DE4325580C2 - Spinnbalken-Pumpenblock - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die konstruktive Gestaltung des Pumpenblocks eines Spinnbalkens zum Schmelzspinnen synthetischer Polymere, wie beispielsweise Polyester, Polyamide und Polypropylen. Hierbei wird die Polymerschmelze mit Hilfe einer Spinnpumpe einem oder bevorzugt mehreren Düsenblöcken zugeführt und durch die Düsen zu Filamenten ausgesponnen. Die Zuleitung zur Spinnpumpe und die Verbindungsrohre zwischen Spinnpumpe und Düsenblöcken sind in einem sogenannten Pumpenblock zusammengefaßt.

Für die Qualität der Filamente ist Voraussetzung, daß die dynamische Zähigkeit des Polymers an sämtlichen Spinndüsen identisch ist, was eine gleichmäßige Temperierung sämtlicher mit der Polymerschmelze in Berührung kommender Teile des Spinnbalkens erfordert.

Üblicherweise werden Spinnpumpe, Pumpenblock und Düsenblock in Schächten innerhalb eines mit Wärmeträgerflüssigkeit gefüllten Hohlraumes angeordnet (DE 31 13 495 C2). Zur besseren Wärmeübertragung kann die Verrohrung innerhalb des Pumpenblocks von wärmeleitendem Granulat umgeben sein. Dennoch ist die Temperierung der Polymerschmelze innerhalb des Pumpenblocks in bezug auf die Gleichmäßigkeit innerhalb des gesamten Spinnbalkens nicht optimal.

Es wurde daher vorgeschlagen, Spinndüsenblöcke mit Verrohrung durch gebohrte Ganzmetall-Spinnblöcke zu ersetzen. Wegen der hohen Schmelze- Drücke von 350 bar und mehr kommen hierfür nur Blöcke aus Edelstahl, die durch in äußere Aluminium-Platten eingelassene Heizpatronen temperiert werden, in Betracht (US 33 81 336). Massive Edelstahlblöcke besitzen bekanntlich eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit (weniger als 0,1 cal/sec.cm.K), was leicht zu Temperaturdifferenzen zwischen den gebohrten Schmelzeleitungen des Pumpenblocks und den Düsenblöcken führt. Insbesondere bei der Herstellung von Feinsttiterfasern durch Hochtemperaturverfahren reicht die so erzielbare Temperaturgleichmäßigkeit nicht aus. Bei verzweigter Schmelzeführung, die wegen der komplexen Form nur mittels von zwei zusammengeschraubten Edelstahl-Halbblöcken realisierbar ist, ergeben sich zusätzlich Abdichtungsprobleme zwischen den beiden Halbblöcken. Auch wurden vermehrt Fadenabrisse infolge von vercracktem Polymer beobachtet.

Des weiteren wurde die direkte Beheizung des Pumpenblockes vorgeschlagen (DE 26 39 282 C2). Die gute Beheizung wird aber mit zusätzlichen Nachteilen erkauft: Zu der schon erwähnten Problematik der verschraubten Schmelzeleitungen kommen noch die Leckageprobleme der Heizungsverrohrung bei einem Pumpenblockwechsel hinzu.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Pumpenblock derart zu gestalten, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden und insbesondere eine gleichmäßigere Temperierung der Polymerschmelze erzielt wird als bei bekannten Pumpenblockausführungen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Spinnbalken-Pumpenblock mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Zuleitung zur Spinnpumpe und die Verbindungsrohre zwischen der Spinnpumpe und den Düsenblöcken werden erfindungsgemäß in Metall eingegossen, wobei das Metall eine Schmelztemperatur im Bereich von 500 bis 1000°C, vorzugsweise 500-670°C und eine Wärmeleitfähigkeit bei 300 K von mindestens 0,30 cal/sec.cm.K, vorzugsweise von mindestens 0,50 cal/sec.cm.K aufweisen muß. Als solches geeignet sind Reinst-Aluminium (Schmelztemperatur 660°C, Wärmeleitfähigkeit 0,566 cal/sec.cm.K) und Aluminiumlegierungen sowie Kupferlegierungen. Reines Kupfer hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,95 cal/sec.cm.K, schmilzt aber erst bei 1083°C. Silberlegierungen scheiden aus Kostengründen aus. Bevorzugt werden Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 90,0 Gew-%. Geeignete Gußlegierungen sind handelsübliche, genormte Produkte, beispielsweise Aluminiumlegierungen nach DIN 1725.

Gegebenenfalls, insbesondere bei kleineren Einheiten, kann auch die Verrohrung von mehreren Spinnpumpen in einem einzigen, erfindungsgemäß in Metall eingegossenen Pumpenblock zusammengefaßt sein.

Die je nach Zusammensetzung des Edelstahls der Rohre bei Temperaturen oberhalb von etwa 650°C mögliche Legierungsbildung zwischen dem Edelstahl und dem Gießmetall ist zu vermeiden, da dadurch die Festigkeit der Rohre beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund darf entweder die Gießtemperatur 650°C nicht überschreiten, oder die Rohre müssen vor dem Eingießen durch Beschichten inertisiert werden.

Im ersten Fall hat die Schmelztemperatur des Gießmetalls im Bereich von 500 bis maximal etwa 620°C zu liegen, wobei Aluminiumlegierungen mit einer Schmelztemperatur von 500 bis 600°C bevorzugt werden.

Andernfalls müssen die Edelstahlrohre vor dem Eingießen entweder mit Keramik oder mit einem anorganischen Trennmittel, wie beispielsweise Zirkonpaste, beschichtet werden. Derartige Techniken und geeignete Handelsprodukte gehören zum Stand der Technik.

Die Verrohrung wird zunächst in die zum späteren Anschluß an die Spinnpumpe einerseits und die Düsenblöcke andererseits benötigte Form gebogen, gegebenenfalls beschichtet und in einer Gießform, vorzugsweise einer Sandgießform, fest angeordnet.

Die Gießform sollte bei gleicher geometrischer Form etwas größer sein als der von einer Wärmeträgerflüssigkeit beheizte Schacht des Spinnbalkens, in dem der Pumpenblock später eingesetzt wird.

Die Rohre werden vor oder nach dem Einbringen in die Gießform gleichmäßig erhitzt, so daß ihre Temperatur zum Zeitpunkt des Eingießens in Metall etwa der Schmelztemperatur dieses Metalls gleich ist. Selbstverständlich darf nur soweit erhitzt werden, daß die Festigkeit der Rohre nicht beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund werden auch Gießmetalle mit einer eher niedrigen Schmelztemperatur im Bereich von 500 bis etwa 670°C bevorzugt.

Gleichzeitig wird das Gießmetall verflüssigt, wobei die Temperatur des flüssigen Metalls je nach Größe des Pumpenblocks um 50 bis 100°C höher sein sollte als die Schmelztemperatur des Metalls. Anschließend wird das flüssige Metall in die Gießform mit der Verrohrung gegossen, und zwar möglichst neben die Rohre. Bis auf den Bereich der Rohranschlußenden müssen die Rohre im flüssigen Metall voll untertauchen. Luftbläschen im flüssigen Metall sind durch entsprechend vorsichtige Gießtechnik auszuschließen.

Das nachfolgende Abkühlen muß langsam erfolgen, um die Entstehung von Rissen oder kleinsten Hohlräumen im Gießblock auszuschalten. Bei der üblichen Pumpenblockgröße genügt selbsttätiges Abkühlen bei Raumtemperatur.

Nach vollständiger Abkühlung und Entfernung der Gießform wird der Pumpenblock durch äußere mechanische Bearbeitung exakt dem Schacht des Spinnbalkens angepaßt, in den er später eingesetzt werden soll. Die Maßtoleranz ist so zu wählen, daß Ein- und Ausbau möglich sind, der Pumpenblock aber ansonsten an der Schachtwandung anliegt. Diese Paßgenauigkeit in Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit des die Rohre vollständig einschließenden Metalls gewährleistet eine einwandfreie Wärmeübertragung und eine sehr gleichmäßige Temperierung der Polymerschmelze. Temperaturdifferenzen zwischen Pumpenblockbereich und Düsenblockbereich werden so völlig ausgeschaltet. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Pumpenblocks hergestellte Fasern weisen, auch bei niedrigsten Titern, eine hohe Gleichmäßigkeit sowohl in bezug auf das einzelne Filament als auch von Filament zu Filament auf.

Darüber hinaus trägt die Einbettung der Verrohrung in den gegossenen Vollmetallblock zu deren Beständigkeit gegenüber dem hohen hydraulischen Druck der Spinnschmelze bei. Die Bruchgefahr der Rohre, insbesondere bei gelegentlich auftretenden Spitzen des Schmelzedruckes wird somit deutlich reduziert.

Eine mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Pumpenblocks (4) innerhalb des Spinnbalkens (1) zeigt die in Fig. 1 wiedergegebene Querschnittsskizze. Die direkt aus der Polymersynthese-Anlage oder von einem Schmelzextruder kommende Polymerschmelze wird über die Leitung (2) der Spinnpumpe (3) und anschließend über die Verbindungsleitung (5) dem Düsenblock (7) zugeführt.

Der spinnpumpennahe Bereich der Leitung (2) und die Verbindungsleitung (5) sind erfindungsgemäß in Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingegossen und bilden zusammen den Pumpenblock (4). Spinnpumpe (3), Pumpenblock (4) und Düsenblock (7) sind in einem Schacht innerhalb eines mit Wärmeträgermedium gefüllten Hohlraumes (8) angeordnet, der seinerseits nach außen mit Isolierung (12) umgeben ist. Das Wärmeträgermedium wird durch die Leitung (9) zugeführt und durch die Leitung (10) abgeleitet.

Bei dieser Anordnung ist die Wärmeübertragung innerhalb des Pumpenblocks wegen dessen hoher Wärmeleitfähigkeit und des Fehlens von die Wärme bekanntlich schlecht leitenden Hohlräumen ebenso gut wie die vom Wärmeträgermedium auf den Düsenblock. Hieraus folgt eine besonders gleichmäßige Temperierung der Polymerschmelze auf ihrem gesamten Weg durch den Spinnbalken.

Claims (5)

1. Spinnbalken-Pumpenblock bestehend aus der Edelstahl-Verrohrung zur Spinnpumpe und zwischen Spinnpumpe und mindestens einem Düsenblock zum Schmelzspinnen synthetischer Polymere, dadurch gekennzeichnet, daß die Verrohrung in Metall mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 500 bis 1000°C und einer Wärmeleitfähigkeit bei 300 K von mindestens 0,30 cal/sec.cm.K eingegossen ist.

2. Spinnbalken-Pumpenblock gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Wärmeleitfähigkeit bei 300 K von mindestens 0,50 cal/sec.cm.K hat.

3. Spinnbalken-Pumpenblock gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

4. Spinnbalken-Pumpenblock gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verrohrung vor dem Eingießen durch Beschichten mit Keramik oder mit einem anorganischen Trennmittel inertisiert wurde.

5. Spinnbalken-Pumpenblock gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Schmelztemperatur im Bereich von 500 bis 620°C hat und die Verbindungsrohre unbeschichtet sind.