DE6925398U

DE6925398U - Vorrichtung zum pumpen von geschmolzenen hochviskosen thermoplastischen polymeren zu einem extruder

Info

Publication number: DE6925398U
Application number: DE6925398U
Authority: DE
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1968-06-28
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1969-11-13
Also published as: US3493036A; GB1243306A

Description

DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY

10th and Market Streets, Wilmington, DeIo 19898, V« St. A<

Vorrichtung zum Pumpen von geschmolzenen hochviskosen thermoplastischen Polymeren zu einem Extruder

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe für geschmolzene, hochviskose Polymer« und insbesondere eine Zahnradpumpe, die mit einer Heiz- und Kühleinrichtung zur Regelung des Temperaturanstiegs ausgerüstet ist, der normalerweise beim Pumpen von geschmolzenen hochviskoeen Polymeren auftritt„

Bei der Herstellung von Kunstfasern durch Schmelzspinnen aus Polymeren von hohem Molekulargewicht werden gewöhnlich Zahnradpumpen zur Dosierung des Polysterflusses und zur Verstärkung des Druckes in einer OberfOhrungs- bzw» Transferleitung verwendet,

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die einen Schneckenschmelzer bzw« ein Polymer ie iergefilß mit den Spinnetellungen verwendete Die geschmolzenen Polymeren erfahren normalerweise eine Temperaturerhöhung, wenn sie durch Pumpen hindurchtreten» was durch die Umwandlung von viskosem Widerstand und anderer mechanischer Arbeit in Warme bedingt ist. Bei hochviekosen geschmolzenen Polymeren, ZoB. Poly(hexamethylenadipamid), mit einem Molekulargewicht von Ober 2O₀OOO kann eine solche Temperaturerhöhung infolge des im Polymeren eintretenden zusätzlichen thermischen Abbaus sicher unerwünscht seinο Solche Temperaturerhöhungen können durch die Verwendung eines Schneckenestruders anstelle einer Zahnradpumpe unter Kontrolle gehalten oder vermieden werden, welcher Extruder mit einer Kühleinrichtung im Extruderzylinder oder in der Schnecke oder in beiden ausgerüstet isto Solche Einrichtungen sind normalerweise viel teurer und sperriger und unterliegen einem Verlust im Polymerzumeßvermögen gegenüber den durch die ersetzten Zahnradpumpen« Entgegen der Erwartung wurde festgestellt, daß Zahnradpumpen mit Mitteln zur Ableitung der überschüssigen Wärme versehen werden können, die beim Pumpen von hochviskosen geschmolzenen Polymeren erzeugt wird, und daß dies ohne eine übermassige Erhöhung der Arbeitsbelastung geschehen kann_o

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Pumpen von geschmolzenem hochviskosem thermoplastischen Polymer zu einer Extrueionseinrichtung, mit einer getriebenen Zahnradpumpe, die ein Gehäuse besitzt, das eine Oberseite, eine Unterseite und eine äussere Umfangsflache aufweist, wobei eine Einrichtung für die Zufuhr von geschmolzenen Polymeren zur Pumpe vorgesehen ist und eine Leitung die Pumpe mit einer Extrusionseinrichtung verbindet, gekennzeichnet durch einen Kühler, der mit der äusseren Umfangsfläche des Gehäuses verbunden ist und diese umschließt, und eine Einrichtung, die mit dem Kühler gekoppelt ist, und für die Zufuhr einer geregelten Wärmemenge zur Pumpe dientο

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Vorzugsweise wird die Einrichtung für die Zufuhr der geregelten Wärmemenge durch eine Stromquelle, ein im Kühler eingebettetes elektrisches Heizelement und durch einen Spannungsregler gebildet, der zwischen der Stromquelle und dem Heizelement geschaltet istο Vorzugsweise ist der Kühler ein Konvektionskühler mit einer Vielzahl von voneinander in Abstand befindlichen Rippen an seiner Aussenflache. Vorzugsweise sind die Oberseite und die Unterseite des GEhäuses isoliert₀

In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Figo 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen

Vorrichtung in einer Anlage zum Schmelzspinnen von Fäden aus synthetischen faserbildenden Polymeren;

Fig. 2 eine Ansicht im Aufriß und im Schnitt der erfindungsgem&ssen Vorrichtung.

Die in Figo 1 und 2 dargestellte getriebene Dosier-Zahnradpunpe 10 fördert geschmolzenes Polymeres, das ihr durch eine Leitung 12 zugeführt wird, mit einer gewünschten Zumeßgeschwindigkeit über eine Leitung 11 zu einer Packung 16· Fäden 20 werden dadurch gebildet, daß das geschmolzene Polymere durch eine Spinndüse 18 gepreßt wird, die am unteren Teil der Packung 16 angebracht ist. Die Leitungen 12, 11 sind vorzugsweise beheizt und isoliert» Die Zahnradpumpe 10 besitzt ein Pumpengehäuse aus einer Anzahl Platten, welche Zahnräder 32 umschliessen, die von einer Antriebswelle 31 angetrieben werden_o An der äusseren Umfangsflache 35 des Pumpengehäuses 30 ist ein Konvektionskühler 36 diese umschliessend befestigt, welcher als Mantel für diese dient und «urch eine Metallplatte oder ein anderes wärmeleitendes Material gebildet worden kann, in welchem elektrische Heizelemente 38 eingebettet sind, die mit Zuleitungen 42 und

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verbunden sind., Der Konvekt ions kühler 36 kann eine Anzahl voneinander in Abstand befindlicher vertikal oder horizontal angeordneter Oberflächenerweiterungen oder Rippen 10 an seiner Aussenfläche aufweisen und vorzugsweise befindet sich die Innenfläche des Kühlers 36 in Kontakt mit der Aussenumfangefläche des Gehäuses 30. Die Heizelemente 38 werden erregt und ihre Leistung wird durch einen Spannungeregler >»6 geregelt, der zwischen eine Stromquelle und den Zuleitungen 42 und W geschaltet ist. Vorzugsweise sind die Oberseite und die Unterseite 37, des Pumpengehäuses 30 mit einer Isolierung, beispielsweise in Form von Deckeln 31, 33 versehen, während die verrippte Aussenfläche des KonvektionskOhlers 36 der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist ο

Die erfindungegemäese Vorrichtung ermöglicht eine wirksame Temperaturregelung bei der Behandlung von geschmolzenen thermoplastischen Polymeren von hohem Molekulargewicht und Viskositäten von 10ο000 Poise und mehr durch eine geeignete Gestaltung dar Zahnradzähne und der Heiz» undKühleinrichtung. Diese Temperaturregelung kann mit einem geringen Verlust,wenn Oberhaupt, an Pumpenwirkungsgrad und ZumeAvermögen erzielt werden_β

Die Wärmeerzeugung durch die Wirkung der Pumpe 10 kann dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, daß die Zahl und die Teilung der Zahnradzähne herabgesetzt wirdο Infolgedessen kann das Polymere wirksamer in einer Pumpe mit der Teilung 6 (Durchmesserteilung (diametral pitch) · die Anzahl der Zähne auf 2₉5t cm Teilkreisdurchmesser) und 11 Zähnen wirksamer gekühlt werden als bei einer Teilung 12 und 22 Zahnradzähnen bei sonst gleichen übrigen Faktoren. Die Vorrichtung ist jedoch über einen weiten Bereich von Zahnradgrossen und -Proportionen wirksam, wie in Tabelle I gezeigt„

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Tabelle I

Nennleistung Zahn» Durchmee- Teilkreis» Zahnrad« Zahne·

ccm/U räder eerteilg» durchmesser dicke zahl

(/) (Diamo (in_o> (in»)

Pitch)

19, (Io	7 2)
39, (2c	3 «0
105 (7)
197 (12)
ι· en 1*3 (28)
820 C5O5

<f,65 3,23 22 Qo83 (1,27)

4,65 3,23 11 Qo83) (1.27)

9,18 3,56 20

(«»nOO) (loHO)

9,16 3,56 12 («ίο 00) (!„«Κ»

3,16 7,11 2ö C) (2o80)

9,16 7,11 12

0) C2o80)

Bei geeignetes⁹ Gestaltung der Zähne 32 und des Konvektionskuhlere 36 ist es möglich₈ eine wesentliche Herabsetzung der Geeamttem« peratur für das durch die Pumpe 10 hindurchtretende Polymere zu erhaltene

Der optimale Betriebsbereieh für jede gegeben® Bauforra dar Pumpe und ces Konvektionskühlers läßt sieh leicht durch Beobachten

der Wirkung der Kühlung auf die Leistungsaufnahme der Pumpe und die Durchflußgeechwindigkeit des Polymeren bestimmen₀

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RD-ΙΗβΙ

Im Betrieb soll die dem Konvektionekühler 36 zugeführte Wärmemenge ausreichend sein» zu verhindern» daß die Temperatur des mit der Innenfläche des Puapengehäusee in Kontakt befindlichen Polymeren unter dessen Schmelzpunkt abfallt· Darüber hinaus hflngt die zugeführte wärmemenge von dem Grad der Kühlung ab, die zum Erzielen der gewünschten Temperaturregelung und des gewünschteil Pumpenbetriebe erforderlich ist» Die Betriebsbedingungen kfinnen so eingestellt werden» daß der Temperaturanstieg des Polymeren auf einen annehmbaren Grad, normalerweise z.B. weniger als etwa 10⁰C, begrenzt wird oder eine konstante Eingänge- und Ausgangstemperatur aufrechterhalten wird oder die Temperatur des Polymeren unter die Zuführungstemperatur des Polymeren herabgesetzt wirdo Es muß dabei sichergestellt werden, daß die Kühlung der Pumpe nicht die gleichmassige Temperaturregelung in den beheizten Zuführungs- und Austritts-Transfer leitungen beeinträchtigt, die mit der Pumpe verbunden sind, was zu Ungleichförmigkeiten oder sogar zu einer Blockierung des Polymerflusses in den Leitungen führen kann· Dies kann durch eine geeignete Isolierung, beispielsweise mittels eines Isolierdeckels 33 oder einer Metallplatte zwischen der Pumpe und dem Block, vermieden werden, mit dem sie und die Leitungen verbunden sind»

Wenn die wärmeregelung der Zahnradpumpe von der Beheizung für die Polyssr-Oberführungeleitungen unabhängig ist« lädt sich eine viel grOssere Vielseitigkeit in der Fähigkeit des Systems zur Handhabung von Polymeren von verschiedenen Schmelzvisko* eitaten als bei den bekannten Zahnradpumpen-Leitungswegen erzielen·

Bei der Erprobung der erfindungsgemäseen Vorrichtung hat sich eine Herabsetzung des inneren Lsckens dss Polymeren in Zahnrad» pumpen infolge der erhöhten Polymerviskositat durch Kühlung

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in den Zwischenräumen zwischen dem Gehäuse 30 und den Zahnrädern 32 ergeben·

Eine wirksame Temperaturregelung unter Verwendung der erfindungsgemäseen Vorrichtung wurde mit Polymersohmelsen mit einer Viskosität bis SoOOO Poise demonstrierte Aueserdem wurde die Wirksamkeit bei Polymeren von niedrigerer Viskosität bei Durchflußgeschwindigkeiten von Io816 kg/h (to000 lbs/hr) bei Druck-

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unterschieden von etwa 211 kg/cm bis 281 kg/cm (etwa 3,000 - «»_e 000 psi) demonstriert sowie bei Durchflußgeschwindigkeiten von27_t2 kg/h (60 lbs»/hr) und Druckunterschieden bis etwa 703 kg/cm (etwa 10,000 psi)₀ Eine Polymertemperaturregelung in Zahnradpumpen unter diesen Bedingungen wurde bisher ohne eine unerwOnahte Erhöhung der Arbeitsbelastung oder einen Verlust an Gleichförmigkeit in den Durchflußeigenschaften des Polymeren als undurchführbar betrachtete

Es können auch andere Heiz- und Kühleinrichtungen als bereits beschrieben verwendet werden« Beispielsweise kOnnen der Kühler oder das Pumpengehäuse gesonderte Kanäle zum Hindurchleiteh von Heiz- und Kühlmedien enthalten, um die gewünschte Temperaturregelung zu erzielenο Bevorzugt zur Kühlung ist jedoch die Verwendung von Rippen oder anderen Oberflächenerweiterungen» die durch Preßluft oder freie Umgebungsluft gekühlt werden, da sie eine unerwartete Wirksamkeit, Einfachheit und niedrige Kosten habenο

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Claims

RD-1H81 ²⁶° ^Juni

Schutzansprüche

Vorrichtung zum Pumpen geschmolzener hochviskoser thermo* plastischer Polymere zu einer Extrusionseinrichtung mit einer getriebenen Zahnradpumpe, die ein Gehäuse besitzt, welches eine Oberseite, eine Unterseite und äussere Umfangsflachen aufweist, Mitteln fur die Zufuhr von geschmolzenem Polymer zur Pumpe und eine Leitung, welche die Pumpe mit der Extrusioneeinrichtung verbindet, gekennzeichnet durch

(a) einen Kühler (36), der mit der Aussenumfangsflache C35) des Gehäuses (30) verbunden ist und diese umschließt, und

(b) Mittel (38, <»2, Ht₉ 46), die mit dem Kühler (36) für die Zufuhr einer geregelten wärmemenge zur Pumpe (10) gekuppelt sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die I Mittel für die Zufuhr der geregelten Wärmemenge gebildet werden durch eine Stromquelle, ein elektrisches Heizelement (38), das im Kühler (36) eingebettet ist, und einen Spannungeregler (U6), der zwischen die Stromquelle und dem Heizelement (38) geschaltet ist»

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, <äß die Oberseite das Gehäuses isoliert ist

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Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (36) ain KonvektionskOhler mit einer Anzahl von voneinander in Abstand befindlichen Rippen (ΙΟ) ist» die an seiner Aussenflache (3S) angeordnet sind»

Vorrichtung nach Anspruch ·», dadurch gekennzeichnet« daß die Oberseite und die Unterseite des Gehäuses isoliert
sind (31, 33),