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Dokumentenidentifikation DE69511955T2 09.03.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0690154
Titel Spinnkopf für Schnellschmelzverfahren
Anmelder Fuisz Technologies Ltd., Chantilly, Va., US
Erfinder Rutkowski, William F., Arlington, Virginia 22203, US;
Myers, Garry L., Reston, Virginia 22091, US;
Bogue, B. Arlie, Broad Run, Virginia 22014, US
Vertreter LOUIS, PÖHLAU, LOHRENTZ & SEGETH, 90409 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 69511955
Vertragsstaaten BE, CH, DE, DK, FR, GB, IE, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 21.06.1995
EP-Aktenzeichen 956500201
EP-Offenlegungsdatum 03.01.1996
EP date of grant 08.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2000
IPC-Hauptklasse D01D 5/18
IPC-Nebenklasse A23G 3/10   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flash-Flow-Verarbeitung und genauer einen Spinnkopf zur Flash-Flow-Verarbeitung.

Verschiedene Spinnmaschinen sind zum Spinnen geschmolzener Materialien, insbesondere Zucker, entwickelt worden. Die Materialien können durch eine Spinnanordnung in geschmolzener Form oder, alternativ, in fester Form zugeführt und geschmolzen oder einem Flash-Flow unterworfen werden, kurz bevor sie aus der Spinneinrichtung versponnen werden.

US-Patent-Nr. 4,872,821 offenbart eine Spinnmaschine, die besonders zum Spinnen von Zuckerwatte ausgebildet ist. Die Maschine schließt einen Spinnkopf mit geschlitzten zylindrischen Wänden und an jede Wand angrenzende Heizelemente ein. Zucker in fester Form wird in den Spinnkopf eingeführt und gegen die Heizelemente geschleudert, wo er geschmolzen (d. h. einen Flash- Flow-Übergang durchläuft) und zum Durchlaufen eines gewundenen Pfads bewegt wird. Der geschmolzene Zucker wird durch die Schlitze ausgesponnen, wo er sich als flauschähnliches Material verfestigt, das als Zuckerwatte bekannt ist.

Verschiedene andere Maschinen sind über die Jahre zum Spinnen von Zuckerwatte entworfen worden. Eine solche Maschine ist in dem US-Patent Nr. 3,930,043 offenbart. Diese Maschine schließt ein schraubenförmiges Heizelement ein, das innerhalb einer feinperforierten Hülle angeordnet ist. Das Heizelement ist gegen die Innenwand der Hülle durch Abstandselemente abge stützt. Wenn die Hülle sich dreht, wird geschmolzener Zucker durch die Perforationen extrudiert. Ähnliche Maschinen sind in den US-Patenten Nr. 3,073,262 und 3,070,045 offenbart.

US-Patent Nr. 3,856,443 offenbart eine andere Art von Spinnmaschine, wobei die perforierte Hülle, durch die der Zucker extrudiert wird, als Widerstandselement der Heizeinrichtung fungiert.

US-Patent Nr. 1,541,378 offenbart eine Spinnmaschine, die ein innerhalb eines schraubenförmig gewundenen Drahtes angeordnetes Heizband einschließt. Das Heizband schmilzt den Zucker, der dann die Zwischenräume des Heizbandes passiert und danach die Windungen des schraubenförmig gewundenen Drahtes.

Letztendlich offenbart US-Patent Nr. 816,055 eine Spinnmaschine, die ein Paar innerer und äußerer Heizelemente einschließt, die auf gegenüberliegenden Seiten einer perforierten Hülle angeordnet sind. Das äußere Heizelement wird bei einer niedrigen Heizeinstellung relativ zu dem inneren gehalten.

Das Spinnmaschinen betreffende Fachgebiet ist allgemein auf Maschinen zur Herstellung von Zuckerwatte gerichtet. Zucker wird in einen Spinnkopf eingeführt und gewöhnlich dazu bewegt, einen ziemlich gewundenen Pfad zurückzulegen, auf dem er in einen geschmolzenen Zustand umgewandelt wird. Das geschmolzene Material wird aus dem Kopf versponnen und verfestigt sich in ein flauschähnliches Material. Das Material wird dann in einem dem Spinnkopf umgebenden Becken oder Korb gesammelt.

Während viele der existierenden Maschinen zur Umwandlung von granuliertem Zucker in ein flauschähnliches Material wahrscheinlich zufriedenstellend arbeiten, sind sie zum Spinnen anderer Materialien nicht vollständig zufriedenstellend, die Eigenschaften besitzen, die sehr ähnlich dem von Zucker sind, oder die dazu tendieren, durch Hitze stärker nachteilig beeinflusst zu werden als Zucker. In den vergangenen Jahren war es zunehmend erwünscht, nicht nur Zucker und mit Zucker kombinierte Materialien zu verspinnen, sondern auch Nichtsaccharide.

Ein kürzlich entwickeltes Verfahren zur Herstellung von Substanzen mit pharmakologischen Eigenschaften ist in US-Patent Nr. 4,855,326 offenbart. Das Patent offenbart die Kombination von Zucker mit einem Medikament und ein Spinnen der Kombination in einen leicht wasserlöslichen Flausch oder in eine Faser. Im US-Patent Nr. 5,011,532 betrifft die Offenbarung ölige Substanzen, wie Pflanzenöl, Babyöl, Margarine, Lanolin, Kakaobutter und dergleichen, und wie das Fehlen an Affinität zu Wasser bei diesen Substanzen durch Mischen der öligen Substanz mit Zucker und Schmelzspinnen der Mischung in Zuckerwatte Spinnmaschinen oder Vergleichbarem geändert wird. So modifiziert dispergieren die Produkte in Wasser unter Bildung einer kolloidalen oder pseudo-kolloidalen Dispersion.

Andere Offenbarungen, die das Spinnen von Substanzen mit einem oder mehreren Zuckern betreffen, sind im US-Patent Nr. 4,873,085, erteilt am 10. Oktober 1989, US-Patent Nr. 5,034,421, erteilt am 30. Juli 1991, US-Patent Nr. 5,028,632, erteilt am 02. Juli 1991, und US-Patent Nr. 4,997,856, erteilt am 05. März 1991, zu finden. Die in den o. g. Patenten beschriebenen Produkte werden alle durch Verarbeitung in einer Zuckerwattemaschine hergestellt. Beispielhaft für die Zuckerwattemaschine ist die Econo Floss Modell 3017, hergestellt von Gold Medal Products Company of Cincinnati, Ohio. Die in den o. g. Offenbarungen beschriebenen Verfahren schließen die Verwendung von Zucker(n) als Aufgabematerial ein, welches zur Herstellung eines Materials, wie einem Flausch, einer Faser etc., gesponnen wird.

Die Verwendung von Nichtsaccharidpolymeren als bioabbaubare Träger für verschiedene aktive Agentien ist kürzlich vorgeschlagen worden. Derartige Träger werden mit den aktiven Agentien versponnen, um einen Feststoff herzustellen, der zur Freisetzung des aktiven Agens über die Zeit innerhalb des Körpers eines Patienten fähig ist. Eine Flash-Flow-Verarbeitung von Nichtsaccharidpolymeren erfordert jedoch manchmal eine größere Wärmekontrolle während des Flash-Flow-Verfahrens, als üblicherweise für die Verarbeitung von Zuckern erforderlich. Die Produktqualität ist unter bestimmten Umständen abhängig von der Beibehaltung der Temperatur innerhalb eines beschränkten Temperaturbereiches.

Die EP-A-0 591 095 offenbart eine Spinnmaschine, um Materialien einer Flash-Flow-Verarbeitung zu unterwerfen, wobei die Maschine einen um eine Achse rotierbaren Spinnkopf einschließt. Der Kopf besitzt eine Basis, einen Deckel und ein schraubenförmiges Heizelement, das sich zwischen der Basis und dem Deckel zur Bildung einer Kammer für das Aufgabematerial erstreckt. Beabstandungen zwischen den Windungen des Heizelementes definieren Öffnungen, durch welche Material nach dem Durchlaufen eines Flash-Flow-Überganges herausgeschleudert wird.

Sogar mit Blick auf die verschiedenen, oben diskutierten herkömmlichen Maschinen existiert immer noch ein Bedarf für einen Spinnkopf für die Flash-Flow-Verarbeitung, der zur Bereitstellung einer im wesentlichen gleichmäßigen Wärmeverteilung an der Flash-Flow-Oberfläche fähig ist. Es wäre daher vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer gleichmäßig verteilten Wärme an der Flash-Flow-Oberfläche zu besitzen. Wenn die Wärmeverteilung an der Flash-Flow-Oberfläche gleichmäßig ist, kann die dortige Temperatur leichter gesteuert werden, was eine größere Konsistenz des aus dem den Flash-Flow-Bedingungen unterworfenen Material hergestellten Endprodukt sicherstellt. Es wäre auch vorteilhaft, eine Vorrichtung zu besitzen, in der das Flash-Flow-Material die erwärmte Flash-Flow-Oberfläche innerhalb des Spinnkopfes für eine minimale Zeitdauer kontaktiert. Eine direktere Bewegungsstrecke des Flash-Flow-Materials durch die Spinnkopfwand würde einen geringeren physischen Kontakt zu der Heizquelle sicherstellen. Gleichzeitig würde ein geringeres Verbrennen und eine geringere Produktinkonsistenz realisiert werden.

Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, einen Spinnkopf für die Flash-Flow-Verarbeitung bereitzustellen, bei dem ein Heizelement eine kontinuierliche, einheitliche Wärme an eine Flash- Flow-Oberfläche des Spinnkopfes abgibt.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen Spinnkopf für die Flash-Flow-Verarbeitung bereitzustellen, bei dem die Zeitdauer, in der Flash-Flow-Material einem Erwärmen unterworfen wird, bei einem Minimum liegt.

Es ist weiterhin Aufgabe dieser Erfindung, einen Spinnkopf für die Flash-Flow-Verarbeitung bereitzustellen, bei dem eine Flash-Flow-Oberfläche zum Kontaktieren des Flash-Flow-Materials im wesentlichen flach und glatt ist.

Es ist immer noch Aufgabe dieser Erfindung, einen Spinnkopf für die Flash-Flow-Verarbeitung bereitzustellen, bei dem Flash- Flow-Material durch einen im wesentlichen nicht gewundenen Pfad aus dem Kopf herausgeschleudert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen einzigartigen Spinnkopf zur Flash-Flow-Verarbeitung, der ein Heizelement einschließt, das an einer im wesentlichen kontinuierlichen Wand des Spinnkopfes befestigt ist, so dass im wesentlichen kontinuierliche und einheitliche Wärme an eine innere Oberfläche der Wand abgegeben wird. Ein der kontinuierlichen, einheitlichen Wärme an der inneren Oberfläche der Wand unterworfenes Flash- Flow-Material durchläuft einen Flash-Flow-Übergang und wird dann durch irgendwelche der Vielzahl von Öffnungen durch die Wand, die nicht gewundene Austrittswege besitzen, geschleudert.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung schließt ein Spinnkopf zur Flash-Flow-Verarbeitung einen Spinnkopf mit einer geschlossenen Basis und einem Oberteil mit einer Öffnung zur Einführung von Aufgabematerialien in den Kopf ein. Zum Zweck der Erläuterung und der Offenbarung eines bevorzugten Modus ist die Rotationsachse hierin als vertikal offenbart, aber die Rotationsachse kann in jedem vom Fachmann ausgewählten Winkel angeordnet sein, so dass die geschlossene Basis und das Oberteil räumlich in jeder Position angeordnet werden können. Zum Beispiel können die Basis und das Oberteil so orientiert sein, dass die Rotationsachse eher horizontal als vertikal ist. Der Spinnkopf schließt auch eine Wand mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche ein, die sich zwischen der Basis und dem Oberteil erstreckt, um eine Kammer für die Flash-Flow-Verarbeitung zu bilden. Die äußere Oberfläche der Wand ist mit einer Erhöhung zur Aufnahme der Befestigung eines externen Heizelementes zur einheitlichen Versorgung der Innenwandoberfläche mit Oberflächenwärme versehen, wodurch Flash- Erwärmungsbedingungen in das die Innenwandoberfläche an dieser Stelle kontaktierende Aufgabematerial induziert werden. Die Wand schließt ferner eine Vielzahl von Öffnungen ein, die sich von der inneren zu der äußeren Oberfläche erstrecken, wobei jede einen im wesentlichen nicht gewundenen Pfad zur Passage von flash-wärmebehandeltem Produkt durch dieselben bildet und das Produkt kurz nach den Öffnungen nicht behindert wird. Die Wand ist bevorzugt im wesentlichen zylindrisch.

Die Erhöhung definiert bevorzugt einen im wesentlichen kontinuierlichen, schraubenförmigen Vorsprung, der eine offenrippige Schraube um diese Oberfläche der Wand bildet, so dass ein Kanal zwischen den Rippen der Helix gebildet wird, der die Befestigung des Heizelementes beherbergt. In einer anderen Form kann die Erhöhung einen im wesentlichen kontinuierlichen, serpentinenförmigen, offenrippigen Vorsprung um die Außenwand der Wand zur Aufnahme der Befestigung des Heizelementes definieren. Die Kanäle sind bevorzugt konkav im Querschnitt, um eine ausreichend dimensionierte konkave Oberfläche zur Bereitstellung eines wirksamen Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontaktes mit dem Heizelement zu definieren, wodurch die innere Oberfläche bei einer im wesentlichen einheitlichen Temperatur gehalten wird.

Das Heizelement kann die Form einer schraubenförmigen Spule mit einem im wesentlichen runden Querschnitt einnehmen, die eine zylindrische äußere Oberfläche zeigt. Ein solches Heizelement maximiert den Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit einer zirkulären, konkaven Oberfläche des Kanals. Der Kontaktabschnitt der zylindrischen äußeren Oberfläche ist bevorzugt äquivalent zu einer einen Winkel von wenigstens 10º, gemessen im Zentrum des Querschnitts der zylindrischen, schraubenförmigen Spule gegenüberliegenden Bogenlänge.

Alternativ kann der als konkaver Querschnitt gebildete Kanal die Form eines rechteckigen Einschnittes annehmen. Das Heizelement wäre dann bevorzugt im wesentlichen von rechteckigem Querschnitt, um einen guten Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt sicherzustellen. Bei jedem der Heizelemententwürfe sind die Heizelemente so an der Oberfläche der Wand anzuordnen, dass die Wandöffnungen einheitlich erwärmt werden. Jede Öffnung, die jeden nicht gewundenen Pfad bildet, ist bevorzugt innerhalb der Rippen angeordnet, so dass jeder Pfad sich durch die Wand erstreckt und eine Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Wandoberfläche bildet.

Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Flash-Flow-Verfahren ein, bei dem ein Aufgabematerial, das zum Durchlaufen einer Flash-Flow-Verarbeitung in der Lage ist, Hitze- und Scherkraft in einem Spinnkopf mit einer geschlossenen Basis und einem Oberteil und einer bevorzugt zylindrischen Wand, die sich zwischen der Basis und dem Oberteil erstreckt, unterworfen wird, um eine Kammer zur Flash-Flow-Verarbeitung zu bilden. Die Wand besitzt eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche. Die äußere Oberfläche ist mit Erhöhungen zur Aufnahme der Befestigung eines Heizelementes gebildet, um eine einheitliche Wärme an die innere Oberfläche abzugeben. Die einheitliche Wärme induziert einen Flash-Flow-Übergang im Aufgabematerial. Die Wand schließt weiterhin eine Vielzahl von Öffnungen ein, die sich von der inneren zu der äußeren Oberfläche erstrecken, wobei jede der Öffnungen einen im wesentlichen nicht gewundenen Pfad für den Durchgang von flash-hitzebehandeltem Produkt bildet.

Bevorzugt schließt das Verfahren die Bereitstellung von Flash- Hitze durch Speisen des Heizelementes mit Energie ein. Die Scherkraft wird durch Bewirken einer Rotation des Spinnkopfes um eine Achse bereitgestellt, so dass Aufgabematerial gegen die innere Oberfläche geschleudert wird. Das gegen die innere Oberfläche geschleuderte Aufgabematerial wird an derselben einer Flash-Hitze unterworfen und durch die Öffnungen geleitet.

Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist nunmehr ein Spinnkopf zur Flash-Flow-Verarbeitung erhältlich, der zur Abgabe einer im wesentlichen einheitlichen Wärme an eine Flash-Flow- Oberfläche in der Lage ist. Die im wesentlichen einheitliche Wärme stellt einen konsistenten Flash-Flow-Übergang an der Flash-Flow-Oberfläche sicher und somit ein konsistenteres Spinnprodukt höherer Qualität.

Zusätzlich zur Abgabe von konsistenten Flash-Flow-Bedingungen infolge der gleichmäßigen Abgabe von Wärme gemäß dieser Erfindung minimiert der von dem Aufgabematerial zurückgelegte, im wesentlichen nicht gewundene Pfad den Widerstand gegenüber dessen Austritt. Die Minimierung des Widerstandes gegenüber dem Flash-Flow-Produkt verringert die Zeit, in der das Produkt der Flash-Flow-Hitze ausgesetzt ist. Die kombinierte Wirkung einer konsistenten Wärmeverteilung an der Flash-Flow-Oberfläche und des weniger gewundenen Weges, den die Produktschmelze zurücklegen muss, ermöglicht eine signifikant verbesserte Steuerung des Flash-Flow-Verfahrens. Die Erfindung wird im Licht der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser verstanden werden.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zur Verarbeitung von Thermoflow-Materialien in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A ist eine seitliche Aufrissansicht einer Spinnkopfanordnung der Erfindung, dargestellt mit einem befestigten Heizelement;

Fig. 2B ist eine seitliche Aufrissansicht des in Fig. 2A gezeigten Spinnkopfes, wobei das Heizelement entfernt ist;

Fig. 2C ist eine vergrößerte Ansicht eines Seitenausschnittes eines detaillierten Abschnitts des Spinnkopfes der Fig. 2B;

Fig. 2D ist ein Querschnitt des in Fig. 2B gezeigten Spinnkopfes;

Fig. 2E ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines detaillierten Abschnittes des in Fig. 2D gezeigten Spinnkopfes mit einem schematisch dargestellten Abschnitt eines Heizelementes;

Fig. 2F ist ein vergrößerter Abschnitt der Wand aus Fig. 2D, das ein alternativ strukturiertes Profil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 G ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines alternativen, detaillierten Abschnitts von Fig. 2F;

Fig. 2H und 21 sind zusätzliche alternative Ausführungsformen der in Fig. 2F gezeigten Struktur;

Fig. 3 ist eine seitliche Aufrissansicht einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 2A gezeigten Spinnkopfes;

Fig. 4 ist eine seitliche Aufrissansicht noch einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 2A gezeigten Spinnkopfes.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Spinnkopf dieser Erfindung ist einzigartig in seiner Fähigkeit, gleichmäßig verteilte Wärme an eine Flash-Flow-Heizoberfläche auf der Innenseite einer zylindrischen Wand des Spinnkopfes abzugeben. Die gleichmäßig verteilte Wärme induziert daran Flash-Flow-Bedingungen, wobei Aufgabematerial in Kontakt mit der Innenwand ausgesponnen wird und diesem das Passieren durch eine Vielzahl von nicht gewundenen Öffnungen ermöglicht wird, die sich von der Innenwandoberfläche an die äußere Wand erstrecken.

Auf Flash-Flow wird in der vorliege den Erfindung als Phänomen Bezug genommen, das auftritt, wenn in festes Trägermaterial (Aufgabematerial) Temperatur- und Scherbedingungen unterworfen wird, die ausreichend zum Bewirken eines inneren Flusses auf einen Subpartikellevel sind. Dieser Zustand erzeugt eine Umwandlung der physikalischen und/oder chemischen Struktur ohne Abbau des Materials. Ein innerer Fluss tritt auf, wenn die Infrastruktur des Materials ausreichend zusammenbricht, um eine Bewegung des Materials auf einem Subpartikellevel und wahrscheinlich auf einem molekularen Level zu ermöglichen. Auf einem molekularen Level wird innere Fluss als Bewegung von Molekülen relativ zueinander ins Auge gefasst.

Das "Flash-Flow-Phänomen" der vorliegenden Erfindung tritt auf, wenn Materialien "flash-erhitzt" werden, was als Aussetzen der Materialien gegenüber Hitze für sehr kurze Zeiträume, nicht mehr als 1 Sekunde, bevorzugt in der Größenordnung von 10tel Sekunden, und am stärksten bevorzugt in der Größenordnung von Millisekunden definiert ist. Dieses einzigartige Phänomen kann durch eine relativ hohe Geschwindigkeitsverteilung des Aufgabematerials an eine Umgebung erhöhter Temperatur unter einer konstanten Kraft, wie einer Zentrifugalkraft, die durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Spinnkopfes bewirkt wird, erzeugt werden. Siehe US-Patent Nr. 4,855,3 6, erteilt am 08. August 1989, US-Patent Nr. 5,279,849, US-Patent Nr. 5,387,431, Internationale Anmeldung PCT/US 92/04053 angemeldet am 13. Mai 1992, und US-Patent Nr. 5,518,730.

Bei der vorliegenden Erfindung wird Aufgabematerial einem ausreichenden Flash-Flow unterworfen, um dieses zu deformieren und durch eine Öffnung unter einer minimalen Kraftmenge hindurchzuleiten. Die Kraft der bevorzugten Ausführungsform ist durch einen Spinnkopf bereitgestellte Zentrifugalkraft, wobei das wärmebehandelte Aufgabematerial bei hoher Geschwindigkeit vom Spinnkopf geschleudert wird. Keine andere äußere Kraft als der Luftwiderstand wird auf das fließfähige Aufgabematerial (Produkt) ausgeübt, nachdem es aus dem Spinnkopf geschleudert wurde. Das wärmebehandelte Produkt bildet sich als Feststoff mit geänderter physikalischer und/oder chemischer Struktur zurück. Die geänderte Produktstruktur resultiert von den auf das Material wirkenden Kräften, wenn es aus dem Kopf austritt, wobei es für den Zeitraum, währenddessen es einen Flash-Flow erfährt, nach außen geschleudert wird.

Nun unter Bezugnahme auf die Figuren zeigt Fig. 1 eine Anordnung 10 für die Zufuhr der Thermoflowmaterialien zu einem Spinnkopf, wo sie einem Flash-Flow-Verfahren unterworfen und in ein Becken oder in einen Korb gesammelt werden können. Die Anordnung schließt einen Kastenspeiser 12, eine Rinne 14, ein Becken 16, einen innerhalb des Beckens 16 angeordneten Spinnkopf (nicht dargestellt), einen Trichter 18 zur Führung des Aufgabematerials von der Rinne 14 zum Spinnkopf und eine Basis 20 ein. Die Basis schließt einen Motor (nicht dargestellt) zum Antrieb des Spinnkopfes auf gewohnte Weise, wie beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,872,821 ein, der zu einem Antriebssystem mit variabler Geschwindigkeit umgewandelt wurde. Eine Zufuhranordnung 22 ist an der Basis des Kastenspeisers angeordnet, wobei die Rinne 14 sich von diesem erstreckt. Die Zufuhranordnung kann einen Förderer von Art eines Schraubenförderers oder dergleichen einschließen, um Aufgabematerial vom Kastenspeiser in den Trichter 18 zu bewegen.

Die bevorzugte Ausführungsform eines Spinnkopfes zur Flash- Flow-Verarbeitung gemäß dieser Erfindung wird nun beschrieben. Ein Spinnkopf 200 ist in Fig. 2A unter Einschluss einer geschlossenen Basis 202 und eines Oberteils 204 mit einer Öffnung 206 für die Einführung von Aufgabematerial in den Spinnkopf dargestellt. Der Spinnkopf schließt auch eine im wesentliche zylindrische Wand 208 mit einer inneren Oberfläche 210 (Fig. 2D und 2E) und eine äußere Oberfläche 212 (Fig. 2B und 2C) ein. Die im wesentliche zylindrische Wand erstreckt sich zwischen der Basis und dem Oberteil, um eine Kammer zur Flash- Flow-Verarbeitung zu bilden. Die äußere Oberfläche 212 ist mit Erhöhungen 214 versehen, die zur Aufnahme der Befestigung eines Heizelementes 216 zur Abgabe einer einheitlichen Wärme an die innere Oberfläche 210 ausgebildet sind.

Die Erhöhung 214 definiert einen im wesentlichen kontinuierlichen, schraubenförmigen Vorsprung, der eine offenrippige Helix um die äußere Oberfläche 212 bildet. Ein Kanal 220 (Fig. 2B bis 2F) mit einem im wesentlichen konkaven Querschnitt wird zwischen jede Rippe (Vorsprung) 214 gebildet. Das Heizelement 216 ist innerhalb der Wand 208 im wesentlichen die konkave Querschnittsoberfläche der Wand kontaktierend eingebettet. Die Kontur der konkaven Oberfläche 222 ermöglicht eine Befestigungsfläche, die einen wirksamen Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche des Heizelementes 216 sicherstellt. Je wirksamer der Kontakt konkave Oberfläche 222/Heizelement 216 ist, um so mehr zeigt sich eine deutliche Verbesserung der Wärmeübertragungscharakteristika gegenüber herkömmlichen Spinnköpfen. Eine einheitliche Abgabe von Oberflächenwärme durch diese Erfindung an die In nenwandoberfläche 210 resultiert aus der verbesserten Wärmeübertragbarkeit, was sicherstellt, dass Flash-Heat-Bedingungen einheitlich in das die innere Oberfläche kontaktierende Aufgabematerial induziert werden. Einheitliche Flash-Heat-Bedingungen resultieren in einer verbesserten Steuerung des Flash- Flow-Prozesses und folglich in einem verbesserten Flash-Flow- Produkt.

Fig. 2B zeigt eine seitliche Aufrissansicht der Ausführungsform dieser Erfindung, die in Fig. 2A dargestellt ist, und Fig. 2C zeigt einen detaillierten Abschnitt der Ansicht aus Fig. 2B. Die Fig. 2B und 2C zeigen deutlich Erhöhungen (Rippen) 214, die als ein im wesentlichen kontinuierlicher, schraubenförmiger Vorsprung gebildet ist, der die Erscheinung einer offenrippigen Schraube um die äußere Oberfläche 212 annimmt. Der zwischen dem schraubenförmigen Rippen gebildete Kanal 220 beherbergt die Befestigung des Heizelementes 216, wie in Fig. 2A gezeigt. Die Figuren zeigen eine Vielzahl von Öffnungen 218, die sich durch die Wand hindurch von der inneren Oberfläche 210 zu der äußeren Oberfläche 212 erstrecken, wobei diese nicht gewundene Pfade für den Durchgang des wärmebehandelten Produktes bilden. Die Vielzahl von Öffnungen 218 sind durch die Rippen 214 hindurch zwischen den Spulen des Heizelementes 216 angeordnet.

In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnungen 218 0,508 mm (0,020 inches), +/-0,1016 mm (0,004 inches), und die Entfernung zwischen den Öffnungen beträgt 2,54 mm (0,100 inch). Während diese angegebenen Definitionen einer Ausführungsform des Spinnkopfes dieser Erfindung definieren, ist ihr Einschluss exemplarisch und dient nicht als Beschränkung. Die Öffnungen können durch jegliche Mittel gebildet werden, z. B. durch Laser, Bohren etc.. Sie können kegelförmig im Querschnitt relativ zu den Innen- und Außenwandoberflächen sein. Siehe 418 und 518 in den Fig. 2H und 21. Die Öffnungen können auch eine zentrale Einschnürung 319' aufweisen, wie in Fig. 2 G für bestimmte Anwendungen gezeigt.

Fig. 2D zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 2A gezeigten Spinnkopfes ohne das Heizelement. Fig. 2E ist ein Detail eines Abschnittes der zylindrischen Wand 208, bezeichnet als 2E in Fig. 2D. Fig. 2E zeigt einen Abschnitt einer schraubenförmigen Spule 216, die im Kanal 220 der äußeren zylindrischen Oberfläche 212 befestigt ist. Die Spule ist in Oberflächen-zu- Oberflächen-Kontakt mit der konkaven Oberfläche 222. Ein Winkel β liegt dem Kontaktabschnitt der zylindrischen äußeren Oberfläche der Spule 216 gegenüber. Der Kontaktabschnitt ist gleich einer Bogenlänge, die durch den Winkel β definiert wird. Der Winkel β ist definiert als Strahlen 226 und 228, die sich vom zylindrischen Zentrum eines Querschnittes der schraubförmigen Spule 216 erstrecken. Die Menge an Kontaktoberfläche von Spule 216 hängt vom Umfang des konkaven Kanals 220 ab.

Es wird angenommen, dass ein enger kontinuierlicher Kontakt zwischen der Oberfläche eines Heizelementes und der äußeren Oberfläche des Spinnkopfes in einer wirksamen Erwärmung der inneren Oberfläche des Spinnkopfes resultiert.

Jede Öffnung 218 der Vielzahl von in den Rippen 214 angeordneten Öffnungen bildet einen nicht gewundenen Pfad, der sich durch die im wesentlichen zylindrische Wand erstreckt. Die Öffnungen bilden dadurch Verbindungen zwischen der inneren Oberfläche 210 und der äußeren Oberfläche 212. Aufgabematerial unter Flash-Flow-Bedingungen wird durch die Öffnungen geschleudert. Wie aus Fig. 2E zu sehen, kann die innere Oberfläche 210 der zylindrischen Wand 208 glatt sein.

Ein alternatives Profil der Wand 208 ist in Fig. 2F gezeigt. Dort ist eine U-förmige oder V-förmige Nut oder Konkavität 320 gegenüber jeder Öffnung 318 auf der Innenseite des Spinnkopfes 300 gezeigt. Die Struktur prädisponiert das wärmebehandelte Aufgabematerial zum Fluss in (und durch) die Öffnungen 318. Zusätzlich verkürzt die Nut oder die Konkavität in der Struktur die Länge des Weges durch die Öffnungen 318.

Fig. 2 G zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der der durch die Öffnung 318' gebildete Weg eine Einengung 319' einschließt. Die Einengungen beschränken den Durchmesser des Strömungsweges.

Die Fig. 2H und 21 geben alternative Ausführungsformen der Fig. 2F wieder, die jeweils kegelförmige Öffnung 418 und 518 hervorheben, die jeweils die Wege zwischen den inneren (410, 510) und den äußeren (412, 512) Wandoberflächen bilden. In Fig. 2H ist der Durchmesser der Öffnung 418 an der inneren Oberfläche 410 größer als der Durchmesser der Öffnung an der äußeren Oberfläche 412. In Fig. 21 ist der Durchmesser der Öffnung 418 an der inneren Oberfläche 510 kleiner als der Durchmesser der Öffnung an der äußeren Oberfläche 512.

Unabhängig von der Dimension des Strömungsweges verhindert die Befestigung der schraubenförmigen Spule 216 an die äußere Oberfläche 212 (Fig. 2A - 2E) zwischen den Rippen 214, dass durch die Wege 218 hindurchtretendes Produkt mit der schraubenförmigen Spule in Kontakt kommt. Aufgrund dieses einzigartigen Merkmals tritt das Produkt ohne Behinderung durch die Spule durch die Öffnungen 218 in einen Bereich hinter das Heizelement 216 hindurch. Die kombinierten Merkmale der einheitlichen Erwärmung und Dispersion über den nicht gewundenen Pfad stellt sicher, dass Kontakte des Aufgabematerials mit direkter Flash- Heat an der inneren Oberfläche 210 minimal sind.

Nun auf Fig. 3 und 4 bezugnehmend werden alternative Ausführungsformen des Spinnkopfes 200 dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Erhöhung 214' an der äußeren Oberfläche 212' des Spinnkopfes 200', die zur Aufnahme eines im wesentlichen kontinuierlichen, serpentinenförmigen Heizelementes 216' vorgesehen sind. Fig. 4 zeigt eine Variation des Spinnkopfes 200", bei der eine Erhöhung 214" zur Aufnahme eines im wesentlichen kontinuierlichen, dreieckigen Heizelementes 216" ausgebildet ist. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen gebildeten Kanäle 220' und 220" können jeweils zylindrisch konkav im Querschnitt, um darin die Befestigung einer im wesentlichen zylindrischen, serpentinenförmigen oder dreieckig geformten Heizspule. Jede geometrische Form, die einen kontinuierlichen Oberflächenkontakt zwischen einem Heizelement und der äußeren Oberfläche eines Spinnkopfes bietet, während ein ungehinderter Fluss zugelassen wird, wird jedoch ins Auge gefasst.

Jeder der Spinnköpfe 200' und 200", die in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, zeigen die Erhöhung 214' und 214" in der Form von Rippen, benachbart zu den jeweils im wesentlichen serpentinenförmigen (216') und dreieckig (216") geformten Heizelementen. Die Öffnungen 218' und 218" bilden im wesentlichen nicht gewundene Wege, die die Passage von Aufgabematerial durch die Wand von der inneren zu der äußeren Oberfläche ermöglicht. Die Vielzahl der Öffnungen 218' und 218" sind jeweils auf den Rippen 214' und 214" angeordnet.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit, durch das Aufnahmematerial Flash-Flow-Bedingungen durch Anwendung von Wärme- und Scherkraft innerhalb eines Spinnkopfes unterworfen wird. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Spinnkopf schließt bevorzugt eine geschlossene Basis, ein Oberteil und eine sich zwischen der Basis und dem Oberteil erstreckende Wand ein, die eine Kammer für die Flash-Flow-Verarbeitung bildet. Die Wand schließt eine äußere Oberfläche ein, die mit einer Erhöhung zur Aufnahme der Befestigung eines Heizelementes zur Abgabe einer einheitlichen Wärme an die Innenwandoberfläche versehen ist, ein. Das Verfahren ermöglicht dem Produkt der Flash-Flow-Bedingung durch eine Vielzahl von Öffnungen, die sich durch die Wand von der inneren zu der äußeren Oberfläche erstrecken, herausgeschleudert zu werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist darin einzigartig, dass das Aufgabematerial einer stark einheitlichen Flash-Wärme unterworfen wird und durch im wesentlichen nicht gewundene Wege herausgeschleudert wird, wodurch ein konstant hochwertiges Produkt gebildet wird. Die Flash-Wärme wird durch Speisung des Heizelementes mit Energie bereitgestellt, und die Scherkraft durch Rotieren des Spinnkopfes um eine Achse.


Anspruch[de]

1. Spinnkopf (200, 200', 200 ") für die Flash-Flow-Verarbeitung, umfassend:

eine geschlossene Basis (202);

ein Oberteil (204) mit einer Öffnung (206) zur Einführung von Aufgabematerial in den Kopf; und wenigstens einer Öffnung, die im wesentlichen einen nicht gekrümmten Weg für das Passieren von Produkt durch den Spinnkopf bildet,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kopf eine Wand (208) mit einer inneren Oberfläche (210, 310, 410, 510) und eine äußere Oberfläche (212, 212', 212 ", 312, 412, 512) aufweist und sich zwischen der geschlossenen Basis und dem Oberteil zur Bildung einer Kammer für die Flash-Flow-Verarbeitung erstreckt, wobei die äußere Oberfläche mit einer Erhöhung (214, 214', 214 ") versehen ist, die zur Aufnahme der Fixierung eines inneren Heizelements (216, 216', 216 ") zur gleichmäßigen Übertragung von Oberflächenwärme an die innere Oberfläche ausgebildet ist, wodurch Flash-Wärmebedingungen und Scherbeanspruchung dem die innere Oberfläche kontaktierenden Aufgabematerial induziert wird, wobei die Wand eine Vielzahl der Öffnungen (218, 218', 218 ", 318, 318', 418, 518) einschließt, die sich von der inneren zu der äußeren Oberfläche erstrecken, wobei jede der Öffnungen einen im wesentlichen nicht gekrümmten Weg dadurch bildet und kurz hinter den Öffnungen ungehemmt ist.

2. Spinnkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Wand zylindrisch ist, wobei die Erhöhung (214) einen im wesentlichen kontinuierlichen, helixförmigen Vorsprung definiert, der eine offenrippige Helix um die äußere Oberfläche (212, 312) bildet und worin ein zwischen Rippen des Helixgebildes gebildeter Kanal (220) die Fixierung des Heizelements aufnimmt.

3. Spinnkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Erhöhung einen im wesentlichen kontinuierlichen, serpentinenförmigen, offenrippigen Vorsprung (214', 214 ") um die äußere Oberfläche (212', 212 ") definiert, und worin ein zwischen Rippen des offenrippigen Vorsprungs gebildeter Kanal (220', 220 ") die Fixierung des Heizelements aufnimmt.

4. Spinnkopf gemäß Anspruch 2, wobei der Kanal (220) wenigstens allgemein konkav im Querschnitt ist und eine konkave Oberfläche (222) von ausreichender Dimension zur Bereitstellung eines wirksamen Oberflächen-zu- Oberflächen-Kontakts mit dem Heizelement (216) definiert, der wenigstens allgemein mit den konkaven Oberflächen übereinstimmt, wodurch die innere Oberfläche bei einer im wesentlichen einheitlichen Oberflächentemperatur gehalten wird.

5. Spinnkopf gemäß Anspruch 4, wobei das Heizelement eine helixförmige Spule mit im wesentlichen rundem Querschnitt mit einer zylindrischen äußeren Oberfläche ist, wodurch der Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit der konkaven Oberfläche beibehalten wird.

6. Spinnkopf gemäß Anspruch 5, wobei ein Kontaktbereich der zylindrischen äußeren Oberfläche durch eine Bogenlänge definiert ist, die durch einen Winkel von wenigstens zehn Grad (10º), gemessen im zylindrischen Zentrum der helixförmigen Spule, geschnitten wird.

7. Spinnkopf gemäß Anspruch 3, wobei der Kanal eine rechteckige Vertiefung und das Heizelement im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist.

8. Spinnkopf gemäß Anspruch 1, wobei die innere Oberfläche (210) der Wand glatt ist.

9. Spinnkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Innenwandoberfläche eine Nut oder eine Konkavität (320) einschließt, die sich von jeder der Vielzahl von Öffnungen (318) erstreckt.

10. Spinnkopf gemäß Anspruch 2, wobei jede der Vielzahl der Öffnungen, die einen nicht gekrümmten Pfad bilden, axial auf den Rippen angeordnet ist und dadurch eine Verbindung zwischen den Oberflächen der Innen- und Außenwand herstellt.

11. Spinnkopf gemäß Anspruch 10, wobei das Heizelement an der Seitenwand in kontinuierlichem Oberflächen-zu- Oberflächen-Kontakt mit einer Konkaven Oberfläche des Kanals befestigt ist.

12. Spinnkopf gemäß Anspruch 10, wobei jede der Vielzahl der Öffnungen (418), die die Wege bilden, kegelförmig ist und wobei ein Durchmesser von jeder Öffnung an der Innenwandoberfläche (410) größer ist als ein Durchmesser der Öffnung an der Außenwandoberfläche (412).

13. Spinnkopf gemäß Anspruch 10, wobei jede der Vielzahl von Öffnungen (518), die die Wege bilden, kegelförmig ist und wobei ein Durchmesser jeder Öffnung (518) an der Innenwandoberfläche (512) kleiner als ein Durchmesser der Öffnung an der Außenwandoberfläche (512) ist.

14. Spinnkopf gemäß Anspruch 10, wobei jede der Vielzahl der Öffnungen (318') ein Einschnürelement (319') einschließt, das im wesentlichen auf halbem Weg entlang des Pfads zwischen der inneren und der äußeren Wandoberflächen angeordnet ist.

15. Flash-Flow-Verfahren, umfassend das Unterwerfen eines zum Durchlaufen einer Flash-Flow-Verarbeitung fähigen Aufgabematerials unter Hitze und Scherkraft in einem Spinnkopf (200, 200', 200 ") mit einer geschlossenen Basis (202), einem Oberteil (204) und wenigstens einer Öffnung, die einen im wesentlichen nicht gekrimmten Pfad zum Durchtritt des Produkts durch den Spinnkopf bildet,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kopf eine Wand (208) einschließt, die sich zwischen der Basis und dem Oberteil zum Bereitstellen einer Kammer für die Flash-Flow-Verarbeitung erstreckt, wobei die Wand eine innere Oberfläche (210, 310, 410, 510) und eine äußere Oberfläche (212, 212', 212 ", 312, 412, 512) besitzt, die äußere Oberfläche mit Erhöhungen (214, 214', 214 ") zur Aufnahme der Fixierung eines äußeren Heizelements (216, 216', 10216 ") zur Bereitstellung einer einheitlichen Erhitzung der inneren Oberfläche versehen ist, wodurch eine Flash-Erhitzung in dem Aufgabematerial induziert wird, wobei die Wand eine Vielzahl der Öffnungen (218; 218', 218 ", 318, 318', 418, 518) einschließt, die sich durch die Wand von der inneren zu der äußeren Oberfläche erstrecken, wobei jede der Öffnungen einen im wesentlichen nicht gekrümmten Pfad für den Durchtritt des Produkts durch dieselben an den Öffnungen bildet, die kurz hinter dem Heizelement ungehemmt sind.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Flash-Erhitzung durch Erregen des Heizelementes geliefert wird, und die Scherkraft durch Bewirkung der Rotation des Spinnkopfs um eine Achse, so daß das Aufgabematerial gegen die innere Oberfläche geschleudert wird, wodurch es der Flash-Erhitzung unterworfen und durch die Öffnungen bewegt wird.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Erhebungen (214) einen im wesentlichen kontinuierlichen, helixförmigen Vorsprung umfassen, der eine offenrippige Helix um die äußere Oberfläche (212, 312) bildet und watet ein Kanal (220) zwischen den Rippen (214) der Helix gebildet ist.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei jede Öffnungen (218, 318) der Vielzahl von Öffnungen axial durch die Rippen und durch die Wand von der inneren Oberfläche zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei jeder Kanal wenigstens allgemein konkav im Querschnitt ist und eine konkave Oberfläche (222) von ausreichender Größe zur Bereitstellung eines wirksamen Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakts mit dem Heizelement definiert, wodurch die innere Oberfläche bei einer im wesentlichen einheitlichen Temperatur gehalten wird.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Heizelement helixförmig ist und einen im wesentlichen runden Querschnitt besitzt, wodurch der Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit der konkaven Oberfläche beibehalten wird.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei ein Kontaktbereich einer äußeren Oberfläche des Heizelements durch eine Bogenlänge definiert ist, die durch einen Winkel von wenigstens zehn Grad (10º), gemessen vom zylindrischen Zentrum des Querschnitts des Heizelements, geschnitten wird.







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