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Düsenanordnung für das Extrudieren von Kunststoffschmelzen und -lösungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung für das Extrudieren von Kunststoffschmelzen
und -lösungen mit einem an dem Zuleitungskörper für den Kunststoff lösbar befestigten
Düsenplattenhalter und mit Abdichtungen des Kunststoffweges gegenüber der Umgebungsatmosphäre
durch Dichtungen, die durch Extrusionsdruck gegen die Dichtflächen gedrückt werden.
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Die Befestigung und Abdichtung von Düsenanordnungen am Zuleitungskörper
für den Kunststoff, beispielsweise bei Vorrichtungen zum Ausspinnen von Kabeln oder
Fäden zur Herstellung von Kunststoffschnitzeln oder Synthesefäden oder -fasern,
bereitet wegen der hohen Temperaturen und Drücke des flüssigen Extrudiergutes beträchtliche
Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Düsenanordnungen ohne nennenswerte Betriebsunterbrechungen
zur Reinigung abgenommen oder ausgewechselt werden sollen.
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Hierzu sind bei gebräuchlichen Ausführungen stets mehrere Gewindebolzen
oder Muttern zu lösen bzw. anzuziehen, die wegen ihrer hohen Belastung durch den
Extrusionsdruck auf mindestens die Spinnplattenfläche und durch die aus der Dichtungsanpressung
herrührenden Kräfte mit einem erheblichen Drehmoment angezogen bzw. anzuziehen sind.
Sind die hierfür notwendigen Manipulationen wegen der Temperatur der Bauteile, die
beispielsweise weit über 2000 C betragen kann, schon schwierig genug, so stellt
das wegen dieser hohen Temperaturen häufige Gewindefressen dem Montagepersonal Probleme,
die oft genug nicht ohne Beschädigung der Bauteile zu lösen sind.
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Es ist auch schon eine Düsenanordnung bekannt, bei welcher der Kunststoffweg
gegenüber der Umgebungsatmosphäre durch Dichtungsringe abgedichtet wird, die durch
den Extrusionsdruck gegen die Dichtfiächen angedrückt werden. Hierbei müssen die
Dichtungsflächen zwar nicht durch Spannmittel fest aufeinandergepreßt werden, der
Extrusionsdruck muß aber gegen den Formänderungswiderstand des Dichtungsringes eine
radiale Ringaufweitung herbeiführen.
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Diese tritt aber bei geringen Extrusionsdrücken, wie sie beim Anspinnen
vorliegen, nicht ausreichend ein, so daß nicht bei allen Betriebszuständen eine
sichere Abdichtung gewährleistet ist. Außerdem kommt bei dieser Düsenanordnung der
Dichtungsring direkt mit dem zu extrudierenden Kunststoff in Berührung, wodurch
Beeinträchtigungen des Kunststoffes durch den Dichtungswerkstoff, beispielsweise
Verfärbungen, nicht ausgeschlossen sind. Überdies sind auch bei dieser bekannten
Düsenanordnung Zuleitungskörper und Düsenplattenhalter miteinander verschraubt,
so daß auch hier die geschilderten Wartungserschwernisse auftreten.
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Im Ergebnis sind Abnehmen und Anbringen bekannter Düsenanordnungen
Arbeiten, die nur sehr zeitaufwendig und unter Verbrennungsgefährdung des Montagepersonals
durchgeführt werden können, was zu erheblichen Produktionsunterbrechungen führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenanordnung zu
schaffen, bei welcher die erläuterten Nachteile weitgehend beseitigt sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Düsenplattenhalter
mit einer Zylinderbohrung versehen ist, in die ein axial verschiebbarer Ringkolben
eingesetzt ist, dessen äußere Stirnfläche die Abdichtfläche für den Anschluß an
den Zuleitungskörper und dessen innere Stirnfläche eine hydraulische Wirkungsfläche
für den zu extrudierenden Kunststoff bildet, und daß der Düsenplattenhalter mittels
eines Schnellverschlusses am Zuleitungskörper befestigt ist. Bei dieser Ausgestaltung
bewirkt das Extrusionsmedium selbst die Abdichtung, indem es den Ringkolben durch
Druckaufbau auf der hydraulischen Wirkungsfläche fest gegen den Zuleitungskörper
anpreßt, wozu schon die geringen beim Anspinnen auftretenden Drücke ausreichen.
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Der auf den Düsenplattenhalter bzw. auf die Düsenplatte einwirkende
Extrusionsdruck kann leicht durch einen vorzugsweise gewindelosen Schnellverschluß,
mit dessen Hilfe der Düsenplattenhalter an dem Zuleitungskörper befestigt wird,
aufgenommen werden.
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Da die durch denExtrusionsdruck vërursachte selbsttätige Anpressung
des Ringkolbens nur unter Betriebsbedingungen vorhanden ist, brauchen zum Anbringen
und Lösen des Düsenplattenhalters keine unter hoher Vorspannung stehende Befestigungsmittel
gelöst zu werden. Die Neuerfiridung ermöglicht daher ein Anbringen und Abnehmen
der Düsenanordnung mit einem minimalen Zeitaufwand, wodurch nur kurze B etriebsunterbrechungen
eintreten.
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Darüber hinaus wird auch die Verbrennungsgefährdung für das Montagepersonal
sehr erheblich vermindert.
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Zur-Erzielung-einer sicheren- Abdichtung zwischen dem Ringkolben
und dem Zuleitungskörper ist der Ringkolben zweckmäßig so ausgebildet, daß seine
innere StiCäche.ein.Vielfaches des Flächeninhaltes seiner äußeren Stirnfläche aufweist.
Hierdurch können Flächenpressungen an der Dichtung erreicht werden, welche ein Vielfaches
des Extrusionsdruckes darstellen. -Die Abdichtung des Ringkolbens gegenüber dem
Düsenplattenhalter kann mit Vorteil dadurch --hergestellt werden, daß der.Ringkolben
an seinem Außenumfang~ó'der die Zylinderböhtung des Düsenplattenhalters mit einer
oder mehreren Umfangsnuten zur Aufnahme von hochtemperaturbeständigen Dichtungsringen
versehen ist. Die vorzugsweise me--tallischen Dichtungsringe können zur-Verbesserung
der Abdichtung in an sich bekannter Weise selbstdichtend ausgeführt sein.
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Die Abdichtung zwischenRingkolben und Düsenplattenhalter kann aber
auch durch eine Stopfbuchsenanordnung herbeigeführt werden, wozu die Zylinderbohrung-
des Düsenplattenhalters in ihrem äußeren Bereich einen Gewindeabschnitt besitzt,
der mit einer Ringstufe gegenüber -der Zylinderbohrung abgesetzt ist und eine Stopfbuchse
mit Stopfbuchsenbrille aufnimmt. Zur besseren Führung des Ringkolbens kann hierbei-
der Innendurchmesser der Stopfbuchsenbriile dem Durchmesser der Zylinderbohrung
entsprechen.
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Für die Abdichtung zwischen Ringkolben und Zuleitungskörper ist-
es vorteilhaft, wenn in dem Zuleitungskörper konzentrisch mit der Zuleitung für
die Extrusionsilüssigkeit eine Dichtungsnute angebracht ist, in die der Ringkolben
gegebenenfalls unter Zwischenlegen eines Dichtungsringes mit seinem äußeren Ende
hineinreicht.
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Schnellverschlüsse sind an sich bekannt. Für die Ausbildung des vorgeschlagenen
Schnellverschlusses gibt es eine große Zahl technisch brauchbarer Lösungen. Beispielsweise
kann der Schnellverschluß aus mindestens drei am Zuleitungskörper befestigten Stehbolzen
bestehen, für deren Tragköpfe im Düsenplattenhalter Durchgangsbohrungen vorgesehen
sind, an welche sich Schlitze zur Aufnahme der Stehbolzenschäfte bei der Verriegelung
des Schnellverschlusses anschließen. Zum Lösen bzw. Anbringen des Düsenplattenhalters
ist bei diesem Schnellverschluß lediglich eine geringfügige Drehung des Düsenplattenhalters
um seine Achse erforderlich, bis die Tragköpfe den entsprechenden Bohrungen in Düsenplattenhalter
zur Entfernung desselben gegenüberstehen bzw. bis die Tragköpfe durch Einführung
der Bolzenschäfte in die Schlitze den Düsenplattenhalter tragen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Schnellverschlusses ergibt
sich, wenn der Schnellverschluß
aus zwei ineinandergreifenden Bajonettringen besteht,
von denen einer am Zuleitungskörper und der andere am Düsenplattenhalter angeordnet
ist. Auch bei dieser Anordnung genügt die Bewegung des Düsenplattenhalters um einen
geringen Drehwinkel zur Befestigung bzw. zum Lösen der Düsenanordnung.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt F i
g. 1 einen Schnitt durch eine Düsenanordnung, Fig.2 in einem kleineren Maßstab eine
Unteransicht derDüsenanordnung gemäß F-i g. 1-mit verriegeltem Schnellverschluß,
F i g. 3 eine Unteransicht gemäß Fig.2, jedoch mit entriegeltem. Schnellverschluß,
F i g. 4 einen abgebrochen dargestellten der -F i g. 1 ähnlichen Schnitt mit einer
anderen Dichtungsanordnung zwischen Ringkolben und Düsenplattenhalter und F i g.
5 einen abgebrochen dargestellten den F i g. 1 und 4 ähnlichen Schnitt mit einer
weiteren-Ausführung eines Schnellverschlusses.
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An einem ZuleitungSkörper 1 und konzentrisch mit einer Zuleitung
2 ist .ein- Düsenplattenhalter3 auf weiter unten nOch näher erläuterte Weise befestigt.
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In einer Zylinderbohrung 4 des Düsenplattenhalters 3 ist ein axial
verschiebbarer Ringkolben 5 angeordnet.
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Das äußere Ende des Ringkolbens 5 reicht in eine im Zuleitungskörper
1 angebrachte Dichtungsnut 6 hinein, wobei zwischen der Nutgrundffäche und der äußeren
Stirnfläche 7 des Ringkolbens 5 ein beispielsweise aus Aluminium bestehender Dichtungsring
8 eingelegt ist. Die innere Stirnfläche 9 des Ringkolbens 5, deren-Flächeninhalt
zur Erzielung einer hohen Flächenpressung am Dichtungsring größer ist als derjenige
der äußeren- Stirnfläche 7, wird von dem Druck des zu extrudierenden flüssigen Kunststoffes
beaufschlagt. Hierdurch wird der Ringkolben 5 in Richtung der Pfeile 10 selbsttätig
in Axialrichtung nach oben bis zur dichten Anlage an den Dichtungsring 8 verschoben.
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An die Zylinderbohrung 4 schließt sich nach unten eine nach innen
abgesetzte Gewindebohrung 11 an, die einen Gewindering 12 aufnimmt. An die Gewindebohrung
11 grenzt eine Zylinderbohrung 13 geringeren Durchmessers an, welche eine mit Düsenöffnungen
14 versehene Düsenplatte 15 umgibt. Auf der Düsenplatte 15 sind wie üblich ein oder
mehrere Filtersiebe 16 aufgelegt, welche zwischen dem Gewindering 12 und der von
der Gewindebohrung 11 und der Zylinderbohrung 13 gebildeten Stufe eingespannt sind.
Die Düsenplatte 15 schließlich wird von der Ringstufe 17 getragen.
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Der Ringkolben 5 besitzt in dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
an seinem Außenumfang zwei Umfangsnuten 18, in die geeignete Hochtemperatur-Dichtungsringe
19 eingelegt sind.
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Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform sind an dem RingkolbenS'
keine Umfangsnuten vorgesehen, sondern die Zylinderbohrung4' des Düsenplattenhalters3'
ist in ihrem äußeren Bereich mit einem Gewindeabschnitt 20 ausgestattet, die mit
einer Ringstufe21 gegenüber der Zylinderbohrung 4' abgesetzt ist und eine Stopfbuchse
22 mit Stopfbuchsenbrille 23 aufnimmt. Die Stopfbuchsenbrille 23 kann sowohl bei
von dem Zuleitungskörper:L abgenommenen Düsenplattenhalter 3' als auch nach der
Anbringung
des Düsenplattenhalters 3' am Zuleitungs--körper 1 betätigt
werden, wozu im letzteren Fall ein in den Spalt zwischen Zuleitungskörper 1 und
Düsenplattenhalter 3' eingeführtes Werkzeug benutzt wird.
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Zur besseren Führung des Ringkolbens 5' besitzt die Stopfbuchsenbrille
23 einen Innendurchmesser, der etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung 4'-entspricht.
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Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Schnellverschluß besteht aus
drei Stehbolzen24, die im-Zuleitungskörper 1 beispielsweise durch Einschrauben verankert
sind und jeweils einen Tragkopf 25- anihrem äußeren Ende besitzen. Wie aus den F
i g. 2. und 3 am besten zu entnehmen ist, sind durch den Düsenplattenhalter 3 bzw.
3' Durchgangsbohrungen 26 hindurchgeführt, deren Durchmesser so groß gewählt ist,
daß die Tragköpfe 25 hindurchtreten können. An diese Durchgangsbohrungen 26 schließen
sich Schlitze 27 zur Aufnahme der Stehbolzenschäfte in verriegeltem Zustand an.
Zur Entfernung der Düsenanordnung wird der Düsenplattenhalter 3 bzw 3' in Richtung
des -Pfeiles 28 der Fig.2 gedreht, bis die Tragköpfe 25 den Durchgangsbohrungen
26 gegenüberstehen, wie das in F i g. 3 dargestellt ist Zur Verriegelung des Schnellverschlusses
nach dem Aufstecken der Düsenanordnung wird der Düsenplattenhalter 3 bzw. 3' in
Richtung des Pfeiles 29 gemäß Fig. 3 gedreht, bis die Teile die in Fig. 2 dargestellte
Lage einnehmen, bei welcher die Ringflächen der Tragköpfe 25 im wesentlichen der
zugekehrten Unterfläche des Düsenplattenhalters 3 bzw.
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3' anliegen und diesen dadurch tragen.
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Bei dem in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Düsenplattenhalter
3" an seinem oberen Ende einen Ringvorsprung auf, dessen innere Umfangsfiäche in
an sich bekannter Weise als Bajonettring 30 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck sind
mindestens drei Bajonetthalterungen gleichmäßig auf dem Umfang des Bajonettringes
30 verteilt vorgesehen. Der Ringvorsprung greift mit seinen Bajonettvorsprüngen
bzw. -vertiefungen in entsprechende Vertiefungen bzw. Vorsprünge des am Zuleitungskörper
1 angeordneten Bajonettringes 31 ein. An Stelle der in der Zeichnung dargestellten
Anordnung der Bajonettringe 30, 31 kann auch der Zuleitungskörper 1 mit einem dem
Ringvorsprung des Düsenplattenhalters 3" entsprechenden Ringvorsprung ausgestattet
sein, welcher den Düsenplattenhalter 3" von außen umgreift. Schließlich ist es auch
möglich, die zueinandergekehrten Planflächen des Zuleitungskörpers 1 und des Düsenplattenhalters
3" mit Vorsprüngen bzw. Vertiefungen zu versehen, die bajonettartig ineinandergreifen.
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Der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dargestellte Ringkolben
5" besitzt auf seinem Umfang eine Umfangsnut, in welche eine an sich bekannte Lippendichtung32
eingelegt ist. Diese Lippendichtung sorgt für eine selbsttätige Anpressung der Abdichtung
sowohl an den Ringkolben5" als auch an den Düsenplattenhalter 3". Selbstverständlich
können auch mehrere derartige Lippendichtungen 32 zwischen Ringkolbenã" und Düsenplattenhalter
3" angeordnet sein, wobei die zugehörigen Nuten entweder im Ringkolben oder in der
Zylinderbohrung des Düsenplattenhalters vorgesehen sind.
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Die Düsenplatte 15 und die Düsenöffnungen 14 sind in den gezeichneten
Beispielen lediglich schematisch wiedergegeben. Die Ausführung der Düsen--
platte
und der Düsenöffnungen kann im Einklang mit dem gewünschten technischen Anwendungsgebiet
in an sich bekannter Weise mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Düsenöffnungen
in geeigneter Verteilung versehen sein. Auch kann die in den gezeichneten Beispielen
kreisförmig ausgebildete Düsenplatte in an sich bekannter Weise eine rechteckige
Form besitzen. Schließlich kann an Stelle einer mit Öllnungen für das-Ausspinnen
von Fäden oder Kabeln versehenen Düsenplatte ein bekanntes -Extrnderwerkzeug mit
beliebigem Durchtrittsquerschnitt eingesetzt sein.
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Das in der vorstehenden Beschreibung durchgehend als Zuleitungskörper
1 bezeichnete Teil ist zum Beispiel das Austragsende eines Schneckenschmelzers,
das Austragsende eines unter Uberdruck stehenden Autoklaven, das Unterteil eines
Spinnpumpenblocks oder auch ein Teil eines Verteilungssystems für flüssiges Spinngut
zu einer Reihe von Düsenanordnungen der beschriebenen Art.
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Die neue Düsenanordnung zeichnet sich durch ihre zeitsparende im
wesentlichen werkzeuglose Anbringbarkeit bzw. Abnehmbarkeit aus, bei welcher die
Abdichtung sich durch den Druck des zu extrudierenden Werkstoffes selbsttätig einstellt.