DE19935982A1

DE19935982A1 - Selbstdichtende Kompaktdüse für Schmelzspinnverfahren

Info

Publication number: DE19935982A1
Application number: DE19935982A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Beeck; Roland Estelmann; Rainer Tietze; Andreas Weichel
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: LL Plant Engineering AG
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-01
Also published as: US6716016B1; ATE255177T1; EP1208250B1; DE50004580D1; AU5685100A; EP1208250A1; WO2001009413A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten mit einem zentralen Polymereintrittskanal, einer Filteranordnung, bestehend aus einer oder mehreren Filterronden verschiedener Filterfeinheit, einer Spinndüsenplatte und einem die Filteranordnung und die Spinndüsenplatte aufnehmenden und eng umschließenden Gehäuse. Durch geeignete Werkstoff- und Passungsauswahl für die Einzelteile der Spinndüse erfolgt die Dichtwirkung bei Betriebstemperatur durch die erhöhte Ausdehnung der inneren Bauteile gegenüber dem außenliegenden Gehäuse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten mit einem zentralen Polymerschmelzeeintrittskanal, einer Filteranordnung, bestehend aus einer oder mehreren Filterronden verschiedener Filterfeinheit, einer Spinndüsenplatte und einem die Filteranordnung und die Spinndüsenplatte aufnehmenden und eng umschließenden Gehäuse.

Druckaufbau, Scherung und Filterung des zu verspinnenden Polymers in Spinndüsen wurde bisher üblicherweise durch eine Sandschüttung vorgenommen, wie sie z. B. in US-Patent 5 304 052 oder US-Patent 5 795 595 beschrieben wird. Diese Sandschüttungen, ob Stahl- oder echter Quarzsand, sind aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet: Zum einen sind die Sandfüllungen selbst bei sorgfältigster Durchführung nicht von Düse zu Düse identisch, und zum anderen bestehen Handhabungsschwierigkeiten bezüglich der Befüllung mit Sand und des Transportes der gefüllten Spinndüsen. Außerdem können vereinzelte Sandkörner die internen Dichtungen in den Spinndüsen unwirksam machen. Diese Dichtungen, gebildet durch die Einfassungen der Siebfilter, bilden zu allem Überfluß durch ihre U-Form auch noch kleine Totzonen, d. h. in den u-förmigen Einfassungen wird der Austausch erschwert und es kommt dadurch zum Abbau des Polymers. Hinzu kommt der Kostenfaktor. Jedes Bauteil verursacht Kosten und Dichtungen verursachen sogar laufende Betriebskosten, weil sie nur einmal einsetzbar sind und bei jedem Düsenwechsel erneuert werden müssen. Auch gibt es keine absolute Dichtsicherheit, wie leider aus der Praxis bekannt ist, da sich Fertigungs- und Montagefehler mit steigender Anzahl der Einzelteile zwangsläufig erhöhen.

Zur Behebung einiger der mit Sandfüllungen verbundenen Nachteile wurde vorgeschlagen einen Filteraufbau, wie er z. B. aus dem DE 29 26 533 C2 bekannt ist, einzusetzen. Dabei findet ein Verfahren Anwendung, bei dem die einzelnen Filterronden miteinander kalt verpreßt werden, so daß eine wesentlich bessere Filterwirkung erzielt wird als bei der identischen Anordnung loser Filterronden. Derartige kaltgesinterte Filter sind mit einer Dichtungseinfassung versehen und werden von verschiedenen Anbietern unter Handelsnamen wie "Porostar" oder "Multipor" vertrieben. Die Dichtungseinfassung unterliegt dabei den zuvor geschilderten Nachteilen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile sowohl von Sandschüttungen als auch von Dichtungseinfassungen vermeidet. Dabei sollte die Spinndüse möglichst kompakt gestaltet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Spinndüse gemäß den Angaben der Patentansprüche.

Erfindungsgemäß werden Filteraufbauten aus miteinander kalt verpreßten Filterronden, jedoch ohne die konventionelle Dichtungseinfassung in eine möglichst paßgenaue Gehäusebohrung eingesetzt, wobei der Werkstoff des Filters einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen muß als das Material des Gehäuses. Die Abdichtung der Filteraufbauten erfolgt bei Betriebstemperatur durch Wärmeausdehnung und die der Spinndüsenplatte in beliebiger Weise.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Spinndüsenplatte aus einem Werkstoff mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten zu fertigen und in eine möglichst paßgenaue Bohrung im Gehäuse einzusetzen. In diesem Fall erfolgt die Abdichtung der Spinndüsenplatte bei Betriebstemperatur durch Wärmeausdehnung. Die Filteranordnung kann dabei in beliebiger Weise aufgebaut sein und aus einem Material mit beliebigen Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sein.

Vorzugsweise werden sowohl der Filter aus miteinander kalt verpreßten Filterronden als auch die Spinndüsenplatte aus Werkstoffen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt und beide Teile in möglichst paßgenaue Bohrungen des aus einem Material mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigten Gehäuse eingesetzt.

Bevorzugt wird die Spinndüsenplatte zusätzlich zu dem vorerwähnten paßgenauen Dichtungssitz in der unteren Hälfte mit einem Gewinde versehen und direkt in das Gehäuse eingeschraubt, wobei das Gewinde und der Anschlag der Düse im Gehäuse so ausgestattet sind, daß das Spinnlochbild immer in der gleichen Ausrichtung zu stehen kommt. Dadurch wird gewährleistet, daß beim Einschrauben bis zum Anschlag die korrekte Anblasung der Filamente beim Ausspinnen erfolgt.

Vorzugsweise ist das Gehäuse an seinem unteren Ende mit einem überstehenden Kragen versehen, der mindestens drei Nuten zur Aufnahme eines Werkzeuges zum Ein- und Ausschrauben aus dem Spinnsystem hat und der zudem die Düse vor schädlichen Berührungen während des Handlings schützt.

Der erfindungsgemäße Filtereinsatz vermeidet die Nachteile der klassischen Sandfilterung und der Wegfall der konventionellen Dichtungen bringt deutliche Kostenersparnisse und erhöhte Dichtsicherheit. Durch die geeignete Werkstoff- und Passungsauswahl der Einzelteile der erfindungsgemäßen Spinndüse erfolgt die Dichtwirkung bei Betriebstemperatur durch die erhöhte Ausdehnung der inneren Bauteile, Filter und/oder Düsenplatte, gegenüber dem außenliegenden Gehäuse, ohne daß zusätzliche Dichtelemente erforderlich wären. Weiterhin ist die kurze und kompakte Bauweise vorteilhaft: Kostengünstige Fertigung und leichtere Handhabung bei gleichmäßiger und identischer Filtration von Düse zu Düse.

Die detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt anhand der Fig. 1, welche die Darstellung einer beispielhaften Spinndüsenanordnung zeigt: In einem Gehäuse 1 liegt ein kaltgesinterter Filter 2, dessen Aufbau aus für den jeweiligen Spinnprozeß spezifisch ausgewählten einzelnen Lagen von Filterronden verschiedener Filterfeinheit besteht, auf einer Spinndüsenplatte 3 auf. In dieser beispielhaften Spinndüsenanordnung ist die Spinndüsenplatte 3 mittels eines Gewindes in dem Gehäuse 1 befestigt. Dieses Gewinde im Gehäuse 1 und an der Spinndüsenplatte 3 ist dabei so ausgeführt, daß beim Einschrauben bis zum Anschlag das Spinnlochbild immer an der gleichen Stelle zu stehen kommt, so daß die korrekte Anblasung der Filamente beim Ausspinnen gewährleistet ist. Der Anschluß an die Polymerschmelzeversorgung erfolgt über die Anschlußdichtung 4 und (ab hier nicht mehr dargestellt) einen Adapter zum Heizgefäß (auch Spinnbalken genannt). Die Ausführung kann ganz nach den Erfordernissen des Betreibers und an sein vorhandenes Equipment angepaßt werden.

Das Gehäuse 1 besteht zum Beispiel aus Werkstoff Nr. 1.4057 (nach DIN- Stahlschlüssel), einem Material mit einem relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Spinndüsenplatte 3 kann dann aus Werkstoff Nr. 1.4580 und der Filteraufbau 2 aus Nr. 1.4301 oder 1.4541 gefertigt sein, alles Werkstoffe mit einem relativ hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Passungen werden den Dimensionen und Werkstoffen entsprechend so gewählt, daß die Einzelteile im kalten Zustand leicht zu fügen und wieder zu demontieren sind und einerseits die Dichtwirkung spätestens kurz vor Erreichen der spezifizierten Spinntemperatur erfolgt, und andererseits die Teile bei erhöhter Reinigungstemperatur (ca. 450 . . . 540°C) nicht durch Überdehnung Schaden erleiden.

Die gewünschte Selbstdichtungsfunktion im Betriebszustand wird ohne konventionelle Dichtungen durch die gezielte Materialpaarung und Passungsauswahl erreicht: Die vier Teile, Gehäuse 1, Filter 2, Spinndüsenplatte 3 sowie Anschlußdichtung 4, werden in kaltem Zustand montiert und danach aufgeheizt wie üblich. Durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung tritt der Dichtungseffekt auf und die Düse kann mit beliebigem Druck angesponnen werden. Das äußere Gehäuse 1 besteht dabei aus einem Werkstoff mit einem relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die inneren Teile, Filter 2 und/oder Spinndüsenplatte 3 sind dagegen aus Materialien mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt. Die Einbaumaße werden so gewählt, daß die Teile im kalten Zustand (Raumtemperatur) leicht zu montieren sind, aber bei Spinnbetriebstemperatur (ca. 300°C) durch die unterschiedliche Ausdehnung sich selbstdichtende Preßpassungen zwischen den Teilen ergeben. Nach Spinnende wird die komplette Düse einer Reinigung unterzogen und erst nach dem Erkalten demontiert. Danach können die Spinndüsenplatte 3 und das Filterelement 2, das so häufig wie eine Filterkerze verwendet werden kann, weiter gereinigt und beschallt werden.

Das hier dargelegte Dichtungsprinzip durch unterschiedliche Wärmeausdehnung ist nicht allein auf die beschriebenen Spinndüsen- und Filteranwendungen beschränkt, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo gefiltert, geschert oder gesponnen werden soll, gleich ob für Mikrofasern, textile Filamente, hochfesten Reifencord oder sonstige Anwendungen. Dabei bleibt es dem zuständigen Produkt- oder Anwendungsfachmann überlassen, die Ausgestaltung bezüglich der Wahl der kaltgesinterten Filter, der Werkstoffe und der Passungen für seinen speziellen Fall zu bestimmen oder empirisch zu ermitteln.

Bezeichnungsliste

1

Gehäuse

2

Filteraufbau, Filter

3

Spinndüsenplatte, Düsenplatte

4

Anschlußdichtung

Claims

1. Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten mit einem zentralen Polymerschmelzeeintrittskanal, einer Filteranordnung (2), bestehend aus mehreren Filterronden verschiedener Filterfeinheit, die miteinander durch kalte Verpressung fest miteinander verbunden sind, einer Spinndüsenplatte (3) und einem die Filteranordnung (2) und die Spinndüsenplatte (3) aufnehmenden und eng umschließenden Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß besagte Filteranordnung (2) keine Dichtungseinfassung aufweist und aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, als der des Materials aus dem das sie umschließende Gehäuse (1) gefertigt ist.

2. Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten mit einem zentralen Polymerschmelzeeintrittskanal, einer Filteranordnung (2), bestehend aus einer oder mehreren Filterronden verschiedener Filterfeinheit und beliebiger Art, einer Spinndüsenplatte (3) und einem die Filteranordnung (2) und die Spinndüsenplatte (3) aufnehmenden und umschließenden Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüsenplatte (3) aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, als der des Materials aus dem das sie umschließenden Gehäuse (1) gefertigt ist.

3. Spinndüse zum Verspinnen von Thermoplasten mit einem zentralen Polymerschmelzeeintrittskanal, einer Filteranordnung (2), bestehend aus mehreren Filterronden verschiedener Filterfeinheit, die miteinander durch kalte Verpressung fest miteinander verbunden sind, einer Spinndüsenplatte (3) und einem die Filteranordnung (2) und die Spinndüsenplatte (3) aufnehmenden und eng umschließenden Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß besagte Filteranordnung (2) keine Dichtungseinfassung aufweist und Filteranordnung (2) und Spinndüsenplatte (3) aus Werkstoffen mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, als der des Materials aus dem das sie umschließende Gehäuse (1) gefertigt ist.

4. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüsenplatte (3) und/oder die Filteranordnung (2) aus austenitischen Stählen, wie z. B. Nr. 1.4301, 1.4541, 1.4580 oder einem Werkstoff mit einem ähnlich hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, und daß das sie umschließende Gehäuse (1) aus einem Material mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie z. B. Nr. 1.4057 oder einem ähnlichen Chromstahl oder warmfesten Material gefertigt ist.

5. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung so gewählt wird, daß die Passung zwischen dem Außendurchmesser der Spinndüsenplatte (3) und/oder der Filteranordnung (2) einerseits und der sie aufnehmenden Bohrung im umschließenden Gehäuse (1) andererseits bei Raumtemperatur eine leichte Spielpassung ergibt, die sich bei Betriebstemperatur aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung der Teile in eine selbstdichtende radiale Preßpassung wandelt.

6. Spinndüse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüsenplatte (3) aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, als der des Materials des sie umschließenden Gehäuses (1), und daß die Spinndüsenplatte (3) in ihrer unteren Hälfte zusätzlich mit einem Gewinde versehen ist und direkt in das Gehäuse (1) eingeschraubt wird, wobei das Gewinde und der Anschlag der Spinndüsenplatte (3) im Gehäuse (1) so ausgestaltet sind, daß das Spinnlochbild immer in der gleichen Ausrichtung zu stehen kommt, so daß gewährleistet ist, daß beim Einschrauben bis zum Anschlag die korrekte Anblasung der Filamente beim Ausspinnen erfolgt.

7. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an seinem unteren Ende einen überstehenden Kragen hat, der mindestens drei Nuten zur Aufnahme eines Werkzeuges zum Ein- und Ausschrauben aus dem Spinnsystem aufweist und die Spinndüsenplatte (3) vor schädlichen Berührungen während der Handhabung schützt.