DE2820329A1 - Verschliessbare duesenleiste fuer den austrag von hochviskosen fluessigkeiten aus reaktoren, autoklaven, extrudern etc. - Google Patents

Description

• VERSCHLIEBBARE DUSENLEISTE FUR DEN AUSTRAG VON HOCHVISKOSEN
• FLÜSSIGKEIiN AUS REAKTOREN, AUTOKLAVEN, EXTRUDERN ETC.
• Gegenstand der Erfindung ist eine Ausspinndüse für vornehmlich schmelzflüssige Kunststoffe mit einzelnen oder mehreren,in Reihen angeordneten verschließbaren Durchfluß - Bohrungen. Diese können urnaittelbar an der Produkteintrittsseite einzeln, gesamtheitlich oder gruppenweise - in je nach Formgebung des Ventilkörpers zweckmäßiger Gruppierung - verschlossen werden. Dadurch wird es möglich, den gesamten Schmelzestrom unmittelbar vor Austritt aus der Düse verzögerungsfrei zu unterbrechen, oder ihn durch Zu- oder Abschaltung einzelner Bohrungen quantitativ so zu steuern, wie zur Herstellung gleichförmiger Stränge bzw. gleichförmigen Granulats zweckmäßig ist. Ferner werden durch die Möglichkeit zur Öffnung einzelner oder einzelner Gruppen von Bohrungen nacheinander das Anspinnen wesentlich erleichtert und der erforderliche Kraftbedarf reduziert.
• Bei den bekannten Austrags - Anordnungen für Chargenbetrieb wird der Schmelzefluß gesteuert über ein in die Rohrleitung zwischen Reaktor und Gießkopf eingebautes Absperrventil. Bei diesem Anordnunnist nachteilig, - daß Freigabe und Unterbrechung des Strangflusses nur mit zeitlicher Verzc3erunF; möglich sind, - das bei Unterbrechung des Durchflusses ein Naehtropten oder gar Austaufen des Gießkopfas - dies insbesondere bei Schmelzen relativ niedriger Viskosität - unvermeidbar ist mit allen daraus erwachsenden oper.ativen Schwierigkeiten, wie Materialverklebung und Ankrustung an der Düsenplatte, Fadenbildung als Ursache für Verstoptungen oder Wickelbildungen an den nachfolgenden Granuliermaschinen, - daß beim Beginn des Austrags wegen verzögerten Druckaufbaus der Durchfluß pro Bohrung zunächst geringer ist als der Abzugsgeschwindigkeit der Stränge entspricht mit der Folge von Strangabrissen und damit zu wiederholenden Startvorgängen, - daß das nach Beendigung des Gießvorgangs im Gießkopf und in der ,chmelzeleitung nach Ventil verbleibende Produkt oxidativ unu thermisch geschädigt wird, so daß es vor Beginn eines neuen autoklavenaustrags als Abfall ausgesondert werden muß, was nicht nur Elaterialverlust bedeutet, sondern auch eine zusätzliehe Operation mit entsprechenden Hilfseinrichtungen verlangt, - dad die Vakuwndichtheit des Ventils nicht gewährleistet ist, so daß bei Polykondensationsreaktionen unter Vakuum eine zusätzliche Abdichtung des Systems - z.B. durch Verschließen dt Düsenplatte mit einer angeschraubten Deckleiste - erforderlich wird.
• Ähnliche Nachteile sind auch bei Beginn und Ende kontinuierlichen Schmelzetransports mit Hilfe von Austragspumpen oder Extrusionsschnecken in Kauf zu nehmen. Nährend der Startphase steigt die Förderleistung mit zeitlicher Verzögerung auf den Sollwert an.
• Dies fiihrt zu häufigen btrangabrissen wegen zu hoher Strangverstreckung insbesondere bei niedrigviskosen Massen und relativ großen Fallhöhen zwischen Düse und Abzugsorgan, die vielfach aus Abkühlungsgründen erforderlich sind. gegen der Strangabrisse arbeiten auch automatisch einziehende Granulatoren nicht störungsfrei. Die Produktion von Abfallmaterial kann dadurch erfahrungseinäi erheblich sein.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile der bistang bekannten und betriebenen Anlagen zu vermeiden oder sie zu mintern.
• - durch verzö@erungsfreien Start des Austrags bzw. verzögerungsfreie vollstandige Unterbrechung des Schmelzefluses, - durch kontinuierLich oder abgestuft progressive Beaufschlagung einzelner Bohrungen, so daß die Durchflußgeschwindigkeit je Bohrung - die sogenannte Lochleistung - annähernd dem sollwert entspricht, auch bei starker Veränderung des Gesamtflusses, durch nachiuffreies Abschließen des Gießers, - durch vakuumdichtes Verschließen des Gießers.
• Diese aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelzefluß unmittelbar am Eintritt einer jeden Düsenbohrung unterbrochen oder freigegeberl werden kann mittels einer Absperrvorrichtung, die selbst trägheitsarm und über kurze Stellwege zu betätigen ist, vorzugsweise durch eine rotierende Bewegung, der zur Erhöhung der Zahl der möglichen Schaltfunktionen eine transtorische Bewegung überlagert sein kann.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen, in Längsrichtung gekerbten Stab 1, der parallel zur Bohrungsreihe 2 des @ Düsenplatte 3 in geringstmöglichem Abstand von dieser drehbar angeordnet i;, dessen Mantelfiäche 4 die Düsenbohrungen versehließt, bzw. dessen Kerbe 5 die Bohrungen freigibt, wenn der Zylinder 1 um seine Längsachse gedreht wird. Dieses in Figur 1 dctrgesteiite Ventil hat; nui die Punktionen "AUF" und "ZU" für alle Bohrungen einer Reihe. Das ausmaß der Kerbung in Umfangsrichtung darf nicht kleiner sein als D und nicht größer als 2@ r -wobei r den Radius des Ventilkopers und D den Bohrungsdurchmesser auf der Produkteittsseite bezeichnen.
• Die Kerbung 5 kann, um dem ventil eine andere Steuerfunktion zu geben, in mannigfacher weise gestaltet werden. Sie kann sich,~wie @ in Fipur 2 dargestellt, stetig oder in Stufen um die Längsachse des Zylinders winden bis zu einem maximalen Verdrehungsbogen von 77r - D. Ein solcher Ventilkörper verschließt im Drehbereich o bis D sämtliche Bohrungen und gibt im Bereich tor bis Wr + D sämtliche Bohrungen frei. Im Drehbereich D bis gibt er proportional zum Drehwinkel eine wachsende Zaht von Bohrungen frei, bei stufenweider Vermindung eine jeweils der Stufenlänge entsprechende Bohrungszahl.
• s)ie gleiche Funktion bei verbesserter Stellempfindlichkeit erreicht ein Ventilkörper, dessen Kerbung sich in Umfangsrichtung j'LetI oler in Stufen nach einer Richtung hin erweitert, wie in Fio;ur 6 dargestellt. Im Bereich o bis D seien alle Bohrungen verschlossen, im Bereich 2Wc - D bis 2w r sämtliche Bohrungen geöffnet, wahrend im Bereich D bis 2r - D eine wahlweise festzulegende Zahl von Bohrungen, der Abstufung der Kerbung entsprechend, ge-)öffnet ist. Diese asymmetrische Kerbung hat den praktischen Vorteil, daß die Bohrungen der Düsenplatte bei Drehung des Ventilkörpers nacheinander geöffnet, jedoch alle gleichzeitig verschlosen werden ird die Kerbung , wie in Figur 4 dargestellt, abschnittsweise fortschreitend oder alternierend versetzt um ein BogenmaB> D, und zwar im Abstand der Düsenteilung oder eines ganzzahligen Vielfachen hiervon . o können Gruppen von nebeneinanderliegenden Bohrungen bei Drehung jes Ventilkörpers nacheinander geöffnet oder verschlossen Werden. Besonders zweckmäßig erweist sich eine Ausführung, bei der jedes zweite Loch einer Düsenreihe bei Drehung dea Ventilkörpers lim ein bestimmtes inkeimaB', im Beispiel der Figur 4 um 90°, geöffnet wird, wänrend dedes diesem benachbate Loch geschlossen bleibt und erst bei weite per Drehung des Ventils freigegeben wird. Bei mehreren diskreten Versetzungen der Kerbung in Umfangsrichtung hintereinander kann das Ventil den Durchfluß in mehreren Stufen freigeben, bei n Stufen zunächst jedes n-te, dann jedes(n - 1 )-te Loch usw. Die Stufenzahl wird begrenzt durch die bedingung; nmax @ Diese Ventilvariante hat für die Praxis des Granulierbetriebs besondere Bedeutung, da sie eine wesentlich engere Düsenteilung zuläßt, als sonst durch-die Strangaufweitung am Düsenaustritt vorgegeben. Engere Düsenteilung ist gleichbedeutend mit einer größeren Zahl @ von Bonrungen pro Längeneinheit der Düsenplatte und daher mit höherer Durchsatzleistung einer Granuliermaschine gegebener Arbeitst) e tte Viskoclastische Medien neigen @@i Austritt aus der Düsenbohrung sich au@ großeren Durchmesser auszudehnen, als durch den Bohrungsdurchmesser vorgegeben. zeitz werden durch Einwirkung äußerer Kräfte beim Abzug zu Strängen geringeren Durchmessers verformt. Die Kopfstücke der sich bildenden Stränge sind daher wegen Fehlens der äußeren Krafteinwirkung beim Beginn des Ausflusses vielfach um ein Mehrfaches, dicker, als durch die Kontinuitätsbedingung vorgegeben.
• Die Strangaufweitung ist dafür verantwortlich, daß die Leistungsauf Ilahme einer angeschlossenen Zerkleinerungsmaschine beim Anfahren wesentlich größer ist als beim Dauerbetrieb, da die Zerteilung der anfangs dickeren Stringe größere Schnittkräfte verlangt. Eine )stufenweise oder kontinuierliche Erhöhung des Durchsatzes reduziert daher den notwendigen Leistungsbedarf beim Anfahren und erlaubt mithin, Antriebsmotore mit geringerer Anschlußleistung vorzusehen, was einer beträchtlichen Energieersparnis gleichkommt.
• Die Strangaufweitung führt häufig dazu, daß die Strangköpfe in geringerem Umfang erkaltet und erstarrt sind als die ausgezogenen Strangbereiche, was zum Zusammenpressen benachbarter Stränge an den Abzugsorganen führen kann (sog. "Plattenbildung") und mithinau Verstopfungen oder gar Zerstörungen an den Zerkleinerungsaggregaten.
• Stufenweise Durchsatzsteigerung kann auch diesen häufig beobachtbaren Betriebsmangel beseitigen.
• Fdj die praktische Anfahrtechnik hat der Einsatz der erfindungsgemäßen Düsenventile ferner den Vorteil, daß die Austragsdüse nach Ende der Vorlaufperiode oder nach einem Fehlstart bequem und ohne Gefahr für as Bedienungspersonal gereinigt und präpariert erden kann, ein ein Nachtropfen bei Abschaltung des Durchflusses begrenzt ist auf den Inhalt der Düsenbohrungen selbst.
• Dab die Bohrungen selbst freitropfen, ist ein erwünschter Nebeneffekt, weil dadurch Verstopfungen durch Abkühlung oder Vercrackung vermieden werden.
• Die erfindungsgemäßen Düsenventile bewirken bei geeigneter Dimensionierung des Schmelzeraums über der Düsenplatte eine Vergleichmäßigung der Geschwindigkeitsverteilung, so daß bei ihrem Einsatz auf den sonst notwendigen Einbau von Verteilerelementen, wie Lochplatten, Siebe oder Stäbe, verzichtet werden kann.
• Sie erlauben darüberhinans den Verzicht auf ein bei Chargenbetrieb in die Schmelzeleitung vor Gießer einzubauendes vakuumdichtes Absperrventil. Stattdessen wird. i.a. ein einfacher Schieber genügen, der nur zum Düsenwechsel benötigt wird.
• Obwohl das Düsenventil nicht durch Anpressung gegen einen Sitz oder durch formschlüssiges Anpressen einer flexiblen Buchse vollständig abdichtet, genügt bei den in Rede stehenden hochviskosen Flüssigkeiten ein Verschließen der Bohrungsöffnungen bis auf einen Restspalt im 10 - 100 µm - Bereich, um Ausfließen zu verhindern. Die am Ventilspalt befindliche Schmelze dichtet gegen einströmende oder r eindiffundierende Gase weitgehend ab .Wird der Wentilkörper mit einer Zentralbohrung versehen, wie in Piur 5 dargestellt, durch die ein Heiz- oder Kühlmedium geleitet werden kann, oder die eine Heizpatrone zur elektrischen Beheizung aufnehmen kann, so erlaubt der Einsatz eines so modifizierten Düsenabsperrventils die Nutzung weiterer Vorteile, wie a) Verbesserung der Temperatur-Gleichverteilun,g im Schmelzeraum des Gießkopfes, b) Beheizung und Temperaturregelung der Düsenplatte, c) Aufheizen oder Abkühlen der Schmelze beim Austrag unmittelbar vor der Düse, um damit das Ausfließverhalten zu beeinflassen unabhängig von der für die chemische Reaktion optimalen Temperaturwahl, d) Möglichkeit zum Abkühlen oder gar Einfrieren der Schmelze im Bereich des Ventil körpers mit dem Ergebnis eines vakuums dichten Verschlusses, ' e) Abkühluntes gesamten Gießkopfes für die Dauer des Reaktionszyklusses einer neuen Charge und anschließendes Wiederaufneizen mit dem Ziel, das im Gießer befindliche Produkt vor thermischer Schädigung zu bewahren.
• Zusammenfassend bietet der Einsatz der erfindungsgemäßen Ventile für den Austrag von Kunststoff-Schmelzen aus Stranggießern folgende Vorteile: - Erleichterte Inbetriebnahme und störungsfreiere Handhabung des Granuliersystems (Gießer und Granulator) -Reduzierung des unvermeidlichen Abfalls, - Erhöhung der Durchsatzleistung einer gegebenen Schneid- oder irarluliertlnlage mit verbesserter OEkonomie des Gesamtsystems Reaktor - Gießer - Granulator (verkürzte Zykluszeiten), - Reduzierung des Energieverbrauchs für den Schneideprozeß, - Verlängerung der Düsenstandzeiten.
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Claims (1)

1. ANSPRUCHE: 1. Ausspinndüse für viskose Flüssigkeiten mit in einer oder in mehreren parallelen Reihen angeordneten, einzeln oder gesamtheitlich oder gruppenweise absperrbaren Ausflußöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer,in Längsrichtung gekerbter Stab als Ventilkörper über jeder Düsenbohrungsreihe parallel zu dieser,in geringstmöglichem Abstand von dieser uni um seine Längsachse drehbar gelagert ist, der die Düsenbohrungen mittels seiner Mantelfläche verschließt bzw.

   sie im Bereich seiner Kerbung geöffnet hält.

   2o Ausspinndüse em Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung achsparallel mit gleichbleibendem Höhen- und Bogenmaß verläuft und am äußeren Zylinderumfang das maxima Bogenmaß 2Fr - D hat.

   3. Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung sich stufenförmig in Umfangsrichtun erweitert oder verengt.

   4. Ausspinndüse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kerbung stetig oder in Stufen um die Längsachse des Zylinders windet, wobei die Verdrehung das maximale Bogenmaß Nr- - D annehmen kann.

   5. Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kerbung, stetig oder in Stufen oder in Stufen alternifrend in Umfangsrichtung längs der Zylinerachse bis auf maximal 2@@ - D erweitert, wobei eine Flanke des Kerbschnitts achsparallel verlaufen kann.

   C. Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung abschnittweise im Abstand der Lochteilung der Düsenplatte oder eines ganzzahligen Vielfachen davon in Umfangsrichtung des Stabes um ein Bogenmaß versetzt ist, das gleich oder größer ist als der dem Stab ) nächstliegende Durchmesser der Düsenbohrung D.

   79 Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da der Ventilkörper außer durch drehende auch durch translatorische Bewegung funktionell betätigt werden kann.

   8. Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daX der Ventilkörper von Hand oder mittels eines oervomotors in Abhängigkeit von der Zeit, in zeitlicher Schrittfolge, in AbhängigKeit von äußeren Störgrößen oder von ZustandsgrölSen der viskosen Flüssigkeit selbsttätig verstellt wird.

   9. Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis , dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Ventilkörpers durch Raster definiert und reproduzierbar wird.

   1o Ausspinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper eine Längsbohrung aufweist, durch welche ein rmeaustauschmedium geleitet oder in die eine Heiz- oder Künlvorrichtung eingesetzt werden kann.