-
Raltevorrichtung für rechteckige Ddsenplatten
-
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für rechteckige Düsenplatten
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Binde derartige Haltevorrichtung für rechteckige Düsenplatten ist
durch die DE-OS 21 17 130 bekannt.
-
Bei. Strangpressen von Schmelzen hochpolymerer Kunststoffe treten
sehr hohe Drücke von iehr als 200 bar auf. Das bedeutet, daß der Düsenblock aus
Abdeckplatte und Düsenplatte bzw. aus Abdeckplatte, Stützplatte für den Schmelzefilter
bzw. Verteilerplatte und Düsenplatte gegen die Seitenplatten durch Dichtungen abgedichtet
werden ruß, die nicht nur diese hohen Drücke zuverlässig ertragen, sondern die auch
beim Anfahren, d.h. bei noch niedrigem Druck nd ebenso bei iehrialigem Druckwechsel,
alsc mehrmaligem Außerbetriebsetzen der Anlage noch absolut dicht sind. Gleichzeitig
werden hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit der Dichtungen gestellt,
da die Sxtrusionstemperatur bei vielen Schmelzen annähernd bei 300° C liegt.
-
8 hat sich herausgestellt, daß eine einmal aufgetretene Undichtigkeit
in vielen Fällen während des Betriebs des Düsenblocks nicht mehr rückgängig zu machen
ist, so daß dann oft die gesamte Anlage stillgesetzt werden muß, um die Undichtigkeit
tu beheben. Dies ist insbesondere beim Verspinnen von Polyester sehr unerwünscht.
-
Die angegeb.nen Forderungen erfüllt die bekannte Ealtevorrichtung
nicht, weil sie nicht in der Lage ist, eine in allen Betriebazuständen wirksame
dichtende Verspannung der Bauteile des Düsenblocks zu bewirken.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Haltevorrichtung für
die Düsenplatte so auszugestalten, daß eine zuverlässige Anfangsdichtung und eine
dauerhafte Dichtung, die auch bei wechselnden Betriebsdrücken dicht bleibt, möglich
wird. Die zur Vorspannung und Verspannung der Bauteile des Düsenblocks erforderlichen
Verstellaittel, z. B. Schrauben, sollen nicht die durch den maximalen Betriebsdruck
ausgeübten vollen Kräfte aufnehmen müssen, sondern nur geringere Komponenten dieser
Kräfte.
-
Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1.
-
Die Erfindung ist dabei darin zu sehen, daß die Seitenplatten, die
den Düsenblock zusammenhalten, miteinander verspannt werden und daß ihre oberen
und/oder unteren Auflageleisten für die Bauteile des Düsenblocks gegenüber der Trennebene
zwischen der Abdeckplatte und der Düsenplatte des Düsenblocks in Spannrichtung,
d.h. im Spannsinne, keilförmig geneigt sind. Infolge einer solchen Bauweise resultieren
aus den auf die Beitenplatten aufgebrachten Anpreßkräften zum Verspannen des Düsenblocks
mit den Seitenplatten Kraftkomponenten, welche auf die zusammengefügten Bauteile
senkrecht zu ihrer Trennebene einwirken und diese dort zusamenpressen bzw. dem Schmelzedruck
entgegenwirken.
-
Zum Aufbringen der Anpreßkräfte auf die Seitenplatten werden bevorzugt
Zuganker, die die Seitenplatten miteinander verbinden, oder Zugschrauben vervandt,
die mit der Abdeckplatte und/oder der Düsenplatte verschraubt sind. Hinsichtlich
der Neigung der Auflageleisten an den Seitenplatten ist es von Vorteil, wewn der
Keilwinkel Gamma so gewählt wird, daß sein Tangens ungefähr gleich oder insbesondere
etwas kleiner ist als der Reibungskoeffizient < für die
Werkstoffpaarung,
die für die Düsenplatte bzw. Abdeckplatte einerseits und die Auflageleisten andererseits
ausgewählt wird. Hierdurch wird Selbsthemmung erreicht, d.h. die Stellmittel, insbesondere
Zugschrauben, werden durch die Schmelsedruckkräfte nicht zusätzlich belastet.
-
Aber auch wenn der Tangens des Keilwinkels Gamma größer ist als der
Reibungskoeffizient t , wirken nur relativ kleine Komponenten der Schmelzedruckkraft
auf die Zugschrauben.
-
Im Einzelfall wird man aber bei der Wahl des Keilwinkels Gamma noch
berücksichtigen, welche Spannwege erforderlich sind, so daß ein Kompromiß zwischen
den Erfordernissen für eine geringe Beanspruchung der Schrauben aus dem Schmelzedruck
und einem kurzen Spannweg zu suchen ist.
-
Durch die zur Spannrichtung, d.h. im Spannsinne keilförmige Neigung
zumindest einer Auflageleiste können von den Seitenplatten bei relativ geringen
Spannkräften hche Kräfte zur Dichtung der Trennflächen zwischen einer oder mehreren
Platten des Düsenblocks aufgebracht werden.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der anderen Auflageleiste an den Seitenplatten
des Düsenpaketes gibt es verschiedene konstruktive Möglichkeiten, die im folgenden
noch erläutert werden. Bevoszagte Ausführungsbeispiele sind anhand der Zeichnung
erklärt.
-
Hierin zeigen: Fig. 1 den uerschnitt eines Rechteckdüsenpaketes gemäß
der Erfindung; Fig. 2 ein im Aufbau modifiziertes Düsenpaket nach der Erfindung,
welches eine zusätzliche, als Stützplatte für einen Schmelzefilter ausgebildete
Verteilerplatte aufweist;
Fig. 3 ein modifiziertes Düsenpaket mit
Rechteckdüse gemäß Fig. 1, welche in Strösungsrichtung vor der Düsenplatte einen
Sandfilter aufweist; Fig. 4a einen Ausschnitt eines hinsichtlich der Zentrierung
der Dichtfläche modifizierten Düsenpaketes gemäß Fig. 3; Fig. 4b einen Teilausschnitt
des Düsenpaketes geäß Fig. 3 mit einem selbstdichtenden Dichtring; Fig. 5a ein gegenüber
Fig. 1 abgeändertes Düsenpaket mit Prismenführungen an den unteren Auflageleisten
und einem oberhalb der Abdeckplatte angeordneten Zuganker zum Verspannen der Seitenplatten
mit dem Düsenblock; Fig. 5b den qualitativen Kraftfluß an einem Rechteckdüsenpaket
und die Aufnahme der Kräfte durch die Seitenplatten; Fig. 6 ein Düsenpaket gemäß
Fig. 1 mit einem selbstdichtenden Ringband zwischen Düsenplatte und Abdeckplatte
und geänderten unteren Auflageleisten.
-
Das Düsenpaket nach Fig. 1 besteht aus dem Düsenblock mit einer in
Längsrichtung rechteckig ausgebildeten Düsenplatte 1 zum Auspressen eines plastifizierten
Polymeren, insbesondere thermoplastischen Polymeren, und einer die Düsenplatte 1
abdeckenden Abdeckplatte 2 sowie den beiden Seitenplatten 3 und 4, durch welche
der Düsenblock zusammengehalten wird. Derartige Düsenblöcke werden beispielsweise
in Chemiefaserspinnanlagen verwandt und werden dort bevorzugt in Spinnbalken für
mehrere Spinnst ellen montiert. Das Polymere wird dabei meist in einer Schneckenatrangpresse
plastifiziert oder aufgeschmol zen und über beheizte Schmelzeverteilerleitungen
dem Spinn
balken zugeführt, wobei es durch Dosierpumpen, insbesondere
Zahnradpumpen auf die einzelnen Düsenblöcke mengendosiert verteilt wird. In Fig.
1 ist ein Verteilerkanal 5 in die Abdeckplatte 2 eingearbeitet und mündet im Bereich
der Trennebene 6 zwischen Düsenplatte 1 und Abdeckplatte 2 in eine aus der Düsenplatte
1 herausgearbeitete Filterkammer 7.
-
Die Abdichtung des Verteilerkanale 5 zwischen Düsenblock und Pumpenblock
ist nicht näher dargestellt und erfolgt in bekannter Weise mit Zug- oder Druckschrauben.
-
Die Düsenplatte 1, welche die Filterkammer 7 für die Schmelze oder
das Plastifikat aufnimmt, besitzt eine Vielzahl ron der Filterkammer 7 ausgehender
Düsenkanäle 8, die an ihrem Ende die eigentlichen Düsenbohrungen 9 aufweisen. Die
Düsenbohrungen 9 können verschiedene Querschnittsformen, Lochdurchaesser und Lochanordnungen
aufweisen. Verschiedene Lagen von Drahtsieben 10 abgestufter Maschenweite dienen
der Filterung der Schmelze oder des Plastifikats und verhindern eine Verstopfung
der Düsenbohrungen 9.
-
Der Düsenblock wird durch die beiden Seitenplatten 3 und 4 zusammengepreßt.
Hierzu weisen diese obere und untere Auflageleisten 11 und 12 auf und sind durch
mehrere über die Länge des Düsenblocks verteilte Zugschrauben 13 mit der Abdeckplatte
2 verschraubt. Gemäß der Erfindung ist zumindest die obere Auflageleiste 11 in Spannrichtung,
d.h. im Spannsinne der Zugschrauben 13tkeilförmig geneigt ausgebildet.
-
Die Ddsenplatte 1 und die Abdeckplatte 2 nach Fig. 1 weisen vorzugsweise
gegensinnig geneigte Anlageflächen auf, so daß beim Anziehen der Zugschrauben 13
der Düsenblock zwischen den beiden Seitenplatten 3 und 4 verspannt wird. Dabei liegt
ein solcher Kraftfluß vor, daß die Auflageleisten 11, 12 zunächst auf den Anlageflächen
des Düsenblocks entlanggleiten, bis der gegebenenfalls noch vorhandene Abstand der
Bauteile in der Trennebene 6 infolge der senkrecht zur Keil-
fläche
wirkenden Kraftkomponenten verschwindet und eine in der Trennebene 6 liegende, umlaufende
Dichtung fest eingespannt ist und ggf. deformiert wird. Zum Verspannen der Seitenplatten
gegenüber dem Düsenblock besteht zwischen beiden ein Spalt 14.
-
Das Düsenpaket nach Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut wie das zuvor beschriebene
nach Fig. 1. Lediglich die Filterkemaer 7 mit den Filtersieben ist in einem gesonderten
Filterbaustein 15 des Düsenpaketes angeordnet, so daß in Schaelseflußrichtung eine
erste Trennebene 6.1 zwischen Abdeckplatte 2 und Filterbaustein 15 einerseits und
eine zweite Trennebene 16 zwischen Filterbaustein 15 und Düsenplatte 1.1 andererseits
vorliegen. Ein derartiger Aufbau des Düsenblocks wird bei hohen Schmelzedrücken
bevorzugt und bietet den Vorteil, daß der in der Filterkammer vorhandene hohe Schmelzedruck
in dem als Stützplatte ausgebildeten Filterbaustein 15 wirksam ist und die Düsenplatte
1.1 hierdurch von den radialen Druckkräften stark entlastet wird und in Schmelzeaustragsrichtung
auch nur einen stark reduzierten Druck aufzunehmen hat.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist sowohl die obere als auch
die untere Auflageleiste 11 bzw. 12 im Spannsinne, d.h. in Spannrichtung der Zugschrauben
13 und 17,keilförtig geneigt. Wie nach Fig. 1 und allen anderen Ausführungsbeispielen
kann jedoch die obere oder vorzugsweise die untere Auflageleiste 12 und ihre Gegenfläche
an der Düsenplatte 1 parallel zur Trennebene 6 oder gleichsinnig mit der keilförlig
geneigten Auflageleiste ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise in Fig. 6 gezeigt.
In der Ausführung nach Fig. 2 wird durch Anziehen der Zugschrauben 13 die Abdeckplatte
2 mit den Seitenplaite 3 und 4 verspannt und die Abdeckplat te 2 infolge der Keilwirkung
der oberen Auflageleisten 11
gleichzeitig gegen den Filterbaustein
15 gepreßt. Durch Anziehen der Zugschrauben 17 werden die Seitenplatten 9 bzw. 4
mit der Düsenplatte 1.1 verspannt und infolge der Keilvirkung der unteren Auflageleisten
12 von unten her gegen den Filterbaustein 15 gepreßt, so daß einerseits eine Zentrierung
der Bauelemente des Düsenblocks erfolgt und andererseits in beiden Trennebenen 6.1
und 16 vertikale Kraftkomponenten wirksam werden, welche im Zusammenwirken mit den
eingesetzten, verformbaren Dichtungen eine Leckage des plastifizierten Polymeren
in den beiden Trennebenen verhindern. Die in den Trennebenen liegenden Dichtungen
sind in Fig. 2 nicht näher bezeichnet.
-
Das Düsenpaket nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Konstruktion
nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Düsenplatte 1.2 eine rechteckige, im
Schnitt topfförmige Ausnehmung besitzt. Diese dient als Filterkammer für ein Sandfilter
20, welches durch mehrere Lagen vorn Drahtsieben 10 mit abgestufter Maschenweite
unterstützt ist. Um die Wandungen der Filterkammer 7 dabei an einem Ausbauchen zu
hindern, ist der Rand 21 der Filterkammer 7 über die Trennebene 6 hinaus hochgezogen.
Der aufstehende Rand 21 greift in eine in der Abdeckplatte 2 gebildete Ausnehmung
23 ein.
-
Hierdurch werden die Wandungen der rechteckigen, vergroßeren Filterkammer
7 der Düsenplatte 1 stabilisiert. Eine umlaufende Dichtung 24 verhindert den Austritt
des in der Filterkammer 7 unter dem Schmelzedruck stehenden Plastifikats.
-
Der Sandfilter 20 erstreckt sich über die ganze Länge der rechteckigen
Düsenplatte 1.2, so daß der Rand 21 rechteckig ist und abgerundete Ecken aufveist;
es genügt aber auch, daß sich der Pnd 21 nur über die Längsseiten der Düsenplatte
1.2 erstreckt, um den Widerstand gegen das Ausbauchen der Seitenwände der Filterkammer
7 zu erhöhen.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der Seitenplatten 3 und 4 und ihrer Auflageleisten
sowie der Verspannung und Abdichtung der Bauteile des Düsenblocks wird auf die Beschreibung
zu den Fig. 1 und 2 verwiesen.
-
Fig. 4a zeigt eine Modifikation des Düsenpaketes nach Fig. 3, und
zwar eine zusätzliche Zentrierung zwischen der Düsenplatte 1.2 und der Abdeckplatte
2, indem der aufstehende Rand 21 und gleichsinnig hiermit der Rand der Ausnehmung
23 in der Abdeckplatte 2 keilförmig geneigt (Zentrierfläche 25) ausgebildet sind
und beim Verspannen der Seitenplatten 3, 4 ineinandergepreßt werden. Die Neigung
der Keilfläche 25 liegt vorzugsweise im Selbsthemsungsbereich.
-
Die Ausführung nach Fig. 4b unterscheidet sich von Fig. 4a hauptsächlich
dadurch, daß der aufstehende Rand 21 auf seiner der Filterkammer 7 zugewandten Seite
eine Ausnehmung besitzt, deren Wand als Anlagefläche 29 für eine vorzugsweise ringförmig
geschlossene Dichtung 30 dient. Bevorzugt wird hier ein vorgeformtes Ringband eingelegt,
das aus einem plastisch derformierbaren Dicht-Werkstoff besteht und unter dem hohen
Schmelzedruck selbstdichtend ißt.
-
Fig. 5a ist hinsichtlich der Ausbildung des Düsenblocks im wesentlichen
identisch mit Fig. 1. Ausschließlich die Auflagefläche 27 an der Unterseite der
Düsenplatte 1 ist zur Trennebene 6 zwischen Düsenplatte 1 und Abdeckplatte 2 hin
gegensinnig geneigt ausgebildet und zeigt im Zusammenwirken mit den ebenfalls im
Spannsinne bzw. in Spannrichtung der Seiteaplatten 3, 4 gegensinnig geneigten unteren
Auflageleisten 12.1 in Längsrichtung des Düsenpaketes ein prismenförmiges tne nandergreifen
diescr Bauteile. Die beiden Seitenplatten 3, 4 sind in diesem Ausfffhrungsbeispiel
durch
oberhalb und über die Länge des rechteckigen Düsenblocks verteilte Zuganker 26 miteinander
verspannt und klemmen zwischen sich den Düsenblock. Infolge der im Spannsinne der
Zuganker 26 geneigten oberen Auflageleisten 11 der Seitenplatten 3, 4 resultieren
aus den auf die Seitenplatten aufgebrachten Einspannkräften Kraftkomponenten in
Auspreßrichtung der Düsenkanäle 8, die die Filterkammer 7 in der Düsenplatte 1 in
der Trennebene 6 gegenüber der Abdeckplatte 2 abdichten.
-
Im Hinblick auf die Einspannung des Düsenblocks nach Fig. 5a sei noch
erwähnt, daß hier eine besonders günstige Beanspruchung der Seitenplatten 3, 4 vorliegt,
wobei die Vorspann- und Abdichtkräfte einfach und ohne Verbiegung der Seitenplatten
aufgenommen werden, wenn ein - in Abhängigkeit von den gewählten Keilwinkeln an
den Auflageleisten 11, 12.1 leicht zu ermittelnder Abstand der Bohrungen 28 für
die Zuganker 26 oberhalb des Düsenblocks eingehalten wird.
-
Dabei liegen die Seitenplatten 3, 4 ohne Luftspalt an den Seitenflächen
des Düsenblocks an, wodurch zusätzlich ein guter Wärmeübergang erreicht wird, um
das Düsenpaket und insbesondere die Düsenplatte 1 mit ihren Düsenbohrungen 9 gleichmäßig
beheizen zu können. Um dies zu erreichen, wurde zusätzlich die Dichtung 31 in der
Trennebene zwischen Düsenplatte 1 und Abdeckplatte 2 geändert.
-
Fig. 5b zeigt in einer qualitativen Darstellungsweise die auf die
Seitenplatten einwirkenden äußeren Kräfte. Es sind dies - ohne Berücksichtigung
der Druckkräfte aus dem Schmelzedruck - die von der Sechskantmutter des Zugankers
eingeleitete Schraubenkraft Z und die Normalkräfte N1 und N2, die an den keilförmig
geneigten Auflageleisten 11 und 12.1 der Seitenplatte 3 bzw. 4 eingeleitet werden.
-
Durch Zerlegung der Normalkräfte N1 und N2 ergeben sich die Komponenten
D1 und D2 der Dichtkräfte, mit denen die Düsenplatte 1 und die Abdeckplatte 2 in
der Trennebene 6 gegeneinandergepreßt werden. Sie sind entgegengesetzt gerichtet
und nach ihrem Betrag gleich groß. Es sei noch bemerkt, daß die Wirkungslinie der
Normalkraft N2 die Wirkungslinie der Schraubenkraft Z dort schneidet, wo die Spannmutterdes
Zugankers 26 an der Seitenplatte angreift.
-
Es sei weiterhin hervorgehoben, daß bei der Bemessung des Keilwinkels
t kleiner als der Reibungskoeffizient # zwischen den Materialpaarungen an den Auflageleisten
11, 12 Selbsthemmung vorliegt und beim Beaufschlagen des Düsenpaketes mit dem. Betriebsdruck
die einmal vorgespannten Seitenplatten nicht mehr an den entsprechenden Auflageflächen
des Düsenblocks abgleiten, so daß eine zusätzliche Vergrcßerung der Schraubenkräfte
durch den Schmelzedruck nicht erfolgt. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele.
-
Der Keilwinkel kann aber auch gleich oder größer sein als der Reibungskoeffizient
µ zwischen den Materialpaarungen des Düsenblockes und der Auflageleisten. Der Zweck
der Erfindung ist in solchen Fällen auch erfüllt; denn es kommt wesentlich darauf
an, die Schrauben nicht mit dem maximalen Betriebsdruck zu beanspruchen. So wird
beispielsweise auch bei einem Keilwinkel 1 , für den tan t > ß ist, erreicht,
daß die Schrauben nur einen Bruchteil, beispielsweise weniger als 30 X, der Dichtkräfte
aufnehmen müssen. In diesem Fall ist tan t & 0,3, was einem Keilwinkel t an
den Auflageleisten von etwa 160 entspricht; sehr günstige Beanspruchungen werden
erzielt, wenn der gewählte Keilwinkel unter diesem Wert von 160 liegt.
-
In Fig. 6 ist eine weitere Modifikation des Düsenpaketes gezeigt.
Dieses entspricht im Aufbau im wesentlichen wieder dem Düsenpaket nach Fig. 1, so
daß für gleiche Bauteile wieder die gleichen Bezugszahlen verwendet wurden. In Abweichung
zu
Fig. 1 sind die Seitenplatten 3 bzw. 4 so ausgebildet, daß nur die oberen Auflageleisten
11 im Spannsinne der Zugschrauben 13 angeschrägt sind, während die unteren Auflageleisten
32 keinen derartigen Keilwinkel t besitzen. Bei dieser Lösung sind die erforderlichen
Spannwege - bei gleichem Keilwinkel t - etwas größer als bei dem Düsenpaket nach
Fig. 1. Eine weitere Abweichung betrifft die Abdichtung der Filterkammer 7. Diese
ist in der Weise ausgeführt, daß die Düsenplatte 1 und die Abdeckplatte 2 einander
zugeordnete, umlaufende Ausnehmungen im Bereich der Trennebene 6 aufweisen, in welche
ein selbstdichtendes Ringband 31 eingelegt ist. Die Seitenplatten 3 und 4 sind durch
die Zugschrauben 13 gegen den Düsenblock angezogen, bis der seitliche Spalt 14 verschwindet.
-
Der hierfür in der Trennebene 6 vorliegende Spalt wird durch die plastische
Verformung des Ringbandes 3 beim Verspannen des Düsenpaketes und durch den Schmelzedruck
abgedichtet.
-
BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Düsenplatte 1.1 Düsenplatte in Fig. 2
1.2 Düsenplatte in Fig. 3 und 4 2 Abdeckplatte 3 Seitenplatte 4 Seitenplatte 5 Verteilerkanal
in Abdeckplatte 6 Trennebene 6.1 Trennebene in Fig. 2 7 Filterkammer, topfförmige
Ausnehmung 8 Düsenkanal 9 Düsenbohrung 10 geschichtete Drahtsiebe 11 obere Auflageleiste
an Seitenplatte 12 untere Auflageleiste an Seitenplatte 12.1 untere Auflageleiste
als Prismenführung in Fig. 5a 13 Zugschraube 14 Spalt 15 Filterbaustein (Stützplatte)
16 Trennebene 17 Zugschraube 18 Dichtung (umlaufende) 20 Sandfilter 21 Rand 23 Ausnehmung
in Abdeckplatte 24 Dichtung in Fig. 4a 25 Zentrierfläche an Rand 21 bzw. Abdeckplatte
26 Zuganker 27 Auflagefläche an Düsenplatte in Fig. 5a 28 Bohrung in Seitenplatte
29
Anlagefläche an Rand 21 30 Dichtung 31 Dichtung 32 untere (gerade) Auflageleiste
(Fig. 6)