften in
einem engen Toleranzbereich aufweisen müssen. Die Herstel
lung eines hochdruckgeeigneten, engmaschigen Filtergewebes
setzt einerseits Fäden mit konstantem Durchmesser und ande
rerseits mit einer hohen Reißfestigkeit voraus.
Bei dem bekannten Spinnsystem, wie es in der eingangs ge
nannten Patentschrift beschrieben ist, ist für die gleich
mäßige Austrittsmenge einer Polymerschmelze längs eines
flächigen Kanals ein Staubalken vorgesehen, dessen unter
schiedlicher Abstand von einer Wandung des flächigen Kanals
die Durchtrittsmenge der Polymerschmelze reguliert. Der
Staubalken muß demnach in sich flexibel sein oder aus mehre
ren Einzelelementen bestehen, damit er seiner Länge nach
einen unterschiedlichen Abstand mit der Wandung bilden kann.
Die Polymerschmelze wird in dem flächigen Kanal durch den
Staubalken angestaut, und gemäß seines eingestellten Abstan
des kann eine bestimmte Polymerschmelzenmenge pro Zeitein
heit durch einen eingestellten Spalt hindurchtreten.
Durch die bei der Herstellung von Monofilfäden auftretenden
hohen Produkt- und Gehäusetemperaturen muß der Staubalken
besonders sorgfältig abgedichtet werden. Dies ist bei Tempe
raturen um ca. 300°C besonders aufwendig. Hinzu kommt, daß
Dichtungselemente von bewegten Maschinenteilen bekannter
weise bei erhöhten Temperaturen auch störungsanfälliger
sind. Treten unterschiedliche Materialausdehnungen auf, so
muß der Abstand Staubalken/Wandung während des Betriebs
nachjustiert werden. Dies erfordert eine aufwendige Über
wachungseinheit für die Spaltweite zwischen Wandung und
Staubalken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Spinn
system der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil
den, daß sich die Polymerschmelze bei laminarer Strömung und
ohne Strömungsabriß stetig und gleichmäßig im gesamten
Freiraum des Flachbügelkanals verteilt, so daß dem Düsen
block über seine gesamte Breite ein konstanter Polymer
massenstrom bei größter Produktionssicherheit zugeführt
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich
eine Querschnittsfläche des Flußkanals senkrecht zu dessen
Breite mindestens im oberen Bereich von dem Polymerkanal
abschnitt fort vergrößert und daß der Flußkanal frei von
Einbauten ist.
Das erfindungsgemäße Spinnsystem hat damit den wesentlichen
Vorteil, daß durch eine Formgebung des Flußkanals die Ver
teilung des Polymermassenstromes gleichmäßig über den gesam
ten Flußkanal erfolgt. Die dreidimensionale Raumkontur des
Flußkanals ist in Abhängigkeit von der Viskosität und der
Fließkurve eines zu verarbeitenden Rohstoffes so ausgestal
tet, daß die Polymerschmelze über den gesamten Austritts
querschnitt des Flußkanals eine konstante Strömungsgeschwin
digkeit aufweist.
Der Flußkanal hat ferner den Vorteil, daß er frei von Ein
bauten ist und somit keine Anlaufkanten aufweist, die das
Strömungsprofil der Polymerschmelze im Flußkanal stören oder
verändern könnten. Bei dieser konstruktiven Lösung ist ein
Höchstmaß an Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit
gewährleistet, da der Flußkanal keine verstellbaren Einbau
teile beinhaltet und daraus resultierende Dichtungsprobleme
ausgeschlossen werden können.
Es ist ebenfalls möglich, die dreidimensionale Raumkontur
des Flußkanals für verschiedene Materialien mit unterschied
lichen Viskositäten und Fließkurven zu entwickeln. Werden
jedoch Polymerschmelzen mit sehr unterschiedlichen Produkt
eigenschaften im Spinnwerkzeug verarbeitet, so ist der
Flußkanal entsprechend den Produkteigenschaften des Roh
stoffs auszutauschen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich die
Querschnittsfläche in Richtung auf den Düsenblock hin und
mündet in eine Öffnung, die über die gesamte Breite eine
konstante Weite aufweist.
Diese Ausführungsform des Flußkanals gewährleistet, daß
rechteckige Platten mit linear angeordneten Bohrungen oder
Düsenöffnungen einfach an den Austrittsquerschnitt des
Flußkanals anzukoppeln sind. Die Weite der sich verjüngenden
Öffnung ergibt sich aus der Leistung des Spinnwerkzeugs.
Weiterhin wird der Flußkanal bevorzugt durch das Zusammen
fügen eines ersten und eines zweiten Kanalteils gebildet,
wobei auf mindestens einer der Innenseiten der Kanalteile
eine dreidimensionale Raumkontur des Flußkanals ausgebildet
ist.
Die Tatsache, daß der Flußkanal aus einer zweischaligen
Bauweise besteht, ermöglicht eine sehr einfache und exakte
Herstellung der dreidimensionalen Raumkontur des Flußkanals.
So kann die Raumkontur für bestimmte Produkteigenschaften
numerisch berechnet werden, und eine numerisch gesteuerte
Werkzeugmaschine fräst anschließend die berechnete Raumkon
tur in mindestens einen der als Metallblöcke ausgebildeten
Kanalteile. Außerdem ist es bei einer zweischaligen Bauweise
möglich, die Oberflächen des Flußkanals weiter zu bearbeiten
oder zu verchromen, so daß besonders glatte Oberflächen
entstehen. Läßt man die Polymerschmelze im Spinnwerkzeug
erstarren, so kann man beim Demontieren der Kanalteile aus
dem Flußkanal einen erstarrten Polymerkörper entnehmen, der
die vollkommene Form des durchströmten Kanals wiedergibt.
Dies ermöglicht die Überprüfung der Verteilung der Poly
merschmelze besonders einfach dann, wenn mehrere Schmelzen
mit einer einzigen Flußkanalraumform verarbeitet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Düsenblock
Teil eines Düsenpakets, das ein Düseneinsatz-Unterteil
aufweist, das den Düsenblock, eine Lochplatte, ein Sieb und
ein Düseneinsatz-Oberteil aufnimmt.
Der elementartige Aufbau des Düsenpakets ermöglicht ein
individuelles Austauschen der Einzelkomponenten. Düsenblöcke
mit unterschiedlichen Düsenformen können eingesetzt werden.
Je nach Anordnung der Düsen verteilt eine auf den Düsenblock
abgestimmte Lochplatte die Polymerschmelze und führt sie den
einzelnen Düsen zu. Über der Lochplatte werden in Abhängig
keit von der Polymerschmelze Siebe unterschiedlicher Poren
weite auf Metallvliesbasis angeordnet, die Schmutzpartikel
aus der Polymerschmelze ausfiltern. Die Bohrungen des Düsen
einsatz-Oberteils übernehmen eine Vorverteilung der Poly
merschmelze im Düsenpaket. Das Zusammenwirken der einzelnen
Komponenten im Düsenpaket ergibt eine weitere Vergleichmäßi
gung des Polymerstroms bei gleichzeitiger Erhöhung der
Düsenstandzeit und Spinnsicherheit während der Produktion.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Spinnwerkzeug
der Breite nach auf zwei Seiten von Spannplatten einge
schlossen, die den Düsenblock an einer zu den beiden Seiten
senkrechten dritten Seite umfassen und an das Kanalteil
pressen.
Dies ermöglicht auf eine einfache Weise, das Kanalteil mit
dem Düsenblock trennbar zu verbinden. Die Spannplatten und
das Düseneinsatz-Unterteil gewährleisten auf der Breitseite
des Düsenblocks, daß die Verluste einer Wärmeabstrahlung im
Bereich des Düsenblocks möglichst klein sind. Über die
gesamte Breite des Düsenblocks sind deshalb Temperaturgra
dienten vernachlässigbar klein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Spann
platten für die Führung des Düsenpakets an ihren das Düsen
paket umfassenden Enden Backen senkrecht zur Ebene des
Siebes auf. Dabei sind in einer besonderen Ausgestaltung die
Backen als Schwalbenschwanzverbindungen ausgeführt, die mit
dem Düseneinsatz-Unterteil zusammenwirken.
Die über bekannte Vorrichtungen beheizbaren und regelbaren
Kanalteile werden durch die sie bedeckenden Spannplatten
geschützt, und ihre Wärmeabstrahlung wird gehemmt. Über die
Verbindungsart des Düseneinsatz-Unterteils mit den Backen
der Spannplatten entsteht zwischen dem Düsenblock und den
angrenzenden Teilen eine Linienpressung, die im Gegensatz
zur punktförmigen Pressung über Durchgangsschrauben den
Düsenblock gleichmäßig an die Kanalteile preßt. Der Wärme
übergang von den beheizten Kanalteilen auf den Düsenblock
und auf die sie umgebenden Teile ist somit besonders gut.
Ferner wird durch die Verbindungsart der Düsenblock beson
ders sicher und gleichmäßig geführt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Spann
platten zum Lösen des Düsenblocks von den Kanalteilen verti
kal zu den Kanalteilen verschiebbar, und die Backen münden
seitlich über die Spannplatten hinaus in Führungsschienen,
in denen der Düsenblock bis außerhalb des Spinnwerkzeugs
führbar ist.
Dies hat den Vorteil, daß der Düsenblock schnell ausgewech
selt werden kann. Dadurch werden längere Standzeiten eines
Spinnsystems vermieden und die Wirtschaftlichkeit einer
Produktionsanlage erhöht.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kanalteil
lösbar mit einem Träger verbunden, der an einer vertikal
verschiebbaren Halterung befestigt ist, die in einer raum
festen und horizontalen Schiene läuft.
Das Spinnwerkzeug ist somit in vertikaler Richtung höhenver
stellbar und über eine Schiene gegenüber einem festen Raum
punkt horizontal verschiebbar. Dies eröffnet die Möglich
keit, das schwere Spinnwerkzeug leicht gegenüber ankoppel
baren Systemen zu justieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die
Stirnseiten des Trägers Klemmvorrichtungen auf, die in die
Spannplatten greifen.
Als besonders zweckmäßig hat sich dabei eine Exzenterklemm
verbindung erwiesen, über die die Spannplatten in vertikaler
Richtung verschiebbar sind.
Die Verwendung von Exzentern hat den Vorteil, daß beim
Wieder-Einspannen des neuen Düsenpakets dessen Verbindung
selbstklemmend ist, so daß sich der Düsenblock selbst bei
Ausfall der die Exzenter betätigenden Schaltglieder nicht
von den Kanalteilen löst.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Spinnwerk
zeug so aufgebaut, daß im Spinnwerkzeug zwei oder mehr
Düsenblöcke, Flußkanäle und Polymerkanalabschnitte enthalten
sind.
Der Einsatz eines zweiten Düsenpakets ermöglicht die Verwen
dung verschiedener Düsenformen in einem Spinnwerkzeug. So
können gleichzeitig Monofilfäden unterschiedlicher Quali
tätsanforderung mit einem einzigen Spinnwerkzeug hergestellt
werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist an das Spinn
werkzeug eingangsseitig eine Dosiereinheit mit ihrem Ausgang
ankoppelbar, die die Polymerschmelze in das Spinnwerkzeug
fördert.
Das Spinnwerkzeug wird auf die Position der Dosiereinheit
justiert. Dies erlaubt eine schnelle und exakte Verbindung
der beiden Systeme. Das Spinnwerkzeug oder die Dosiereinheit
kann als komplette Einheit ausgetauscht werden. Die Vertei
lungs- bzw. die Förderungscharakteristik einer Polymer
schmelze ist einfach änderbar.
Die Dosiereinheit besteht in bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung aus einem teilbaren Gehäuseblock, der eine in
Flußrichtung der Polymerschmelze durchströmte Spinnpumpe
aufnimmt, wobei in den Ausgang der Spinnpumpe ein statischer
Mischer integrierbar ist.
Die Spinnpumpe mit dem statischen Mischer wird in Polymer
flußrichtung so in Aussparungen des Gehäuseblocks einge
setzt, daß die teilbaren Gehäuseteile die exakte Positio
nierung der Spinnpumpe gewährleisten. Ein schnelles, einfa
ches Auswechseln der Spinnpumpe mit dem statischen Mischer
ist auch im heißen Zustand des Spinnsystems möglich, da die
Förderung der Polymerschmelze in der Spinnpumpe in Massen
flußrichtung erfolgt und keine zusätzlichen Befestigungs
schrauben zwischen Gehäuseblock und Spinnpumpe notwendig
sind.
Die Spinnpumpe nimmt die Polymerschmelze ohne Umlenkung
innerhalb der Pumpe auf und fördert sie genau mengendosiert
durch den in ihr integrierten statischen Mischer dem Fluß
kanal des Spinnwerkzeugs zu. Der statische Mischer gleicht
durch eine hohe Mischleistung auch kleinste Temperatur
schwankungen in der Polymerschmelze aus und gewährleistet,
daß die Polymerschmelze mit einer einheitlichen Temperatur
in den Flußkanal des Spinnwerkzeugs fließt.
Der teilbare Gehäuseblock ist über bekannte Mittel heizbar
und regelbar, wie z.B. über eine gesteuerte Widerstands
heizung. Dies hat den Vorteil, daß die Spinnpumpe mit dem
integrierten statischen Mischer eine einheitliche Temperatur
aufweist.
In einer Ausbildung der Erfindung ist die Spinnpumpe mit dem
statischen Mischer als in sich geschlossene Einheit in den
Gehäuseblock einsetzbar.
Dies hat den Vorteil, daß keine Anpassung der beiden Funk
tionsteile aneinander im Spinnsystem erfolgen muß. Dies
erleichtert besonders den Einbau dieser Spinnpumpe unter
erschwerten Bedingungen, d.h. z.B. im heißen Zustand des
Spinnsystems oder unter beengten Platzverhältnissen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung versorgt jeweils
eine Spinnpumpe mit einem stufenlos regulierbaren Spinnpum
penantrieb die jeweiligen Polymerkanalabschnitte des Spinn
werkzeugs mit der Polymerschmelze. Mit dieser Maßnahme kann
eine Schwankungsbreite in der Fördergenauigkeit einzelner
Spinnpumpen ausgeglichen werden, und ein einheitlicher,
konstanter Massenfluß der Polymerschmelze ist in allen
Polymerkanalabschnitten gewährleistet.
Wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Dosier
einheit raumfest angeordnet, so hat dies den Vorteil, daß
bei einem Stillstand des Spinnsystems das Spinnwerkzeug über
seine horizontalen Verschiebemöglichkeiten schnell und
einfach von der Dosiereinheit getrennt werden kann. Dies
sichert kurze Inspektions- und Umrüstzeiten am Spinnsystem.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
bildet die Dosiereinheit die Verbindung des Polymerkanal
abschnitts zwischen dem Eingang des Spinnwerkzeugs und einem
Ausgang eines Polymerverteilers.
Der Polymerverteiler besteht dabei aus einem ersten Vertei
lerstück und aus einem zweiten Verteilerstück, die auswech
selbar sind, durch die der Polymerstrom in mehrere Seiten
kanäle aufspaltbar ist.
Dies hat den Vorteil, daß die Polymerschmelze vor dem Ein
tritt in das Spinnwerkzeug exakt dosiert und nochmals inten
siv vermischt wird.
Durch das Aufspalten des Polymerkanals in mehrere Seiten
kanäle kann die Polymerschmelze in mehrere getrennte Dosier
einheiten strömen, die ihrerseits mengendosiert die Poly
merschmelze in unterschiedliche Flußkanäle eines Spinnwerk
zeugs oder in verschiedene Spinnwerkzeuge mit unterschiedli
chen Flußkanälen fördern. Die Reduzierung oder Steigerung
der Durchsatzleistung eines Spinnsystems kann durch das
Auswechseln der Verteilerstücke und der Düsenpakete oder
deren Einzelkomponenten einfach auch nachträglich erreicht
werden. Bei einer Leistungssteigerung der Produktion für
Monofilfäden können zusätzlich an zwei bestehende Spinn
systeme weitere Spinnsysteme angeschlossen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Eingang des
Polymerverteilers mit einem Ausgang eines zentralen Schmel
zefilters verbunden, und das Schmelzefilter ist mit im
Betrieb auswechselbaren Siebpaketen versehen, wie dies an
sich bekannt ist.
Der Einsatz eines Schmelzefilters vor dem Polymerverteiler,
der Dosiereinheit und dem Spinnwerkzeug steigert erheblich
die Produktionssicherheit eines Spinnsystems. Verschmutzun
gen der Polymerschmelze werden in großem Maße schon im
Schmelzefilter zurückgehalten, und das Sieb im Düsenpaket
wird weitgehend entlastet, so daß sich die Standzeiten eines
Düsenpakets wesentlich erhöhen. Das Sieb auf Metallvlies
basis im Düsenpaket kann bei einer Vorfilterung der Poly
merschmelze feinporiger ausgewählt werden und verbessert
dadurch die Qualität der Polymerschmelze, die zu Monofil
fäden gesponnen wird. Durch das Auswechseln verschmutzter
Siebpakete während des Betriebs wird die Auslastung eines
solchen Spinnsystems erheblich gesteigert.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das
Schmelzefilter in einem Siebgehäuse einen in einem Winkel zu
dem Polymerkanal verschiebbaren Kolben auf, der mit einer
ersten Siebaussparung und einer zweiten Siebaussparung
versehen ist, die mit den Siebpaketen bestückt sind.
Diese Ausführungsform ermöglicht ein Verschieben des Kol
bens, ohne den Massenfluß der Polymerschmelze im Spinnsystem
zu stören.
Weiterhin weist das Schmelzefilter bevorzugt in dem Siebge
häuse Vorflutkanäle auf, die in einer ersten und dritten
Position des Kolbens verschlossen sind und in einer zweiten
Position des Kolbens den Polymerkanal eingangsseitig durch
gängig mit den Siebaussparungen verbinden.
In der ersten und dritten Position des Kolbens befindet sich
eine der beiden Siebaussparungen immer vollkommen im Massen
fluß der Polymerschmelze, während die andere Siebaussparung
außerhalb des Schmelzestroms liegt. Dadurch kann immer eine
Siebaussparung gesäubert und ein Siebpaket ausgetauscht
werden, ohne daß der Massenfluß im Spinnsystem unterbrochen
wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in der zweiten
Position des Kolbens eine der beiden Siebaussparungen ein
gangs- und ausgangsseitig durchgängig mit dem Polymerkanal
verbunden, die andere Siebaussparung weist nur eingangssei
tig eine durchgängige Verbindung mit dem Polymerkanal auf,
wobei diese Siebaussparung zusätzlich mit eingangs- und
ausgangsseitigen Entlüftungskanälen im Gehäuse durchgängig
verbunden ist.
Dies hat den Vorteil, daß jede Siebaussparung schon bevor
sie durch eine Kolbenverschiebung in den Polymerstrom ge
führt wird mit Polymerschmelze vollkommen gefüllt ist. Eine
Vorflutung der außerhalb des Schmelzestroms befindlichen
Siebaussparung gewährleistet, daß sich ein im Betrieb vor
genommener Siebpaketwechsel nicht qualitätsmindernd auf die
Produktion der Monofilfäden auswirkt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kolben in eine
Position verschiebbar, die eine der beiden Siebaussparungen
eingangs- und ausgangsseitig durchgängig mit dem Polymer
kanal verbindet, die andere der beiden Siebaussparungen nur
einen eingangsseitigen Durchgang zu dem Polymerkanal auf
weist und nur mit dem ausgangsseitigen Entlüftungskanal
verbunden ist.
Dies hat den Vorteil, daß bei der Vorflutung die jeweilige
Siebaussparung und ihr Siebpaket schrittweise entlüftet
werden kann. Während in der zweiten Position des Kolbens
bevorzugt der eingangsseitige Teil der Siebaussparung ent
lüftet und von Polymerschmelze durchströmt wird, durchströmt
in der beschriebenen Position des Kolbens die Polymer
schmelze die gesamte Siebaussparung. Die betreffende Sieb
aussparung und die Polymerschmelze werden vollkommen entlüf
tet und sind frei von Gaseinschlüssen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das
Spinnwerkzeug, die Dosiereinheit, der Polymerverteiler und
der Schmelzefilter als Einzelbausteine ausgeführt und von
einander lösbar.
Dies ermöglicht eine einfache Modernisierung schon bestehen
der Anlagen, da einzelne Bausteine unabhängig voneinander in
sie integriert werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Prinzipdarstellung, teilweise
aufgebrochen, eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Spinnsystems;
Fig. 2a bis 2c
verschiedene Arbeitspositionen eines Schmelze
filters des Spinnsystems gemäß Fig. 1;
Fig. 3a, 3b
Ausführungsbeispiele eines Polymerverteilers in
einer Draufsicht im Schnitt III-III gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ein Spinnwerkzeug in einer Schnittdarstellung
IV-IV, in vergrößertem Maßstab, gemäß Fig. 1;
Fig. 5a bis 5c
ein Flußkanalprofil gemäß den Positionen Va-Va,
Vb-Vb, Vc-Vc in Fig. 4;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung des Düsenpakets, im
vergrößerten Maßstab, gemäß Fig. 1;
Fig. 7a eine Vorderansicht eines geschlossenen Spinnwerk
zeugs mit einem neuen Düsenpaket in einer Füh
rungsschiene;
Fig. 7b eine Vorderansicht eines geöffneten Spinnwerk
zeugs mit einem verschmutzten Düsenpaket in einer
Führungsschiene.
In Fig. 1 ist ein Spinnsystem 1 dargestellt, das von einer
Polymerschmelze 2 durchströmt wird. Ein Verbindungsrohr 2
mit einem Polymerkanal 4 verbindet das Spinnsystem 1 ein
gangsseitig mit einem nicht dargestellten dynamischen
Mischer und einem Extruder, die dem Spinnsystem 1 die flüs
sige Polymerschmelze 2 zuführen.
An das Verbindungsrohr 3 ist ein Schmelzefilter 5 angekop
pelt, das aus einem Gehäuse 6 und einem in dem Gehäuse 6
verschiebbaren Kolben 7 besteht. Der Kolben 7 enthält Sieb
aussparungen 8, die mit Siebpaketen 10 bestückt sind.
Die Polymerschmelze 2 strömt durch das Schmelzefilter 5, das
Verschmutzungen in der Polymerschmelze 2 ausfiltert. Durch
Verschieben des Kolbens 7 kann ein verschmutztes Sieb
paket 10 bei Betrieb des Spinnsystems 1 ausgewechselt
werden. Bei dem Wechsel des Spinnpakets 10 wird der Massen
fluß der Polymerschmelze 2 nicht unterbrochen. Zu Fig. 2a
bis 2c werden verschiedene Betriebszustände des Schmelze
filters 5 noch erläutert.
Die Polymerschmelze 2 strömt aus dem Schmelzefilter 5 in
einen Polymerverteiler 20, der über eine erste Flanschver
bindung 21 lösbar mit dem Schmelzefilter 5 verbunden ist.
Der Polymerverteiler 20 teilt den Polymerkanal 4 in Seiten
kanäle 24 auf, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt
ist. Die Polymerschmelze 2 kann homogen und gleichmäßig auf
die Seitenkanäle 24 verteilt werden. Zu Fig. 3a und 3b
werden beispielhaft zwei Ausführungsbeispiele des Polymer
verteilers 20 noch erläutert.
Von den Seitenkanälen 24 strömt die Polymerschmelze 2 in
Dosiereinheiten 30, von denen Fig. 1 nur eine zeigt, die
jeweils ausgangsseitig an zweite Flanschverbindungen 26 der
Seitenkanäle 24 des Polymerverteilers 20 angeschlossen sind.
Die Dosiereinheiten 30 nehmen in ihren teilbaren Gehäuse
blöcken 31 eine Spinnpumpe 32 auf, die mit einem stufenlos
regelbaren Spinnpumpenantrieb 33 ausgerüstet ist. In den
Ausgang der Spinnpumpe 32 ist ein statischer Mischer 34
integrierbar. Die Dosiereinheiten 30 sind über Befestigungs
konsolen 35 raumfest aufgestellt. Die Polymerschmelze 2
strömt in jeder einzelnen Dosiereinheit 30 ohne Umlenkung
exakt mengendosiert in den statischen Mischer 34. Der stati
sche Mischer 34 gleicht Inhomogenitäten und Temperaturgra
dienten in der Polymerschmelze 2 aus.
Das Spinnsystem 1 ist so ausgelegt, daß eingangsseitig an
der Dosiereinheit 30, eine Temperatur 36 und ein Druck 37
der Polymerschmelze 2 gemessen werden. Dadurch ist es mög
lich, den Druck 37 der Polymerschmelze 2 unmittelbar vor der
Spinnpumpe 32, unabhängig von dem Verschmutzungsgrad der
Siebpakete 10 im Schmelzefilter 5 oder eventuell weiterer
Druckverluste, konstant zu halten. Der Druck 37 der Poly
merschmelze 2 wird am Spinnpumpeneingang überprüft und eine
Signalrückmeldung an vorangeschaltete Geräte, wie z.B. an
den Extruder, wird als Regelgröße so verarbeitet, daß der
Druck 37 der Polymerschmelze 2 am Spinnpumpeneingang kon
stant ist. Eine vergleichbare Regeleinrichtung ist für die
Temperatur 36 der Polymerschmelze 2 an dieser Stelle des
Spinnsystems 1 vorgesehen.
Die Spinnpumpe 32 mit dem integrierten Mischer 34 wird im
vorgewärmten Zustand in den teilbaren Gehäuseblock 31 der
Dosiereinheit 30 eingelegt. Für den Betrieb der Spinn
pumpe 32 ist keine zusätzliche Fixierung oder Justierung
notwendig. Somit kann die Spinnpumpe 32 für z.B. Wartungs
zwecke schnell und einfach ausgetauscht werden.
Die Polymerschmelze 2 strömt von der Dosiereinheit 30 in
einen Polymerkanalabschnitt 4′ eines mit der Dosierein
heit 30 verbundenen Spinnwerkzeuges 40. Das Spinnwerkzeug 40
enthält ein erstes Kanalteil 41 mit einem oder mehreren
Polymerkanalabschnitten 4′. Der Polymerkanalabschnitt 4′
weitet sich im ersten Kanalteil 41 und/oder in einem zweiten
Kanalteil 42 in einen Flußkanal 43. Das zweite Kanalteil 42
ist von dem ersten Kanalteil 41 trennbar. In ihren gegensei
tigen Anlageflächen ist der Flußkanal 43 als Flachbügelkanal
ausgeformt. Der Flußkanal 43 verteilt die Polymerschmelze 2
gleichmäßig über seine Breite. Der Flußkanal 43 ist dafür
längs seiner Breite mit einer sich ändernden Raumkontur
ausgebildet. Dies wird weiter unten zu Fig. 4 beispielhaft
für das erste Kanalteil 41 gemäß Schnitt IV-IV von Fig. 1
noch erläutert, ebenso wie Fig. 5a bis 5c noch Ausführungs
beispiele zeigen werden, wie Querschnittsflächen 44, 44′,
44′′ ausgebildet sein können, die durch das Zusammenfügen
der beiden Kanalteile 41, 42 entstehen.
Die Polymerschmelze 2 in Fig. 1 strömt homogen und gleich
mäßig verteilt über die gesamte Breite des Flußkanals 43
einer Öffnung 45 am unteren Ende des Flußkanals 43 zu, die
über ihre gesamte Breite eine konstante Weite aufweist.
An die Öffnung 45 wird über eine erste und zweite Spann
platte 52, 53 ein Düsenpaket 50 angepreßt. Die Spann
platten 52, 53 umfassen die Kanalteile 41, 42 an deren
Breitseite und liegen verschiebbar an diesen Seiten an. Die
Spannplatten 52, 53 sind an den das Düsenpaket 50 umfassen
den Enden als Backen 54, 55 ausgebildet, die senkrecht zu
den Seiten der Spannplatten 52, 53 das Düsenpaket 50 umgrei
fen und es an die Kanalteile 41, 42 pressen.
In dem Düsenpaket 50 wird die Polymerschmelze 2 gleichmäßig
in Fäden aufgeteilt, die anschließend das Spinnwerkzeug 40
verlassen und nachgeschalteten Einrichtungen zugeführt
werden. Zu Fig. 6 wird anhand einer Schnittdarstellung des
Düsenpakets 50 die Verteilung der Polymerschmelze 2 noch
näher erläutert.
Das Spinnwerkzeug 40 ist in Fig. 1 über einen Träger 65
lösbar mit einer vertikal verstellbaren Halterung 75 verbun
den, die in einer raumfest gehaltenen Schiene 76 horizontal
verschiebbar ist.
In den Fig. 2a bis 2c ist das Schmelzefilter 5 in verschie
denen Betriebsstellungen dargestellt. Das Schmelzefilter 5
besteht aus dem Siebgehäuse 6, dem Kolben 7, 7′, 7′′, der
ersten Siebaussparung 8, einer zweiten Siebaussparung 9, den
Siebpaketen 10, 11, Vorflutkanälen 12, 12′ und aus eingangs
und ausgangsseitigen Entlüftungskanälen 13, 13′, 14, 14′.
Die Polymerschmelze 2 strömt gemäß einer Betriebsstellung
des Schmelzefilters 5 in Fig. 2a durch eine Öffnung des
Siebgehäuses 6. Das Siebgehäuse 6 ist regelbar beheizt, so
daß der Kolben 7, die Siebaussparungen 8, 9 und die Sieb
pakete 10, 11 dieselbe Temperatur wie die Polymerschmelze 2
aufweisen. Eine Temperatur 15, 16, 17 der Polymerschmelze 2
wird im Massenfluß, beim Eintritt in das Schmelzefilter 5,
im Schmelzefilter 5 und beim Austritt aus dem Schmelzefil
ter 5 gemessen. Diese Temperaturmeßpunkte dienen der Heizung
des Siebgehäuses 6 als Regelgröße. Die Öffnung des Siebge
häuses 6 auf der Eintrittsseite der Polymerschmelze 2 weitet
sich auf der Innenseite zu dem Kolben 7 hin und geht über in
die Vorflutkanäle 12, 12′. Die Vorflutkanäle 12, 12′ werden
in der Betriebsstellung des Kolbens 7 durch seine Oberfläche
verschlossen, und die Polymerschmelze 2 kann nur durch einen
Durchbruch im Kolben 7 in die Siebaussparung 8 mit dem
auswechselbaren Siebpaket 10 einströmen. Die Polymerschmel
ze 2 wird beim Durchströmen des Siebpakets 10 von Schmutz
partikeln gereinigt.
Wird am Schmelzefilter 5 über eine Druckanzeige 18 mit
Grenzkontakt ein kritischer Verschmutzungsgrad des Sieb
pakets 10 angezeigt, so wird der Kolben 7 in die Betriebs
stellung Kolben 7′ gemäß Fig. 5b geführt, und die Poly
merschmelze 2 fließt nur noch teilweise durch die Siebaus
sparung 8 mit dem Siebpaket 10. Der Massenfluß der Poly
merschmelze 2 wird dabei nicht unterbrochen. In der Be
triebsstellung des Kolbens 7′ überdecken sich der Vorflut
kanal 12 und ein Segment der Siebaussparung 9. Die Poly
merschmelze 2 strömt somit gleichzeitig in die erste und
zweite Siebaussparung 8, 9. Über den eingangsseitigen Ent
lüftungskanal 13 im Siebgehäuse 6, der die Siebaussparung 9
in der Stellung des Kolbens 7′ mit der Außenseite des
Schmelzefilters 5 verbindet, kann die Polymerschmelze 2 aus
dem Schmelzefilter 5 austreten, die Siebaussparung 9 wird
dabei teilweise entlüftet. Anschließend fährt der Kolben 7′
in eine Position, bei der die Kolbenoberfläche den eingangs
seitigen Entlüftungskanal 13 verschließt, den ausgangsseiti
gen Entlüftungskanal 14 aber noch mit der Siebaussparung 9
verbindet. Die Polymerschmelze 2 strömt bei ununterbrochenem
Massenfluß in der Siebaussparung 8 nun ebenfalls durch das
ganze Siebpaket 11 der Siebaussparung 9 und entlüftet die
Siebaussparung 9 vollkommen. Ist die Siebaussparung 9 mit
der Polymerschmelze 2 gefüllt, strömt diese durch den aus
gangsseitigen Entlüftungskanal 14 aus dem Schmelzefilter 5.
Der Kolben 7′ fährt danach in die Betriebsstellung
Kolben 7′′ gemäß Fig. 2c, und der Umschaltvorgang von dem
verschmutzten Siebpaket 10 auf ein neues unverschmutztes
Siebpaket 11 ist abgeschlossen. Das verschmutzte Sieb
paket 10 kann aus der Siebaussparung 8 zum Reinigen heraus
gedrückt werden. Ist das Siebpaket 10 gereinigt und vorge
wärmt, kann es wieder in die Siebaussparung 8 eingesetzt
werden.
Bei Bedarf kann jetzt ein erneuter Siebpaketwechsel in
umgekehrter Richtung durchgeführt werden. Die Siebausspa
rung 8 wird über den Vorflutkanal 12′ gefüllt, über den
eingangsseitigen Entlüftungskanal 13′ und anschließend über
den ausgangsseitigen Entlüftungskanal 14′ entlüftet, bevor
das Schmelzefilter 5 wieder die Betriebsstellung Kolben 7
gemäß Fig. 2a einnimmt.
In Fig. 3a und 3b sind beispielhaft zwei Ausführungsformen
des Polymerverteilers 20 im Schnitt III-III gemäß Fig. 1
dargestellt.
In Fig. 3a setzt sich der Polymerverteiler 20 aus einem
ersten Verteilerstück 22 mit dem Polymerkanal 4 und aus
einem zweiten Verteilerstück 23 mit den Seitenkanälen 24, 25
zusammen. Die Polymerschmelze 2 wird in zwei Teilströme
aufgeteilt, die in den Seitenkanälen 24, 25 fließen. Die
Teilströme werden über zwei Dosiereinheiten 30 einem oder
zwei voneinander getrennten Spinnwerkzeugen 40 zugeführt.
Werden die Teilströme der Seitenkanäle 24, 25 einem Spinn
werkzeug 40 zugeführt, so ist dieses Spinnwerkzeug 40 mit
zwei Polymerkanalabschnitten 4′ und zwei voneinander ge
trennten Flußkanälen 43 ausgerüstet, die zwei getrennte
Düsenpakete 50, 50′ versorgen.
In Fig. 3b ist ein Polymerverteiler 20 dargestellt, der mit
dem ersten Verteilerstück 22 und einem zweiten Verteiler
stück 23′ ausgerüstet ist. In dem Verteilerstück 23′ wird
die Polymerschmelze 2 aus dem Polymerkanal 4 des Verteiler
stücks 22 in vier Teilströme aufgespalten, die in den Sei
tenkanälen 24′, 24′′, 25′, 25′′ fließen. Diese Teilströme
werden über vier Dosiereinheiten 30 den Spinnwerkzeugen 40
zugeführt. Die Teilströme können in zwei sogenannten
"Doppelspinnwerkzeugen" oder in vier Spinnwerkzeugen 40
verarbeitet werden.
Der Polymerverteiler 20 besteht aus einem teilbaren Gehäuse
das regelbar beheizt werden kann. Die in die Polymerver
teiler 20 einsetzbaren Verteilerstücke 22, 23, 23′ können
aus Polymerkanälen 4 und Seitenkanälen 24, 24′, 24′′, 25,
25′, 25′′ unterschiedlicher Durchmesser bestehen. Dies kann
dann erforderlich sein, wenn das Spinnsystem 1 mit unter
schiedlichen Leistungen betrieben werden soll.
In Fig. 4 ist der Schnitt IV-IV gemäß Fig. 1 des Spinnwerk
zeugs 40 dargestellt. Der Polymerkanalabschnitt 4′ im Kanal
teil 41 mündet unter 90° in den Flußkanal 43, der die Form
eines Flachbügelkanals aufweist. Die geschlossene dreidimen
sionale Raumkontur des Flußkanals 43 entsteht durch das
Zusammenfügen der Kanalteile 41, 42. Die Form des Flußkanals
43 errechnet sich aus der Fließkurve der zu verarbeitenden
Polymerschmelze 2 und aus ihren Produkteigenschaften. Die
dreidimensionale Raumkontur wird mit der Zielsetzung nume
risch so ermittelt, daß sich im Flußkanal 43 die Polymer
schmelze 2 bei stetiger Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig
über die Breite des Flußkanals 43 verteilt und mit konstan
ter Strömungsgeschwindigkeit in die Öffnung 45 des Fluß
kanals 43 fließt. Für Polymerschmelzen 2 mit unterschiedli
chen Fließ- und Produkteigenschaften ergeben sich unter
schiedliche Raumgeometrien der Flußkanäle 43, wenn die
Verteilung der unterschiedlichen Polymerschmelzen 2 gleich
mäßig in den Flußkanälen 43 ist und die Polymerschmelzen 2
mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit aus den Flußkanälen
43 ausströmen sollen. Die Raumgeometrie eines Flußkanals 43
kann auf Polymerschmelzen 2 so abgestimmt werden, daß meh
rere Polymerschmelzen 2 mit ähnlichen Fließ- und Produkt
eigenschaften in einem einzigen Flußkanal 43 gleichmäßig
verteilt werden können. Handelt es sich jedoch um die Verar
beitung von sehr unterschiedlichen Polymerschmelzen 2,
müssen die Kanalteile 41, 42 mit dem Flußkanal 43 ausgewech
selt werden.
In Fig. 5a bis 5c ist beispielhaft die unterschiedliche
Raumgeometrie des Flußkanals 43 im Schnitt der Kanalteile
41, 42 in Abhängigkeit von seiner Breite gemäß den angegebe
nen Positionen 5a bis 5c in Fig. 4 dargestellt. Die Quer
schnittsflächen 44, 44′, 44′′ münden in eine Öffnung 45 mit
konstanter Weite. Es ist auch möglich, daß die dreidimen
sionale Raumkontur des Flußkanals 43 nur in einem der Kanal
teile 41, 42 ausgeformt ist und die andere Hälfte der Kanal
teile 41, 42 die Raumkontur mit einer glatten, planen Fläche
abschließt.
In Fig. 6 ist das Düsenpaket 50 gemäß Fig. 1 im Schnitt
vergrößert dargestellt. Es wird seitlich von den Spann
platten 52, 53 und den Backen 54, 55 begrenzt, die in eine
Führungskante des Düseneinsatz-Unterteils 60 greifen. Das
Düsenpaket 50 setzt sich aus dem Düseneinsatz-Unterteil 60,
dem Düsenblock 59, der Lochplatte 58, dem Sieb 57 und aus
dem Düseneinsatz-Oberteil 56 zusammen, das im Spinnwerkzeug
40 an Unterseiten der Kanalteile 41, 42 grenzt. Durch die
Backen 54, 55 wird das Düsenpaket 50 längs seiner Breite
beidseits linienförmig geführt. Die Verbindung zwischen den
Backen 54, 55 und dem Düseneinsatz-Unterteil 60 kann unter
schiedlich ausgeführt sein, wie z.B. als Schwalbenschwanz
verbindung. Es entsteht eine Linienpressung zwischen dem
Düsenpaket 50 und den Unterseiten der Kanalteile 41, 42.
Der Düsenblock 59 ist als Rechteckdüse ausgebildet, bei der
die Düsenöffnungen auf einer oder mehreren parallelen Linien
angeordnet sind. Bei mehreren Linien stehen die Düsen zweck
mäßigerweise auf Lücke. Dem Düsenblock 59 wird die Poly
merschmelze 2 über die Lochplatte 58 zugeführt. Die Bohrun
gen in der Lochplatte 58 verteilen die Polymerschmelze 2
gleichmäßig über die Rechteckdüse. Über den Bohrungen der
Lochplatte 58 liegt das engporige Sieb 57 aus z.B. Metall
vlies. Aus der Polymerschmelze 2 werden mit diesem Sieb 57
Feinstverschmutzungen gefiltert. Zusammen mit der Vorfilte
rung der Polymerschmelze 2 im Schmelzefilter 5 wird ein
qualitativ hochwertiges Produkt erreicht, das besonders gute
Eigenschaften beim Verspinnen zu Monofilfäden aufweist.
Durch die Vorfilterung der Polymerschmelze 2 wird die Stand
zeit des Düsenpaketes 50 wesentlich erhöht, da das Sieb 57
nur noch Feinstverschmutzungen aus der Polymerschmelze 2
filtert. Über Bohrungen in dem Düseneinsatz-Oberteil 56
tritt die Polymerschmelze 2 in das Düsenpaket 50 ein.
In Fig. 7a und 7b sind Vorderansichten des geschlossenen und
geöffneten Spinnwerkzeuges 40 dargestellt.
Die Fig. 7a zeigt die Vorderansicht des Spinnwerkzeuges 40
in geschlossenem Zustand der ersten Spannplatte 52 auf der
Vorderseite und der zweiten, nicht dargestellten Spannplatte
53 auf der Rückseite des Spinnwerkzeugs 40. Über die bei
spielhaft dargestellte Exzenter-Klemmverbindung wird das
Düsenpaket 50 über die Spannplatten 52, 53 an die Unter
seiten der Kanalteile 41, 42 gepreßt. Als Schaltglieder für
die Vertikalverschiebung sind ebenfalls beispielhaft die
gegenläufigen Spannhebel 70, 70′ und ein Pneumatikzylinder
71 dargestellt. In die Führungsschiene 72 ist ein Düsenpaket
50′ eingelegt, das im Bedarfsfall bei geöffneten Spann
platten 52, 53 über eine Einschiebevorrichtung 74 im Aus
tausch für ein defektes oder verschmutztes Düsenpaket 50 in
das Spinnwerkzeug 40 eingeschoben werden kann.
Die Fig. 7b zeigt das geöffnete Spinnwerkzeug 40. Über den
ausfahrbaren Pneumatikzylinder 71 werden die Spannhebel 70,
70′ gegenläufig bewegt. Exzenter 66, 66′ auf der Vorderseite
und nicht dargestellte Exzenter 67, 67′ auf der Rückseite
des Spinnwerkzeugs 40 drehen sich und die Spannplatten 52,
53 verschieben sich nach unten. Es entsteht ein Freiraum
zwischen den Kanalteilen 41, 42 und dem Düsenpaket 50, 50′.
Mit der Einschiebevorrichtung 74 kann das in Fig. 7a bereit
gestellte Düsenpaket 50′ in der Führungsschiene 72 in das
Spinnwerkzeug 40 eingeschoben werden. Gleichzeitig wird
dabei das Düsenpaket 50 aus dem Spinnwerkzeug 40 heraus in
die Führungsschiene 73 gedrückt. Wird nun der Pneumatik
zylinder 71 wieder geschlossen, ist das Spinnwerkzeug 40 mit
dem neu eingelegten Düsenpaket 50′ betriebsbereit.