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Schmelzvorrichtung für lineare thermoplastische Polymere
Die Erfindung betrifft eine Schmelzvorrichtung für lineare thermoplastische Polymere, wie Polyamide, Polyester oder Polyurethane, in Form von Körnchen, Schnitzeln oder Spänen, zur Herstellung von fa- den-oder bandförmigen Produkten, *mit einem Behälter, einem Fallrohr. einem Schmelzrost, der einen oder mehrere heizbare Roststäbe und in deren Bereich eine heizbare Trichterwand besitzt, und mit einer Sammelkammer für das geschmolzene Gut.
Bei dieser an sich bekannten Vorrichtung wird der Schmelzrost über den Schmelzpunkt des Polymeren erhitzt. Dies kann elektrisch erfolgen, obwohl im allgemeinen die Erhitzung des Rostes mittels Gasen oder Dämpfen, deren Siedepunkt mit der gewünschten Rosttemperatur übereinstimmt, vorgezogen wird.
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geschmolzenen Körnchen zwischen den Stäben herab, wobei eine weitere Erhitzung und Schmelzung der Masse stattfindet. In der Sammelkammer unterhalb der Roststäbe wird die Schmelze weiter homogenisiert, bevor sie durch die Spinnpumpe abgesaugt wird.
In Abhängigkeit von der Temperatur der Roststäbe und der Spinnpumpenleistung stellt sich in der Übergangsregion zwischen den Körnern und der Schmelze ein gewisser Gleichgewichtszustand ein.
Kleine Schwankungen der Rosttemperatur oder der Förderleistung der Pumpe oder Änderungen der Druckverteilung in der körnigen Masse oberhalb des Rostes können zu Störungen in dieser Übergangsregion führen.
Dies kann bei den bekannten Vorrichtungen zu Schwierigkeiten Anlass geben, da die Schmelze längs der Rostwand auf verschieden hohes Niveau emporsteigt. Wenn das Niveau der Schmelze dann wieder absinkt, bleibt geschmolzenes Polymeres an der Wand hängen und wird von dieser erst wieder entfernt, nachdem die Schmelze neuerdings das gleiche Niveau erreicht hat. Dieses Polymere enthält noch Körnchen, die auf diese Weise durch längere Zeit hindurch auf höherer Temperatur gehalten werden. All dies kann zur Bildung eines Randes an der Innenwand des Rostes führen, der aus abgebautem oder sogar verkohltem Polymerem besteht. Jedesmal, wenn Teile dieses Polymeren aus diesem Rand in den Spinnprozess gelangen, können sie eine Verstopfung der Spinnplatte oder Fehlerstellen im Spinnprodukt verursachen.
Die Bildung dieses Randes wird auch dadurch gefördert, dass die Temperatur der Rostwand in Richtung nach oben sukzessive abnimmt. Infolgedessen werden die längs dieser Wand herabgleitenden Körnchen langsam erweicht, so dass sie leicht in einem bereits vorher entstandenen Rand stecken bleiben.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung behoben.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass der in einer Höhe von weniger als 3 cm über der Oberseite der Roststäbe beginnende beheizte Teil der inneren Trichterwand durch eine ringförmige, nach aussen zu abgeschlossene Ausnehmung von der darüber liegenden Innenwand des Trichters getrennt ist, deren Öffnungsweite in der Wand des Tr1chterraumes höchstens l mm beträgt, wobei der Wandabschnitt un- terhalb dieser Ausnehmung in das Heizsystem für die Roststäbe mit einbezogen, und der oberhalb der Wandausnehmung liegende Wandabschnitt des Trichters in an sich bekannter Weise mit einem Kühlsystem verbunden ist.
Es hat sich gezeigt, dass als Folge dieser Massnahme kein Ring entstehen kann. Infolgedessen können Polymerkörnchen während einer wesentlich längeren Zeitspanne mit dieser Vorrichtung geschmolzen und gesponnen werden, bis der Spinnprozess wegen Verminderung der Garnqualität unterbrochen werden muss.
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Es wurde schon früher eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher ein Zuführtrichter und Mittel zur Zuführung undAnpressung fester Partikel an eine Öffnungen enthaltende Silberplatte, die mit Heizmitteln versehen ist, vorgesehen sind und bei welcher das untere Ende des Zuführtrichter über eine Zwischenschicht aus wärmeisolierendem Asbestmaterial mit der Heizplatte verbunden ist.
Diese Vorrichtung zeigt aber keine ringförmige Ausnehmung in der inneren Trichterwand, und deshalb muss die Bildung eines Randes durch Anwendung schwieriger und kostspieliger Anpressmittel vermieden werden.
Der obere Teil der Trichterwand kann auf verschiedene Weise unter der Erweichungstemperatur des Polymeren gehalten werden.
Zweckmässig weist das Kühlsystem eine ringförmige Leitung auf, die um die Trichterwand herumläuft und Anschlüsse für die Zufuhr und Abfuhr eines Kühlmediums besitzt.
Dieses Kühlmedium kann gasförmig oder flüssig sein. Vorzugsweise wird Wasserkühlung verwendet.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die sich in baulicher Hinsicht etwas komplizierter gestaltet, jedoch anderseits den Vorteil bietet, dass keine Anschlüsse für einen Kühlmediumkreislauf erforderlich sind, besteht darin, dass das Kühlsystem mehrere axial gerichtete Kühlrippen rund um den gekühlten Wandabschnitt aufweist.
Die Form der Trichterinnenwand ist für eine befriedigende Arbeitsweise der Vorrichtung von wesentlicher Bedeutung. In diesem Sinne soll die Wand so ausgebildet sein, dass mit den einfachst möglichen Hilfsmitteln und mit dem geringsten Energieverlust der grosse Temperaturunterschied über die Höhe der Ausnehmung erreicht werden kann.
Eine örtlich besonders dünne Ausbildung der Wand oder die Ausbildung der Wand als lange Membrane bietet Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch überwunden, dass der geheizte und der gekühlte Trichterwandteil als zwei getrennte Teile ausgebildet sind und der Abschluss nach aussen für die eine Öffnungsweite von weniger als 0,5 mm aufweisende und in einer Höhe von 5 bis 10 mm, vorzugsweise 8 mm, über der Oberseite der Roststäbe angeordnete ringförmige Ausnehmung durch einen ringsum verlaufenden Stegteil gebildet ist.
Auf diese Weise bildet das in der Ausnehmung vorhandene Gas eine Isolation zwischen den kalten und heissen Abschnitten der Innenwand.
Es besteht die Möglichkeit, dass zwischen diesen kalten und heissen Abschnitten infolge von Wärmestrahlung bzw. Wärmeleitung seitens des gasförmigen Mediums ein Wärmeaustausch stattfinden kann, doch ist dieser Wärmeaustausch im Verhältnis zu der metallischen Wärmeleitung der Rostinnenwandselbst sehr gering.
Es wurde gefunden, dass eine besonders wirksame Wärmeisolation erhalten werden kann, wenn die ringförmige Ausnehmung nach aussen zu einer ringförmigen Kammer erweitert und der gekühlte Teil der Trichterinnenwand als eine sich verjüngende Lippe gegen den Öffnungsspalt verläuft.
Die ringförmige Kammer scheint der Wärmeleitung durch das gasförmige Medium beträchtlich entgegenzuwirken, doch wird darüber hinaus durch diese auch die Länge der metallischen Verbindung zwischen den kalten und heissen Abschnitten der Innenwand vergrössert. Dies bewirkt einen höheren thermi- schen Widerstand zwischen diesen beiden Teilen.
Es wurde gefunden, dass in dem Augenblick, in welchem, z. B. während des Erhitzens oder Abkühlens des Rostes, grössere Temperaturschwankungen im Rost auftreten, die ringförmige Kammer zu "atmen" be- ginnt. Dieser Ausdruck soll besagen, dass infolge einer Expansion oder Kontraktion des in der Kammer vorhandenen Gases, welches in der Regel ein inertes Gas, wie z. B. Stickstoff, ist, eine Gasströmung durch den Spalt aus der ringförmigen Kammer oder in diese stattfindet.
Bei dieser Atmung kann es vorkommen, dass zusammen mit dem eintretenden Gas Polymerschmelze in die ringförmige Kammer gesaugt wird, welche in dieser längere Zeit verbleibt und dadurch abgebaut oder karbonisiert wird. Wenn der Gasstrom gegen die Aussenseite der Kammer bläst, können die auf diese Weise entstandenen Verunreinigungen dann in die Schmelze gelangen und den Spinnvorgang stören.
Es wurde nun gefunden, dass dies nicht der Fall ist, wenn die ringförmige Kammer zu einem grösseren Teil durch einen ringförmigen Füllkörper ausgefüllt ist, der aus wärmeisolierendem oder hitzebeständigem Material besteht. Als Rohmaterial zur Herstellung dieses ringförmigen Füllkörper ist Asbestzement besonders gut geeignet.
Ferner ist es bei den beschriebenen Vorrichtungen günstig, wenn in dem Fallrohr ein Organ vorgesehen ist, welches in an sich bekannter Weise auf die polymere Masse in. Richtung gegen den Schmelzrost einen Druck ausübt. Solche Organe sind in der Technik an sich bekannt ; sie werden in Form von endlosen Schrauben, Propellerflügeln, Stampfer od. dgl. verwendet.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Fig. l zeigt die Vorrichtung gemäss der Erfindung im Vertikalschnitt, Fig. 2 ist ein lotrechter Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung in grösserem Massstab, und Fig. 3 zeigt ein Detail der Fig. 2 in noch grö- sserem Massstab.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Schmelzrost bezeichnet, der einen ringförmigen Mantel 2 besitzt, welcher auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit Leitungen 3 und 4 verbunden ist. Mittels dieser Anschlussleitungen steht der Schmelzrost mit einer (nicht dargestellten) Heizmittelquelle in Verbindung. Im ringförmigen Mantel 2 sind mehrere Rohre 5 vorgesehen, welche ein Roststäbesystem bilden, durch welches das Heizmedium strömen kann.
An den oberen Rand des Mantels 2 ist unter Zwischenschaltung einer Silberringdichtung 7 ein Kühlring 6 angeschlossen. Der Kühlring 6 und der Mantel 2 sind durch Spannschrauben 8 zusammengehalten.
Ein Fallrohr 9 ist am Schmelzrost 1 mittels Schrauben 10 befestigt. An der Seitenwand des Fallrohres 9 ist ein Rohranschluss 11 befestigt, zu welchem ein Rohr geführt wird, mit dessen Hilfe man Stickstoff zuführen kann, durch den der Sauerstoff aus dem Fallrohr 9 und aus dem in diesem befindlichen Polymeren ausgetrieben werden kann.
Unterhalb der Rohre 5 ist im Mantel 2 ein Sammeltrichter 12 angeordnet, der, wie Fig. 2 erkennen lässt, mittels Schrauben 13 am Mantel 2 befestigt ist, an welch letzterem er mit der Passfläche 14 anliegt.
Dieser Sammeltrichter ist als massiver Block ausgebildet.
Der Sammeltrichter 12 weist eine Auslassöffnung 15 auf, die so bemessen ist, dass das geschmolzene Polymere, zu dessen Verspinnung die dargestellte Vorrichtung bestimmt ist, unter dem Einfluss seines Eigengewichtes noch aus dem Sammeltrichter 12 ausfliesst.
Der Sammeltrichter 12 besitzt eine ebene untere Fläche 16, mit welcher er passend an der ebenen Oberfläche 17 des Pumpenblockes 18 anliegt. Auf diese Weise wird zwischen dem Sammeltrichter 12 und dem Pumpenblock 18 eine ausgezeichnete Wärmeleitung herbeigeführt.
Der Schmelzrost 1 und der Pumpenblock 18 sind miteinander durch Schrauben 19 verbunden, die auch die Auslassöffnung 15 des Sammeltrichters 12 in Übereinstimmung mit dem Einlass 20 der Saugleitung 21 der Spinnpumpe 22 fixieren. Die Druckleitung 23 der Pumpe führt zu dem Sandfilter 24, welches oberhalb der Spinnplatte 25 angeordnet ist.
Der Pumpenblock 18 ist mit einem Heizmantel26 umgeben, durch welchen die Pumpenwelle 27 hindurchgeführt ist.
Am oberen Rand 28 des Fallrohres 9 ist ein seitlich vorspringender Flansch 29 angebracht. zwischen welchem und dem Gegenflansch 30 das untere Ende eines Gummibalges 31 festgeklemmt ist.
Das obere Ende des Balges 31 ist zwischen Flanschen 32, 33 eingeklemmt, von denen der letztere mit- tels Schrauben 34 an dem Flansch 35 des Hahnes 36 befestigt ist. Der Hahn 36 schliesst die Auslassöffnung eines ortsfesten Granulatbehälters 37. Bei geschlossener Stellung dieses Hahnes kann Stickstoffgas aus dem Fallrohr durch eine Umleitung 38 in den Granulatbehälter 37 übertreten.
Um das zerteilte Polymere aus dem Granulatbehälter 37 durch den Hahn 36 in das Fallrohr 9 überzu- leiten, ist am Flansch 33 ein Rohrstück 39 koaxial befestigt, welches in das Fallrohr 9 hineinragt.
Um das Auswechseln des Schmelzrostes 1 zu erleichtern, ist das mit ihm verbundene Fallrohr 9 mit einer ringförmigen Handhabe 40 versehen.
Während des Spinnprozesses ist, wie Fig. 1 zeigt, die Spinnvorrichtung auf einen Spinntopf oder Spinnkasten 47 üblicher Art aufgesetzt, von welchem nur der obere Rand angedeutet ist.
In Fig. 3, welche besonders die Verbindung des ringförmigen Mantels 2 mit dem Kühlring 6 veranschaulicht, ist mit 41 der untere Rand des Kühlringes 6 bezeichnet, welcher eine sich nach unten verjün- gende Lippe bildet. Zwischen der Lippe 41 und dem Mantel 2 verbleibt ein Spalt 42, der sich etwa 8 mm oberhalb der Rohre 5 befindet und eine Spaltbreite von 0,4 mm besitzt.
Zwischen der Lippe 41 und dem Mantel 2 ist hinter dem Spalt 42 ein ringförmiger Füllkörper 43 in die ringförmige Kammer eingepasst, der aus gepresstem Asbestzement besteht.
Der Füllkörper 43 berührt mit seiner Aussenseite die verlängerte Aussenwand 44 des Mantels 2, der durch den Silberring 7 dichtend mit dem Kühlring 6 verbunden ist. Der Kühlring 6 und der Mantel 2 sind durch Schrauben 8 so fest zusammengespannt, dass der Silberring 7 verquetscht wird und die Flanschen 47 und 48 einander berühren.
Die Aussenwand 44 weist im Bereich des Füllkörper 43 eine geringe Wandstärke auf, um einen grö- sseren thermischen Widerstand zu bieten.
Der Füllkörper 43, der auf einem erhöhten Rand 49 aufruht, bildet mit dem Mantel 2 im Niveau des
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Spaltes 42 einen engen offenen Raum 45, der als Sammelplatz für Schmutzreste, die möglicherweise durch den Spalt 42 hindurchtreten, dient.
Der Kühlung 6 ist seinerseits durch zweiunddreissig Kühlrippen 46 gekühlt, die, wie Fig. 2 zeigt, auf dem Kühlring in gleichen Abständen angeordnet sind.
Gemäss einer andern möglichen Ausführungsform kann der Kühlring hohl ausgebildet sein und zwei Rohranschlüsse aufweisen, an welche eine Zuführungs-und eine Abführungsleitung angeschlossen werden können, so dass durch den hohlen Ring Kühlwasser zirkulieren kann.
Sowohl die luftgekühlte als auch die wassergekühlte AusfUhrungsform des Kühlringes ermöglichen es, die Lippe 41 auf weniger als 100 C abzukühlen.
Wenn die Vorrichtung zum Schmelzen und Spinnen von Polyamidkörnchen mit Abmessungen von etwa 3 mm verwendet wird, hat es sich gezeigt, dass diese etwa 3 Monate ohne Unterbrechung in Betrieb bleiben kann.
Nach Ausbau der Vorrichtung und Öffnung des Rostes hat es sich herausgestellt, dass sich nirgends Schmutz angesammelt oder ein Rand gebildet hatte.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die durchschnittliche Betriebsdauer der Schmelzroste bei den bekannten Anlagen zwei bis drei Wochen beträgt, nach welcher Zeit ein weiteres Spinnen wegen der Bildung eines Schmutzrandes unmöglich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schmelzvorrichtung für lineare thermoplastische Polymere, wie Polyamide, Polyester oder Polyurethane, in Form von Körnchen, Schnitzeln oder Spänen, zur Herstellung von faden- oder bandförmigen Produkten, mit einem Behälter, einem Fallrohr, einem Schmelzrost, der einen oder mehrere heizbare Roststäbe und in deren Bereich eine heizbare Trichterwand besitzt, und mit einer Sammelkammer für das geschmolzene Gut, dadurch gekennzeichnet, dass der in einer Höhe von weniger als 3 cm über der Oberseite der Roststäbe (5) beginnende beheizte Teil der inneren Trichterwand durch eine ringförmige, nach aussen zu abgeschlossene Ausnehmung (42) von der darüber liegenden Innenwand (6) des Trichters getrennt ist, deren Öffnungsweite in der Wand des Trichterraumes höchstens 1 mm beträgt,
wobei der Wandabschnitt unterhalb dieser Ausnehmung (42) in das Heizsystem (2) für die Roststäbe (15) mit einbezogen und der oberhalb der Wandausnehmung (42) liegende Wandabschnitt des Trichters in an sich bekannter Weise mit einem Kühlsystem (46) verbunden ist.