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Die
Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
Schmelzspinnvorrichtung ist Bestandteil einer Spinnanlage zum kontinuierlichen
Erzeugen von synthetischen Fäden. In der Schmelzspinnvorrichtung
wird von einer Schmelzequelle, beispielsweise einem Extruder oder
einer Polymerisationseinrichtung, schmelzflüssiges Polymer
der Schmelzspinnvorrichtung zugeführt. Innerhalb der Schmelzspinnvorrichtung
wird das Polymer in einem Spinnbalken mittels einer Verteilerpumpe
unter hohem Druck über Verteilerleitungen mehreren mit
dem Spinnbalken verbundenen Düsenpaketen zugeführt. In
den Düsenpaketen wird das Polymer mittels einer Vielzahl
von Düsenbohrungen zu Filamenten extrudiert. Die Filamente
werden in einer der Schmelzspinnvorrichtung nachgelagerten Fadenbehandlungsvorrichtung
zu multifilen Fäden zusammengeführt, verfestigt
und nachbehandelt sowie abschließend durch eine Speichervorrichtung
beispielsweise in Form von Spulen gespeichert.
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Die
Düsenpakete müssen regelmäßig
gereinigt werden und sind daher demontierbar, beispielsweise mittels
eines Gewindes. Zur Abdichtung der Fügestelle wird zwischen
Spinnpaket und dem Flansch des Spinnbalkens eine Dichtung vorgesehen.
Dabei werden an die Dichtung mehrere Anforderungen zugleich gestellt.
Zum einen muss die Dichtung im kalten und drucklosen Zustand leicht
zu montieren sein, andererseits muss die Dichtung unter hoher Temperatur
und unter hohem Druck abdichten.
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In
Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um
diesen Anforderungen gerecht zu werden. In den Patentschrift
DE 42 39 560 C2 und
EP 0 545 375 B1 wird
eine Abdichtung mittels einer Dichtungshülse gezeigt, die
zwischen Düsenpaket und Flansch gesteckt wird. Dazu weisen
die Schmelzekanäle auf bei den Seiten einen vergrößerten Durchmesser
auf, in dem die Dichtungshülse Platz findet. Bei der Montage
wird die Dichtungshülse axial gestaucht und dicht wird
somit ab. Zusätzlich wird die Dichtungshülse durch
den Schmelzedruck radial an die Wandungen gepresst.
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In
der Patentschrift
EP
1 208 250 B1 wird eine Dichtungshülse beschrieben,
die aus einem Material gefertigt ist, das einen höheren
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das umgebende
Material. Dies führt zu einer Dichtwirkung bei Erwärmung
durch die Schmelze, die die Dichtungshülse durchströmt.
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Ferner
sind Dichtungshülsen bekannt, die an einem Ende einen zylinderförmigen
Innen- und Außendurchmesser aufweisen. Diese Dichtungshülsen werden
vergleichbar mit den oben beschriebenen Dichtungshülsen
in eine Durchmesser-Aufweitung des Schmelzekanals an einer Seite
der Trennfuge eingesteckt. An dem gegenüberliegenden Ende
der Dichtungshülse ist der Außendurchmesser kegelförmig.
Dabei liegt das Ende der Dichtungshülse auf einer Dichtfläche
auf. Die Abdichtung erfolgt bei der Montage, indem die Dichtungshülse
axial verspannt und dabei dichtend verformt wird. Um die Verformungskräfte
dabei möglichst gering zu halten, weist die Dichtungshülse
an dem zylindrischen Außendurchmesser eine umlaufenden
Kerbe auf, die die axiale Verformung erleichtert. Zusätzliche
wird durch diese Kerbe einhergehend mit der axialen Stauchung eine
radiale Erweiterung des Außendurchmessers erreicht. Dies
wird weiter unten genauer beschrieben. Entsprechend der Außenkontur
weisen diese Dichtungshülsen nach dem Stand der Technik
eine Innenkontur auf, bei der zunächst an dem Ende, das den
zylindrischen Außendurchmesser aufweist, ein zylindrische
Innendurchmesser mit großem Durchmesser vorliegt. Im Bereich
der umlaufenden Kerbe erfolgt ein Durchmessersprung auf einen kleineren Innendurchmesser,
während im Bereich des kegelförmigen Außendurchmessers
sich der Innendurchmesser ebenfalls kegelförmig verringert.
Auf Grund dieser Kontur wird während des axialen Stauchens
in dem hohlen Kegelmantel ein Spannungszustand erzeugt, der die
Dichtungshülse im Bereich der Kerbe nach außen
drückt. In einer vereinfachten zweidimensionalen Betrachtungsweise
entspricht dies einem L-förmigen Hebel, dessen erster Hebelarm
nach unten gedrückt wird, während der andere Hebelarm nach
außen gedrückt wird. Die Verformung führt
so weit, dass beim axialen Stauchen der ursprünglich kegelförmige
Außenmantel der Dichtungshülse nach dem Stauchvorgang
plan und dichtend an der planen Dichtungsfläche aufliegt.
Der Vorteil dieser Dichtungshülsen liegt darin, dass die
Trennfuge nach dem Montagevorgang nur minimal ist und so ein optimaler
Wärmeübergang der zu verbindenden Bauteile über
die Trennfuge hinweg stattfindet.
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Damit
diese Verformung, die eine axiale Durchmesseraufweitung bei axialer
Stauchung bewirkt, einen bestmöglichen Effekt aufweist,
wird die Dichtungshülse im Bereich der Kerbe und im Übergang
zum kegelförmig Bereich möglichst massiv ausgeführt.
Diese massive Bauweise führt jedoch zu einem Sprung im
Innendurchmesser und damit zu ungünstigen Strömungsverhältnissen.
Insbesondere bilden sich sogenannte tote Ecken aus, in denen das Polymer
länger verweilt und sich so aufgrund der thermischen Einwirkung
hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften verändert.
Dies kann sich in einer zusätzlichen Polymerisation oder
einen Abbau der Polymerketten auswirken.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die zuvor beschriebene Dichtungshülse
in der Form zu verbessern, dass die Strömungsverhältnisse
verbessert werden und gleichzeitig die Abdichtungseigenschaften,
insbesondere die radiale Spreizung beim axialen Stauchen, beibehalten
werden. Dabei darf hinsichtlich der Abdichtungseigenschaften kein
Kompromiss eingegangen werden. Es ist nicht ausreichend, einfach
nur die Innenwandung zu glätten, da damit auch die Struktureigenschaften
der Dichtungshülse verändert werden, was sich
negativ auf die Dichtungseigenschaften beim Stauchen auswirkt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass sich der Innendurchmesser der Dichtungshülse beim Übergang
vom zylindrischen Abschnitt zum kegelförmigen Abschnitt
kontinuierlich verringert.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die kontinuierliche
Verringerung keine toten Ecken auftreten.
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Dadurch,
dass die Kerbe am Außenumfang in einem Bereich liegt, in
dem die Wandstärke gegenüber dem ersten Abschnitt
bereits vergrößert ist, wird einersets gewährleistet,
dass die Hülse nicht an dieser Stelle bricht, andererseits
wird die wunschgemäße Verformung der Hülse
bei der Montage sichergestellt.
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Bevorzugt
wird die Innenwandung der Hülse im zweiten Abschnitt durch
einen inneren Kegelmantel oder durch eine annähernd mit
einem Kegelmantel vergleichbare Form mit einem Kegelwinkel gegenüber
der Symmetrieachse von 1° bis 45° gebildet. Dadurch
ergibt sich auch nach der Verformung durch die Montage eine strömungsgünstige
Form.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform geht der innere
Kegelmantel im dritten Abschnitt über in einen Konus mit
einem spitzeren Kegelwinkel, wodurch sich besonders vorteilhafte
Strömungsverhältnisse ergeben.
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Die
Verformungseigenschaften der Dichtungshülse werden maßgeblich
durch die Lage der äußeren umlaufenden Kerbe beeinflusst.
Je näher diese Kerbe an dem ersten Abschnitt liegt, desto
geringer sind die Verformungskräfte. Daher ist diese Kerbe
in einer Variante, die für geringe Verformungskräfte
vorgesehen ist, in unmittelbarer Nähe zum ersten Abschnitt
gelegen. In einer anderen Variante mit höherer Verformungskraft,
liegt die Kerbe in einem Bereich mit etwas höherer Wandstärke.
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Die
Dichtungshülse weist bevorzugt einen Außendurchmesser
im Bereich von 15 mm bis 45 mm auf. Die Differenz zwischen dem größten
Innendurchmesser im ersten Abschnitt und dem kleinsten Durchmesser
im dritten Abschnitt beträgt bevorzugt zwischen 1 mm und
zwei drittel des Außendurchmessers.
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Die
Abschlussfläche der Dichtungshülse am ersten Abschnitt
wird durch eine Kegelfläche eines stumpfen Kegels gebildet.
Dadurch ergibt sich bei der Montage mit einer Fläche senkrecht
zur Symmetrieachse der Dichtungshülse eine hohe Flächenpressung,
die zu einer plastischen Verformung und so zu einer besonders guten
Abdichtung führt.
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Bevorzugt
ist die Hülse aus Aluminium gefertigt, welches sich leicht
bei der Montage plastisch verformen lässt.
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Ein
Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Hinweis auf
die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es
stellen dar:
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1:
Eine erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung
im Schnitt ...
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2:
Die Dichtungshülse der Schmelzspinnvorrichtung
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3:
Die Dichtungshülse der Schmelzspinnvorrichtung im montierten
Zustand
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In 1 ist
die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung 1 im
Schnitt dargestellt. Von einer hier nicht gezeigten Schmelzquelle
wird über die Schmelzeleitung 2 schmelzflüssiges
Polymer der Schmelzspinnvorrichtung 1 zuführt.
Die Schmelzspinnvorrichtung 1 enthält ein oder
mehrere Spinnpakete 6, die entweder in zylinderförmigen
Taschen 5 eingeschraubt werden oder lang gestreckt sind
und ebenfalls in Taschen 5 mit Hilfe von Schrauben montiert
werden. Für den Fall, dass mehrere Spinnpakete 6 eingesetzt
werden, enthält die Schmelzspinnvorrichtung 1 einen
Verteiler 3, der die Schmelze über Verteilerleitungen 4 verteilt.
In der Regel enthält der Verteiler 3 eine Dosierpumpe.
Ebenfalls ist es möglich, dass mehrere Verteilerleitungen 4 zu
einem Spinnpaket 6 führen. Dies ist insbesondere
bei großen rechteckig ausgeführten Spinnpaketen 6 der Fall.
Ferner ist es möglich, dass zwei verschiedene Polymere über
getrennte Schmelzeleitungen 2 und Verteilerleitungen 4 einem
Spinnpaket 6 zugeführt werden. An der Unterseite
des Spinn paketes 6 weist dieses eine Vielzahl von Düsenbohrungen
auf, aus denen Filamente 10 extrudiert werden. Diese Filamente
können entweder zu einem Vlies oder zu einem Faden weiter
verarbeitet werden.
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Zwischen
dem Düsenpaket 6 und der Verteilerleitung 4,
die mit der Tasche 5 verbunden ist, ist eine Dichtungshülse 8 vorgesehen.
Die Dichtungshülse 8 ist in eine Aufnahme 9 eingesteckt,
die durch eine Stufenbohrung am Schmelzeeinlass des Düsenpaketes 6 gebildet
wird. Anderes als durch die austretenden Filamente 10 angedeutet,
sind die Spinnpakete 6 in einem vormontierten Zustand dargestellt, in
dem die Dichtungshülse 8 lediglich an der Dichtfläche,
die durch die Innenseite der Tasche 5 gebildet wird, anliegt.
Im endmontierten Zustand ist der Abstand zwischen der Tasche 5 und
dem Spinnpaket 6 minimiert und die Dichtungshülse 8 axial
gestaucht.
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2 stellt
die Dichtungshülse 8 aus 1 im Detail
dar. Die Dichtungshülse 18 gliedert sich axial
in drei Bereiche. Der erste Bereich ist gekennzeichnet durch einen
jeweils äußeren 16 und inneren Zylindermantel 17.
Der untere Abschluss des ersten Abschnitts ist mit einer Schrägung 18 versehen.
Diese Schrägung von erfindungsgemäß 1° bis
20° hat den Vorteil, dass an der Kante zwischen der Schrägung 18 und
dem äußeren Zylindermantel 16 ein schmaler
Grat gebildet wird, der auf Grund seiner kleinen Kontaktfläche
in der Einbausituation eine hohe Flächenpressung bewirkt.
Auf die Einbausituation wird bei der Beschreibung zu 3 näher
eingegangen. In jedem Fall wird der Winkel der Schrägung so
gewählt, dass er einerseits so groß ist, dass
die hohe Flächenpressung erreicht wird, andererseits soll
durch die Schrägung 18 im montierten Zustand möglichst
kein oder nur ein sehr kleiner Spalt verbleiben.
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Im
zweiten Abschnitt 14 geht der innere Zylindermantel 17 über
in einen inneren Kegelmantel 21. Der Kegelwinkel des Kegelmantels 21 weist
gegenüber der Symmetrieachse einen Winkel zwischen 1° und
45° auf. Der äußeren Zylindermantel 16 weist in
diesem Abschnitt eine Kerbe in 19 auf. In jedem Fall befindet sich
die Kerbe bei der in 2 dargestellten Orientierung
oberhalb des Übergangs zwischen dem inneren Zylindermantel 17 und
dem inneren Kegelmantel 21.
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In
einem dritten Abschnitt geht der äußere Zylindermantel 16 über
in den äußeren Kegelmantel 20. In einer
bevorzugten Ausführungsform geht auch der innere Kegelmantel 21 über
in einen Konus 22, der im montierten Zustand für
eine bessere Durchströmung sorgt. Dabei heißt
der Kegelwinkel des Konus 22 gegenüber der Symmetrieachse
einen Winkel zwischen 0° und 45° auf.
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Der
Außendurchmesser 23 der Dichtungshülse 8 weist
bevorzugt einen Durchmesser von 15 mm bis 45 mm auf. Dabei beträgt,
abhängig vom Außendurchmesser 23, die
Differenz zwischen dem Innendurchmesser 25 des inneren
Zylindermantels 17 und dem inneren Durchmesser 24 des
Konus 22 1 mm bis 30 mm.
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3 stellt
die Dichtungshülse 8 im eingebauten und axial
gestauchten Zustand dar. In die axiale Stauchung erfolgt entweder
durch Einschrauben des Spinnpaketes 6 durch ein mit dem
Spinnpaket 6 verbundenen Gewinde oder Bajonett oder aber
durch verschrauben des Spinnpaketes 6 mit Hilfe von Schrauben.
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Durch
die axiale Stauchung ist der äußere Kegelmantel 20 so
umgestülpt worden, dass er direkt an der Dichtfläche 11 anliegt
und somit eine Dichtwirkung zur Tasche 5 bewirkt. Durch
das Umstülpen hat sich zugleich der Außendurchmesser
im Bereich der Kerbe in 19 vergrößert,
so dass auch hier eine Dichtwirkung zwischen den äußeren
Zylindermantel 16 und der auf Aufnahme 9 hergestellt
wird. Die Kegelwinkel des Konus 22 und des inneren Kegelmantels 21 sind
so bemessen, dass eine strömungsgünstige Kontur
im eingebauten Zustand hergestellt wird. Auf Grund des schmalen
Grates zwischen der Schrägung 18 und dem äußeren
Zylindermantel 16 tritt beim axialen Stauchen eine hohe
Flächenpressung zu der Aufnahme 9 auf, die diesen
Grat abdichtend plastisch verformt. Der Winkel der Abschrägung 18 wird
so gewählt, dass der verbleibende Spalt zwischen Abschrägung 18 und
Aufnahme 9 möglichst gering ist.
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- 1
- Schmelzspinnvorrichtung
- 2
- Schmelzeleitung
- 3
- Verteiler
- 4
- Verteilerleitung
- 5
- Tasche
- 6
- Spinnpaket
- 7
- Öffnung
- 8
- Dichtungshülse
- 9
- Aufnahme
- 10
- Filamentschar
- 11
- Dichtfläche
- 12
- Oberfläche
- 13
- erster
Abschnitt
- 14
- zweiter
Abschnitt
- 15
- dritter
Abschnitt
- 16
- äußerer
Zylindermantel
- 17
- innerer
Zylindermantel
- 18
- Schrägung
- 19
- Kerbe
- 20
- äußerer
Kegelmantel
- 21
- innerer
Kegelmantel
- 22
- Konus
- 23
- Außendurchmesser
- 24
- Innendurchmesser
des Konus
- 25
- Innendurchmesser
des inneren Zylindermantels
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4239560
C2 [0004]
- - EP 0545375 B1 [0004]
- - EP 1208250 B1 [0005]