WO2013167258A1 - Düseneinrichtung zur erzeugung von endlosfäden aus einer kunststoffschmelze zur granulierung - Google Patents

Düseneinrichtung zur erzeugung von endlosfäden aus einer kunststoffschmelze zur granulierung Download PDF

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WO2013167258A1
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Definitions

  • the invention relates to the field of granulation of thermoplastics, and more particularly to a nozzle device which can be used for this purpose.
  • thermoplastic material such as polyethylene or polypropylene
  • granulating often used with extruders, in which the molten plastic material is pressed through a nozzle plate in a tempering fluid, such as water, and from a knife assembly whose at least one knife covers the openings of the nozzle plate, is separated there, so that Granules are formed.
  • a tempering fluid such as water
  • knife assembly whose at least one knife covers the openings of the nozzle plate
  • a nozzle package which has a rectilinear series of nozzle bores for producing endless filaments from a melt or solution, wherein the solution or the melt is supplied via a feed in a manifold block of the nozzle package, which then flows through a longitudinal gap of the nozzle package the nozzle holes.
  • a transversely to a flow direction of the melt or solution elongated passive displacement body with molten channel-forming spacers thereon is inserted in a defined position in the manifold block or the longitudinal gap.
  • Such nozzle packages are used, for example, in the production of microfiber webs, which have been produced for several decades in the usual way by meltblowing, commonly referred to in the art as meltblown.
  • liquid plastic material is pressed out of rows arranged capillary nozzle openings and detected by both sides passing hot process air and entrained.
  • Resulting entrained plastic threads solidify after contact with the process air, which mixes with sucked cold ambient air, and are then blown onto a below continuously running sieve belt.
  • the static mixing elements or displacer elements often also have the task of ensuring a certain cooling of the plastic melt.
  • the cooling capability is limited and often inadequate. There was therefore a need to improve a cooling ability.
  • WO 2009/052898 discloses a process for producing a polymer granulate in which a polymer melt is cooled with a first static melt cooler, an additive and a blowing agent are added to the polymer melt and mixed in, and the polymer melt is cooled by means of a second static melt cooler is before the granulated polymer melt is granulated.
  • a nozzle device for producing continuous filaments from a plastic melt has a nozzle main body in which at least one nozzle channel and at least one nozzle outlet opening are formed, wherein on the inner surface of the nozzle channel at least one protruding into the interior of the nozzle channel projection is formed.
  • the ability of a nozzle means for temperature control and / or cooling can be improved by providing at least one projection in the nozzle channel.
  • the provision of the at least one projection has the effect of enlarging the inner surface of the nozzle channel.
  • the molten plastic material that is pressed through the nozzle device therefore comes into contact with a larger area, with the effect that more heat can be dissipated from the plastic melt via the base body of the nozzle device via the enlarged surface or accordingly via a temperature control of the nozzle body there Heat of the melt can be supplied.
  • the nozzle channel may have a length in the range of 50 to 150 mm, preferably in the range of 80 to 120 mm, particularly preferably 100 mm.
  • the at least one projection may extend over the entire length of the nozzle channel or at least extend in a region of the length of the nozzle channel, preferably over 80%, more preferably extend over 90% of the length of the nozzle channel.
  • the at least one projection may have a height which is in the range of 15 to 40%, preferably 25 to 35% of the diameter of the nozzle channel.
  • the at least one projection may, for example, extend in a substantially straight line parallel to the longitudinal axis of the nozzle channel.
  • the at least one projection in a curve, in particular a helix extend along the direction of the longitudinal axis of the nozzle channel.
  • curved protrusions has the effect that the plastic melt material pressed by the nozzle means in the nozzle channel can not move in a straight line due to the curved protrusions and is subjected to rotational movement.
  • the rotational movement will in most cases not be uniform over the entire cross section of the plastic melt material located in the nozzle channel, but rather the rotational movement will be greatest in the area of the projections and decrease towards the center of the nozzle channel.
  • This has the Effect that the plastic melt material is subjected to a certain mixing in the nozzle channel, so that a more uniform cooling and / or temperature control is possible.
  • the use of curved protrusions has the consequence that the protrusions have a greater length, as compared with rectilinear protrusions, which in turn has the consequence that the surface of the protrusions is increased, with the effect that the enlarged projections increase the area with which plastic melt material can come in contact.
  • the cooling and / or temperature control is thereby further improved.
  • the mixing of the melt can be further improved in a particularly effective manner if the at least one helical projection preferably has different pitch angles over the course in sections, wherein the direction of rotation of the helical course can also change in sections over the course.
  • the nozzle channel may have a diameter in the range of 5 to 15 mm, preferably in the range of 8 to 12 mm, particularly preferably 10 mm.
  • the at least one extending in the nozzle channel projection on an additionally central supported in the nozzle channel arranged centrally supporting element wherein preferably the central support element extends from the inlet region to the nozzle opening of the nozzle channel or preferably the central support element extends only over a portion of the length of the nozzle channel
  • channels for a tempering fluid for cooling and / or tempering, i. optionally heating, the nozzle device may be formed.
  • the nozzle channel may be formed as an insert which is inserted into the nozzle main body.
  • the nozzle channel can be made as a socket, which is then inserted into a corresponding bore of the nozzle body.
  • the socket can also be made in two or three parts, so that the inner surfaces easier machined and the projections can be made.
  • the bush can then be assembled from the two or three parts and inserted into the hole.
  • the nozzle device according to the invention can be designed as a perforated plate of an apparatus for the production of granules from a plastic melt according to the application of the known in the art underwater H exertabschlags.
  • the nozzle device according to the invention may also be formed as a nozzle package in which a plurality of the nozzle outlet openings is formed in a rectilinear row, e.g. for use in strand granulation systems.
  • the nozzle device according to the invention can be used to produce continuous filaments by the meltblown process.
  • the nozzle device according to the invention can be used to produce continuous filaments for sheets which are not woven in terms of area.
  • the nozzle device according to the invention can be used for dropping low-viscosity melts.
  • the nozzle device according to the invention can be used in particular for granulation.
  • plastic material according to the invention is also to be understood as meaning, for example, preferably any material to be granulated. Areas of application or materials to be granulated may be: thermoplastics, elastomers, biopolymers (biodegradable plastics), antioxidants, oleochemicals, for example fatty acids and glycerols, alcohols and metal soaps, surfactants and lubricants, for example PE and PP waxes, hot melt adhesives and resins (for example, based on PP, SAN), melt-like polymers, oligomers and low molecular weight polymers, plastic materials based colorants, chemicals, pharmaceuticals, and other materials suitable for granulation.
  • thermoplastics for example, preferably any material to be granulated. Areas of application or materials to be granulated may be: thermoplastics, elastomers, biopolymers (biodegradable plastics), antioxidants, oleochemicals, for example fatty acids and glycerols, alcohol
  • Fig. 1 shows a schematic view in cross section of an embodiment of a nozzle assembly according to the present invention.
  • Fig. 2 shows a schematic view in longitudinal section of another embodiment of a nozzle assembly according to the present invention.
  • Fig. 3 shows a schematic view in longitudinal section of another embodiment of a nozzle assembly according to the present invention.
  • Fig. 4 shows a schematic view in longitudinal section of a nozzle assembly according to the present invention.
  • FIG. 5 shows a schematic front view of the nozzle arrangement of FIG. 4.
  • Fig. 6 shows a schematic view in cross section of yet another embodiment of a nozzle assembly according to the present invention.
  • Fig. 1 shows in a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a nozzle device according to the present invention.
  • a nozzle channel 2 is formed in a nozzle main body 1.
  • the nozzle channel 2 preferably has a substantially circular cross-section.
  • protrusions 3 On the inner wall of the nozzle channel 2 projections 3 are formed, which extend into the interior of the nozzle channel 2. Although four protrusions are shown in Fig. 1, this number is not limitative, and other numbers of protrusions 3 may be provided as required, such as one, two, three, five or more.
  • the protrusions 3 may take many different cross-sectional shapes, but it is preferred that the protrusions 3 have a substantially triangular cross-section have, as shown in FIG. 1 can be seen. It can also be provided that the transitions are rounded to form no sharp edges. This represents a good compromise between the various requirements, on the one hand to provide the largest possible surface of the projections 3, here the side surfaces of the triangle, and to allow the greatest possible heat transportability of the projections 3 to the base body 1, here by increasing the base body towards the cross section the protrusions 3, while at the same time the cross-section of the nozzle channel 2 is reduced as little as possible by the projections 3, here by the increasing in the direction of the interior tapering of the cross section of the projections. 3
  • FIG. 2 shows a projection 3 which extends from the inlet opening 4 to the nozzle outlet opening 5 over the entire length of the nozzle channel 2.
  • the projection 3 may extend in a straight line parallel to the longitudinal axis of the nozzle channel. However, it is preferred that the projection 3, as seen in FIG. 2, is curved.
  • the projection 3 may take the form of a helix formed on the inner surface of the nozzle channel 2 and winding around the inner surface of the nozzle channel 2 over substantially the entire length of the nozzle channel 2.
  • the projection 3 may be formed, for example in its course so that the projection 3 is rotated by 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 1/1, 4/3, 3 / 2, 2/1 of the circumference of the nozzle channel 2 describes.
  • the pitch angle of the helix may change over the course.
  • the direction of rotation of the helical curve can also change (not shown in the figures).
  • a curvature of the projection 3 may be variable.
  • a projection 3 may have sections of varying curvature, or may be partially rectilinear and partially curved.
  • An optimal course of a projection 3 can be determined by means of a physical, in particular fluid-dynamic simulation based on a desired formulation of the plastic material, its properties, as well as the dimensions and properties of the nozzle device, and possibly further relevant devices.
  • projections 3 While only one projection 3 is shown in FIG. 2, it is preferred that a plurality of projections 3 are formed.
  • the projections 3 may each be formed so that they are uniformly spaced apart over the inner surface of the nozzle channel 2 are formed distributed and each having a same course. It is also possible that the projections 3 are formed so that they have a mutually changing distance. This may be the case, for example, if two projections 3 are each formed with an S-shaped, curved course, wherein the S-curves are offset from one another in each case so that they are substantially mirror-inverted.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a nozzle device according to the present invention schematically in longitudinal section.
  • the nozzle channel 2 may have a constriction in the region of the nozzle outlet opening 5.
  • the projections 3 are formed in the example of FIG. 5 as a helix.
  • the projections 3 may end before or in the region of the constriction or pass into it.
  • FIGS. 4 and 5 Yet another embodiment of a nozzle device according to the present invention is shown in FIGS. 4 and 5.
  • a nozzle channel 2 may open into a plurality of nozzle outlet openings 5.
  • the main body 1 can be designed such that it partially closes the cross-section of the nozzle channel 2 in a region 6 at the level of the outlet openings 5, so that channel-like guides for the plastic melt material are formed towards the nozzle outlet openings 5.
  • Fig. 6 shows a schematic view in cross-section of yet another embodiment of a nozzle assembly according to the present invention.
  • the individual, preferably helically extending in the nozzle channel 2 projections 3 are also based on a centrally in the nozzle channel 2 extending centrally disposed support member 7 from.
  • the central support element 7 may extend from the inlet region 4 to the nozzle opening 5 of the nozzle channel 2 or extend only over a portion of the length of the nozzle channel 2.
  • channels 8 are formed in the base body 1 of the nozzle device through which a tempering fluid, for example water or tempering oil, flows under pressure can be left to temper so that the plastic melt material in the nozzle channel 2, ie to heat or cool as needed.
  • the channels 8 are in fluid communication therewith with the projections 3 formed therein, and the respective cavity of a projection 3 is in fluid communication with the support element 7, which is likewise provided with a cavity.
  • the tempering fluid can preferably circulate through the channels 8 and the hollow protrusions 3 and the hollow support element 7, thus further improving the temperature control of the device according to the invention.
  • the cavity in the central support element 7 and the cavity in the respective projection 3 is in each case fluid-tightly sealed at the respective ends thereof against the nozzle channel, so that no tempering fluid can come into direct contact there with the melt channel.
  • the nozzle device may be formed as a single nozzle.
  • the nozzle device may also be formed in a perforated plate, wherein the perforated plate forms the main body 1 of a plurality of nozzle devices formed in the perforated plate.
  • the nozzle device can also be designed as an insert which can be inserted into a perforated plate.
  • the nozzle means may be useful for producing continuous filaments by the melt-blown process or continuous filaments for non-woven webs.
  • the nozzle device is usable for granulation.
  • the nozzle device can be produced by a casting process.
  • a production by a cutting process or spark erosion is also conceivable.

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Abstract

Düseneinrichtung zur Erzeugung von Endlosfäden aus einer Kunststoff schmelze zur Granulierung, aufweisend einen Düsengrundkörper (1), in dem zumindest ein Düsenkanal (2) und zumindest eine Düsenaustrittsöffnung (5) ausgebildet sind, wobei an der Innenfläche des Düsenkanals zumindest ein in das Innere des Düsenkanals ragender Vorsprung (3) ausgebildet ist.

Description

DÜSENEINRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON ENDLOSFÄDEN AUS EINER
KUNSTSTOFFSCHMELZE ZUR GRANULIERUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Granulierung thermoplastischer Kunststoffe, und insbesondere eine hierzu verwendbare Düseneinrichtung.
Generell werden zur Granulierung von thermoplastischem Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen, häufig Granuliervorrichtungen mit Extrudern eingesetzt, bei welchen das geschmolzene Kunststoffmaterial durch eine Düsenplatte in ein Temperierfluid, beispielsweise Wasser, gepresst wird und von einer Messeranordnung, deren zumindest ein Messer die Öffnungen der Düsenplatte überstreicht, dort abgetrennt wird, so dass Granulatkörner gebildet werden. Entsprechende Vorrichtungen, welche beispielsweise Verfahren zur Unterwassergranulierung ausführen, sind als Unterwassergranulieranlagen z. B. unter der Produktbezeichnung SPHERO® vom Unternehmen Automatik Plastics Machinery GmbH bekannt.
Aus dem Dokument DE 196 37 063 AI ist weiter Extruder für die Herstellung von Kunststoffgranulat bekannt, mit einer Granuliervorrichtung, bestehend aus einem Granulierkopfgehäuse und einer Lochplatte. Ein derartiger Extruder eignet sich insbesondere zum Schneiden thermoplastischer Kunststoffe unter Wasser, wobei an sich bekannte statische Mischelemente in die Schmelzekanäle des Granulierkopfgehäuses eingesetzt sind. Die statischen Mischelemente dienen dazu, die Strömung in den Zuführkanälen zur Lochplatte an eine Blockströmung anzunähern und die Schmelzetemperatur in den Kanälen zu vergleichmäßigen.
Aus dem Dokument DE 10 2006 017 212 ist ein Düsenpaket bekannt, das eine geradlinig angeordneten Reihe von Düsenbohrungen aufweist zur Erzeugung von Endlosfäden aus einer Schmelze oder Lösung, wobei über eine Zuführung in einem Verteilerblock des Düsenpakets die Lösung oder die Schmelze zugeführt wird, welche dann durch einen Längsspalt des Düsenpakets den Düsenbohrungen zuströmt. Ein quer zu einer Strömungsrichtung der Schmelze oder Lösung länglicher, passiver Verdrängerkörper mit daran befindlichen schmelzekanalbildenden Abstandhaltern ist in definierter Lage in den Verteilerblock oder den Längsspalt eingesetzt. Verwendung finden solche Düsenpakete beispielsweise bei der Herstellung von Mikrofaservliesen, welche seit mehreren Jahrzehnten in üblicher Weise durch Schmelzblasen, in der Fachwelt allgemein als Meltblown bezeichnet, hergestellt werden. Dabei wird flüssiges Kunststoffmaterial aus reihenförmig angeordneten Kapillar-Düsenöffnungen ausgepresst und von beidseitig vorbeiströmender heißer Prozessluft erfasst und mitgerissen. Die dabei entstehenden mitgerissenen Kunststofffäden erstarren nach dem Kontakt mit der Prozessluft, welche sich mit angesaugter kalter Umgebungsluft mischt, und werden dann auf ein unterhalb kontinuierlich vorbeilaufendes Siebband geblasen.
In den genannten Verfahren und Vorrichtungen haben die statischen Mischelemente oder Verdrängerelemente oftmals auch die Aufgabe, für eine gewisse Kühlung der Kunststoffschmelze zu sorgen. Wegen der hohen Schmelzetemperatur, hervorgerufen durch den Extruder, und der hohen Fließgeschwindigkeit der Kunststoffschmelze ist die Kühlfähigkeit jedoch begrenzt und oftmals unzureichend. Es bestand daher die Notwendigkeit, eine Kühlfähigkeit zu verbessern.
Im Stand der Technik war es zur Verbesserung der Kühlung weiter bekannt, zusätzliche Kühlvorrichtungen oder zusätzliche Kühl-/Mischvorrichtungen vorzusehen.
So war aus dem Dokument WO 2009/052898 ein Verfahren zur Herstellung eines Polymergranulats bekannt, bei dem eine Polymerschmelze mit einem ersten statischen Schmelzekühlers gekühlt wird, ein Additiv und ein Treibmittel der Polymerschmelze zugegeben und eingemischt werden, und die Polymerschmelze mittels eines zweiten statischen Schmelzekühlers gekühlt wird, bevor die gekühlte Polymerschmelze granuliert wird.
Das Dokument DE 20 2005 001 985 Ul beschreibt ebenfalls einen Schmelzkühler, der dem Extruder nachgelagert ist.
Das Vorsehen eines zusätzlichen Schmelzkühlers weist den Nachteil auf, dass damit eine weitere Komponente vorgesehen werden muss, was die Anlage vergrößert, mit entsprechendem Mehrbedarf an Raum und Kosten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Kühlmöglichkeit für das Schmelzematerial zu schaffen, welche ohne zusätzlichen separaten Kühlern auskommt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Düseneinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Düseneinrichtung zur Erzeugung von Endlosfäden aus einer Kunststoffschmelze bereitgestellt, die Düseneinrichtung weist einen Düsengrundkörper auf, in dem zumindest ein Düsenkanal und zumindest eine Düsenaustrittsöffnung ausgebildet sind, wobei an der Innenfläche des Düsenkanals zumindest ein in das Innere des Düsenkanals ragender Vorsprung ausgebildet ist.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die Fähigkeit einer Düseneinrichtung zur Temperierung und/oder Kühlung verbessert werden kann, indem zumindest ein Vorsprung in dem Düsenkanal bereitgestellt wird. Die Bereitstellung des zumindest einen Vorsprungs hat den Effekt, dass die Innenfläche des Düsenkanals vergrößert wird. Das geschmolzene Kunststoffmaterial, das durch die Düseneinrichtung gepresst wird, kommt daher mit einer größeren Fläche in Kontakt, mit der Wirkung, dass über die vergrößerte Oberfläche mehr Wärme aus der Kunststoffschmelze über den Grundkörper der Düseneinrichtung abgeführt werden kann oder entsprechend über eine Temperierung des Düsenkörpers dort Wärme der Schmelze zugeführt werden kann.
Der Düsenkanal kann eine Länge im Bereich von 50 bis 150 mm, bevorzugt im Bereich von 80 bis 120 mm, besonders bevorzugt von 100 mm aufweisen.
Der zumindest eine Vorsprung kann sich über die gesamte Länge des Düsenkanals erstrecken oder zumindest in einem Bereich der Länge des Düsenkanals erstrecken, bevorzugt über 80%, bevorzugter über 90% der Länge des Düsenkanals erstrecken.
Der zumindest eine Vorsprung kann eine Höhe aufweist, die im Bereich von 15 bis 40 %, bevorzugt 25 bis 35% des Durchmessers des Düsenkanals liegt.
Der zumindest eine Vorsprung kann sich beispielsweise in einer im Wesentlichen geraden Linie parallel zur Längsachse des Düsenkanals erstrecken.
Bevorzugt kann sich der zumindest eine Vorsprung in einer Kurve, insbesondere einer Wendel, entlang der Richtung der Längsachse des Düsenkanals erstrecken.
Die Verwendung von gekrümmten bzw. gekurvten Vorsprüngen hat den Effekt, das Kunststoffschmelzmaterial, das durch die Düseneinrichtung gepresst wird, in dem Düsenkanal auf Grund der gekurvten Vorsprünge sich nicht in gerader Linie bewegen kann, und einer Drehbewegung unterworfen wird. Die Drehbewegung wird sich in den meisten Fällen nicht gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des im Düsenkanal befindlichen Kunststoffschmelzematerials einstellen, vielmehr wird die Drehbewegung im Bereich der Vorsprünge am größten sein und zur Mitte des Düsenkanals hin abnehmen. Dies hat die Wirkung, dass das Kunststoffschmelzematerial im Düsenkanal einer gewissen Durchmischung unterworfen wird, so dass eine gleichmäßigere Kühlung und/oder Temperierung möglich ist.
Darüber hinaus hat die Verwendung von gekrümmten bzw. gekurvten Vorsprünge die Folge, dass die Vorsprünge eine größere Länge aufweisen, wenn verglichen mit geradlinig verlaufenden Vorsprüngen, was wiederum zur Folge hat, dass auch die Oberfläche der Vorsprünge vergrößert ist, mit der Wirkung, dass durch die vergrößerten Vorsprünge die Fläche vergrößert wird, mit der Kunststoffschmelzmaterial in Kontakt treten kann. Die Kühl- und/oder Temperierfähigkeit wird dadurch weiter verbessert.
Besonders effektiv kann die Durchmischung der Schmelze weiter dadurch verbessert werden, wenn bevorzugt der zumindest eine wendeiförmige Vorsprung über den Verlauf abschnittsweise unterschiedliche Steigungswinkel aufweist, wobei sich besonders bevorzugt über den Verlauf abschnittsweise auch die Drehrichtung des wendeiförmigen Verlaufs ändern kann.
Der Düsenkanal kann einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 8 bis 12 mm, besonders bevorzugt von 10 mm aufweisen.
Es kann eine Mehrzahl von 3, 4, 5 oder mehr Vorsprüngen als zueinander gleichmäßig beabstandete Kühlrippen vorgesehen sein.
Um die Kühl- und/oder Temperierfähigkeit durch zusätzlichen Materialeinsatz im Düsenkanal erfindungsgemäß weiter zu verbessern und um gegebenenfalls auch die Stabilität der gesamten erfindungsgemäßen Anordnung zu erhöhen, kann sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der zumindest eine im Düsenkanal verlaufend angeordnete Vorsprung an einem zusätzlich zentral im Düsenkanal verlaufend angeordneten zentralen Abstützelement abstützen, wobei sich bevorzugt das zentrale Abstützelement vom Einlassbereich bis zur Düsenöffnung des Düsenkanals erstreckt oder bevorzugt das zentrale Abstützelement sich nur über einen Teilbereich der Länge des Düsenkanals erstreckt
In dem Düsengrundkörper können Kanäle für ein Temperierfluid zum Kühlen und/oder Temperieren, d.h. gegebenenfalls auch Heizen, der Düseneinrichtung ausgebildet sein.
Um die Temperierbarkeit der Düsenvorrichtung erfindungsgemäß weiter zu verbessern und den Einsatzbereich davon in thermischer Hinsicht durch die Möglichkeit der Temperierung (Heizen oder Kühlen) mit Temperierfluid flexibel zu gestalten, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Düseneinrichtung der zumindest eine im Düsenkanal verlaufend angeordnete Vorsprung hohl ausgebildet und das zentrale Abstützelement hohl ausgebildet, wobei der zumindest eine Vorsprung und das zentrale Abstützelement an den axialen Enden davon jeweils fluiddicht verschlossen sind, und die Kanäle, der Hohlraum des zumindest eine Vorsprungs und der Hohlraum des zentralen Abstützelements stehen in Fluidverbindung.
Der Düsenkanal kann als ein Einsatz ausgebildet sein, der in den Düsengrundkörper eingesetzt ist. Beispielsweise kann der Düsenkanal als eine Buchse gefertigt werden, welche anschließend in eine entsprechende Bohrung des Düsengrundkörpers eingesetzt wird. Die Buchse kann auch zwei- oder dreiteilig gefertigt werden, so dass die Innenflächen leichter bearbeitet und die Vorsprünge gefertigt werden können. Die Buchse kann dann aus den zwei oder drei Teilen zusammengesetzt und so in die Bohrung eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann als Lochplatte einer Vorrichtung zur Herstellung von Granulatkörnern aus einer Kunststoffschmelze entsprechend zur Anwendung des dem Fachmann an sich bekannten Unterwasser-Heißabschlags ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann ebenso als ein Düsenpaket ausgebildet sein, in dem eine Vielzahl der Düsenaustrittsöffnungen in einer geradlinig angeordneten Reihe ausgebildet ist, z.B. zum Einsatz in Stranggranulierungssystemen.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann zur Erzeugung von Endlosfäden nach dem Schmelzblasverfahren verwendbar sein.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann zur Erzeugung von Endlosfäden für flächenmässig nicht gewebte Bahnen verwendbar sein.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann zur Vertropfung niedrigviskoser Schmelzen verwendbar sein.
Die erfindungsgemäße Düseneinrichtung kann insbesondere zur Granulierung verwendbar sein.
Unter dem Begriff Kunststoffmaterial ist erfindungsgemäß auch beispielsweise bevorzugt jegliches zu granulierende Material zu verstehen. Anwendungsfelder bzw. zu granulierende Materialien können sein: Thermoplaste, Elastomere, Biopolymere (biologisch abbaubare Kunststoff), Antioxidantien, Oleochemikalien, zum Beispiel Fettsäuren und Glycerine, Alkohole und Metallseifen, Tenside und Schmiermittel, zum Beispiel PE- und PP-Wachse, Schmelzkleber und Harze (zum Beispiel auf Basis von PP, SAN), schmelzeähnliche Polymere, Oligomere und niedrigmolekulare Polymere, auf Kunststoffmaterialien basierende Färbemittel, Chemikalien, pharmazeutische Produkte und weitere Materialien, welche für eine Granulierung geeignet sind.
Weitere Aufgaben, Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, welche Bezug nimmt auf die Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht im Querschnitt einer Ausführungsform einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht im Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht im Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht im Längsschnitt einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Frontansicht der Düsenanordnung der Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht im Querschnitt noch einer weiteren Ausführungsform einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht eine erste Ausführungsform einer Düseneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in der Fig. 1 zu erkennen, ist in einem Düsengrundkörper 1 ein Düsenkanal 2 ausgebildet. Der Düsenkanal 2 weist bevorzugt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf.
An der Innenwand des Düsenkanals 2 sind Vorsprünge 3 ausgebildet, die sich in das Innere des Düsenkanals 2 erstrecken. Obwohl in der Fig. 1 vier Vorsprünge dargestellt sind, ist diese Anzahl nicht beschränkend, und es können je nach Anforderung auch andere Anzahlen von Vorsprüngen 3 vorgesehen sein, wie eins, zwei, drei, fünf oder mehr.
Die Vorsprünge 3 können viele verschiedene Querschnittsformen annehmen, es ist jedoch bevorzugt, dass die Vorsprünge 3 einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen, wie in der Fig. 1 zu erkennen. Es kann dabei ebenfalls vorgesehen sein, dass die Übergänge abgerundet sind, um keine scharfen Kanten zu bilden. Dies stellt einen guten Kompromiss zwischen den verschiedenen Anforderungen dar, einerseits eine möglichst große Fläche der Vorsprünge 3 bereitzustellen, hier die Seitenflächen des Dreiecks, und eine möglichst große Wärmetransportfähigkeit von den Vorsprüngen 3 zum Grundkörper 1 zu ermöglichen, hier durch den zum Grundkörper hin zunehmenden Querschnitt der Vorsprünge 3, während gleichzeitig der Querschnitt des Düsenkanals 2 durch die Vorsprünge 3 möglichst wenig reduziert wird, hier durch die in Richtung des Inneren zunehmende Verjüngung des Querschnitts der Vorsprünge 3.
Mit Bezug auf die Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Düseneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. In der Fig. 2 ist der im Grundkörper 1 ausgebildete Düsenkanal 2 mit einem Einlassbereich 4, insbesondere einer Einlassöffnung 4, und einer Düsenöffnung 5 versehen. Kunststoffschmelzmaterial wird durch die Einlassöffnung 4 in den Düsenkanal 2 zugeführt und durch die Düsenauslassöffnung 5 abgegeben. In der Fig. 2 ist weiter ein Vorsprung 3 gezeigt, der sich von der Einlassöffnung 4 bis zur Düsenauslassöffnung 5 über die gesamte Länge des Düsenkanals 2 hinweg erstreckt. Der Vorsprung 3 kann in einer geraden Linie parallel zur Längsachse des Düsenkanals verlaufen. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Vorsprung 3, wie in der Fig. 2 zu erkennen, gekrümmt verläuft. Der Vorsprung 3 kann die Form einer Wendel annehmen, die an der Innenfläche des Düsenkanals 2 ausgebildet ist und sich über im Wesentlichen die gesamte Länge des Düsenkanals 2 hinweg um die Innenfläche des Düsenkanals 2 windet. Der Vorsprung 3 kann dabei beispielsweise in seinem Verlauf so ausgebildet sein, dass der Vorsprung 3 eine Drehung um 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 1/1, 4/3, 3/2, 2/1 des Umfangs des Düsenkanals 2 beschreibt. Dabei kann sich auch der Steigungswinkel der Wendel über den Verlauf ändern. Gegebenenfalls kann auch zumindest abschnittsweise auch die Drehrichtung des wendeiförmigen Verlaufs ändern (in den Figuren nicht dargestellt)
Wie in Fig. 2 weiter zu erkennen, kann eine Krümmung des Vorsprungs 3 veränderlich sein. So kann ein Vorsprung 3 Abschnitte mit sich verändernder Krümmung aufweisen, oder kann teilweise geradlinig und teilweise gekrümmt verlaufen. Ein optimaler Verlauf eines Vorsprungs 3 kann anhand einer physikalischen, insbesondere fluiddynamischen Simulation basierend auf einer gewünschten Rezeptur des Kunststoffmaterials, dessen Eigenschaften, sowie den Abmessungen und Eigenschaften der Düseneinrichtung, sowie ggf. weiterer relevanter Vorrichtungen, bestimmt werden.
Während in der Fig. 2 nur ein Vorsprung 3 dargestellt ist, ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Vorsprüngen 3 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 3 können jeweils so ausgebildet sein, dass sie gleichmäßig voneinander beabstandet über die Innenfläche des Düsenkanals 2 verteilt ausgebildet sind und jeweils einen gleichen Verlauf aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, dass die Vorsprünge 3 so ausgebildet sind, dass sie einen zueinander sich ändernden Abstand aufweisen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn zwei Vorsprünge 3 jeweils mit einem S-förmigen, kurvenförmigen Verlauf ausgebildet sind, wobei die S-Kurven zueinander jeweils so versetzt sind, dass sie im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander liegen. Auf diese Weise werden zwischen den beiden Vorsprüngen 3 Bereiche ausgebildet, zwischen denen ein relativ großer Abstand besteht, was als Weitung bezeichnet werden soll, sowie Bereiche, in denen ein relativ geringer Abstand besteht, was als Engung bezeichnet werden soll. Wenn Kunststoffschmelzmaterial den Düsenkanal 2 durchströmt, wird in den Engungen Kunststoffschmelzmaterial verdrängt und in die Weitungen gedrängt, was einen verstärkten Durchmischungseffekt hervorruft. Derartige Engungen und Weitungen können zwischen jeweils zwei Vorsprüngen 3 von drei, vier oder mehr Vorsprüngen 3 ausgebildet sein.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Düseneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch im Längsschnitt. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der Düsenkanal 2 im Bereich der Düsenauslassöffnung 5 eine Verengung aufweisen. Die Vorsprünge 3 sind in dem Beispiel der Fig. 5 als Wendel ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Vorsprünge 3 vor oder im Bereich der Verengung enden oder in diese übergehen.
Eine nochmals weitere Ausführungsform einer Düseneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, kann ein Düsenkanal 2 in einer Mehrzahl von Düsenauslassöffnungen 5 münden. Hierzu kann der Grundkörper 1 so ausgebildet sein, dass er auf Ebene der Auslassöffnungen 5 den Querschnitt des Düsenkanals 2 in einem Bereich 6 teilweise verschließt, so dass kanalartige Führungen für das Kunststoffschmelzmaterial zu den Düsenauslassöffnungen 5 hin ausgebildet werden.
Die Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht im Querschnitt noch einer weiteren Ausführungsform einer Düsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei stützen sich die einzelnen, bevorzugt wendeiförmig im Düsenkanal 2 verlaufenden Vorsprünge 3 (siehe die Ausführungsbeispiele weiter oben) zusätzlich an einem zentral im Düsenkanal 2 verlaufend angeordneten zentralen Abstützelement 7 ab. Das zentrale Abstützelement 7 kann sich dabei vom Einlassbereich 4 bis zur Düsenöffnung 5 des Düsenkanals 2 erstrecken oder sich auch nur über einen Teilbereich der Länge des Düsenkanals 2 erstrecken.
Gemäß der Darstellung der Fig. 6 sind in dem Grundkörper 1 der Düseneinrichtung Kanäle 8 ausgebildet, durch die ein Temperierfluid, etwa Wasser oder Temperieröl, unter Druck fließen gelassen werden kann, um damit das Kunststoffschmelzmaterial in dem Düsenkanal 2 zu temperieren, d.h. je nach Bedarf zu wärmen oder zu kühlen. Die Kanäle 8 stehen dabei mit den dort hohl ausgebildeten Vorsprüngen 3 in Fluidverbindung und der jeweilige Hohlraum eines Vorsprungs 3 steht mit dem ebenfalls mit einem Hohlraum versehenen Abstützelement 7 in Fluidverbindung. Somit kann das Temperierfluid erfindungsgemäß bevorzugt durch die Kanäle 8 und die hohlen Vorsprünge 3 sowie das hohle Abstützelement 7 zirkulieren und so die Temperierung der Vorrichtung erfindungsgemäß weiter verbessern. Der Hohlraum im zentralen Abstützelement 7 und der Hohlraum im jeweiligen Vorsprung 3 ist dabei an den jeweiligen Enden davon jeweils fluiddicht gegen den Düsenkanal verschlossen, so dass kein Temperierfluid dort direkt mit dem Schmelzekanal in Kontakt kommen kann.
Die Düseneinrichtung kann als eine einzelne Düse ausgebildet sein. Die Düseneinrichtung kann ebenso in einer Lochplatte ausgebildet sein, wobei die Lochplatte den Grundkörper 1 einer Vielzahl von Düseneinrichtungen bildet, die in der Lochplatte ausgebildet sind. Die Düseneinrichtung kann auch als ein Einsatz ausgebildet sein, der in eine Lochplatte einsetzbar ist.
Die Düseneinrichtung kann zur Erzeugung von Endlosfäden nach dem Schmelzblasverfahren oder von Endlosfäden für flächenmäßig nicht gewebte Bahnen verwendbar sein. Insbesondere ist die Düseneinrichtung zur Granulierung verwendbar.
Die Düseneinrichtung kann durch ein Gießverfahren hergestellt werden. Eine Herstellung durch ein spanendes Verfahren oder Funkenerosion ist ebenfalls denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Düseneinrichtung zur Erzeugung von Endlosfäden aus einer Kunststoffschmelze,
die Düseneinrichtung weist einen Düsengrundkörper (1) auf, in dem zumindest ein Düsenkanal (2) und zumindest eine Düsenaustrittsöffnung (5) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
an der Innenfläche des Düsenkanals (2) zumindest ein in das Innere des Düsenkanals (2) ragender Vorsprung (3) ausgebildet ist.
2. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Vorsprung sich zumindest in einem Bereich der Länge des Düsenkanals (2) erstreckt, bevorzugt über 80%, bevorzugter über 90% der Länge des Düsenkanals (2) erstreckt.
3. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Vorsprung eine Höhe aufweist, die im Bereich von 15 bis 40 %, bevorzugt 25 bis 35% des Durchmessers des Düsenkanals (2) liegt.
4. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Vorsprung (3) sich in einer geraden Linie parallel zur Längsachse des Düsenkanals (2) erstreckt.
5. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Vorsprung (3) sich in einer Kurve, insbesondere einer Wendel, entlang der Richtung der Längsachse des Düsenkanals (2) erstreckt.
6. Düseneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine wendeiförmige Vorsprung (3) über den Verlauf abschnittsweise unterschiedliche
Steigungswinkel aufweist, wobei sich bevorzugt über den Verlauf abschnittsweise auch die Drehrichtung des wendeiförmigen Verlaufs ändert.
7. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (2) eine Länge im Bereich von 50 bis 150 mm, bevorzugt im Bereich von 80 bis 120 mm, besonders bevorzugt von 100 mm aufweist.
8. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (2) einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 8 bis 12 mm, besonders bevorzugt von 10 mm aufweist.
9. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von 3, 4, 5 oder mehr Vorsprüngen als zueinander gleichmäßig beabstandeter Kühlrippen ausgebildet ist.
10. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest eine im Düsenkanal (2) verlaufend angeordnete Vorsprung (3) an einem zentral im Düsenkanal (2) verlaufend angeordneten zentralen Abstützelement (7) abstützt, wobei sich bevorzugt das zentrale Abstützelement (7) vom Einlassbereich (4) bis zur Düsenöffnung (5) des Düsenkanals (2) erstreckt oder bevorzugt das zentrale
Abstützelement (7) sich nur über einen Teilbereich der Länge des Düsenkanals (2) erstreckt
11. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsengrundkörper (1) Kanäle (8) für ein Temperierfluid zum Kühlen und/oder Temperieren der Düseneinrichtung ausgebildet sind,
12. Düseneinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der
zumindest eine im Düsenkanal (2) verlaufend angeordnete Vorsprung (3) hohl ausgebildet ist, dass das zentrale Abstützelement (7) hohl ausgebildet ist, wobei der zumindest eine Vorsprung (3) und das zentrale Abstützelement (7) an den axialen Enden davon jeweils fluiddicht verschlossen sind, und dass bevorzugt die Kanäle (8), der Hohlraum des zumindest einen Vorsprungs (3) und der Hohlraum des zentralen Abstützelements (7) in Fluidverbindung stehen.
13. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Düsenkanal (2) als ein Einsatz ausgebildet ist, der in den
Düsengrundkörper (1) eingesetzt ist.
14. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 wobei die Düseneinrichtung als Lochplatte einer Vorrichtung zur Herstellung von Granulatkörnern aus einer
Kunststoffschmelze ausgebildet ist.
15. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung als ein Düsenpaket ausgebildet ist, in dem eine Vielzahl der
Düsenaustrittsöffnungen in einer geradlinig angeordneten Reihe ausgebildet ist.
16. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung zur Erzeugung von Endlosfäden nach dem Schmelzblasverfahren verwendbar ist.
17. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung zur Erzeugung von Endlosfäden für flächenmäßig nicht gewebte Bahnen verwendbar ist.
18. Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung zur Granulierung verwendbar ist.
Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung zur Vertropfung niedrigviskoser Schmelzen verwendbar ist.
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