-
Die Erfindung betrifft eine Filtereinheit für ein Spinndüsenpaket gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Spinndüsenpaket gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
-
Bei der Herstellung von synthetischen Fäden ist es erforderlich, dass eine Schmelze aus einem Polymer mittels eines Spinndüsenpaketes zu einer Vielzahl feinster Filamentstränge extrudiert wird. Hierzu wird die Schmelze unter einem hohen Überdruck durch eine Vielzahl von feinsten Kapillaren des Spinndüsenpaketes gedrückt. Um eine homogene und von feinsten Partikeln befreite Schmelze den Kapillaren zuführen zu können, weisen derartige Spinndüsenpakete eine Filtereinheit auf, die zwischen einem Schmelzeeinlass und den Düsenöffnungen angeordnet ist. Neben der Filtrierung sind dabei jedoch auch der Druckabfall sowie die Scherung vor dem Spinnen und Mischung der Polymerschmelze zu erfüllen, so dass eine Reinheit und eine Homogenität der Schmelze gewährleistet ist.
-
Aus der
EP 0 455 492 A1 ist eine Filtereinheit für ein Spinndüsenpaket bekannt, das eine Mehrzahl von scheibenförmigen Filterelementen aufweist, die übereinander gestapelt innerhalb einer Hülse angeordnet sind. Dabei werden auf einer Einlass- und einer Auslassseite Filterelemente aus einem Sintermaterial und im mittleren Bereich Filterelemente aus einem Drahtgewebe verwendet. Die Filterelemente sind unmittelbar aufeinander liegend angeordnet, so dass die Schmelze im wesentlichen ungemischt die Filterelemente durchdringt. Derartige stapelförmig angeordnete Filterscheiben besitzen den großen Nachteil, dass die Polymerschmelze unzureichend vermischt und geschert wird. Durch die Filterfeinheit der Filterelemente ist zwar ein gewünschter Reinheitsgrad der Schmelze erreichbar, jedoch bei mangelnder Homogenität der Schmelze.
-
Im Stand der Technik sind grundsätzlich andere Formen von Filtereinheiten bekannt, wie sie in Spinndüsenpaketen eingesetzt werden. So geht aus der
DE 101 40 116 A1 eine Filtereinheit hervor, die durch ein Ringfilterelement gebildet wird. Hierbei sind innerhalb eines Spinndüsenpaketes mehrere hohlzylindrische Ringfilterelemente in einer Reihenschaltung hintereinander angeordnet, so dass sich insgesamt eine Tiefenwirkung mit vergrößerter Filterfläche einstellt. Derartige Filterelemente besitzen jedoch auch den Nachteil, dass eine unzureichende Durchmischung der Polymerschmelze eintritt. Insbesondere sind die nicht zu vermeidenden Nahtstellen an den Ringfilterelementen als besonders kritisch anzusehen.
-
Um insbesondere das Mischen und Scheren der Polymerschmelze zu verbessern, ist aus der
DE 100 14 292 A1 eine Filtereinheit bekannt, die einen Sandfilter aufweist. Hierbei wird ein Schüttgut beispielsweise aus Metallpulver verwendet, um die Polymerschmelze zu filtern. Derartige Filtereinheiten besitzen jedoch den Nachteil, dass eine relativ geringe Filterfläche zur Filtrierung zur Verfügung steht und somit nur geringe Standzeiten erreicht werden können. Zudem ist die Montage und Demontage derartiger Sandfilter besonders aufwändig.
-
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Filtereinheit sowie ein Spinndüsenpaket derart weiterzubilden, dass neben der Filtrierung eine ausreichende Durchmischung und Scherung der Polymerschmelze erreicht wird.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine Filtereinheit zu schaffen, die leicht montierbar und wiederverwendbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen benachbarten Filterelementen jeweils ein metallischer Stützring angeordnet ist, dass die Filterelemente zumindest mehrere fotogeätzte Metallsiebe aufweist und dass die Filterelemente und die Stützringe durch eine Diffusionsschweißung nahtlos miteinander verbunden sind.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
-
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb der Filtereinheit mehrere Zwischenräume geschaffen werden, in welcher eine Verteilung und damit eine Mischung der Polymerschmelze möglich ist. Zudem lassen sich durch die fotogeätzten Metallsiebe vordefinierte Lochgrößen und Lochmuster auf die gewünschte Filtrierung und Durchmischung anpassen. Dabei werden in den Übergangsbereichen zwischen den Filterelementen und den Stützringen Unstetigkeiten vorteilhaft dadurch vermieden, dass die Filterelemente und die Stützringe durch eine nahtlose Verbindung einer Diffusionsschweißung miteinander verbunden sind. So ist die Filtereinheit als ein Bauteil in einfacher Art und Weise in einem Spinndüsenpaket montierbar und demontierbar. Darüberhinaus ist der feste Zusammenhalt zwischen den Metallsieben und den Stützringen besonders geeignet, um eine Reinigung der Metallsiebe durchzuführen.
-
Um eine ausreichende Verteilung und Mischung der Polymerschmelze beim Durchfließen der Filtereinheit zu erhalten, sind die Stützringe vorzugsweise mit einer Plattendicke ausgeführt, die größer ist als eine Scheibendicke eines der Filterelemente.
-
Hierbei hat sich insbesondere bewährt, wenn die Plattendicke der Stützringe um einen Faktor >2 größer ist als die Scheibendicke der Filterelemente.
-
Zur Homogenisierung einer Polymerschmelze ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher mehrere Metallsiebe vorgesehen sind, deren fotogeätzten Filterporen jeweils in einem Lochmuster und / oder in eine Lochgröße unterschiedlich ausgebildet sind. So lässt sich eine Zwangsverteilung und Mischung der Polymerschmelze beim Durchdringen aller Filterelemente erzeugen. Durch die Lochgröße der Filterporen lässt sich unmittelbar ein Reinheitsgrad der Polymerschmelze bestimmen.
-
Für die Herstellung von synthetischen Fäden ist die Lochgröße der Metallsiebe bevorzug in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm ausgebildet, wobei innerhalb eines der Metallsiebe die Lochgröße vorzugsweise einheitlich ist. Damit können selbst feinste Filamente durch ein Spinndüsenpaket sicher extrudiert werden.
-
Als Baueinheit ist das Filterelement in beliebigen Spinndüsenpaketen einsetzbar. Bevorzugt wird jedoch die Filtereinheit in Rundspinndüsen verwendet, wobei die Filterelement und die Stützringe einen gleichgroßen Außendurchmesser im Bereich von 30 mm bis 100 mm aufweisen können.
-
Die Filtrierung der Polymerschmelze lässt sich noch dadurch verbessern, indem einige Filterelemente jeweils durch ein Metallfaservlies gebildet sind, die zwischen Stützringen und Metallsieben angeordnet sind. Über die Anzahl der Filterelemente innerhalb der Filtereinheit lässt sich so eine gewünschte Tiefenwirkung und Filterfläche einstellen.
-
Für den Einbau in ein Spinndüsenpaket ist desweiteren vorgesehen, dass die Filterelemente und die Stützringe zwischen einem oberen Druckring und einem unteren Haltering gehalten sind. Hierbei können die Druckkräfte unmittelbar über die Filterelemente und die Stützringe aufgenommen werden.
-
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Filterelemente und die Stützringe innerhalb eines Stützrohres anzuordnen, so dass die innerhalb eines Spinndüsenpaketes auftretenden Druckkräfte von dem Stützrohr abgefangen werden können.
-
Ein erfindungsgemäßes Spinndüsenpaket mit einer erfindungsgemäßen Filtereinheit bietet somit besondere Vorteile, um aus einer gereinigten und homogenisierten Polymerschmelze eine Vielzahl von Filamenten zu extrudieren. Dabei werden hohe Standzeiten erreicht. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Filtereinheit ist das Spinndüsenpaket leicht montierbar. So lässt sich die Filtereinheit schnell auswechseln, um anschließend nach einer Reinigung erneut eingesetzt zu werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der Filtereinheit und eines Ausführungsbeispiels des Spinndüsenpaketes unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtereinheit
- 2 schematisch eine Draufsicht eines Filterelementes des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3
bis
5 schematisch Querschnittsansichten weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Filtereinheit
- 6 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spinndüsenpaketes
-
In der 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtereinheit dargestellt. Die Filtereinheit weist eine Mehrzahl von Filterelementen 1.1 bis 1.8 auf. Die Anzahl der Filterelemente 1.1 bis 1.8 ist hier beispielhaft. So könnte die Filtereinheit mehr als acht Filterelemente oder weniger als acht Filterelemente aufweisen.
-
Zwischen den Filterelementen 1.1 bis 1.8 ist jeweils ein Stützring 2 angeordnet. Die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 sind aus einem metallischen Werkstoff. Hierbei bilden die Stützringe 2 jeweils eine ringförmige umlaufende Kontaktfläche zu den Filterelementen 1.1 bis 1.8. Die Filterelemente 1.1 bis 1.8 weisen im Bereich der Stützringe 2 jeweils einen umlaufenden Schweißrand 5 auf, durch welchen die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 durch eine Diffusionsschweißung nahtlos miteinander verbunden sind.
-
Die Filterelemente 1.1 bis 1.8 weisen jeweils eine Scheibendicke auf, die mit dem Kleinbuchstaben t gekennzeichnet ist. Die Stützringe 2 weisen eine Plattendicke auf, die mit dem Kennbuchstaben b gekennzeichnet ist. Die Plattendicke b der Stützringe 2 ist größer ausgeführt als die Scheibendicke t der Filterelemente. So wird die Plattendicke b der Stützringe 2 bevorzugt um einen Faktor von mind. >2 größer ausgebildet als die Scheibendick t der Filterelemente 1.1 bis 1.8. Der sich an den Filterelementen 1.1 bis 1.8 umlaufende Schweißrand 5 weist eine Stegbreite auf, die mit dem Kleinbuchstaben a gekennzeichnet ist. Der Schweißrand 5 an den Filterelementen 1.1 bis 1.8 ist hierbei im wesentlichen gleichgroß einer Ringbreite der Stützringe 2. Damit lassen sich die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 vorteilhaft durch die Diffusionsschweißung miteinander nahtlos verbinden. Die an den Filterelementen 1.1 bis 1.8 frei zugängliche Durchströmfläche ist mit dem Kennbuchstaben d gekennzeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 kreisrund ausgeführt, so dass die sich insgesamt über einen Außendurchmesser erstrecken, der mit dem Kennbuchstaben D gekennzeichnet ist. Der Außendurchmesser D der Filterelemente 1.1 bis 1.8 liegt je nach Anwendungsfall in einem Bereich von 30 mm bis 100 mm.
-
Die in der Filtereinheit eingesetzten Filterelemente 1.1 bis 1.8 weisen mehrere fotogeätzte Metallsiebe auf. Hierzu ist in 2 beispielhaft eine Draufsicht eines der Metallsiebe dargestellt.
-
Das in 2 dargestellte Metallsieb ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet und bildet eines der Filterelemente 1.1 bis 1.8. Das Metallsieb 3 weist einen umlaufenden Schweißrand 5 und eine Vielzahl von Filterporen 4 auf. Die Filterporen 4 sind innerhalb des Scheißrandes 5 nach einem bestimmten Lochmuster in dem Metallsieb 3 ausgebildet. Dabei weisen die Filterporen 4 eine Lochgröße auf, die im Bereich von 10 µm bis 100 µm ausgebildet sein kann. Das Lochmuster und die Lochgröße der Filterporen 4 in dem Metallsieb 3 werden durch ein Ätzverfahren hergestellt. So können beliebige Lochgrößen und Lochmuster an dem Metallsieb 3 erzeugt werden. Die Scheibendicke der Metallsiebe liegt hierbei im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtereinheit sind mehrere der Filterelemente 1.1 bis 1.8 durch derartige Metallsiebe 3 gebildet. So sind die Filterelemente 1.1 bis 1.3 und 1.6 bis 1.8 als Metallsiebe ausgeführt. Dabei weisen benachbarte Metallsiebe 3 Filterporen mit unterschiedlichem Lochmuster und unterschiedlicher Lochgröße auf. Innerhalb eines der Metallsiebe sind die Lochgrößen jedoch vorzugsweise identisch an den Filterporen ausgeführt.
-
Neben den Metallsieben 3 können ein Teil der Filterelemente 1.1 bis 1.8 auch durch andere Materialien wie beispielsweise einem Metallfaservlies ausgebildet sein. Wesentlich hierbei ist, dass das Metallfaservlies einen umlaufenden Schweißrand 5 zur Abstützung an den Stützringen 2 und zur Schweißverbindung aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind die Filterelemente 1.4 und 1.5 beispielhaft als Metallfaservliese ausgeführt.
-
Im Betrieb wird das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtereinheit von einer Polymerschmelze in vertikaler Richtung durchdrungen. So wird die Polymerschmelze unter Druck durch die Filterelemente 1.1 bis 1.8 gedruckt, wobei die Stützringe 2 zwischen den Filterelementen 1.1 und 1.8 jeweils einen Freiraum bilden, welcher eine Schmelzeverteilung der Polymerschmelze stattfindet. Das Mischen der Schmelze wird dabei durch die unterschiedlichen Lochmuster in den Metallsieben 3 begünstigt. So muss sich die Schmelze nach jedem Filterelement jeweils neue Wege suchen. Damit wird neben der Filtrierung eine intensive Durchmischung mit entsprechender Scherwirkung der Schmelze an den Metallsieben erreicht.
-
Die erfindungsgemäße Filtereinheit lässt sich in unterschiedlicher Ausführungsform in vorhandenen Spinndüsenpaketen integrieren. Einige der konstruktiven Ausführungsformen der Filtereinheit sind nachfolgend in den 3 bis 5 dargestellt.
-
So zeigt die 3 eine feste Ausführungsform, wie die erfindungsgemäße Filtereinheit in einem Spinndüsenpaket integrierbar ist. Hierzu sind die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 zwischen einem unteren Haltering 6 und einem oberen Druckring 7 gehalten. Der Druckring 7 stützt sich unmittelbar an den Filterelementen 1.1 bis 1.8 sowie den Stützringen 2 ab. Dadurch werden die im Einbau auftretenden Druckkräfte unmittelbar von der Filtereinheit aufgenommen. Der Haltering 6 und der Druckring 7 ermöglichen den Einbau in einem Spinndüsenpaket sowie die Aufnahme von Dichtungen.
-
In der 4 ist eine weitere Variante der Filtereinheit im Querschnitt dargestellt. Hierbei sind die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 ebenfalls zwischen einem Haltering 6 und einem Druckring 7 angeordnet. Jedoch in diesem Ausführungsbeispiel weist der Haltering 6 einen Zentrierkragen 8 auf, der die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 von einer Unterseite bis hin zu einer Oberseite umschließt. Der Druckring 7 stützt sich an einem freien Ende des Zentrierkragens 8 des Halterings 6 ab. Damit werden die Druckkräfte von den Filterelementen 1.1 bis 1.8 und den Stützring 2 abgehalten.
-
Eine ähnliche Ausführungsform stellt das Ausführungsbeispiel in 5 dar. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Filterelemente 1.1 bis 1.8 und die Stützringe 2 als ein Bauteil innerhalb eines Stützrohres 9 gehalten. Das Stützrohr 9 erstreckt sich über die Länge der Filtereinheit hinaus, so dass die Druckkräfte von dem Stützrohr 9 aufgenommen werden können.
-
Die erfindungsgemäße Filtereinheit ist somit besonders geeignet, um als ein Bauteil in einfacher Art und Weise in einem Spinndüsenpaket integriert zu werden. So lässt sich die Filtereinheit nach einer Reinigung auch uneingeschränkt wiederverwenden.
-
In der 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spinndüsenpaketes zum Extrudieren von Fasern dargestellt. Das Spinndüsenpaket ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind nur die wesentlichen Bauteile eines Spinndüsenpaketes 10 dargestellt. Das Spinndüsenpaket 10 weist die erfindungsgemäße Filtereinheit auf, die mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet ist. Zur Aufnahme der Filtereinheit 11 weist das Spinndüsenpaket 10 ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 trägt an einer Unterseite eine Spinndüsenplatte 13. Die Spinndüsenplatte 13 weist an einer Unterseite mehrere Düsenöffnungen 16 auf, die über Kapillare 17 mit einem inneren Schmelzeraum 18 verbunden sind.
-
An der Oberseite der Spinndüsenplatte 13 stützt sich die Filtereinheit 11 über einen Haltering 6 an der Spinndüsenplatte 13 ab. Hierbei wird die Filtereinheit 11 innerhalb des Gehäuses 12 durch ein Druckstück 14 und dem Druckring 7 an der Spinndüsenplatte 13 gehalten. Das Druckstück 14 bildet einen Schmelzeeinlass 15, der in einen Filterraum 19 oberhalb der Filtereinheit 11 mündet. Der Filterraum 19 und der Schmelzeraum 18 sind über jeweils eine Dichtung 20 nach außen hin abgedichtet.
-
Im Betrieb wird über den Schmelzeeinlass 15 eine Polymerschmelze unter Druck mittels einer Spinnpumpe zugeführt. Die Polymerschmelze gelangt in den Filterraum 19 und durchdringt die Filterelemente 1.1 bis 1.8 der Filtereinheit 11. Nach der Filtrierung gelangt die Polymerschmelze in den Schmelzeraum 18 und wird über die Düsenöffnungen 16 an der Unterseite der Spinndüsenplatte 13 zu feinen Fasern extrudiert.
-
Das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel des Spinndüsenpaketes 10 sowie der Filtereinheit 11 sind in ihrem Aufbau beispielhaft. Grundsätzlich lassen sich auch quaderförmige Filterelemente mit Rechteckdüsen kombinieren. Zudem ist die Anzahl der Metallsiebe innerhalb der Filtereinheit sowie die Anzahl von Filterelementen mit Metallfaservliesen beliebig kombinierbar. Wesentlich hierbei ist, dass zwischen den Filterelementen Stützringe gehalten sind, um einerseits eine Schweißverbindung der Filterelemente und der Stützringe zu realisieren und andererseits Freiräume zwischen den Filterelementen zu schaffen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0455492 A1 [0003]
- DE 10140116 A1 [0004]
- DE 10014292 A1 [0005]
