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Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung mit mehreren Spinndüsenpaketen, mit mehreren den Spinndüsenpaketen zugeordneten Verteilerleitungen und mit einer Spinnpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden werden pro Faden jeweils eine Vielzahl von Filamentsträngen durch mehrere nebeneinander in einem beheizten Spinnbalken angeordneten Spinndüsenpaketen extrudiert. Hierzu ist jedes der Spinndüsenpakete über eine Verteilerleitung mit einer Spinnpumpe verbunden, durch welche eine Polymerschmelze mit einem Betriebsdruck im Bereich von 200 bis 300 bar zugeführt wird. In Abhängigkeit vom Typ des Polymers wie beispielsweise ein CDP-PET wurde nun festgestellt, dass dieses Polymer im Laufe der Zeit vergelt und in den schmelzeführenden Bauteilen zu Verstopfungen führen können. Insbesondere sind dabei Verteilerleitungen gefährdet, die aufgrund eines zu starken Überdruckes platzen könnten.
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Um derartige ungewünschte Zustände innerhalb der Schmelzspinnvorrichtung zu erhalten, ist aus der
DE 196 32 878 A1 eine Schmelzspinnvorrichtung bekannt, bei welcher innerhalb einer Anschlussplatte auf der Auslassseite einer Spinnpumpe jedem Pumpenauslass ein Überdrucksicherheitsventil zugeordnet ist. Derartige Überdrucksicherheitsventile besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass die Funktion von einer Feder abhängig ist, deren Federspannung aufgrund von Alterung nicht konstant ist. So ändern sich die Auslösedrucke innerhalb eines Lebenszyklus.
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Aus der
JP 2001-049517 A ist eine gattungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung bekannt, bei welcher auf der Auslassseite einer Spinnpumpe eine metallische Dichtung mit mehreren auf die Pumpenauslässe verteilte Buchsen angeordnet ist. Jeder Buchse ist innerhalb der Dichtung am Umfang ein Entlassungskanal zugeordnet, der nach außen hin offen ist. Hierbei werden die Dichtbuchsen genutzt, um eine Sollbruchstelle im Fall eines erhöhten Druckes zur erhalten, so dass die Schmelze über den angrenzenden Entlastungskanal abgeführt werden kann. Aufgrund der Doppelfunktion der Dichtbuchsen zum Abdichten und zur Druckabsicherung lassen sich die Wandungen nicht allein auf die Anforderungen einer Drucksicherung auslegen. Darüberhinaus kann bei einem Überdruck der Entlastungsstrom der Schmelze in Abhängigkeit von dem Entlastungskanal an verschiedenen Stellen am Umfang der Dichtung austreten.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung mit einer Überdrucksicherungseinrichtung auszuführen, die funktionssicher und kostengünstig realisierbar ist.
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Ein weiters Ziel der Erfindung liegt darin, eine Absicherung des Betriebsdruckes auf der Auslassseite der Spinnpumpe zu realisieren, deren Auslösedruck in engen Grenzen tolerierbar ist und im wesentlichen über der Lebensdauer konstant bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bersthülsen innerhalb der Anschlussplatte in den Schmelzekanälen integriert sind und dass die Entlassungskanäle miteinander verbunden sind und durch einen gemeinsamen Entlastungsauslass in einen Entlastungsraum münden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.
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Durch die Integration der Bersthülsen in den Schmelzkanälen lassen sich diese konstruktiv allein auf die Absicherung eines Überdruckes innerhalb der Schmelzekanäle auslegen. Damit wird gewährleistet, dass bei Auftreten eines unzulässigen Überdruckes an den Bersthülsen eine schnelle Reaktion in Form eines Aufplatzens eintritt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei Entlastung die abgeführte Schmelze nur einem zentralen Entlastungsauslass zugeführt wird. Somit ist es unabhängig davon, in welcher Verteilerleitung oder Spinndüsenpaket eine Verstopfung vorliegt. Dem Entlastungsauslass lässt sich somit ein definierter Entlastungsraum zuordnen, in welchem eine Schmelze aufgefangen und leicht entsorgt werden kann.
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Um die Empfindlichkeit und Reaktionsfähigkeit der Bersthülsen noch zu verbessern, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung es vorgesehen, dass die Schmelzekanäle im Bereich der Bersthülsen jeweils durch eine die Bersthülse ummantelnde Entlastungskammer unterbrochen sind. Damit wird erreicht, dass ein Mantelbereich der Bersthülse ohne jegliche äußere Abstützung gehalten werden kann, um einen Innendruck des Schmelzestromes innerhalb der Bersthülse abzusichern.
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Damit die im Entlastungsfall austretende Schmelze aus den Entlastungskammern abgeführt werden, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Entlastungskammern durch die Entlastungskanäle miteinander verbunden sind und bei welcher eine der Entlastungskammern mit dem an der Anschlussplatte ausgebildeten Entlastungsauslass verbunden ist.
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Die Spinndüsenpakete und die Verteilerleitungen sind üblicherweise in einem beheizten Spinnbalken angeordnet, der auch die Spinnpumpe trägt. So werden die schmelzeführenden Teile vor Prozessbeginn auf eine für die Schmelzeführung erforderliche Temperatur erhitzt. Um einen durch Ausdehnung der Luft hervorgerufene Überdruck in den Entlastungskanälen der Anschlussplatte zu vermeiden, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der Entlastungsauslass durch eine Entlüftungsbohrung in der Anschlussplatte gebildet ist, die im Durchmesser kleiner ist als ein Kanalquerschnitt der Entlastungskanäle. So kann während der Aufheizung der Anschlussplatte die darin eingeschlossene Luft expandieren und entweichen. Zudem ist in einem Störungsfall durch austretende Schmelze ein Druckabbau des überlasteten Anschlusses möglich.
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Für den Fall, dass dem Entlastungsauslass ein geeigneter Entlastungsraum zum Auffangen der Schmelze zugeordnet ist, wird die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt genutzt, bei welcher der Entlastungsauslass an der Anschlussplatte durch einen Verschlussstopfen derart verschlossen ist, dass ein vorbestimmter Innendruck zum Herausdrücken des Verschlussstopfens führt. So lässt sich einerseits ein gewisser Innendruck vor dem Entlastungsauslass aufbauen und andererseits eine Entlastung des überlasteten Anschlusses erreichen.
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Damit im Störungsfall eine möglichst schnelle Abschaltung der Spinnpumpe ausgeführt werden kann, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher dem Entlastungsauslass eine Messbohrung vorgeordnet ist, an welchem ein Drucksensor angeschlossen ist. Sobald ein Störungsfall eintritt und eine austretende Schmelze am Entlastungsauslass zu einem Druckanstieg führt, lässt sich dieser unmittelbar feststellen.
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Daher ist der Drucksensor bevorzugt direkt mit einer Steuereinrichtung verbunden, durch welche ein Pumpenantrieb der Spinnpumpe steuerbar ist. Damit lässt sich unter Umständen sogar ein Austreten des Schmelzestromes aus dem Entlastungsauslass vermeiden oder zumindest minimieren.
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In Abhängigkeit vom Betriebsdruck und der zulässigen Überlastsicherung wird die Bersthülse bevorzugt aus einem Stahl mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,5 mm gebildet. Durch eine exakte Wandstärkenabstufung können hierbei engtolerierte Berstdrücke an der Bersthülse gewährleistet werden.
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Zur Aufnahme der Bersthülsen ist die Anschlussplatte bevorzugt zweiteilig ausgebildet, so dass ein Austausch und Auswechseln der Bersthülsen in einfacher Art und Weise möglich ist. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Anschlussplatte einteilig auszubilden, die beispielsweise durch ein 3D-Druckezreugnis oder als metallischer Guss gebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung zeichnet sich durch eine besonders kostengünstige Lösung für eine Überdrucksicherung aus, bei welchen sowohl die Verteilerleitungen als auch die Spinndüsenpakete gegen eine Überlast des Schmelzedruckes geschützt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung
- 2 schematisch eine Längsschnittansicht der Anschlussplatte des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3 schematisch eine Querschnittsansicht der Anschlussplatte des Ausführungsbeispiels aus 1
- 4 schematisch eine Querschnittsansicht einer Anschlussplatte eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung schematisch dargestellt. Hierbei sind nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bauteile der Schmelzspinnvorrichtung dargestellt.
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So weißt die Schmelzspinnvorrichtung eine Spinnpumpe 1 auf, die über einen Pumpeneinlass 5 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle verbunden ist. Die Spinnpumpe 1 wird über den Pumpenantrieb 6 angetrieben. Der Spinnpumpe 1 sind mehrere Spinndüsenpakete 2.1 bis 2.4 zugeordnet, die über mehrere Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 mit der Spinnpumpe 1 verbunden ist. Die Spinnpumpe 1 ist hierzu als eine Mehrfachpumpe mit mehreren Pumpenauslässen ausgebildet. Die Pumpenauslässe sind durch eine Anschlussplatte 4 mit den Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 verbunden. Hierzu ist innerhalb der Anschlussplatte 4 jedem Pumpenauslass und jedem der Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 ein Schmelzekanal zugeordnet. Die Ausbildung der Anschlussplatte 4 wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Die Spinndüsenpakete
2.1 bis
2.4 weisen an ihren Unterseiten jeweils eine Düsenplatte
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2.1 bis
2.4 ist hinlänglich bekannt und beispielsweise in der
DE 10 2008 035 964 A1 offenbart. Insoweit wird an dieser Stelle keine weiteren Erläuterung gegeben und Bezug zu der zitierten Druckschrift genommen.
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Die Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 sowie die Spinndüsenpakete 2.1 bis 2.4 sind üblicherweise in einem beheizten Spinnbalken angeordnet und werden auf die zum Schmelzspinnen üblichen Temperaturen im Bereich von 220 bis 320°C erwärmt. Die Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 werden dabei bevorzugt durch metallische Rohrleitungen gebildet. Die Anschlussplatte 4 mit der Spinnpumpe 1 ist dabei bevorzugt an einer beheizten Oberseite des Spinnbalkens gehalten.
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Um bei einer Verstopfung in einer der Spinndüsenpakete 2.1 bis 2.4 oder einer der Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 eine unzulässige Druckerhöhung zu vermeiden, ist in der Anschlussplatte 4 eine Drucksicherungseinrichtung integriert. Hierzu ist die Anschlussplatte 4 wie aus den Darstellungen in 2 und 3 hervorgeht, ausgebildet.
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In 2 ist eine Längsschnittansicht der Anschlussplatte 4 und in 3 eine Querschnittansicht der Anschlussplatte 4 schematisch dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
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Aus der Darstellung in 2 geht hervor, dass den Pumpenauslässen 7.1 und 7.2 jeweils ein Schmelzekanal 8.1 und 8.2 innerhalb der Anschlussplatte 4 zugeordnet sind. In den Schmelzekanälen 8.1 und 8.2 sind innerhalb der Anschlussplatte 4 jeweils eine Bersthülse 9.1 und 9.2 integriert. Im Bereich der Bersthülsen 9.1 und 9.2 sind die Schmelzekanäle 8.1 und 8.2 jeweils durch eine Entlastungskammer 11.1 und 11.2 unterbrochen. Die Entlastungskammern 11.1 und 11.2 werden durch die Bersthülsen 9.1 und 9.2 durchdrungen und bilden somit einen mantelförmigen Freiraum an dem Umfang der Bersthülsen 9.1 und 9.2. Die Entlastungskammern 11.1 und 11.2 sind durch einen Entlastungskanal 10.1 miteinander verbunden.
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Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, weist die Anschlussplatte 4 insgesamt vier Schmelzekanäle 8.1, 8.2, 8.3 und 8.4 auf, die den insgesamt vier Pumpenauslässen der Spinnpumpe 1 zuordnet sind. Die Schmelzekanäle 8.1 bis 8.4 durchdringen die Anschlussplatte 4 und verbinden die Pumpenauslässe mit den Verteilerleitungen. In jedem der Schmelzekanäle 8.1 bis 8.4 ist jeweils eine Bersthülse 9.1 bis 9.4 integriert. Am Umfang der Bersthülsen 9.1 bis 9.4 sind die Entlastungskammern 11.1 bis 11.4 ausgebildet. Die Entlastungskammern 11.1 bis 11.4 sind durch mehrere Entlastungskanäle 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 miteinander verbunden. Die Entlastungskammer 11.3 ist zusätzlich mit einem Entlastungsauslass 12 am Umfang der Anschlussplatte 4 verbunden. Der Entlastungsauslass 12 am Umfang der Anschlussplatte 4 ist durch eine Entlüftungsbohrung 14 ausgebildet. Die Entlüftungsbohrung 14 weist hierbei einen wesentlich kleineren Durchmesser auf, als ein Kanalquerschnitt der Entlastungskanäle 10.1 bis 10.4.
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Dem Entlastungsauslass 12 ist eine Messbohrung 15 vorgeordnet, an welcher ein Drucksensor 16 angeschlossen ist.
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Wie aus der Darstellung in 1 hervorgeht, ist der Drucksensor 16 mit einer Steuereinrichtung 17 verbunden, die den Pumpenantrieb 6 steuert.
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Im Betrieb wird über den Pumpeneinlass 5 der Spinnpumpe 1 kontinuierlich eine Polymerschmelze zugeführt. Die Spinnpumpe 1 erzeugt hieraus vier Teilströme der Polymerschmelze, die mit einem Überdruck im Bereich von 150 bar bis 300 bar den Spinndüsenpaketen 2.1 bis 2.4 zugeführt werden und von den Spinndüsenpaketen 2.1 bis 2.4 zu feinen Filamenten extrudiert werden. Hierbei durchlaufen die Teilströme der Polymerschmelze die Schmelzekanäle 8.1 bis 8.4 mit den darin enthaltenen Bersthülsen 9.1 bis 9.4, um anschließend über die Verteilerleitungen 3.1 bis 3.4 zu den entsprechenden Spinndüsenpaketen 2.1 bis 2.4 zu gelangen.
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In dem Fall, dass aufgrund verstopfter oder verschlossener Düsenkapillaren einer der Spinndüsenpakete 2.1 bis 2.4 oder einer Verteilerleitung 3.1 bis 3.4 ein ungewünschter Druckanstieg verursacht wird, tritt die den Anschluss betreffende Bersthülse 9.1 bis 9.4 in Funktion. So wird bei Erreichen einer vordefinierten Überbelastung im Betriebsdruck die betreffende Bersthülse 9.1 bis 9.4 zerplatzen, so dass ein Entlastungsstrom in die betreffende Entlastungskammer 11.1 bis 11.4 eintritt und übe die Entlastungskanäle 10.1 bis 10.4 zu dem Entlastungsauslass 12 führt. Aufgrund der Entlüftungsbohrung 14 wird der Austritt des Entlastungsstromes in einen Entlastungsraum 13 gedrosselt. Die Drosselung führt zu einem Druckanstieg, der unmittelbar über die Messbohrung 15 durch den Drucksensor 16 erfasst wird. Das Sensorsignal des Drucksensors 16 wird der Steuereinrichtung 17 aufgegeben, durch welche der Pumpenantrieb 6 deaktiviert wird. Damit ist ein schnelles Abschalten der Spinnpumpe 1 im Störungsfall gewährleistet.
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Die Entlüftungsbohrung 14 hat zudem die Aufgabe, eine beim Aufheizen der Anschlussplatte 4 eingeschlossene und expandierende Luft in die Umgebung abgeben zu können. Somit wird ein Umgebungsdruck im Bereich der Entlastungskanäle 10.1 bis 10.4 und Entlastungskammern 11.1 bis 11.4 selbst nach Aufheizung der Anschlussplatte 4 gewährleistet.
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Bei welchem der Druck der Überbelastung ein Zerplatzen einer der Bersthülsen 9.1 bis 9.4 erreicht, hängt von der Ausbildung der Bersthülse ab. So wird die Bersthülse bevorzugt aus einem Stahl gefertigt, so dass allein über die Wandstärke eine Einstellung der Überbelastung erreicht werden kann. In Abhängigkeit von den Betriebsdrücken und den Überlastdrücken sind Wandstärken der Bersthülsen 9.1 bis 9.4 im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm üblich.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anschlussplatte 4 auf der Auslassseite der Spinnpumpe 1 als eine einteilige Platte ausgebildet, die beispielsweise aus einem 3D-Druckerzeugnis oder einem metallischen Gusserzeugnis gebildet sein kann. Alternativ besteht jedoch die Möglichkeit, die Anschlussplatte 4 geteilt auszuführen, um nach einem störungsfreien Austausch der betroffenen Bersthülse in einfacher Art und Weise vornehmen zu können.
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Für den Fall, dass die Spinnpumpe 1 und die Anschlussplatte 4 mit einem geeigneten Entlastungsraum 13 kombinierbar sind, lässt sich eine alternative Ausführung der Anschlussplatte 4 in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nutzen. So ist in 4 eine Querschnittsansicht einer Anschlussplatte 4 dargestellt, wie sie alternativ in dem in 1 dargestellten Schmelzspinnvorrichtung eingesetzt werden könnte. Das Ausführungsbeispiel der Anschlussplatte in 4 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 3. Insoweit wird nachfolgend nur der Unterschied erläutert und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen.
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Bei dem in 4 dargestellten Anschlussplatte 4 ist der Entlastungsauslass 12 durch einen Verschlussstopfen 18 verschlossen. Der Entlastungsauslass 12 ist hierbei mit der Entlastungskammer 11.3 verbunden. Der Verschlussstopfen 18 ist derart in dem Entlastungsauslass 12 gehalten, so dass zunächst ein leichter Druckanstieg innerhalb der Entlastungskanäle 10.1 bis 10.4 und den Entlastungskammern 11.1 bis 11.4 entsteht. Erst bei Erreichen eines Mindestdruckanstieges wird der Verschlussstopfen aus dem Entlastungsauslass 12 herausgedrückt und gibt somit den Weg frei für den Entlastungsstrom der Schmelze in den angrenzenden Entlastungsraum 13. Somit besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, über den Druckanstieg mittels eines Drucksensors eine schnelle Reaktion zur Abstellung der Spinnpumpe zu erhalten.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Anzahl der Pumpenauslässe und damit die Anzahl der Schmelzekanäle in der Anschlussplatte beispielhaft.
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Grundsätzlich können auch 6, 8 oder noch mehr Teilströme einer Schmelzspinnvorrichtung in der Art und Weise gegenüber Belastung gesichert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19632878 A1 [0003]
- JP 2001049517 A [0004]
- DE 102008035964 A1 [0023]
