DE2062469A1

DE2062469A1 - Vorrichtung zum Fördern, Mischen und Homogenisieren eines hochviskosen Materials

Info

Publication number: DE2062469A1
Application number: DE19702062469
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 6000 Bergen-Enkheim Ruf
Original assignee: Zimmer AG Planung und Bau v. Industrieanlagen, 6000 Frankfurt
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1972-06-29
Also published as: US3740025A; GB1322649A

Description

Vorrichtung zum Fördern, Mischen und Homogenisieren eines hochviskosen Materials.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern, Mischen und Homogenisieren eines hochviskosen Materials, insbesondere einer einen Zusatz enthaltenden Schmelze aus synthetischen linearen Hochpolymeren und deren Mischpolymeren mit einer Zahnradpumpe, der druckseitig ein zur Einspeisung eines Zusatzstromes vorgesehener Raum und ein Mischteil nachgeschaltet sind.

Bei der Herstellung von Fäden, Fasern, Kabeln, Bändern und dgl. aus synthetischen linearen Hochpolyaeren wird bei bekannten Spinnverfahren die hochviskose Schmelze mittels einer oder mehrerer geeigneter Dosier- oder Spinnpumpen, die im allgemeinen als Zahnradpumpen ausgeführt sind, einem Spinndüsenblock zugeführt, durch in diesem befindliche Siebanordnunsen und Stützplatten gepreßt und mittels nachfolgender häufig in Mehrlochspinndüsonplatten vorgesehenen Düsenöffnungen zu beispielsweise Fäden geformt, Der Spinnpumpe kommt die Aufgabe zu, einerseits die Schmelze

209827/0803

/2

BAD ORIGINAL

in genau bemessenen zeitlich konstant bleibenden Mengen der Spinndüsenplatte anzuliefern und andererseits den für die Ausspinnung von Fäden und dgl. erforderlichen hohen Druck bis zu 12o atü und darüber aufzubauen.

Infolge der hohen Viskosität des fadenbildenden Materials und der dadurch bedingten laminaren Strömung bilden sich innerhalb der Produktleitungen Stromfäden unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit und somit ein uneinheitliches Verweilzeitspektrum der Schmelze in der Produktleitung aus. Dies hat zur Folge, daß unter ungünstigen Bedingungen zum Teil erhebliche Temperaturdifferenzen innerhalb des Schmelze-Stromes auftreten, da die an der Rohrwandung langsam fließenden Stromfäden einerseits durch ihre Lage und andererseits durch ihre höhere Verweilzeit gegenüber den schneller fließenden Kernstromfäden stärker erwärmt werden, was zu nachteiligen unterschiedlichen Veränderungen der Schaelze, z. B. zu thermischem Abbau fuhrt. Von besonderen Nachteil 1st hierbei auch, daft die unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit der Btroafftden auch nach dem Durchgang durch die Siebanordnung und die Stützplatten in wesentlichen erhalten bleibt und somit zu unterschiedlichen Eigenschaften der aus deft Spinnöffnungen austretenden Fäden oder dgl. Je nach ihrer Position in der llehrlochspinndüsenplatte führt. Dies ist Insbesondere dann störend, wenn die Schmelze einen_r^usatz, z. B. ein Pigment enthält, dessen Beigabe in vielen Fällen erst kurz vor der Ausspinnung, d. h. vor dem Austritt der Schmelze aus den Spinndüsen erfolgt. Die in diesem Fall aus den Spinndüsen einer llehrlochspinndüsenplatte austretenden Einzelfäden können sich in ihrer Zusatzkonzentration erheblich voneinander unterscheiden. Eine aus derartigen Einzelfäden bestehende Vadenzusammenfassung wäre aber für die Weiterverarbeitung völlig ungeeignet.

BAO ORIGINAL

209827/0803

Um dieser Schwierigkeit zu bepe^nen, wurde schon vorgeschlagen, eine im wesentlichen einheitliche Strömungstfcschwinditakelt und Vermischung des fadenbildenden Materials mitteln geeigneter Einbauten in der Produktleitung zu erreichen. So ist nach der DAS 1 2οΠ 417 eine Vorrichtung bekannt, die in der Produktleitung einen fest stehenden Verteilerkörper mit Kanälen zur unterteilten Zuführung des fadenbildenden Materials in einen Sammelraum vor dem Filterpaket vorsieht, wobei die Kanäle des Verteilerkörpers sich vor der Einmündung in einen gemelnsfmen Sirrunelraum 'kreuzen. Durch diesen Verteilerkörper soll der Schmelzostron in mehrere Teilßtröme verzweigt werden, die so geführt sind, daß sie an mehreren Uberschneidungspunkten miteinander in Berührung gebracht werden. Durch diese Überschneidungspunkte soll eine Durchmischung und ein Ausgleich der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Teilströme und somit der einzelnen Stromfäden erreicht werden. Vor dem Verteilerkörper let hierbei ausserdem ein Raum zur Einspeisung eines Zusätze tr cunes vorgesehen, wobei der eingespeiste Zusatz mit Hilfe des Verteilerkörpere dem Schmelzestrom beigemischt werden soll.

Eine Vermischung des eingespeisten Zusatzes Bit dem Schaelzestroa kann mit diesem vorgeschlagenen statischen Mischer aber nicht erreicht werden. Vor dem fest stehenden Verteilerkörper bewegen sich die Stromfäden des Schmelzestromes nit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so daß der Zusatz nur von einem oder zwei, aber keinesfalls gleichmäßig von allen Stromfäden aufgenommen wird. Dadurch wix'd am Ende äe,s Verteilerkörpers nicht einmal dann ein homogenisierter Schmelzestrom erhalten, wenn in Verfolg des der DAS zugrundeliegenden Gedankens jeder Teilstrom mit allen anderen Teilströmen an mindestens einer Kreuzungsstelle in Berührung käme. Wird nämlich eine Kreuzunrcssteile betrachtet, an der

/4

BAD ORIGINAL

7 0 3 8 2 7 / 0 8 C 3

zwei Teilströiae aufeinandertreffen, so zeigt sich bei der hier vorliegenden laminaren Strömung eindeutig, daß die Töilströme sich nochmals teilen und jeweils die Hälfte des einen Teilstromes mit der HKIfte des anderen Tei!stromes unter Bildung einer klaren Trennungslinie zwischen beiden Strömen weiter fließen.

Auch die Erzielung eines einheitlichen Verweilzeitspelitrums des Schmelzestromes ist mit diesen bekannten statischen Mischer nicht möglich, da hierzu einerseits die an der Wandung der Produktleitung langsamer fließenden Randstromfäden nach innen und andererseits die schneller fließenden Kernstromfäden nach außen geführt werden müßten. Dies geschieht aber «it der bekannten Vorrichtung ebenfalls nicht. Als weiterer Nachteil ist der Umstand anzusehen, daß der vorgeschlagene Verteilerkörper ein beachtliches Strömungshindernis darstellt und vomit an die Zahnradspinnpumpe wegen des erforderlichen hohen Spinndruckes erhebliche Anforderungen gestellt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Nachtelle zu überwinden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die in einfacher Welse eine Homogenisierung des Schmelzestromes und ggf. eine Mischung des Schmelzestromes alt einem Zusatzstrom unmittelbar vor. dem Ausepinnen bei sehr geringem Raumbedarf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mischteil eine synchron mit den Zahnrädern der Zahnradpumpe Angetriebene von einem Gehäuse eng umgebene Schnecke ist. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß unmittelbar nach der Einspeisung eines Zusatzstromes und unmittelbar vor dem Ausspinnen der Schmelze

/5 BAD ORIQiNAL

209827/0803

durch die angetriebene Schnecke innerhalb des Mischteiles Schlepp-, Druck* und Spaltetrömungen entstehen und somit ein dynamischer Mischvorgang bewirkt wird. Durch die aktive Einwirkung der angetriebenen Schnecke auf den Schmelzestrom werden die einzelnen Stromfäden hinsichtlich ihrer Lage und Geschwindigkeit in der Produktleitung während des Durchganges durch den Mischteil so verändert, daß nach Austritt aus dem Mischteil ein gleichmäßiges VerweilzeitSpektrum des Schmelzeetrottes erreicht ist. Ein eingespeister Zusatzstrom wird durch die intensive Mischwirkung der an den Stegkanten der Schnecke auftretenden Scherkräfte gleichmäßig und vollständig in den Schmelzestrom eingemischt. Das in gleicher Zusammensetzung au» sämtlichen Düsenöffnungen der MehrlochspinndÜsenplatte auetretende hochviskose Material fuhrt zu einer Mehrzahl von Einzelfäden gleicher Beschaffenheit.

01· für dft« Schmelzepinnverfahren erforderliche hohe Dosiergenauigkeit der Zahnradpumpe bleibt auch mit der erfindungsgealfien Ausbildung voll erhalten. Durch den druckeeitig der Zahnradpumpe vorgesehenen linbau des Mischte!los wird der durch die Zahnradpumpe aufgebaute Druck bis zu einem gewiesen Grade unter Umwandlung in Strömungsenergie zwecke intensiver Homogenisierung und Durchmischung abgebaut. Der Mischteil kann demnach in seiner Geometrie so ausgelegt werden, d*4 er bei einem bestimmten L/D-Verhältnis und einer bestimmten Drehzahl eine optimale Misch- und Homogenisierungsfunktion ausübt. Da der Antrieb der Sennecke erfindungsfemlA synchron mit dem der Zahnräder der Zahnrad*» pumpe erfolgt, wird in einfacher Weise erreicht, daß die Drehzahl der Zahnradpumpe der Drehzahl der Schnecke stets entspricht, wodurch die durch die konstruktive Ausführung der Schnecke optimale Misch- und Homogenisierungswirkung innerhalb tfestimmter Drehzahlbereiche voll erhalten bleibt. Somit wird mittels eines einzigen geeigneten Regel-

209827/0803

■ ·' 20,8.2489-.

getriebes die Drehzahl der Zahnradpumpe immer gemeinsam mit der Drehzahl des llischteiles gesteuert. Durch den der Zahnradpumpe nachgeschalteten Mischteil wird zur loo%igen Füllung der Saugseite der Pompe kein höherer Druck benötigt als bei entsprechenden Vorrichtungen ohne Mischteil.

Der Antrieb des Mischteiles erfolgt vorteilhaft dadurch, daß vorzugsweise die direkt angetriebene Zahnradwelle auf der Druckseite der Zahnradpumpen mit eimern verlängerten Wallenende versehen ist, an dera die Schnecke drehfest und gleichachsig befestigt ist. Mit dieser ebenso einfachen wie wirkungsvollen Lösung wird ein© störunanfällige Vorrichtung geschaffen, die äußerst-platzsparend baut und somit auch dea Einsata in sehr eng bemessenen. Spinnanlagen eraö§liefat„. , ■

Dem Mischteil Icommt ·« wie oben schon erwähnt « nuj? die Funktion des Mlschens und Homogenisierens asu, da der für das Ausspiraien erforderliche Druck allein von der Zahnradpumpe aufgebaut wird. Sonit k&nn elis Ausführung eier* Schnecke »el des Gehäuses ausschließlich im Hinblick auf eine optimale lfiecit·» tine! HQiwgeuisir-nw.gsfuiikticsii ausgebildet w©2*€ieR„ Is einer, feierfiir gut geeigneten Aus£uhs>ung der Erfindung wird die Inneiiwaaiiuiig des Gehäuses im weseatllcteea z|?liadriscli · ausgebildet und nit Sefep-eeteenglnge© iferceihoE,. B©r fMt sli© MlsciiaB-g imu Howogep.i^ie-s^ng wisfetif© ^sfecF^ff&kt. tritt soroit nicht nur zwiscliea dem Stegfeaaten ies⁵ Sefeaecise und eiaer erlatt'esi Gehäug?@T?.p^y>?.p;_f eoir^eyc Ie ^-ur

Verstärkung der genannten Funktion©» kosiaea -sw©ekeä@ig ii@- Scfeneckenfl-Eg© des fefei.wses aeferfÄ-fJ-f s^isi läufig TM äuB SctliseGSreir.gS^gep. öar Ssfeas?.*fs

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Iriiaöusxg sieht Vor ρ daß die förcSerriclituog der Seimecke ßmr ' -des Produktstrom©^ entgeg©ag@richtet ist. Infolge

BAD ORIGINAL

Stroinungsrichtung dos Produktstromes wirkenden Förderwirkung der Schnecke treten an den Stegkanten starke Spaltströmungen auf, die eine hervorragende innige Durchmischung und Homogenität der Schmelze zur FoI^e haben, Die Wirkung der Scherkräfte wird vorteilhaft noch intensiviert, wenn die Stege der Schnecke durch Längsnuten unterbrochen sind.

Zur Unterstützung der Mischwirkung der Schnecke sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß die Schnecke gleichachsig und drehfest mit einem von einem zylindrischen Gehäuse unter Bildung enger Spalten umschlossenen Mehrkantansatz verbunden ist. Nach Verlassen des eigentlichen Schneckengehäuses wird die Schmelze hierbei unter der Einwirkung der in einem zylindrischen Gehäuse rotierenden ebenen oder nahezu ebenen Flächen des Mehrkantansatzes,ζ. B. Sechskantansatzee, hohem Druck ausgesetzt, indem sie durch kleine Spalten zwischen den Kammern, die von den Flächen des rotierenden Uehrkantes und den fest stehenden Element gebildet sind, hindurchgepreßt wird. Die Wirkung der keilförmigen Raune zwischen den rotierenden Flächen und der Wandung des Gehäuses in Zusammenwirken mit den engen Spalten führt zu kräftigen Umwälzbewegungen, durch welche die Schmelze auf engem Raum wirkungsvoll eine weitere Durchmischung erfährt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nach einer vorteilhaften Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer in bekannter Weise ausgebildeten Zahnradpumpe, einer daran *' befestigten mit dem Gehäuse der Schnecke versehenen Zv/ischenplatte und einer daran befestigter» das Gehäuse des Mehrkantansatzes ganz oder teilweise aufweisenden Abschlußplatte zusammengesetzt ist. Es ist hierbei von Vorteil, wenn die Zwischenplatte im Bereich des das Gehäuse der Schnecke aufnehmenden Teilesmit einem vorzugsweise zylindrischen in

* _/8 BAD ORIGINAL 209827/0803

20624fe9

eine komplementär ausgebildete Ausnehmung der Abschlußplatte hineingreifenden Ansatz versehen ist. Unter Verwendung der für die Zahnradpumpe bekannten Bauelemente und der erfindungsgemäß ausgebildeten Zwischen- und Abschlußplr.tte wird hiermit eine ebenso einfache wie wirkungsvolle Konstruktion vorgeschlagen, die neben dem störungsfreien Betrieb das für den Einbau wesentliche Ei-fordernis des geringen Platzbedarfes vollkommen erfüllt.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Schnitt längs der Linie I - I der Figur 3, .

Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II - II der Figur 1 und

Figur 3 . einen Schnitt längs der Linie III -■ III der Figur 1.

In einer nicht gezeigten Schmelzeinrichtung wird das fadenbildende Material, das beispielsweise in Granulatform vorgelegt wurde, kontinuierlich zu einem hochviskosen Schmelzestrom aufgeschmolzen, der in geeigneter Weise in eine Zuführungsleitung 1 der Abschlußplatte 2 eingespeist wird (Figur 3). Die Schmelze gelangt nach Verlassen der Zuführungsleitung 1 durch eine schräg verlaufende Bohrung 3 der Zwischenplatte 4 in eine in einer Zv/ischenplatte 5' befindlichen Durchtrlttsfoohrung 5 und- von dort zur Saugseite der Zahnradpumpe © der Vorrichtung. Die Zahnradpumpe 6 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgeraäßen Vorrichtung aus den Zahnrädern 7 und 8, die mittels der Welle 9 und einem Anschlußstück Io direkt angetrieben werden. Von der Saugseite

BAD ORIGINAL

_ 0 . 2&62A69

der. Zahnradpumpe 6 wird die Schmölze übsr die Di'uckseite durch eine in der Zwlechenplatte 5' befindlichen Bohrung (Figur 2) in einen Hohlraum 12 der Zwischenpl.itte 4 befördert. Durch eine Bohröffnung 13 kann ein Zusntssstrom in den Hohlraum 12 eingespeist werden. Der Hohlraum 12 der Zv/ischenplatte steht in direkter Verbindiing mit dem Gehäuse 14. Das Gehäuse nimmt die Schnecke 15 auf, die ebenso wie der Hehrkantansatz auf dem verlängerten Ende der \7elle 9 drehfest angebracht ist. Die Zwischenplatte 4 weist im Bereich des das Gehäuse 14 der Schnecke 15 aufnehmenden Teiles den zylindrischen Ansatz 4* auf, der In eine komplementär ausgebildete Ausnehmung der Abschlussplatte 2 eingreift. Die Abschlußplatte 2 nimmt das Gehäufte 17 des Mehrkantansatzes 16 auf. Die.Schmelze wird Mittels der Zahnradpumpe β über den Hohlraum 12 dem Gehäuse ■it der Schnecke 15 zugeführt und verläßt die Vorrichtung durch das den Mehrkantansatz 16 aufnehmende Gehäuse 17 und eine daran anschließende Leitung IS₁ die zu der nicht gezeigten an sich bekannten Spinndüsenpackung führt.

/Io

Ansprüche

BAD ORlÖtNAI-20 9827/08C3

Claims

Ansprüche

Vorrichtung zum Fördern, Mischen und Homogenisieren eines hochviskosen Materials, insbesondere einer einen Zusatz enthaltenden Schmelze aus synthetischen linearen Hoclipolymeren und deren Mischpolymeren mit einer Zahnradpumpe, der druckseitig ein zur Einspeisung eines Zusatzstroraes vorgesehener Raum und ein MLschteil nachgeschaltet sind, dadurch ftekennzeichnet„ daß das Mischteil eine synchron mit den Zahnrädern (7, 8) der Zahnradpumpe (6) angetriebene von einem Gehäuse (14) eng umgebene:Schnecke (15) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zahnradwellen, vorzugsweise die direkt angetriebene Zahnradwelle (9), auf der Druckseite der Zahnradpumpe (6) »it einem verlängerten Wellenende versehen ist, an den die Schnecke (15) drehfest und gleichachsig befestigt ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Gehäuses (14) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und mit Schneckengängen versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengänge des Gehäuses (14) mehrgängig sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengänge des Gehäuses (14) gegenläufig zu •den Schneckengängen der Schnecke (15) ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurgh gekennzeichnet, daß die Förderrichtung der Schnecke (15) der Strömungsrichtung des Produktstromes entgegen^erichtet ist,

BAD ORIGINAL _/

209827/0803

2Q62469
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet _t daß die Stege der Schnecke (15) durch Längsnuten unterbrochen sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (15) gleichachsig und drehfest mit einem .von einem zylindrischen Gehäuse (17) unter Bildung enger Spalten umschlossenen Mehrkantansatz (16) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer in bekannter Weise ausgebildeten Zahnradpumpe (6), einer daran befestigten mit dem Gehäuse (14) der Schnecke (15) versehenen Zwischenplatte (4) und einer daran befestigten das Gehäuse (17) des Uehrkantansatzes (16) ganz oder teilweise aufweisenden Abschlußplatte (2) zusammengesetzt ist.

Io. Vorrichtung nach. Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß die Zwischenplatte (4) im Bereich des das Gehäuse (14) der Schnecke (15) aufnehmenden Teiles mit einem vorzugsweise zylindrischen in eine komplementär ausgebildete Ausnehmung der Abschlußplatte (2) hineingreifenden Ansatz 4* versehen ist.

BAD ORIGINAL

209*827/0803