专利名称：用于将液体染料输入到聚合物熔体中的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于将液体染料输入到聚合物熔体中的设备以及一种如权利要求20的前序部分所述的用于将液体染料输入到聚合物熔体中的方法。
背景技术：
一种所述类型的设备及一种所述类型的方法在DE 199 56 251 A1中被揭示。
为了在熔纺合成长丝时使聚合物熔体获得染色，在已知设备中通常在是将一种液体染料加入到聚合物熔体中并且随后进行混合。为此，所述液体染料被储存在一个箱体中。与所述箱体连接的是一个计量泵。所述计量泵经一条管路与一个输送聚合物熔体的纺丝泵连接。所述纺丝泵经一个挤出机接受聚合物熔体。为了使聚合物熔体染色，所述计量泵以测定的数量向聚合物熔体中加入染料。为了得到一种均匀的且在时间上恒定的聚合物熔体的着色，必要的条件就是连续地以精确的量将液体染料提供给聚合物熔体。然而，用已知的设备会引起这样的问题，即计量泵必须跨接在保持无压力的液体染料与在超压力下提供的熔体之间的压力差。例如，在挤出机的出口处，聚合物熔体在一个大约100bar的超压力下进行输送。然而，在这种条件下，计量泵的容积损失的程度增加，这对于计量染料的数量调整来说会有一个负面的效果。在已知设备中的另一个问题在于，当计量泵保持在无压力的状态下时，直接连通纺丝泵与计量泵引起带压力的聚合物熔体直接流出。
发明内容
因此，本发明的一个目的是进一步改善前述类型的设备和前述类型的方法，以便可以将尽可能精确计量的染料加入到聚合物熔体中。
本发明的另一个目的是提供一种所述类型的设备，该设备与一个纺丝设备或一个另外的熔体引导装置具有很好的适应性，以便输入一种液体染料或液体添加剂。
本发明的目的通过一种具有权利要求1和13的特征的设备和一种具有权利要求20的特征的方法得以实现。
本发明的有利的进一步发展由各从属权利要求的特征部分及各特征部分的组合限定。
本发明特别有利的优点在于，能够通过以最可能精确的计量数量，在一个纺丝设备或一个另外的熔体引导装置的熔体引导结构件内的任何一个位置上将液体染料加入到聚合物熔体中。特别是，本发明可以很容易地将染料安全且精确地加到一些位置上，在这些位置上聚合物熔体在高压力下进行输送，通过一个熔体引导装置。为此，计量泵的计量入口与一个喂料泵的一个喂料出口连接，该喂料泵又通过一个喂料入口与箱体连接。在此方面，本发明的一个优点在于，分离了“喂入染料”和“计量染料”的功能。在该过程中，喂料泵从箱体中移走液体染料，并且在压力下将其提供给计量泵。在计量泵的计量入口处的相应压力调整可以设定最小的压力差，这样当通过计量泵计量液体染料时，只受到很小的容积损失。
为了使喂料泵的排出量尽可能地适应计量泵的计量数量，根据本发明的一个有利的发展，计量泵和喂料泵分别配备有一个可控制的泵驱动器。所述泵驱动器通过一个控制单元分别开动。
在此，通过在喂料泵的喂料出口和计量泵的计量入口之间安置一个压力传感器，使得对在计量泵的计量入口处的喂料压力的压力调整得到有利的监控和调整。该压力传感器通过一根信号线与控制单元连接，这样可以在所述控制单元中进行实际值与理想值之间的比较，并且在产生偏差的情况下通过控制喂料泵而直接进行相应的修正。
为了让用于调整和控制所需要的部件的数量尽量少，还可以有利地由一个共同的泵驱动器驱动计量泵和喂料泵。为了确保在喂料泵和计量泵之间能够建立压力，所述喂料泵被设计成比计量泵具有更大的排量。在两个泵处于相同驱动转速的条件下，也可以获得过量的排出液体染料。
由于在过量排料的情况下必须将喂料压力保持在一个理想值的水平，根据本发明的另一个有利的发展，喂料泵的喂料出口通过一根喂料管路与计量泵的计量入口连接。在这种情况下，所述喂料管路经一个压力控制阀与一个旁通管路耦合。压力控制阀可以在所述喂料管路中调整喂料压力的理想值。如果该压力的理想值被超过，一部分液体染料将通过压力控制阀和旁通管路从喂料管路中排出。
有利地，所述旁通管路与箱体直接结合或与喂料泵的喂料入口结合，这样不会产生液体染料的损失。
根据权利要求13的本发明具有一个特别的优点，即可以选择一个位置，该位置特别适合于在所述纺丝设备或一个另外的熔体引导装置中输入液体染料。为此目的，计量泵被构造成一个结构单元，该结构单元带有一个配备给计量出口的熔体接头和一个配备给计量入口的染料接头。借助于所述熔体接头，该结构单元可以有选择地连接到一个纺丝设备或者一个另外的熔体引导装置的多个引导机构之一上。这样，采用简单的计量泵可以实现向聚合物熔体中充分精确地添加液体染料。
在本发明的一个特别优选的发展中，计量泵的计量出口配备有一个回流装置，它防止了聚合物熔体从熔体接头处回流到计量出口处。这样可以进行计量泵的运行、耦合和单独的断开而不会发生不可接受的聚合物熔体排出。
有利地，回流装置可以是一个止回阀或一个凝固阀(Einfrierventil)。当是凝固阀时，只要采用一个加热的管状部分就够了，其中该管状部分的长度是这样确定的，即回流的聚合物熔体在未加热的管状部分中凝固。为了融通所述回流装置，在这种情况下需要加热该管状部分。有利地，一个可靠和快速动作的回流装置还可以是一个止回阀，该阀仅仅允许液体染料流过。
为了改善从箱体中移走液体染料的情况，按照本发明一个有利的发展提出，箱体与一个压力源连接，该压力源可以产生一个作用到储存在箱体中的染料上的气垫。空气或氮气特别适合于作为所述气体。在这种情况下，与箱体是否是结构单元的一个直接的组成部分还是分开安装并且通过管路与计量泵或喂入泵连接无关。
原则上，所有引导液体染料的结构件都能够被构造成便于加热的，这样就可以输入特别高粘度的染料。这样可以使结构单元以及连接的软管都是可被加热的。
本发明的方法特别突出的特征是可以将液体染料以预定的量添加到聚合物熔体中而不会产生计量上显著的波动。本发明的方法特别适合于尽可能地在熔纺或挤出聚合物熔体例如形成合成纤维之前不久，加入液体染料。为此，液体染料由一个喂料泵从箱体中排出，并且在喂料压力之下供给计量泵。这样，在计量泵上实现了一个压力差，该压力差依赖于计量泵中的输入压力和喂料泵中的喂料压力。
为了使得在计量液体染料时遭受到尽可能小的容积损失，在计量泵的计量入口处的液体染料的喂料压力被有利地调整到等于或小于计量泵的计量出口处的液体染料的输入压力。然而，也可以将喂料压力调整得高一些；决定因素仅仅是压力差的存在。
根据两个可选择的变型方法，可以实现喂料泵与计量泵的相互作用。在第一个变型方法中，喂料泵的排量是这样被调整的，即液体染料的喂料压力在计量泵的计量入口处基本上恒定。该变型方法突出的特征是较大的灵活性和可调整性。
在另一个变型方法中，选择喂料泵的排量大于计量泵的排量。随后，在喂料泵和计量泵处于相同驱动转速的情况下，过量的染料被输送，这样，可以通过简单的压力调整和过多染料的排出，调整喂料压力。该变型突出的特征是需要很少的驱动和控制部件。
下面，通过参考附图，由一些根据本发明的设备的实施例对本发明的方法进行描述，其中图1一个根据本发明的设备的第一实施例的结构的示意图；图2根据本发明的设备的另一个实施例的横截面示意图；图3一个纺丝设备的局部示意图；和图4根据本发明的设备的另一个实施例的横截面示意图。
具体实施例方式
图1显示了用于执行本发明的方法的本发明设备的第一实施例的结构。
所述设备包括一个喂料泵3和一个计量泵4。喂料泵3通过一个喂料入口9和一个输入管路8与一个箱体1连接。所述箱体1装有一种染料2并且可以设计成可被加热的。箱体1是气密的并且在与输入管路8相对的一侧处与一个压力源16相连。所述压力源16可以将一种压力介质例如空气或氮气引入到箱体1内的染料2上方的自由空间中，这样就形成了一个气垫17。
喂料泵3通过一个喂料出口10与一个喂料管路11连接，喂料管路11与计量泵4的一个计量入口12连接。所述计量泵4通过一个计量出口13和一个计量管路15与一个引导一种聚合物熔体的引导机构(没有显示的)连接。在计量管路15内设置一个回流装置14。
喂料泵3由泵驱动器6.1驱动，而计量泵4由泵驱动器6.2驱动。泵驱动器6.1和6.2通过一个控制单元5而被开动。所述控制单元5与一个压力传感器7耦合，该传感器配备给喂料管路11，以便测量喂料管路11中的喂料压力。
为了以测定的量将染料2从箱体1中添加到在一个引导机构内的一种聚合物熔体中，喂料泵3和计量泵4分别由泵驱动器6.1和6.2驱动。计量泵4的泵驱动器6.2是这样由控制单元5控制的，即使得计量泵4通过计量管路15连续地提供理想数量的液体染料给引导聚合物熔体的引导机构。在此过程中，液体染料在输入压力下在计量管路15中输送。为了保持计量泵4中的容积损失尽可能地小，喂料泵的泵驱动器6.1是这样由控制单元5控制，即使得喂料泵3的流量在喂料管路11中产生一个预定的喂料压力。在计量泵4的计量入口12处的喂料压力以及在计量出口13处的输入压力形成了一个对于计量染料来说最佳的压力差。对所述压力差的调整由喂料压力的调整来影响和控制。在喂料管路11中的喂料压力由压力传感器7测量并且提供给控制单元5。在控制单元5中，将喂料压力的各实际值与喂料压力的理想值相比较，其中所述理想值已经在控制单元5中被储存或校准。在发现喂料压力的理想值和实际值出现偏差的情况下，控制单元5将产生一个相应的控制信号，以便改变喂料泵3的泵驱动器6.1的驱动转速。在此过程中，喂料泵3从箱体1中将染料2输送出去。为了更好地从箱体1中移走染料2，有一个气垫17作用在箱体1中的染料2的液面上。
在计量泵4与没有显示的引导机构之间，在计量管路15内设置一个回流装置14。所述回流装置14是这样构造的，即它防止聚合物熔体从引导机构回流到计量泵4中。这样，就可以进行例如变换染料而不必断开与引导机构的耦合。同样，回流装置14可以使得计量泵4和喂料泵3可以进行启动和停止而不必顾及聚合物熔体的熔体压力。
回流装置14可以是一个止回阀，其中一个阀座与一个可动的控制装置相配合。在此过程中，由计量泵4排出的染料2将无障碍地通过所述阀座。然而，所述控制装置将通过在阀座内关闭而阻碍反方向的流动。回流装置14也可以是一个加热的管状部分，其长度尺寸是这样确定的，即在其没有被加热的状态下，回流的聚合物熔体将在该管状部分中凝固。仅仅在聚合物熔体凝固之后使得双方向的流动都被断开的状态下，所述管状部分才会被加热。在所述管状部分中凝固的熔体将被融化，并且可以被由计量泵4排出的染料冲走。
如图1所示的根据本发明的设备的结构可以由通过管路连接到一起的各独立单元实现，也可以组合成一个结构单元。
图2示意性地显示了本发明的设备的另一实施例的横截面视图。在该图中，有相同功能的结构件被标以相同的数字标记。该设备包括一个计量泵4和一个分配块26，上述两个部件组合成一个结构单元20。分配块26和计量泵4以板状结构方式直接相互法兰连接。计量泵4为一个带有一对齿轮21的齿轮泵。齿轮对21由泵驱动器6和驱动轴27驱动。
在分配块26中，形成了一个输入管路8，该输入管路与计量泵4的计量入口12连接。所述输入管路8通向一个染料接头18，一个箱体1直接连接到该染料接头上。从染料接头18侧向偏置之处，在分配块26上还设计有一个熔体接头19。所述熔体接头19通过计量管路15与计量泵4的计量出口13连接。在计量管路15中，在分配块26内，提供了一个止回阀形式的回流装置14。
结构单元20可以经熔体接头19，通过一种软管管路或刚性管路或法兰接头与一个纺丝设备的任意一个引导机构耦合。图3是一个纺丝设备的局部视图，其中通向一个引导机构23的可能的耦合点28分别由一个双箭头标出。在该纺丝设备中，聚合物熔体首先被一个挤出机23.1熔化。为此，挤出机23.1接受粒状的聚合物。一根熔体管路23.2设置在挤出机23.1的出口侧，该熔体管路23.2将聚合物熔体引向多个纺丝位。其中每一个纺丝位分别包括一个纺丝泵23.4。图3显示了例如四个纺丝泵23.4。在本实施例中，在熔体管路23.2内设有一个附加的动力混合机23.3。为了能够用液体染料使聚合物着色，结构单元20能够有选择地安置在其中一个耦合点28上。这样，就可能在挤出机23.1的入口区域和出口区域将液体染料提供给熔体。然而，优选是将液体染料直接在挤出机23.1的下游提供给聚合物熔体。在这种情况下，可以将图2所示的结构单元直接结合到熔体管路23.2上、或直接结合到混合机23.3上、或直接结合到纺丝泵23.4上。适宜地，纺丝泵23.4被构造成一个带有整体式混合机的混合泵。
图4示意性地显示了本发明设备的另一个实施例的横截面视图。在本实施例中，喂料泵3和计量泵4被安置成一个结构单元20。为此，喂料泵3和计量泵4在分配块26的两侧法兰连接。在左侧的是计量泵4而在右侧的是喂料泵3。喂料泵3包括一组齿轮22，而计量泵4包括一组齿轮21。齿轮组21和齿轮组22共同由驱动轴27和泵驱动器6驱动。为此，驱动轴27穿过分配块26。在分配块26的底侧包含染料接头18，该染料接头18通过一个在分配块26中的输入管路8与喂料泵3的喂料入口9连接。染料接头18通过一个管或一个软管与箱体1连接。
在染料接头18旁边，在分配块26的底侧还安装了熔体接头19。所述熔体接头19经计量管路15结合到计量泵4的计量出口13上。
喂料泵3的喂料出口10和计量泵4的计量入口12经分配块26内侧的喂料管路11相互连通。
在喂料管路11上连接一个回流接头29。所述回流接头29与一个旁通管路25连接，所述旁通管路25中安装了一个压力控制阀24。旁通管路25将回流接头29与箱体1连接。箱体1的结构与前述实施例一致，所以在此涉及前面的描述。
在运行中，喂料泵3和计量泵4被泵驱动器6共同驱动。与计量泵4的齿轮组21相比，喂料泵3的齿轮组22是这样选择的，即使得喂料泵3排料的体积比计量泵4的大。受驱动的齿轮组22从箱体1中排出液体染料到喂料管路11中。在喂料管路11中的所述液体染料通过计量泵4以测定的数量提供到熔体接头19处。在此过程中，喂料管路11中的喂料压力由压力控制阀24来决定。
如果在喂料管路11中超过了喂料压力的限值，部分液体染料流将会经压力控制阀24和旁通管路25返回到箱体1中。
在图4的实施例中，压力控制阀24和旁通管路25分开地安置在所述结构单元的外侧。然而，原则上也可以将压力控制阀和旁通管路整合到分配块26中。在这种情况下，旁通管路在喂料管路11与喂料泵3的喂料入口9之间提供了一个通道。
在本实施例中，回流装置14安置在分配块26外侧，直接在熔体接头19处。在此回流装置14由一个管状部分和一个加热装置形成。在喂料泵3和计量泵4无压运行的情况下，回流的熔体流将在回流装置14的管状部分中凝固。这样，向着计量泵4的回流被断开。为了融化在所述管状部分中的熔体堵塞物，回流装置14的加热器被启动。
然而，还可以采用一个止回阀作为回流装置。在此情况下，所述止回阀将由液体染料的压力打开。
还有，在图示的实施例中，还可以在熔体接头19和计量出口13之间在分配块26中安置所述回流装置14。
在图1、2和4中所示的实施例中，所有的熔体引导结构件可以是可被加热的。这使得以足够的计量精度向聚合物熔体中加入特别是高粘度的染料成为可能。取代液体染料，自然也可以将其它的液体添加剂有利地加入到熔体之中。
附图标记一览表1 箱体17 气垫2 染料18 染料接头3 喂料泵 19 熔体接头4 计量泵 20 结构单元5 控制单元21 齿轮组6 泵驱动器22 齿轮组6.1 喂料泵驱动器23 引导机构6.2 计量泵驱动器23.1 挤出机7 压力传感器 23.2 熔体管路8 输入管路23.3 混合机9 喂料入口23.4 纺丝泵10 喂料出口24 压力控制阀11 喂料管路25 旁通管路12 计量入口26 分配块13 计量出口27 驱动轴14 回流装置28 耦合点15 计量管路29 回流接头16 压力源
权利要求
1.一种用于将一种液体染料输入到一种聚合物熔体中的设备，所述设备具有一个计量泵(4)，所述计量泵(4)具有一个计量入口(12)和一个计量出口(13)，其中计量入口(12)与一个箱体(1)连接，而计量出口(13)与一个引导聚合物熔体的引导机构(23)连接，其中，通过所述计量泵(4)将从箱体(1)中输送的染料(2)以计量的量输入到在引导机构(23)内的聚合物熔体中，其特征在于所述计量泵(4)的计量入口(12)与喂料泵(3)的一个喂料出口(10)连接，并且所述喂料泵(3)具有一个用于与箱体(1)连接的喂料入口(9)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于计量泵(4)和喂料泵(3)分别配备有一个可控制的泵驱动器(6.1、6.2)，并且所述泵驱动器(6.1、6.2)与一个控制单元(5)连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于一个压力传感器(7)被安置在喂料泵(3)的喂料出口(10)与计量泵(4)的计量入口(12)之间，并且压力传感器(7)与控制单元(5)连接。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于计量泵(4)和喂料泵(3)配备有一个共同的泵驱动器(6)，并且泵驱动器(6)与控制单元(5)连接。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于喂料泵(3)的排量大于计量泵(4)的排量。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于喂料泵(3)的喂料出口(10)通过一个喂料管路(11)与计量泵(4)的计量入口(12)连接，并且喂料管路(11)通过一个压力控制阀(24)与一个旁通管路(25)连接。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述旁通管路(25)与喂料泵(3)的喂料入口(9)或与箱体(1)连接。
8.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于计量泵(4)的计量出口(13)配备有一个回流装置(14)，所述回流装置(14)用于防止聚合物熔体从引导机构(23)回流到计量出口(13)内。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述回流装置(14)是由一个止回阀或一个凝结阀形成的。
10.根据权利要求1到9之一所述的设备，其特征在于所述箱体(1)直接安装在喂料泵(3)的喂料入口(9)上。
11.根据权利要求1到10之一所述的设备，其特征在于所述箱体(1)与一个压力源(16)连接，通过该压力源(16)可以产生一个气垫(17)，该气垫(17)作用在储存在箱体(1)中的染料(2)上。
12.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于所述计量泵(4)、喂料泵(3)和喂料管路(11)被构造成可被加热的。
13.一种用于将一种液体染料输入到一种聚合物熔体中的设备，所述设备具有一个计量泵(4)，所述计量泵(4)具有一个计量入口(12)和一个计量出口(13)，其中，计量入口(12)与一个箱体(1)连接，而计量出口(13)与一个引导聚合物熔体的引导机构(23)连接，通过所述计量泵(4)将从箱体(1)中输送的染料(2)以计量的量输入到在引导机构(23)内的聚合物熔体中，其特征在于所述计量泵(4)设计成一个结构单元(20)，所述结构单元(20)具有一个配备给计量出口(13)的熔体接头(19)和一个配备给计量入口(12)的染料接头(18)，并且所述结构单元(20)可通过熔体接头(19)有选择地连接在一个纺丝设备或一个熔体引导装置的多个引导机构(23)之一上。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于计量泵(4)的计量出口(13)配备有一个回流装置(14)，该回流装置(14)防止聚合物熔体回流到计量出口(13)中。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于所述回流装置(14)是由一个止回阀或一个凝结阀形成的。
16.根据权利要求13到15之一所述的设备，其特征在于所述箱体(1)作为结构单元(20)的组成部分直接连接在染料接头(18)上。
17.权利要求13到16之一所述的设备，其特征在于箱体(1)与一个压力源(16)连接，通过该压力源(16)可以产生一个作用到储存在箱体(1)中的染料(2)上的气垫(17)。
18.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于结构单元(20)包括一个计量泵(4)和一个喂料泵(3)，其中，染料接头(18)配备给喂料泵(3)的一个喂料入口(9)，而喂料泵(3)的一个喂料出口(10)则与计量泵(4)的计量入口(12)连接。
19.根据权利要求13到18之一所述的设备，其特征在于结构单元(20)的引导染料的部分被构造成可被加热的。
20.一种将一种液体染料输入到一种聚合物熔体中的方法，其中借助于一个计量泵将由一个箱体中排出的液体染料在输入压力下以计量的量提供到聚合物熔体中，其特征在于借助于一个喂料泵将所述液体染料从箱体中排出，并且在喂料压力下提供给计量泵。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于在计量泵的计量入口处的液体染料的喂料压力等于或小于在计量泵的计量出口处的液体染料的输入压力。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于喂料泵的排量是这样受控的，即在计量泵的计量入口处的液体染料的喂料压力基本上是恒定的。
23.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于喂料泵的排量大于计量泵的排量，在计量泵的计量入口处的液体染料的喂料压力可以由一个压力控制阀控制，由喂料泵输送的多余的染料被单独排出。
全文摘要
本发明涉及将一种液体染料输入到一种聚合物熔体中的设备和方法。为此，一个计量泵设置有一个计量入口和一个计量出口。所述计量入口与一个箱体连接，而所述计量出口与一个引导聚合物熔体的引导机构连接。为了将尽可能均匀和精确数量的液体染料供给到在引导机构中的聚合物熔体中，根据本发明，计量泵的计量入口与喂料泵的一个喂料出口连接，而喂料泵以一个喂料入口与所述箱体耦合。因此，可以在计量泵的计量入口处产生一个喂料压力，该喂料压力能够与在计量泵的计量出口处的输入压力相适应。
文档编号F04C14/08GK1692187SQ03817602
公开日2005年11月2日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月24日
发明者乌尔里希·黑尔宾, 格奥尔格·斯陶斯贝格, 约尔格·亚历山大, 于尔根·哈森伯格 申请人:苏拉有限及两合公司