DE19825532A1 - Filtervorrichtung für einen Spinnkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für einen Spinnkopf (10) zur Herstellung von Kunststoffäden, der ein Gehäuse (12) aufweist, in welchem die Kunststoffschmelze vor ihrem Austritt aus den Spinndüsen unter Druck ein Filterelement (18) mit einem Filtermaterial (20) durchströmt, das über eine Verteilereinrichtung (22) in Abhängigkeit von der Stärke des Schmelzedruckes eine axiale Anpreßkraft erfährt, die unter Schließen von Dichtspalten (24) auf die Dichtkanten (26, 28) des Filterelementes (18) einwirkt. Dadurch, daß das Filterelement (18) unter Bildung einer austauschbaren Baueinheit ein Stützrohr (30) mit wandseitigen Fluiddurchlässen (32) aufweist, das von dem Filtermaterial (20) umschlossen ist, das zumindest an einem Ende mit seiner Dichtkante (26) über das Stützrohr (30) axial vorsteht, ist eine Filtervorrichtung für einen Spinnkopf geschaffen, die einen energetisch günstigen Filtrierbetrieb erlaubt, druckstabil ist, eine gute Abdichtung gewährleistet und kostengünstig in der Realisierung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für einen Spinnkopf zur Herstellung von Kunststoffäden, der ein Gehäuse aufweist, in welchem die Kunststoff­ schmelze vor ihrem Austritt aus den Spinndüsen unter Druck ein Filterelement mit einem Filtermaterial durchströmt, das über eine Verteilereinrichtung in Abhängigkeit von der Stärke des Schmelzedruckes eine axiale Anpreßkraft erfährt, die unter Schließen von Dichtspalten auf die Dichtkanten des Filter­ elementes einwirkt.

Beim sogenannten Schmelzspinnen muß die Polymerschmelze unmittelbar vor Durchtritt durch die Düsenplatte einer Feinstfiltration mittels Sandfilter, Metall­ pulverfilter oder Filterkerzen unterworfen werden. Durch die EP 0 658 638 B1 ist es bekannt, die Polymerschmelze durch eine Mehrzahl parallel angeordneter Filterkerzen aus Metallgewebe zu leiten mit dem Nachteil, daß eine gleichmä­ ßige Anströmung sämtlicher Filterkerzen praktisch ausgeschlossen ist, mit der Folge, daß einzelne Filterkerzen bevorzugt verschmutzen und sämtliche Filter­ kerzen nach kurzer Laufzeit gereinigt bzw. ausgetauscht werden müssen.

Bei einem gattungsgemäßen Spinnkopf nach der DE 42 25 341 A1 ist zwar bereits ein einziges Ringfilterelement vorgeschlagen worden, das eine Misch­ einrichtung im Inneren des Gehäuses umfaßt, die dazu dient, den gefilterten Schmelzestrom unter homogener Durchmischung aus dem Filter kommend zusammenzuführen; allein das bekannte Filterelement ist nur wenig druckstabil und die Elastizität des eingespannten Filterelementes reicht nicht aus, um über seine Dichtkanten eine vollständige Abdichtung der möglichen Durchtrittsstel­ len in Form der Dichtspalte zu verschließen. Um diesem Nachteil zu begeg­ nen, ist man in der Praxis zwar schon dazu übergegangen, das Ringfilterele­ ment durch Tellerfilterpakete zu ersetzen; allein durch die dadurch bedingte Umlenkung des Schmelzestromes innerhalb des Filterelementes mit seinen Tel­ lerfilterscheiben kommt es zu einem ungünstigen energetischen Strömungsver­ halten, was den eigentlichen Filtervorgang für die Kunststoffschmelze behindert. Auch ist die dahingehende Lösung teuer in ihrer Realisierung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Filtervorrichtung für einen Spinnkopf zu schaffen, die einen energetisch günstigen Filtrierbetrieb erlaubt, druckstabil ist, eine gute Abdichtung gewährleistet und kostengünstig in der Realisierung ist. Eine dahin­ gehende Aufgabe löst eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 das Filter­ element unter Bildung einer austauschbaren Baueinheit ein Stützrohr mit wandseitigen Fluiddurchlässen aufweist, das von dem Filtermaterial umschlos­ sen ist, das zumindest an einem Ende mit einer Dichtkante über das Stützrohr axial vorsteht, ist eine druckstabile Baueinheit gebildet, die auch bei hohen Schmelzedrücken funktionssicher im Betrieb ist. Da die Durchströmungsrich­ tung für die Kunststoffschmelze über die gesamte Länge des Filterelementes gleichmäßig in einer Richtung erfolgt, ist die Durchströmung energetisch gün­ stig und dem Schmelzedurchfluß wird kein künstlicher Widerstand entgegen­ gesetzt. Durch das vorstehende Ende des Filtermaterials, das die Dichtkante ausbildet, ist bei dem gegebenen Elastizitätsverhalten des Filterelementes eine sichere Abdichtung der möglichen Durchtrittsstellen in Form der Dichtspalte gewährleistet. Da sich das dahingehende Filterelement aus Standardbauteilen erstellen läßt, insbesondere aus üblichen Metallgewebefiltermaterialien, ist seine Herstellung kostengünstig.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Filtervorrichtung für einen Spinnkopf anhand der Zeich­ nung näher erläutert.

Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Spinnkopf der Filtervorrichtung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Filterelement mit Stützrohr und Filtermaterial;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Stützrohr nach der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist als Ganzes mit 10 bezeichnet ein Spinnkopf dargestellt zur Herstellung von Kunststoffäden aus einer Kunststoffschmelze (nicht dargestellt), insbesondere einer Polymerschmelze. Der Spinnkopf 10 weist ein Gehäuse 12 auf in der Art eines Hohlzylinders mit einer oberen Eintrittsöffnung 14 für den Eintritt der Kunststoffschmelze und mit einer unteren Austrittsöffnung 16 für den Austritt der Kunststoffäden (nicht dargestellt). Für die Erzeugung der Kunst­ stoffäden ist die untere Austrittsöffnung 16 in üblicher und daher nicht näher dargestellter Weise mit einer Spinndüsenplatte verschlossen. In Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen stellt die rechte Bildhälfte den Spinnkopf in einer Aus­ gangsstellung dar und die linke Hälfte bezieht sich auf die Betriebsstellung, bei der unter der Druck- und Krafteinwirkung der Kunststoffschmelze die beweg­ baren Teile des Spinnkopfes 10 in ihrer Betriebslage dargestellt sind.

Für einen Filtervorgang der Kunststoffschmelze wird diese vor ihrem Austritt aus den Spinndüsen über die Spinndüsenplatte unter Druck durch ein Filter­ element 18 mit einem Filtermaterial 20 geführt, wobei die Durchströmungs­ richtung radial von außen nach innen erfolgt. Das dahingehende Filterelement 18 ist in einer verbesserten Darstellung in der Fig. 2 gezeigt. Das Filtermaterial 20 erfährt über eine Verteilereinrichtung 22 in Abhängigkeit seiner Stärke des Schmelzdruckes eine axiale Anpreßkraft, die unter Schließen von Dichtspalten 24 als mögliche Durchtrittsstelle für die Kunststoffschmelze auf die Dichtkanten 26,28 des Filterelementes 18 einwirkt. Das Filterelement 18 weist unter Bil­ dung einer austauschbaren Baueinheit, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, ein Stützrohr 30 mit Fluiddurchlässen 32 für die Kunststoffschmelze auf, wobei der einfacheren Darstellung wegen in der Fig. 3, die das Stützrohr 30 zeigt, nicht alle Durchlaßstellen 32 eingezeichnet sind. Diese sind jedoch in 3-er Gruppen einander zugeordnet gleichmäßig längs des Außenumfanges des trommelartigen Stützrohres 30 verteilt. Das Filtermaterial 20 umschließt dabei unter Anlage mit dem Stützrohr 30 dasselbe. Wie die Fig. 2 des weiteren zeigt, steht das Filter­ materiall 20 in Blickrichtung auf die Figur gesehen am oberen Ende mit ihrer Dichtkante 28 über das Stützrohr 30 axial vor.

Das Filtermaterial 20 besteht vorzugsweise aus einem plissierten Filtermantel 34 aus Drahtgewebe, insbesondere in Form von Edelstahl. Zur Verbindung der Mantelenden werden diese über eine Längsschweißnaht (nicht dargestellt) miteinander unter Bildung eines zylindrischen Hohlkörpers verbunden. Anstelle einer Plissierung kann der Filtermantel auch ein- oder mehrlagig um das Stütz­ rohr 30 aufgewickelt werden (nicht dargestellt). Bei der gezeigten Ausführungs­ form besteht der Filtermantel 34 aus einem mehrlagigen Edelstahlgewebe mit einer Filterfeinheit zwischen 5 µm bis 500 µm, insbesondere 50 µm bis 150 µm. Das Filtermaterial ist im Handel auch unter der Markenbezeichnung "Chemi­ cron" erhältlich. Sofern, wie im vorliegenden Fall, der Filtermantel 34 plissiert ist, ergibt sich für jede Filterfalte eine eigenständige Dichtkante 26, 28 auf den gegenüberliegenden Endseiten des Filtermantels 34. Der Filtermantel 34 verfügt über eine vorgebbare Elastizität, die unter der bereits angesprochenen axialen Anpreßkraft während des Filtervorganges, also im Betrieb des Spinnkopfes 10, das Schließen der jeweiligen Dichtspalte 24 über die Dichtkanten 26, 28 des Filterelementes 18 unterstützt. Wie des weiteren die Fig. 2 zeigt, sind dabei die Dichtkanten 26, 28 des Filterelementes 18 gegenüber den endseitigen Kreis­ ebenen 36 des Stützrohres 30 um einen vorgebbaren Winkelbetrag, insbeson­ dere um 15°, in Richtung des Eintritts der Kunststoffschmelze in den Spinnkopf 10 geneigt. Hierdurch entstehen parallel zu den angesprochenen Kreisebenen 36 zwei radiale Dichtflansche 38, die entgegen der Darstellung nach der Fig. 2 bei einem plissierten Filtermantel 34 entsprechend aufgefaltet sind; jedoch außenumfangsseitig die Abdichtung über die Dichtkanten 26, 28 bewerk­ stelligen. Eine wirksame Dichtwirkung und Abdichtung wird über das mit dem Filtermantel 34 zusammenwirkende Stützrohr 30 erreicht, so daß insgesamt das Filterelement 18 die Dichtwirkung erzielt.

Herstellmäßig sind dabei die Dichtkanten 26, 28 des Filterelementes 18 jeweils durch eine Umfangsschweißnaht 40 gebildet (vgl. Fig. 2), die die stirnseitigen Enden entlang der plissierten Falten des Filtermantels 34 vollständig überdeckt.

Die Umfangsschweißnaht 40 ist dabei derart durch Schleifen od. dgl. nachbe­ arbeitet, daß die Dichtkanten 26,28 entlang eines geschlossenen Umfangbogens zur Gewährleistung ihres Dichtungszweckes eben verlaufen.

Die Verteilereinrichtung 22 weist einen Verteilerkopf 42 auf mit einer Druck­ platte 44 an seinem oberen Ende. Der Verteilerkopf 42 ist innerhalb des Gehäuses 12 längsverfahrbar innerhalb einer zylindrischen Stützaufnahme 46 geführt. Das Filterelement 18 umfaßt dabei den Außenumfang des angespro­ chenen Verteilerkopfes 42 und stützt sich mit einem Ende an der Unterseite der Druckplatte 44 und mit dem anderen Ende an einem Vorsprung 48 der Stütz­ aufnahme 46 ab. Die Unterseite der Druckplatte 44 und die Oberseite des Vor­ sprunges 48 sind dabei gleichfalls mit einem Neigungswinkel versehen, der dem Neigungswinkel der Dichtkanten 26 und 28 entspricht und vorzugsweise gegenüber der Horizontalen 15° beträgt.

Der Außenumfang des Filterelementes 18 begrenzt mit der Stützaufnahme 46 einen Zuführraum 50, der derart volumetrisch bemessen ist, daß ein möglicher Totraum geringgehalten ist. Das Stützrohr 30 mit dem Verteilerkopf 42 begrenzt wiederum einen Abgaberaum 52 für die Kunststoffschmelze, wobei der Abga­ beraum 52 auch aus einzelnen Längskanälen bestehen kann, die außenum­ fangsseitig am Verteilerkopf 42 angeordnet in dessen Längsrichtung sich über die gesamte Höhe des Stützrohres 30 erstrecken können. Während der Zu­ führraum 50 in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen sich konisch von oben nach unten verjüngt, erweitert sich der Abgaberaum 52 von oben nach unten ko­ nisch. Es hat sich gezeigt, daß dies zu optimalen Strömungsverhältnissen bei der Durchströmung des Filterelementes 18 führt.

Der Verteilerkopf 42 wirkt in üblicher Weise mit einem Steuerkopf 54 zusam­ men, der längsverfahrbar im Gehäuse 12 entlang der Innenwandung geführt ist und mit zunehmender Zustellbewegung in Richtung des Verteilerkopfes 42 eine randseitige Abdichtung 56 gegenüber dem Gehäuse 12 vornimmt. Für die Zufuhr der Kunststoffschmelze auf die Druckplatte 44 weist der Steuerkopf 54 eine Mittenausnehmung 58 auf und die Kunststoffschmelze verteilt sich von dort aus gleichmäßig über die Oberseite der Druckplatte 44. Über eine um­ fangsseitige Längskanalführung 60 tritt von dort aus die Kunststoffschmelze in den Zuführraum 50. Der Steuerkopf 54 ist gegenüber dem Verteilerkopf 42 über einen federelastischen Abstandshalter 62 abgestützt in der Art eines Teilsegmentes einer Tellerfeder. Der dahingehende Abstandshalter kann sich mit seinem unteren Ende wiederum an einem Randflansch der Stützaufnahme 46 oder am Verteilerkopf 42 für eine Wegbegrenzung des Steuerkopfes 54 entsprechend abstützen. Bei der Zustellbewegung des Steuerkopfes 54 von seiner rechten, nicht betätigten Position in die linke Betriebsposition verfährt er also um eine vorgebbare Wegstrecke. Wird nach Überwindung des freien Federweges des Abstandshalters 62 die dahingehende Kraft in Verbindung mit der Druckkraft der Kunststoffschmelze auf die Druckplatte 44 der Verteilerkopf 42 in derselben Richtung nach unten bewegt, ergibt dies eine erhöhte Klemm­ kraft auf die Dichtkanten 26,28 des Filterelementes 18 und die Dichtspalte 24 als mögliche Durchtrittsstellen zwischen Verteilerkopf 42 und Filterelement 18 bzw. zwischen diesem und der Stützaufnahme 46 sind sicher verschlossen. Über die Elastizität des derart eingespannten Filterelementes 18 ergibt sich dann die erhöhte Dichtwirkung mit einer Verformung der Dichtung selbst.

Claims (10)

1. Filtervorrichtung für einen Spinnkopf (10) zur Herstellung von Kunststoff­ fäden, der ein Gehäuse (12) aufweist, in welchem die Kunststoffschmelze vor ihrem Austritt aus den Spinndüsen unter Druck ein Filterelement (18) mit einem Filtermaterial (20) durchströmt, das über eine Verteilerein­ richtung (22) in Abhängigkeit von der Stärke des Schmelzedruckes eine axiale Anpreßkraft erfährt, die unter Schließen von Dichtspalten (24) auf die Dichtkanten (26, 28) des Filterelementes (18) einwirkt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Filterelement (18) unter Bildung einer austausch­ baren Baueinheit ein Stützrohr (30) mit wandseitigen Fluiddurchlässen (32) aufweist, das von dem Filtermaterial (20) umschlossen ist, das zu­ mindest an einem Ende mit seiner Dichtkante (26) über das Stützrohr (30) axial vorsteht.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (20) aus einem plissierten Filtermantel (34) aus Drahtgewebe gebildet ist, dessen benachbart gegenüberliegenden Enden über eine Längsschweißnaht miteinander verbunden sind.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtermantel (34) über eine vorgebbare Elastizität verfügt, die unter der axialen Anpreßkraft das Schließen der Dichtspalte (24) über die Dicht­ kanten (26, 28) des Filterelementes (18) unterstützt.

4. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtkanten (26, 28) des Filterelementes (18) gegenüber den endseitigen Kreisebenen (36) des Stützrohres (30) um einen vorgeb­ baren Winkelbetrag, vorzugsweise von 5° bis 40°, insbesondere um 15°, in Richtung des Eintritts der Kunststoffschmelze in den Spinnkopf (10) geneigt sind.

5. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtkanten (26, 28) des Filterelementes (18) jeweils durch eine Umfangsschweißnaht (40) gebildet sind, die die stirnseitigen Enden des Filtermantels (34) vollständig überdeckt.

6. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsschweißnaht (40) derart nachbearbeitet ist, daß die Dichtkanten (26, 28) entlang eines geschlossenen, in Falten gelegten Umfangsbogens eben verlaufen.

7. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verteilereinrichtung (22) einen Verteilerkopf (42) mit Druckplatte (44) aufweist, der innerhalb des Gehäuses (12) längsver­ fahrbar innerhalb einer Stützaufnahme (46) geführt ist, und daß das Filter­ element (18) den Außenumfang des Verteilerkopfes (42) umfassend sich mit einem Ende an der Druckplatte (44) und mit dem anderen Ende an der Stützaufnahme (46) abstützt.

8. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des Filterelementes (18) mit der Stützaufnahme (46) einen Zuführraum (50) und das Stützrohr (30) mit dem Verteilerkopf (42) einen Abgaberaum (52) für die Kunststoffschmelze begrenzen.

9. Filtervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkopf (42) mit einem Steuerkopf (54) zusammenwirkt, der längsverfahrbar im Gehäuse (12) geführt ist und mit zunehmender Zustellbewegung in Richtung des Verteilerkopfes (42) eine Abdichtung (56) gegenüber dem Gehäuse (12) vornimmt.

10. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoffschmelze eine Polymerschmelze ist und daß das Filtermaterial (20) aus einem mehrlagigen Drahtgewebe aus Edelstahl besteht.