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VorrichtSng zur Herstellung von Polyamid-Formkörpern durch PolyEerisieren
von Lactamen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von
Polyamid-Formkörpern durch Polymerisieren von Laurinlactam und/oder ähnlich reagierenden
Monomeren in Gegenwart mindestens eines Katalysators und mindestens eines Aktivators
mit mindestens zwei beheizbaren, luftdicht verschlossenen Behältern, die mit Zuführungseinrichtungen
für festes und/oder geschmolzenes Monomeres
und für Katalysatoren
und Aktivatoren, mit Rühreinrichtungen und mit Einrichtungen zum Beaufschlagen der
Behälter mit Schutzgas oder mit vermindertem Druck versehen sind, wobei jedem der
Behälter über eine Leitung eine Dosierpumpe nachgeschaltet ist, deren Abströmleitungen
in einen konisch ausgebildeten Mischer münden, welcher über eine Leistung mit mindestens
einer Gießform oder mindestens einer Düse verbunden ist.
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Bei einer solchen aus der DD-OS 2 108 759 bekannten Vorrichtung werden
vier Behälter benutzt, die jeweils paarweise übereinander angeordnet sind. Die beiden
obersten Behälter dienen dabei jeweils der Aufbereitung einer Lactamschmelze und
verfügen dazu über jeweils ein Rührwerk. Beide weiteren, unterhalb der ersten Behälter
liegenden Behälter weisen ebenfalls jeweils ein Rührwerk auf. Einer der beiden unteren
Behälter nimmt einen Katalysator und der andere einen Aktivator auf. Einander zugeordnete
und übereinander angeordnete Behälter sind jeweils über ein Anschlußrohr miteinander
verbunden, wobei sich in jedem Anschlußrohr ein Absperrorgan befindet. Jeder Auslaß
der beiden unteren Behälter ist mit einer Dosierpumpe versehen, wobei beide Dosierpumpen
genau synchron laufen müssen, damit pro Zeiteinheit den jeweils unteren Behältern
gleiche Mengen entnommen werden. Die Abströmleitungen beider Flüssigkeitspumpen
sind syphonartig geformt und münden schließlich in einen Mischer, der einen Auslauf
oder eine Düse aufweist, über die Gießformen mit dem Polymerisat beschickt werden
können. Die beiden Dosierpumpen sollen eine Homogenisierung der jeweiligen Lactamschmelze-Teilmenge,
die aus den jeweils oberen Behältern kommt und in den beiden unteren Behältern mit
dem Katalysator bzw. mit dem Aktivator versetzt wurden, bewirken.
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Die syphonartig gebogenen bzw. verlaufenden Abströmleitungen sollen
diesen homogenisierten Zustand aufrechterhalten, damit die mit dem
Katalysator
bzw. mit dem Aktivator versetzten Bactamschmelze-Teilmengen bis zu ihrer Vereinigung
in dem Mischer gegenseitig möglichst unbeeinflußt bleiben. Der Mischer besteht aus
einem in einen Auslauf endenden Trichter, in dem eine durch einen Motor über ein
Untersetzungsgetriebe angetriebene Propellerschraube angeordnet ist. Besonders durch
die syphonartige Ausbildung bzw. Formgebung der Abströmleitungen soll bei der bekannten
Vorrichtung ein möglichst absoluter Gasabschluß des Mischers gegenüber den unteren
Behältern, also insbesondere gegenüber den den Aktivator und den Katalysator enthaltenden
Räumen erreicht werden. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung hat sich jedoch herausgestellt,
daß besonders bei einem Unterbrechen der Polymerisatbildung, also bei einer fehlenden
Abgabe des Polymerisats von dem Mischer, auch eine solche syphonartige Formgebung
der Abströmleitungen keinen absoluten Gasabschluß des Mischers gegenüber den Aktivator
und Katalysator enthaltenden Behältern sicherstellen kann. Die sich aus dem Katalysator
und/oder dem Aktivator entwickelnden Gase oder Dämpfe sind aber die Ursache für
die rasche Polymerisation von Laurinlactam, was zu einer unerwünschten vorzeitigen
Polymerisation in dem Mischer und vor allem zur Polymerisation in den zum Mischer
führenden Zuleitungen, führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der nicht nur eine unerwünschte vorzeitige Polymerisation sicher
ausgeschlossen ist, sondern die darüber hinaus eine noch bessere Homogenisierung
der von den Behältern abgegebenen und mit Aktivator bzw. Katalysator versetzten
Teil schmelzen ermöglicht und die Herstellung von Formkörpern sehr gleichmäßiger
Konsistenz erlaubt.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zuführungseinrichtungen für Katalysatoren
und Aktivatoren schleusenartige, vakuumdichte Zuteiler sind, daß die Rühreinrichtung
Boden-Anker-RWhrer aufweisen, wobei die Anker im Bereich einer zu der mit den Dosierpumpen
verbundenen Leistung führenden konischen Ansaugkammer konisch derart eingeschnitten
sind, daß die Teile mit dem größten Durchmesser der Ansaugkammer und des Einschnitts
des Ankers einander zugewandt sind, daß die Abströmleitungen jeweils mit einen Küken-Absperrhahn
versehen sind und daß der Mischer einen gegenüber seiner Konusachse leicht geneigten
zylindrischen Auslauf hat, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der
an dem Außenrand der großen Konus-Endfläche des Mischers mündenden Abströmleitungen
ist.
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Die Behälter, in denen die Teilschmelzen jeweils mit dem Aktivator
bzw. dem Katalysator versetzt-werden, weisen schleusenartige, vakuumdichte Zuteiler
auf, über die sowohl der Aktivator als auch der Katalysator mit einer bisher nicht
gekannten Reinheit dem Behälterinnenraum zugeführt werden kann. Die Rühreinrichtungen
innerhalb der Behälter weisen einen Boden-Anker-Rührer auf, der einer bodenseitigen
Ansaugkammer für die dem Behälter zu entnehmende Teilschmelze unmittelbar benachbart
ist. Sowohl die Ansaugkammer als auch der der Ansaugkammer gegenüberliegende Teil
des Ankers des Boden-Anker-Rührers sind derart konisch ausgebildet, daß die Ansaugkammer
gleichförmig mit einer optimal homogenisierten Deilschmelze versorgt wird. Aus der
Ansaugkammer gelangt dann die Teilschmelze jeweils über eine Dosierpumpe an die
Abströmleitung, die über einen Küken-Äbsperrhahn mit dem Mischer verbunden ist.
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Auch der einen konischen Hohlraum und einen zylindrischen Auslauf
aufweisende Mischer hat besondere Abmessungen gegenüber dem Durchmesser
der
Abströmleitungen, die wiederum an einer ganz bestimmten Stelle in den konischen
Hohlraum des Mischers einmünden. Diese Ausbildung und örtliche Zuordnung des Mischers
und auch der Abströmleitungen bewirken ein gleichmäßiges Zusammenführen der beiden
Teil schmelzen in dem Mischer und verringern bereits die Gefahr einer vorzeitigen
Polymerisation oder gar eines Zurückschlagens der Polymerisation in die Abströmleitungen.
Ein wesentliches Merkmal zur Verhinderung eines Zurückschlagens der Polymerisation
in die Abströmleitungen oder gar die Dosierpumpen ist jedoch durch die Küken-Absperrhähne
gegeben, die bei ;jedem Unterbrechen des Polymerisationsvorganges in dem Mischer,
also bei jedem Unterbrechen einer Abgabe des Polymerisats vom Mischer, sofort geschlossen
werden, wodurch eine vorzeitige Polymerisation der Teilschmelzen in einer oder gar
beiden Abströmleitungen selbst bei relativ langen Betriebsunterbrechungen sicher
verhindert wird. tberraschenderweise haben sich lediglich nach dem Kükenhahn-Prinzip
arbeitende Absperrhähne für diese Aufgabe als geeignet erwieden, da nur diese den
durch die Hitze, die Konsistenz der hindurchzuleitenden eilschmelzen und die gewünschte
hohe und gleichmäßige Schließgeschwindigkeit bedingten Anforderungen genügen.
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Gemäß einer im Patentanspruch 2 angegebenen Weiterbildung der Erfindung
haben die Ansaugkammer und der ihr zugewandte Einschnitt des Ankers eine ganz bestimmte
Formgebung und gegenseitige Zuordnung, die sich als besonders vorteilhaft für eine
gleichmäßige Abgabe optimal homogenisierter Teilschmelzen erwiesen hat.
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Gemäß einer im Patentanspruch 3 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung
sind die beiden Küken-Absperrhähne mit ihren zugeordneten Sperrkörpern in einem
beheizten Absperrorgan vereinigt, in das die Abströmleitungen münden.
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Gemäß in den Patentansprüche 4 und 5 angegebenen Weiterbildungen
der Erfindung sind die Sperrkörper mit einer durch Federn bewirkten Endlagenarretierung
versehen und werden über ein Gestänge von einem Spindelmotor angetrieben. Diese
durch Federn bewirkte Endlagenarretierung stellt einmal sicher, daß die Durchlaßbohrungen
der Sperrkörper mit den zugehörigen Querschnitten der Abströmleitungen fluchten,
andererseits die Sperrkörper zum Öffnen und SchlieRen der Absperrhähne leicht und
schnell zu drehen sind.
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Mit der im Patentanspruch 6 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung
werden besondere Abmessungen des Mischers angegeben, die sich als besonders vorteilhaft
erwiesen haben.
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Die mit dem Patentanspruch 7 angegebene besondere örtliche Lage der
Abströmleitungen bewirkt eine besonders gleichmäßige Zuführung der Teil schmelzen
von den Dosierpumpen her an den Mischer.
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Mit den im Patentanspruch 8 angegebenen Hitzeschildern ist schließlich
die relative BuftSeuchtigkeit im Bereich der ausfließenden, verarbeitsfähigen Schmelze
durch eine lokale Überhitzung der umgebenden Luft stark herabzusetzen, wodurch die
Qualität des Werkstoffes weiter erhöht wird.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung in der Vorderansicht und Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel
in der Seitenansicht.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei ölbeheizte, vakuumdichte
Behälter 1 vorgesehen, die an ihrer oberen Stirnseite beheizbare Drei-Wege-Kükenhähne
11 aufweisen, die mit Flanschanschlüssen 111 für die Materialzuführung und mit Schutzgaszuleitungen
112 versehen sind. Die Verstellung der Drei-Wege-Kükenhähne erfolgt mit Hilfe von
&etriebestellmotoren 113. Die Behälter 1 weisen außerdem an ihrer oberen Stirnseite
schleusenartige, vakuumdichte Zuteiler 6 für Katalysatoren und Aktivatoren auf,
die mit vakuumdichten Kegelventilen 19 ausgerüstet und außerdem an eine Schutzgaszuleitung
61 angeschlossen sind. Die Betätigung der Kegelventile 19 erfolgt durch hier nicht
näher gezeigte Elektromagnete. Über ein Verbindungsrohr 101 ist ein Kondensator
10 mit dem behälterseitigen Ausgang eines jeden Zuteilers 6 verbunden. Der Kondensator
10 befreit das abzuleitende Schutzgas von Laktam, damit an einem Ausgang 102 der
Druck bzw. Unterdruck des Schutzgases ohne Störung des Druchneßgerätes laufend gemessen
werden kann.
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IieBehäLter 1 rand mit PropeEerHhzern 8mit Gegenstromlappen und mit
einem Boden-Ankerruhrer 9 versehen, die über eine gemeinsame Welle 7 von einem Motor
71 angetrieben sind, der stufenlos regelbar ist. An der unteren Stirnseite eines
jeden Behälters 1 ist eine konisch ausgebildete Ansaugkammer 21 vorgesehen, deren
großer Durchmesser dem Behälterinneren und deren kleiner Durchmesser dem Auslaß
zugeordnet ist. Der konischen Ausiaßkammer 21 gegenüber weist der Anker des Boden-Anker-Rührers
9 einen entsprechend ausgebildeten konischen Einschnitt auf, wobei beide konischen
Einschnitte sowohl des Ankers als auch der Ansaugkammer eine Neigung von 450 gegenüber
der Eonusachse haben. Die jeweils großen Endflächen der konischen Einschnitte, die
einander zugewandt sind, haben im wesentlichen den gleichen Durchmesser.
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Mit dem Auslaß der Ansaugkammer 21 ist jeweils eine Dosierpumpe 2
verbunden, deren Auslaß mit einer Abströmleitung 17 verbunden ist. Die Abströmleitung
17 ist dabei gegenüber der Strömungsrichtung des Auslasses der Dosierpumpe 21 nahezu
rechtwinklig abgeknickt und weist einen Winkel von etwa 850 bis 870 gegenüber der
Vertikalen auf. Der einem Mischer 5 zugeordnete Auslaß der Abströmleitung 17 ist
wiederum annähernd rechtwinklig abgekröpft und mündet im wesentlichen in vertikaler
Richtung in ein Absperrorgan 4, das zwei nach dem Kükenhahn-Prinzip ausgebildete
Sperrkörper 22 enthält und mit diesen ein Verschließen jeder Abströmleitung 17 ermöglicht.
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Wie sich aus Fig. 2 besser erkennen läßt, sind die Sperrkörper 22
mit Hilfe von Federn 23 in ihrer Endlage innerhalb des Körpers des Absperrorgans
4 arretiert, so daß die Bohrung des Sperrkörpers 22 mit den zugehörigen Bohrungen
des Absperrorganes 4 fluchtet. Die beiden Sperrkörper 22 sind über ein Gestänge
13 von einem Spindelmotor 24 zu verdrehen, wodurch die Küken-Absperrhähne geöffnet
oder geschlossen werden. Das gesamte Absperrorgan 4 ist in hier nicht näher dargestellter
Weise ebenfalls beheizt.
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Das Absperrorgan 4 ist mit dem Mischer 5 unmittelbar verbunden, der
einen konischen Hohlraum 51 und einen zylindrischen Auslauf 52 aufweist. In dem
konischen Hohlraum 51 ist ein Turbomischer 53 angeordnet, der zwei eine Ee 12 voneinem
Maftr e angetrieben ist. Die Welle 12 erstreckt sich dabei senkrecht zur Konusachse
des Mischers und ist 0,4 des größten Durchmessers des konischen Hohlraums des Mischers
von der großen Konus-Endfläche entfernt angeordnet. Der größte Durchmesser des konischen
Hohlraums des Mischers verhält sich dabei zur Länge des Hohlraums wie 2:3, wobei
der Konus einen Öffnungswinkel von etwa 200 gegenüber der Konusachse hat. Wie in
Fig. 2
schematisch und übertrieben angedeutet ist, ist die Achse
des zylindrischen Auslaufs 52 gegenüber der Konusachse um etwa 2° geneigt, wodurch
sich ein besonders stabiles und optimales Ausströmverhalten der Schmelze aus dem
Auslauf ergibt. Der Dlrchmesser des Auslaufs verhält sich zum Durchmesser der in
den Mischer 5 mündenden Ausströmleitungen 17 wie 11:10 und seine Länge ist gleich
dem halben kleinen Durchmesser des konischen Hohlraums. Ein unterhalb der Dosierpumpen
2 angeordneter Träger 3, an dem das Absperrorgan 4 und der Mischer 5 befestigt ist,
ist in hier nicht näher dargestellte Weise mit Öl beheizt und erhitzt damit auch
die durch den Träger 3 hindurchlaufenden Abströmleitungen 17. Etwa auf der gleichen
Höhe wie der Träger 3 sind an geeigneten Haltearmen z.B.
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mit Infrarotstrahlern versehene Hitzeschilder 16 angeordnet, die eine
lokale Überhitzung der Luft im Bereich der aus fließenden, verarbeitungsfähigen
Schmelze bewirken, um damit die relative Luftfeuchtigkeit in diesem Bereich stark
zu vermindern.
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Diese stark verminderte Luftfeuchtigkeit bewirkt eine weitere Verbesserung
der Qualität des Polymerisats.
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Eine hier nur schematisch angedeutete Heizeinrichtung 15 bewirkt die
zentrale Beheizung eines Ölkreislaufs, der mit allen zu beheizenden Teilen der Vorrichtung
in Verbindung steht. An den verschiedenen zu beheizenden Teilen der Vorrichtung
können dabei in hier nicht dargestellter Weise Temperaturfühler vorgesehen sein,
die die Einhaltung der erforderlichen Temperatur bzw. der Heizleistung des Ölkreislaufes
sicherstellen.