DE10014292A1 - Selbstdichtende Sandfilterdüse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein selbstdichtendes Düsenpaket mit Sandfilterung zum Verspinnen von Thermoplasten, insbesondere die Abdichtung durch eine L-förmige Ring-Dichtung zwischen dem Sandfilter und der Spinndüse, sowie die Ausgestaltung, Anwendung und Herstellung des selbstdichtenden L-förmigen Abdichtungselementes. Dieser L-Ring enthält in seiner kreisförmigen Aussparung zwischen seinen waagerechten Schenkeln eine zur Abstützung des Sandfilters liegende strömungsdurchlässige Platte aus Streckmetall, die zunächst unter dem abzustützenden Sandfilter eine Filterpackung aus losen Filterronden trägt und dabei selbst auf einem einzelnen feinmaschigen und dünnen Schutzsieb aufliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstdichtendes Düsenpaket mit Sandfilterung zum Verspinnen von Thermoplasten, insbesondere die Abdichtung durch eine L-förmige Ring-Dichtung zwischen dem Sandfilter und der Spinndüse, sowie die Ausgestaltung, Anwendung und Herstellung des selbstdichtenden L-förmigen Abdichtungselementes.

Druckaufbau, Scherung und Filtrierung des zu verspinnenden Polymers wird in den gebräuchlichen Spinndüsen üblicherweise durch eine Sandschüttung aus Quarzsand oder Stahlpulver definierter Korngröße vorgenommen, unter der ein Metallweb- oder Vliesfilter mit Aluminiumeinfassung zur Abdichtung gegen Polymer- oder Sand­ durchtritt dient. Üblicherweise liegt dieses eingefasste Schutzfilter leicht eingepresst auf einer Stützplatte. Mit dieser soll verhindert werden, dass der Polymerdruck das Filtergewebe in die Spinnkapillarbohrungen der Spinnplatte hineinpresst, die nachfolgend darunter angeordnet ist. Die Einpressung des Filters an dieser Stelle ist zwingend erforderlich, weil sonst der Sand im kalten Zustand im Dichtungsspalt hindurch zur Spinnplatte gelangen könnte. Zwischen der Stützplatte und der Spinndüse ist eine weitere Dichtung erforderlich, in der Regel ein weiteres eingefasstes Filterrondenpaket, das in kalten Einbauzustand aber nicht radial anliegen muss. Beide Dichtungen funktionieren im Betriebszustand prinzipiell selbstdichtend, das heißt, je höher der Polymerdruck, desto stärker ist die Anpresskraft an der radialen Dichtfläche am Umfang des Filters und desto besser wird dadurch der axiale Spalt zwischen der Dichtung und dem Düsengehäuse geschlossen.

Diese herkömmliche Anordnung ist mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Bei Druckschwankungen, besonders bei totalem Druckabfall, kommt es zu internen Leckagen zwischen den beiden Dichtungen. Dort steht dann das Polymer eingeschlossen am Außenumfang der Stützplatte und baut ab, was zu Spinnstörungen führen kann. Weiterhin ist diese bekannte Stützplatten- und Filteranordnung weder besonders preiswert noch strömungsgünstig. Aus US 5 795 595 bzw. DE 196 07 103 ist eine Sandfilterung bekannt, die nur noch ein einziges eingefasstes Filter benötigt, weil die Stützplatte hier durch ein spezielles Lochblech aus Streckmetall ersetzt wird.

Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass es bei Druckabfällen vereinzelt doch noch zu Leckagen kommt. Durch das Setzverhalten des Aluminiums bei Betriebstemperaturen von 300°C kommt es bei Druckabfall und/oder schon geringer Abkühlung von über 10°C zu Ablösungen am radialen Dichtungssitz und die Spaltlänge an der flachen Filtereinfassung ist nicht hoch genug, um beim langsamen Druckaufbau bei der Wiederinbetriebnahme sicher abzudichten.

Die Forderung nach Verlängerung des radialen Dichtungssitzes führte zur Idee eines Winkelringes. Aus dem US-Patent 5 387 097 bzw. der EP 0 545 375 B1 ist eine Winkeldichtung bekannt, die zur Abdichtung eines Spinnpaketes mit einer viellagigen Filterrondenpackung dient. Abgesehen von der andersartigen Filterung sind auch die sonstigen Funktionen in diesem Spinnpaket abweichend vom weiter oben beschriebenem Sandfilterpaket: Die Winkeldichtung 13 ist gemäß Fig. 1 unter der Stützplatte 11 angeordnet und dichtet einesteils gegen das Düsengehäuse 1 und anderenteils gegen ein verschiebbares Druckstück 4 ab, welches durch den Polymerdruck aufschwimmend die obere Dichtung 10 verpresst und den Dichtungssitz zwischen den Flächen 5 und 9 schließt. Im kalten Montagezustand muss die Winkeldichtung 13 lose eingelegt werden und mit Spiel gegen alle sie umgebenden Teile toleriert sein. Die Verschiebbarkeit des Druckstückes 4 bedingt auch einen Spalt zur Stützplatte 11 hin, in dem das Polymer steht und degeneriert. Dieser Nachteil ist auch in den Lösungen gemäß den Fig. 3 und 4 erkennbar. Die Vorstellung weiterer, stark abweichender Dichtungsformen in Fig. 5 bis 8 lässt den Schluss zu, dass die Anmelderin diesen wesentlichen Nachteil bereits selbst erkannt hat.

Abdichtungsversuche mit den bekannten, standardmäßigen Winkeldichtungen aus den Filterrondenpaketen in Sandfilterpaketen scheiterten aus verschiedenen Gründen: Wie üblich lose eingelegt waren, neben einigen erwarteten Leckagen, vor allem aber eingedrungener Sand in den Kapillaren zu beklagen.

Mit Übermaß zum Einpressen angefertigte Winkeldichtungen, eine abweichende Variante, ließen sich nicht unbeschadet in den langen zylindrischen Sitz, der im Gehäuse des Sandfilterpaketes im Bereich der Stützplatte erforderlich und vor allem in ausgelieferten Anlagen vorhanden ist, montieren: Die scharfkantige Winkelform neigt bei der Montage zu leicht zum Verkanten.

Es kam also auch hier zu Betriebsstörungen; Form und Ausführung der bekannten Winkeldichtungen sind für Sandfilterpakete nicht geeignet.

Es besteht somit weiterhin die Aufgabe den Dichtungsproblemen in den Düsenpaketen mit Sandfiltrierung, wie sie aber auch von Spinnpaketen mit Gewebefiltration bekannt sind, abzuhelfen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die L-förmigen Ring-Dichtungen gemäß den Patentansprüchen eingesetzt werden.

Zu den besonders augenfälligen Kostenvorteilen - ständiger Wegfall einer Dichtung und in Neuanlagen auch noch der Stützplatte - kommt die überraschende Möglichkeit der Reduzierung der Bauhöhe hinzu, die Gewichts- und Materialersparnis mit sich bringt.

Andererseits bietet sich aber auch die Möglichkeit an, mit einem hohen Sand- oder Gewebefilterraum das Polymer stärker zu scheren, falls dies prozesstechnisch gewünscht wird.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Anordnung mit der L-förmigen Ring-Dichtung und den losen Filtern strömungsgünstiger ist, als einer der üblichen Filterpacks mit Aluminiumeinfassung, und sich außerdem noch frei variieren lässt.

Ganz wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen L-Ring-Dichtung ist aber, dass man sie ohne weitere Änderungen an Spinndüsen oder Düsengehäusen in schon bestehende Anlagen einsetzen kann.

Die Beschreibung der Erfindung erfolgt nun anhand von Zeichnungen; dabei zeigt die

Fig. 1 links im Halbschnitt die Anwendungssituation der L-Ring-Dichtung und der rechte Halbschnitt die bisherige Ausgangssituation mit der Dichtungsproblematik.

In Fig. 2 wird der L-Ring im Schnitt dargestellt und seine Maßverhältnisse offengelegt.

Die Fig. 1 zeigt im rechten Halbschnitt die bisherige Ausgangssituation in einem üblichen Düsenpaket zum Verspinnen von Thermoplasten von unten nach oben: Eine Spinndüse 1, darauf das untere eingefasste Filter 2, darüber die Stützplatte 3, darauf das obere eingefasste Filter 4 und das Sandfilter 5. Die Ringdichtung 6 dichtet das Gehäuse 7, das im Bereich des Sandfilters 5 ganz leicht konisch ausgeführt ist, gegen den Nockendeckel 8 ab, der durch den Gewindering 9 darin befestigt ist. Über die Hülsendichtung 10 erfolgt der dichte Anschluss zum Schmelzekanal im Adapter 11. In dieser herkömmlichen Anordnung entstehen unter gestörten Druckverhältnissen gelegentlich interne Leckagen im Ringspalt im Bereich der Stützplatte 3 zum Düsengehäuse 7. Links im Halbschnitt der Fig. 1 wird die Anwendungssituation der L- förmige Ring-Dichtung 12 - kurz: L-Ring-Dichtung oder L-Ring - dargestellt. Unmittelbar über der Spinndüse 1 liegt ein dünnes und feinmaschiges Schutzsieb 13, direkt darauf die strömungsdurchlässige Lochplatte 14 aus Streckmetall und darüber dann die Filterrondenpackung 15 und der Sandfilter 6, der in diesem Fall wesentlich höher ausfällt, weil das Gehäuse 7 unverändert bleibt. Für eine leichtere Montage wird es empfohlen, vor dem Einpressen des L-Ringes 12 das Gehäuse 7 mindestens in seinem zylindrischen Sitzbereich (das ist in vorhandenen Gehäusen 7 über die gesamte Höhe der Stützplatte 3, in Neuanlagen nur kurz über der Spinnplatte 1) leicht mit einem Silikonspray, wie er gewöhnlich zum Düsenputzen verwendet wird, einzuölen. Dieses Silikonöl verdunstet beim Vorheizen des Spinnpaketes und stört den Spinnprozess dann in keiner Weise.

Die Fig. 2 zeigt den L-Ring 12 im Schnitt dargestellt und seine Maßverhältnisse werden offengelegt. Dabei wird der horizontale Schenkel 16 als Bezugsgröße B = 1 bzw. 100% genommen.

Die Materialstärke S beträgt dann idealerweise 20% von der Breite B, kann aber im Bereich zwischen 15 bis 25% akzeptiert werden.

Die Höhe H des vertikalen Schenkels 17 muss in jedem Fall die Breite B des horizontalen Schenkels 16 mindestens zwischen 120 bis 180% übertreffen. Idealerweise sind 125 bis 150% angebracht: Kürzere Schenkellängen dichten nicht zufriedenstellend ab, längere machen nur unerfreuliche Montageprobleme.

Die Ausführung der Rundung zwischen den beiden Schenkeln ist besonders wichtig; sie sollte innen zumindest der einfachen Materialstärke S entsprechen. Bei dem erfindungsgemäßen L-Ring 12 wird ein Radius von 1,25 bis 1,5 × S bevorzugt; der Radius kann aber bis maximal 2,0 × S ausgeführt werden.

Die L-förmige Ring-Dichtung 12 soll in ihrem äußeren Durchmesser 0,02 bis 0,09% größer ausgeführt sein als die sie aufnehmende Bohrung im Düsengehäuse 7 dimensioniert ist. Das Übermaß liegt im Idealfall im Bereich von 0,04 bis 0,06% je nach Größe des L-Ringes 12.

Die vorliegende L-Form für die L-förmige Ring-Dichtung 12 ergibt sich ganz automatisch wenn sie mit den gleichen Werkzeugen hergestellt und am Außendurchmesser kalibriert wird, wie sie sonst zur Herstellung des durch den L-Ring 12 ersetzten eingefassten Filters 4 verwendet wurden. Aus dem Fertigungsprozess wird lediglich der letzte Schritt - das Schließen der Filtereinfassung - weggelassen.

Die Demontage des gebrauchten Spinnpaketes kann nach dem Abkühlen sehr leicht durchgeführt werden, denn das Polymer und die L-Ring-Dichtung 12 sind dann geschrumpft und fallen fast von selbst aus dem Gehäuse 7 heraus. Bei der Heißdemontage kann es hingegen zu Beschädigungen der Gehäuse 7 beim Auspressen des Polymerkerns kommen, weil sich zuerst der L-Ring 12 und danach die Spinnplatte 1 leicht verkanten können.

Man kann natürlich auch zuerst das ganze Spinnpaket geschlossen in die Reinigung (z. B. eine Quarzsand-Wirbelbett-Reinigung) geben und erst danach kalt demontieren, wenn Teile des Filtermaterials erneut verwendet werden sollen.

Die erfindungsgemäße Anordnung von L-Ring 12 und strömungsdurchlässiger Lochplatte aus Streckmetall 14 ist in ihrem Anwendungsbereich über die Abstützung von Sandfiltern auch für andere Filterkonfigurationen denkbar.

Claims (8)

1. Selbstdichtendes Düsenpaket zum Verspinnen von Thermoplasten, bestehend aus einer Bauteilanordnung zur Aufnahme eines Schmelzeeintrittkanals, eines Sandfilters (5), einer strömungsdurchlässigen Lochplatte aus Streckmetall (14) und einer L-förmigen Ring-Dichtung (12) zwischen dem Sandfilter (5) und der Spinndüse (1), dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) in ihrer kreisförmigen Aussparung zwischen ihren waagerechten Schenkeln (16) ein zur Abstützung des Sandfilters (5) liegende strömungsdurchlässige Lochplatte aus Streckmetall (14) enthält, die zunächst unter dem abzustützenden Sandfilter (5) eine Filterpackung aus losen Filterronden (15) trägt und dabei selbst auf einem Schutzsieb (13) aufliegt.

2. Selbstdichtendes Düsenpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) in ihrem äußeren Durchmesser 0,02 bis 0,09% größer ausgeführt wird als die sie aufnehmende Bohrung im Düsengehäuse (7) es ist.

3. Selbstdichtendes Düsenpaket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) einen waagerechten nach innen weisenden Schenkel (16) und einen nach oben weisenden senkrechten Schenkel (17) hat, der im Verhältnis 1 : 1,2 bis 1 : 1,8 länger ist als der waagerechte Schenkel (16), wobei die Materialstärke beider Schenkel (16; 17) zwischen 15 bis 25% der waagerechten Schenkelbreite (16) beträgt.

4. Selbstdichtendes Düsenpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) einen gerundeten Übergang vom vertikalen (17) zum horizontalen Schenkel (16) hat, der einen Innenradius aufweist, der mindestens der einfachen bis doppelten Materialstärke entspricht.

5. Selbstdichtendes Düsenpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) mit den gleichen Werkzeugen hergestellt und am Außendurchmesser kalibriert wird, die sonst zur Herstellung des durch den L-Ring (12) ersetzten eingefassten Filters (4) verwendet werden.

6. Selbstdichtendes Düsenpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einpressen der L-Ring-Dichtung (12) in das Gehäuse (7) mindestens im zylindrischen Sitzbereich des L-Ringes (12) über der Spinnplatte (1) mit einem Silikonspray eingeölt wird.

7. Selbstdichtendes Düsenpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Demontage der L-Ring-Dichtung (12) - und der anderen Einbauten - aus dem Gehäuse (7) im abgekühlten, ungereinigten oder gereinigten Paketzustand erfolgt.

8. Selbstdichtendes Düsenpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die L-Ring-Dichtung (12) in ihrer kreisförmigen Aussparung eine zur Abstützung eines Filters liegende strömungsdurchlässige Lochplatte aus Streckmetall (14) enthält, auf der eine beliebige Filterkonfiguration aufliegt.