Die Einspeisung von Additiven in einen Polymerschmelzestrom ist bekannt. In Chemiefasern/Textilindustrie, 36./88. Jahrgang, Januar 1986, Seiten 24 bis 29 wird ein Verfahren zur Einspeisung von Additiven in einen Polymerschmelzestrom beschrieben, bei dem einem aus einem Endreaktor oder Extruder austretenden uninodifizierten Hauptschmelzestrom ein Teilstrom entnommen und über einen mit speziellen Knetelementen ausgerüsteten Zweiwellenextruder geleitet wird. Mit einem kontinuierlichen Dosiersystem werden die Additive dem Zweiwellenextruder zugeführt und in die Polymerschmelze eingearbeitet. Im Anschluß daran wird der mit Additiven beladene Teilstrom wieder mit dem Hauptschmelzestrom vermischt, wobei eine gleichmäßige Vermischung durch statische Mischelemente erreicht wird.

Die DE 40 39 857 AI offenbart eine Vorrichtung zur direkten, kontinuierlichen Modifizierung von Polymerschmelzen, bei der wieder einem Hauptschmelzestrom ein Teilschmelzestrom entnommen und in einen Extruder geleitet wird. Die zuzuführenden Additive gelangen über eine Förderpumpe in den Extruder, und im Anschluß daran wird der derart modifizierte Teilschmelzestrom wieder dem Hauptschmelzestrom zugeführt.

Aus der DE 198 41 376 A1 ist ein Verfahren zur Einspeisung von Additiven in einen Polymerschmelzestrom bekannt, bei dem ein Teilstrom von dem Polymerschmelzestrom abgezweigt und in weitere Teilströme aufgegliedert wird.

Die letztgenannten Teilströme werden in eine Planetenradpumpe geleitet, der mindestens ein Additiv zugeführt wird. Im Anschluß daran werden die Teilströme wieder zusammengeführt und durch einen statischen Mischer geleitet. Danach wird der Teilstrom wieder dem Hauptschmelzestrom zugeführt.

Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren besteht der Nachteil, daß an den Stellen des Hauptschmelzestroms, an denen ein Teil der Polymerschmelze entnommen bzw. die mit Additiven angereicherte Polymerschmelze wieder in den Hauptschmelzestrom zurückgeführt wird, Bereiche entstehen, in denen es zu teils unerwünscht hohen Verweilzeiten oder sogar zu Ablagerungen der Polymerschmelze kommt. Darüber hinaus sind die Vorrichtungen mit einem großen apparativen Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vormischen und Einspeisen eines Additivs in einen Polymerschmelzestrom zu schaffen, die geringe Verweilzeiten des Polymers erlaubt und mit einem geringen apparativen Aufwand verbunden ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vormischen und Einspeisen von Additiven in einen Polymerschmelzestrom weist ein Leitungselement mit einem ersten Kanal und einem seitlich in den ersten Kanal mündenden zweiten Kanal auf. Das Leitungselement wird in eine Leitung eingesetzt, in der der Polymerschmelzestrom geftihrt ist, so daß die Polymerschmelze durch den zweiten und ersten Kanal fließt.

Darüber hinaus ist eine Planetenradpumpe mit mindestens n=3 Planetenrädern vorgesehen, zu der Zulauf-und Ablaufkanäle führen, wobei jedem Planetenrad der Planetenradpumpe ein Zulauf-und ein Ablaufkanal zugeordnet ist. Mindestens ein und maximal n-1 Zulaufkanäle sind als Additiv-Zulaufkanäle und die verbleibenden Zulaufkanäle sind als Polymerschmelze-Zulaufkanäle ausgebildet.

Unter einem Additiv-Zulaufkanal ist ein Kanal zu verstehen, über den von einer entsprechenden Einrichtung ein Additiv in die Planetenradpumpe eingebracht werden kann, während die Polymerschmelze-Zulaufkanäle mit einer Mündung an den Polymerschmelzestrom und mit der anderen Mündung in die Planetenradpumpe reichen.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Einspeiselement vorgesehen, das strömend mit den Ablaufkanälen in Verbindung steht und sich unter Ausbildung eines Ringkanales in den ersten Kanal erstreckt. Die der Planetenradpumpe abgewandten Mündungen der Polymerschmelze-Zulaufkanäle sind um das Einspeiselement angeordnet. Das Einspeiselement kann ein rohrartiges Endstück sein, wie beispielsweise eine Düse. Der Ringkanal ist dann der das Einspeiselelement umgebende Raum zwischen der Außenwand des Einspeiselementes und der Wandung des ersten Kanals. Dieser muß nicht notwendigerweise kreisringförmig sein.

Im Betrieb wird ein Teil der Polymerschmelze durch die Mündungen der Polymerschmelze-Zulaufkanäle in Richtung der Planetenradpumpe aus dem Polymerschmelzestrom gesogen. Da die Mündungen der Polymerschmelze- Zulaufkanäle um das Einspeiselement verteilt sind, wird die Polymerschmelze gleichmäßig aus dem Ringkanal gesogen. Diese Zwangsführung ermöglicht, das keinerlei Bereiche vorhanden sind, in denen die Polymerschmelze aufgrund geringerer Geschwindigkeit länger verweilt oder sich sogar ablagert. Des weiteren ist der apparative Aufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung geringer, da die Entnahme eines Teiles der Polymerschmelze und die Rückführung der mit dem Additiv angereicherten Polymerschmelze an der gleichen Stelle, d. h. im gleichen Rohrstutzen, erfolgt. In der Hauptleitung für den Polymerschmelzestrom ist somit lediglich das Leitungselement der erfindungsgemäßen Vorrichtung notwendig und auf die zwei in den bekannten Vorrichtungen benötigten Anschlußstutzen zur Entnahme bzw. Rückführung kann verzichtet werden.

Die Mündungen der Polymerschmelze-Zulaufkanäle sind vorzugsweise symmetrisch um das Einspeiselement angeordnet, so daß die Polymerschmelze gleichmäßig aus dem Polymerschmelzestrom gesogen werden kann. Eine symmetrische Anordnung kann sowohl auf einer Punktsymmetrie als auch auf einer Achsensymmetrie beruhen. So können die Mündungen beispielsweise kreisförmig oder oval um das Einspeiselement angeordnet sein.

Da der Polymerschmelzestrom zuerst durch den zweiten Kanal und dann durch den ersten Kanal fließt, besteht in dem dem zweiten Kanal abgewandten Bereich des Ringkanales die größte Gefahr, daß sich das Polymer ablagert. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in diesem Bereich eine Mündung eines Polymerschmelze-Zulaufkanales angeordnet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Einspeiselement in einem den Ablaufkanälen abgewandten Bereich konisch ausgebildet. Auf diese Weise wird ein weitgehend gleichmäßiger Fluß des Polymerschmelzestroms im Ringkanal erzielt.

Vorzugsweise ist der zweite Kanal in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem rechten Winkel zu dem ersten Kanal angeordnet.

Da bei relativ niedriger Anzahl an Additiv-Zulaufkanälen einige Ablaufkanäle lediglich die reine Polymerschmelze führen, ist zwischen den Ablaufkanälen und dem Einspeiselement mindestens ein statischer Mischer angeordnet, um eine stärkere Vermischung der mit Additiv beladenen Polymerschmelze mit der reinen Polymerschmelze zu gewährleisten. Selbst wenn alle Ablaufleitungen bereits ein Additiv-Polymerschmelze-Gemisch führen, trägt der statische Mischer zu einer besseren Vermischung bei.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete statische Mischer vorgesehen. Die Ablaufkanäle, die ein Additiv-Polymerschmelze- Gemisch führen, erstrecken sich in den in Strömungsrichtung ersten statischen Mischer, wohingegen sich die Ablaufkanäle, die reine Polymerschmelze führen, in den in Strömungsrichtung zweiten statischen Mischer erstrecken. Eine derartige Anordnung führt zu besonders intensiver Vermischung von Additiv und Polymerschmelze.

Um eine einfachere Wartung, Reparatur und Handhabung zu gewährleisten, sind die Planetenradpumpe, die Zulaufkanäle, die Ablaufkanäle und das Einspeiselement vorteilhafterweise starr miteinander verbunden und über ein gemeinsames Befestigungsmittel an dem Leitungselement befestigt. Sollten statische Mischer vorgesehen sein, so sind diese vorzugsweise ebenfalls mit den obengenannten Elementen starr verbunden. Die starr verbundenen Elemente können einfach und schnell gemeinsam von dem Leitungselement, in dem der Polymerschmelzestrom fließt, getrennt werden.

Das Befestigungsmittel weist vorzugsweise einen Flansch auf, der an dem Leitungselement angeflanscht werden kann.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefiigten Figuren näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene weitere Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1, Fig. 3 bis 5 perspektivische Darstellungen des zweiten Zwischenelementes von Fig. 1 bzw. 2 in teilweise geschnittener Darstellung, Fig. 6 bis 7 perspektivische Darstellungen des zweiten Zwischenelementes von Fig. 3 bzw. 4.

Fig. 8 eine Seitenansicht der Pumpenbaugruppe von Fig. 1 bzw. 2 in geschnittener Darstellung, Fig. 9 eine Draufsicht auf die Schnittlinie A-A von Fig. 7.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform.

Die Vorrichtung weist ein Leitungselement 2, ein erstes und ein zweites Zwischenelement 4a, 4b und eine Pumpenbaugruppe 6 auf, die in der vorgenannten Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Das Leitungselement 2 umfaßt einen ersten Kanal 8, der sich axial durch das gesamte Leitungselement 2 erstreckt, und eine zweiten Kanal 10. Der zweite Kanal 10 erstreckt sich von der Außenseite des Leitungselementes 2 bis in den ersten Kanal 8, wobei erster und zweiter Kanal 8,10 rechtwinklig zueinander verlaufen. Das erste Zwischenelement 4a ist im wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildet und kann derart an das Leitungselement 2 angeflanscht werden, daß der erste Kanal 8 an einem Ende verschlossen ist. Das erste Zwischenelement 4a weist ein im wesentlichen rohrförmiges Einspeiselement 12 auf, das sich nach dem Anflanschen des ersten Zwischenelementes 4a an das Leitungselement 2 in den ersten Kanal 8 erstreckt.

An der nach unten weisenden Seite des ersten Zwischenelementes 4a sind außerdem fünf Mündungen 14 vorgesehen. Die Mündungen 14 gehören zu Zulaufkanälen 20 (Fig. 2). Die Mündungen 14 sind kreisförmig, vorzugsweise symmetrisch, um das Einspeiselement 12 angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene weitere Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1. Der nicht dargestellte Polymerschmelzestrom fließt bei Betrieb der Vorrichtung zuerst durch den zweiten Kanal 10 und im Anschluß daran durch den ersten Kanal 8, wobei die Strömungsrichtung durch die Pfeile a angedeutet ist. Das Einspeiselement 12 weist einen ersten Abschnitt 12', der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, und einen dem ersten Zwischenelement 4a abgewandten zweiten Abschnitt 12"auf, der in Strömungsrichtung konisch zusammenläuft. In Analogie dazu weist der erste Kanal einen ersten zylindrischen Abschnitt 8'und einen konischen zweiten Abschnitt 8"auf. Zwischen der Wandung des ersten Kanales 8 und der Außenwand des Einspeiselementes 12 ist ein Ringkanal 16 ausgebildet, der über die gesamte Länge einen im wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt hat. An den zweiten Abschnitt 8"des ersten Kanals 8 schließt sich in Strömungsrichtung ein dritter Abschnitt 8'''an, dessen Strömungsquerschnitt wiederum dem Strömungsquerschnitt des zweiten Kanals 10 entspricht.- Innerhalb des Einspeiselementes 12 erstreckt sich in axialer Richtung ein erster Einspeisekanal 18a bis zu der Seite des ersten Zwischenelementes 4a, an der das zweite Zwischenelement 4b angebracht ist, wobei in dem dem zweiten Zwischenelement 4b zugewandten Bereich des ersten Einspeisekanales 18a ein erster statischer Mischer 19a angeordnet ist. In axialer Richtung erstreckt sich in dem zweiten Zwischenelement 4b ein zweiter Einspeisekanal 18b, der mit dem ersten Einspeisekanal 18a fluchtend angeordnet ist. Innerhalb des zweiten Einspeisekanales 18b ist ein weiterer statischer Mischer 19b angeordnet. Die statischen Mischer 19a, 19b sind lediglich schematisch angedeutet und können beispielsweise aus mehreren versetzt angeordneten Leitelementen bestehen.

Die Fig. 3 bis 5 bzw. 6 und 7 zeigen das zweite Zwischenelement von Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen bzw. nicht geschnittenen perspektivischen Darstellung. Parallel zu dem zweiten Einspeisekanal 18b erstrecken sich fünf Polymerschmelze-Zulaufkanäle 20 durch das zweite Zwischenelement 4b. Diese Polymerschmelze-Zulaufkanäle 20 erstrecken sich außerdem durch das erste Zwischenelement 4a, wobei deren Mündungen 14 in Fig. 1 bzw. 2 zu sehen sind.

Ferner ist ein Additiv-Zulaufkanal 22 vorgesehen, der sich nach außen bis zu einer Seite des zweiten Zwischenelementes 4b erstreckt (Fig. 7), an der das Additiv über eine Leitung 24 o. ä. zugeführt werden kann. Der Additiv-Zulaufkanal 22 ist innerhalb des zweiten Zwischenelementes 4b angeordnet, um lange Leitungswege zu vermeiden, wobei die Additivzugabe durch den Pfeil b gekennzeichnet ist (Fig.

7).

Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht der Pumpenbaugruppe 6 in geschnittener Darstellung. Die Pumpenbaugruppe 6 weist eine Planetenradpumpe mit einer unteren Platte 30, einer mittleren Platte 32 und einer oberen Platte 34 auf, wobei innerhalb von Aussparungen in der mittleren Platte 32 sechs Planetenräder 36 (nur eines ist dargestellt) und ein Stirnzahnrad 38 angeordnet sind. Die Planetenräder 36 sind jeweils auf einer drehbaren Welle 40 und das Stirnzahnrad 38 auf einer Antriebswelle 41 angeordnet. Die Antriebswelle 41 erstreckt sich durch die obere Platte 34 und eine daran angrenzende Befestigungsplatte 44. Die Befestigungsplatte 44 dient der Befestigung einer nicht dargestellten Antriebseinheit zum Antreiben der Antriebswelle 41.

Aus Fig. 8 wie auch aus Fig. 9, die eine Draufsicht auf die Schnittlinie A-A von Fig. 8 zeigt, ist ersichtlich, daß sich die Polymerschmelze-Zulaufkanäle 20 bzw. der Additiv-Zulaufkanal 22 durch die untere Platte 30 der Planetenradpumpe vertikal nach oben bis in den Bereich der Planetenräder 36 erstrecken und dort enden. Gemäß dem Prinzip einer Planetenradpumpe wird der Strom von einem Zulaufkanal 20 bzw. 22 in zwei gleiche Teile in die Zahnlücken von Sonnen-und Planetenrad aufgeteilt. Dementsprechend sind einem Ablaufkanal die beiden Hälften von zwei benachbarten Zulaufströmen aus den Zulaufkanälen zugeordnet.

In unmittelbarer Nähe eines jeden Planetenrades 36 ist jeweils die Eintrittsmündung eines Ablaufkanales 42 angeordnet. Die Ablaufkanäle 42 erstrecken sich durch die untere Platte 30 der Planetenradpumpe. Diejenigen Ablaufkanäle 42, die u. a. das Additiv beinhalten, verlaufen dabei schräg nach innen, so daß diese in einem gemeinsamen Bereich 44 enden. Diejenigen Ablaufkanäle 42, die lediglich Polymerschmelze führen, verlaufen senkrecht durch die untere Platte 30. Bei zusammengesetzter Vorrichtung liegen der Bereich 44 und das nach oben weisende Ende des zweiten Einspeisekanales 18b deckungsgleich übereinander.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung in der ersten Ausführungsform beschrieben. Der Polymerschmelzestrom fließt in Richtung der Pfeile a (Fig. 2) durch den zweiten und den ersten Kanal 10,8. Die Antriebseinheit (nicht dargestellt) betreibt die Planetenradpumpe (Fig. 8) über die Antriebswelle 41, wodurch ein Teil des Polymerschmelzestroms durch die Mündungen 14 (Fig.

1) in die Polymerschmelze-Zulaufkanäle 20 (Fig. 2) gesogen wird. Parallel hierzu wird ein Additiv aus der Leitung 24 in den Additiv-Zulaufkanal 22 gedrückt. Über die Zulaufkanäle 20,22 gelangt die Polymerschmelze bzw. das Additiv in die Planetenradpumpe (Fig. 7 und 8). Innerhalb der Planetenradpumpe kommt es bei den das Additiv fördernden Zahnrädern zur Kombination von Additiv und Polymerschmelze. Danach fließt durch die beiden dem Additiv-Zulaufkanal 22 unmittelbar benachbarten Ablaufkanäle 42 ein Additiv-Polymerschmelze- Gemisch, wohingegen durch die anderen Ablaufkanäle 42 reine Polymerschmelze zurückfließt (Fig. 8). Über die Ablaufkanäle 42, die das Additiv- Polymerschmelze-Gemisch führen, gelangt das Additiv-Polymerschmelze- Gemisch in den zweiten statischen Mischer 19b innerhalb des zweiten Einspeisekanals 18b (Fig. 2), um dort intensiv vermischt zu werden. Im Anschluß daran tritt das so entstandene Gemisch aus dem zweiten Einspeisekanal 18b aus und gelangt in den ersten Einspeisekanal 18a, wo es mit der Polymerschmelze aus den anderen Ablaufkanälen 42 (Fig. 5) vermengt wird.

Anstatt lediglich einen Additiv-Zulaufkanal 22 vorzusehen, können auch ein oder mehrere Polymerschmelze-Zulaufkanäle 20 zur Zuführung von Additiv in die Planetenradpumpe genutzt werden. Hiebei werden die Zulaufkanäle im zweiten Zwischenelement 4b über einen Ringkanal zusammengeführt und über eine gemeinsame Zulaufbohrung mit Additiv beaufschlagt.