CN109476063B - 用于塑料熔体或另一种高粘性流体的过滤设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塑料熔体或另一种高粘性流体过滤装置(100)，包括带有入口板(11)和排出板(12)的壳体(10)。至少一个间隔元件(15、16)和可以由驱动装置(30)旋转的筛轮(20)布置在入口板和排出板之间。通过至少三个夹持元件(17.1、...、17.6)，入口板(11)和排出板(12)互相倚靠夹持，包含间隔元件(15、16)。筛轮(20)上驱动装置(30)的啮合点(32)布置在预张力表面(40)之外。当从旋转方向看，在筛轮(20)上形成有在第一线(45)和第二线(46)之间的大于110°且小于160°的角度α，所述第一线(45)在预张力表面(40)质心(43)和筛轮(20)的中心(18)之间延伸，产生的摩擦力FR作用于质心(43)，所述第二线(46)在中心(18)和啮合点(32)之间，进给力FV作用于啮合点(32)。

Description

用于塑料熔体或另一种高粘性流体的过滤设备
本发明涉及一种用于塑料熔体或另一种高粘性流体的过滤设备，其具有权利要求1的前序部分的特征。
当过滤塑料熔体时，必须过滤掉团聚体或固体颗粒，然后将熔体送入另外的加工设备，例如模头进料挤出设备。为了实现不间断的生产，已知不同类型的过滤设备，允许在操作期间通过在流动通道中放置新的未污染的筛网并从其中移除污染的筛网来更换筛网。过滤塑料熔体的一个特殊困难是必须在高温和高压下进行。
从DE 3302343 A1或EP 0 569 866 A1中基本已知一种通用的过滤设备。DE3341508 A1还提出了另一种通用的过滤设备，其中还公开了一种驱动设备。它由附接在壳体的侧边缘上的呈液压缸形式的驱动元件、传动杆和飞轮单元组成，该飞轮单元由一个啮合筛轮外齿部的小齿轮和一个允许传动杆的返回移动而无需移动筛盘的飞轮组成。
DE 3522050 A1提出了通过筛轮外圆周上的棘齿部和啮合在齿部中的进给压头来驱动，以逐渐地移动筛轮。从CN 101602249A中已知一种另外的通用凹槽方向，其中筛轮也通过棘轮设备驱动，在这种情况下，设置拉钩，其借助于传送杆啮合在齿部中并且在旋转方向逐渐地拉动筛轮。
这种通用类型的过滤设备的特殊优点在于，可以在筛轮上放置大量单独的筛网，这些筛网被连续地流过并且易于获取或者可以在背对流动通道的侧面更换以进行清洁。由于壳体的分层结构，过滤设备的结构也简单且经济。
然而，主要问题是外壳体板与它们之间的筛轮之间的密封。包括筛轮在内的壳体部件必须相互支撑，使得流动压力不会引起壳体的过度膨胀，因此不会形成相应的泄漏点。另一方面，必须确保筛轮的可移动性，因为如果它被夹得太紧，它就不能再旋转。因此，在筛轮上的前密封表面以及入口和排出板上的相对接触表面之间必须始终存在一定的最小间隙宽度。然而，所需的间隙宽度还取决于待处理的流体及其粘度、处理温度和筛网区域的流动压力。虽然这样做是为了防止泄漏，但是也需要足够的间隙宽度，从而可以在密封腹板上非常轻微地排出流体，并且在筛轮的两个面上由流体本身形成一种润滑膜。
筛轮的高度和间隔元件的高度的相应调节也是在入口板和排出板之间，其包封筛轮使得可以调节一定的间隙宽度(然而是几微米的范围)，所以制造一起形成在入口和排出板之间插入的所谓内部配对的间隔元件和相关的筛轮是非常困难的。
在实际应用中已经表明，即使非常仔细地计算和制造间隙宽度，在筛轮的可移动性方面也会出现问题，这只能通过减小预张力来解决，而这又会导致密封性问题。
因此，本发明所解决的问题是优化壳体中的预张力，以及筛轮的润滑和可移动性所需的间隙宽度，以确保平稳操作。
根据本发明，该问题通过具有权利要求1的特征的过滤装置来解决。由壳体夹持元件夹持的预张力表面也定位成使得壳体上的可加压表面完全被其包封，但同时所有非加压表面部分基本上保持没有预张力，特别是在该驱动器啮合区域中。这减小了壳体的彼此压靠的各个部件的压缩，并且增加了在未预张力区域中相对于包封的筛轮的间隙宽度。预张力区域适用于受预张力元件影响的所有表面部分。该表面首先由连接预张力元件的中心的多边形线限定。然而，考虑到这种预张力元件的直径和大体积的设计，该线至少向外移动预张力元件的半径。此外，必须考虑到当筛轮在上部区域中旋转时，加压区域随着筛网部分的浸入而突然膨胀，同时筛网部分从底部受压区域转出，使表面状态以脉冲方式连续变化，仅在筛轮处于停止状态时才是静止的。就本发明而言，“完整”因此意味着没有明显可加压的表面部分位于所提到的多边形线之外如此远而使得内部压力导致壳体膨胀太多。如果考虑到预张力区域延伸超出多边形路线，其连接预张力元件的中心，并且加压表面在操作期间连续变化，则在预张力表面和可加压区域之间或在加压表面的操作时，可以发生纯粹的几何偏差高达15％，特别的最大10％的几何偏差，以便仍然满足就本发明而言的“完整”标准。
对于本发明来说同样重要的是，进给元件的作用点位于预张力区域之外，并且经由进给元件施加到筛轮的外圆周上的力被引导远离预张力区域。具体而言，这意味着在预张力表面的重心和筛轮中心之间的第一条线相对于筛轮中心和筛轮上驱动器的啮合点之间的第二条线之间的夹角大于90°且小于160°。这具有以下效果：预张力表面的表面重心可以认为是由流通区域中的表面压力载荷引起的约束力的作用点，这是由存在于加压和预张力区域的，筛轮的两个侧面和壳体的入口和排出板的对向面之间的摩擦而产生的。对于每个可加压表面单元，限制力确实起到不同的作用(借助相对于筛轮的旋转轴线的单个杠杆臂)，但理想地可以假设为作用在筛轮的中心轴线和表面重心之间的约束力。
在本发明的上下文中，表面重心不是数学—几何意义上的精确点，而是移动的小表面区域，因为表面和力比由于筛轮的连续和/或增加的旋转而不断变化。如果所有筛网部分以与通常相同的方式构造，则表面重心可以变化，例如变化筛盘上的俯仰角的一半。
为了克服由于在表面重心中产生的约束力所产生的约束扭矩，需要更大的扭矩来克服静摩擦力并因此使得筛轮运动。这种所需的进给扭矩是由啮合在筛轮中的进给力引起的。
驱动器的传动元件的支撑点也可以位于上述第二径向线上。
本发明的一种可能的进一步发展是使筛轮在其圆周上尽可能地被间隔元件包围。因此，壳体中的必要预张力通过位于入口板和排出板之间的间隔元件非常均匀地吸收，并且避免了壳体的变形。在由壳体夹持元件夹持的预张力表面中，特别是筛轮90％以上的圆周被间隔元件包围。仅在位于背离壳体的流通侧的一侧的拐角区域中，筛轮的外圆周未被覆盖。那里的凹槽太大以至于可以布置驱动器的进给元件，但是优选地不比所需的大得多。在壳体的下边缘处应设置周向覆盖物中的另一个凹槽，以允许排出作为润滑膜或其他泄漏流动所需的流体。
在根据本发明的过滤装置中，驱动装置可以啮合在筛轮的外圆周上的齿部中，并且可选地配备有小齿轮驱动器或棘轮驱动器。本发明的一个特别的优点在于，由于驱动器的啮合点在壳体的拐角区域中的优选布置——在上方或下方——足够的安装空间可用于两种类型的驱动器并且因此可以在不改变壳体的情况下实现一种或另一种类型的驱动器。拐角中的布置还使得可以扩大预张力区域，从而扩大可用于过滤的可加压区域。
在小齿轮驱动器的情况下，在与筛轮的外齿部啮合的区域中的进给力的方向认为是大致切向的。如果将两个矢量——约束力和进给力的矢量——延伸到后部，因此与它们的实际取向相反，结果是理论上小于90°的非常小的夹角β(然而优选地小于45°)，以及远离过滤装置壳体表面的理论交叉点。在任何情况下，进给力的作用线都经过预张力区域并且优选地根本不与其交叉，或者至少不以这样的方式使得进给矢量抵消或反转本发明预期的筛轮的几何变化。与上述现有技术中的布置相反，没有施加和引导力到根据本发明的过滤装置的加压侧，而仅有远离壳体预张力侧向外指向的力。
这也适用于棘轮驱动器的选择，其中推杆形式的进给元件啮合在齿部中。尽管半径和进给力矢量之间的角度可以不等于90°，但是在进给力优选地不切割预张力表面并且向外指向远离壳体和预张力表面的情况下，也适用。
由于作用在表面重心上的所产生的约束力和作用在远离预张力区域的啮合点上的进给力，实现了包封在其间的筛轮扇区的伸长。由于伸长总是伴随着由于体积恒定性引起的横向收缩，因此细长区域中的筛盘的厚度非常轻微地减小，由此轻微的压力降低已经达到获得足以移动和润滑的间隙宽度的数量级。
尽管在筛轮的另一扇区中产生压缩，但是在旋转方向上看，压缩位于驱动器的啮合点以及加压和预张力区域之间。然而，由于驱动器位于预张力区域的外部并且优选地位于拐角区域中，因此压缩的大部分发生在预张力区域之外，所述压缩与筛轮厚度的相应增加相关联。由于筛轮的典型内径相对较大，因此与驱动器的啮合点径向相对的侧面很大程度上屏蔽轮毂的剪切力的影响；该屏蔽区域已经影响了预张力表面的大部分，即重心下方的区域。最后，如上所述，两个杠杆臂之间的夹角在大于90°(特别是110°)和160°之间的事实，导致伸长和压缩之间的不平衡。压缩剪切力作用在大的多的长度上，因此相关的厚度变化相对小于伸长。
将驱动器布置在与预张力表面的表面重心径向相对的一侧上，不可能取得所述的效果或者至少效果会大大减小，因为上半部分的膨胀和下半部分的压缩会相互平衡。因此，根据本发明设置了明显不等于180°的这些线之间的角度。
根据本发明，驱动器旨在引起筛轮的目标伸长的事实意味着在需要的时刻，即当筛轮的定时旋转发生和通过驱动器启动时，精确地产生较大的间隙宽度。在随后的运动暂停期间，在此期间驱动机构执行返回运动，上述伸长可以松弛，这又增加了厚度、减小了间隙宽度并改善了密封性。由于根据本发明的预张力表面和驱动器啮合点的布置，在壳体和筛轮内发生一种“呼吸变形”，其润滑间隙宽度在微米范围内变化。
根据本发明的预张力表面的减小，允许在入口侧和排出侧保持板元件相对较薄并且因此减少材料和制造成本，优选地由于插入的间隔元件而在圆周上几乎完全的衬里(lining)。
如果至少两个预张力元件布置成使得它们之间的假想连接线与上述表面重心的区域相交也是有利的。该表面重心不仅可以理想化为抵抗筛轮旋转的约束力的作用点，而且还可以作为在板的法线方向上作用的产生的膨胀力的起点，这是由内部流动压力引起的。如果壳体夹持元件布置成使得螺纹连接的作用线穿过膨胀力的中心，则入口板和排出板的窄带可以粗略地近似并且理想地认为是弯曲梁并且相应地设计尺寸。不会出现比在该带状区域中更高的板的弯曲载荷。如果在所述的带状区域的两侧设置另外的壳体夹紧元件对也是有利的，其假想的连接线大致平行于所述的带状区域或与其成锐角设置。
下面参考附图中所示的示例性实施例更详细地描述本发明。附图详细地示出：
图1是过滤装置的壳体的透视图，
图2a是过滤装置的平面图；
图2b是过滤装置的部分透视图；和
图3a、3b各自是在操作期间作用在过滤装置上的力的示意图。
图1示出了在排出板12侧面上的过滤装置的壳体10的透视图。图1仅以实线示出了所谓的内部配对的平面，其包括间隔元件15、16和筛轮20。中间平面包封在入口板11和排出板12之间，两者都如假想或虚线所示。
所有三个相邻的元件，即入口板11、间隔元件15、16和排出板12，通过总共六个壳体夹持元件17.1、...、17.6连接，并且通过设计用于操作压力的预张力相互支撑。中间平面在筛轮20的外圆周上仅具有两个中断：在右上角，其中自由空间41保持自由以用于驱动或进给元件的布置，并且在下侧，其中窄的排出通道42形成在间隔元件15、16之间，以能够将在下部低点从壳体10排出积聚的流体。
筛轮20以基本上已知的方式设计，具有大量的筛网部分22，每个筛网部分22由内部环形密封腹板23、外部环形密封腹板24和在它们之间延伸的腹板25界定，所述腹板25从里到外延伸。轮毂26设置在中间以容纳轴或柄，以将筛轮20支撑在壳体10的板11、12中。轮毂26可用作附加的预张力元件。
筛轮20的外圆周具有棘齿部21，其齿面在一个方向上平放并在另一个方向上回跳。
壳体夹持元件17.1至17.6引起壳体元件在预张力区域40内的压缩，其中壳体元件11、12、15和元件16的部分强烈地彼此挤压，从而减小了入口板11和排出板12与包封在它们之间的筛轮20之间的距离。在壳体夹紧元件17.4、17.5之间的假想线之外，即在用于驱动器的自由空间41的横向和下方，没有强烈的预张力，因此在此点处，在不需要密封性的情况下，减小了壳体板11、12和筛轮20之间的摩擦。
由14指示的圆圈表示入口和排出通道的位置，并且对应于在筛轮20处具有直接流动的流动通道，然而，如基本上已知的那样，为了更好地利用可用的筛网区域，在筛网区域的前面和后面立即显著加宽。然而，入口或排出通道或流动通道14的区域可以认为是可加压区域的表面重心的位置。该可加压区域完全或几乎完全在预载荷区域40内。
预张力元件17.3、17.6之间的假想线直接通过流动通道14的区域。元件17.1、17.2之间的连接线几乎平行于其延伸。偏差仅存在于最后两个壳体夹紧元件17.4、17.5的位置，因为下部壳体夹紧元件17.5必须进一步向外移动以保持排出通道42自由。
图2a以排出侧的平面图示出了安装的过滤装置100。区域44对应于流动和压力区域，其从入口通道13或排出通道的直径延伸。它是对称构造的，其重心位于流动通道14的区域中，而流动通道14又略微高于壳体10中的水平中心轴线。因此，约束力FR的方向不是完全垂直的，而是垂直于流动通道14的中心与中心轴线18之间的径向连接线。
另一条线46表示中心轴线18和进给压头31与筛轮20的外齿部21的啮合点32之间的连接线。
驱动装置30由液压缸形式的驱动元件34形成，其支撑在轴承元件35上，在该设计中，轴承元件35直接与间隔元件15一起安装在板元件11、12之间的中间平面中。具有可伸展活塞的驱动元件34通过第一接头36.1连接到传动杆36形式的传动元件，传动杆36安装在壳体10中的支撑点33处，即桥接自由空间41的轴上，同时安装在两个板元件11、12中，使得驱动力仅精确地垂直于筛轮20的旋转轴线，并且避免了壳体由于驱动器的插入的不对称变形。
进给元件通过另一个接头36.2可移动地支撑在传动杆36上，并且设计成进给压头31的形式，该进给压头31在啮合点32处与在齿部21中的尖端啮合并且施加从壳体10外部引导的进给力FV，并且最重要的是远离预张力区域40。
图2b示出了过滤装置100排出侧的透视图，由此在该图示中已经移除了筛轮和排出板以便阐释。入口板11和间隔元件15、16以及壳体的完整驱动装置30是可见的。当观察壳体的内部时，首先看到入口板中的入口通道13，其扩展成包围约120°的环形段。因此，通过入口通道13离开的流体可以不受阻碍地在可加压区域44中扩散并流过筛轮的多个筛网部分。
主过滤区域(入口通道13大致位于其中心)由中心轴线18上方和下方的两个另外的区段48.1、48.2补充，其在侧视图中类似于咖啡过滤器的形状。这些通过将筛轮20的一个腔体突出到区域44中并且从与区域44的交叉处加压，来加压区段48.1、48.2。
下段48.1是预流区域，即一旦筛网部分与区域44重叠，特别是如果相关筛网部分处的筛网之前已在筛网更换位置49处更换了，则以筛轮顺时针旋转进入那里的筛网部分预充满流体。
由虚线指示的预张力表面区域44不完全包封上段48.2，使得可加压区域44的小区域突出。除了相对于区域44中的流动压力减小的压力之外，因为当腔体与区域44部分重叠时，它仅间接通过腔内的减慢流动建立，并且实际预张力表面向外延伸超出多边形路线44，其在图中表示预张力区域，小突出区域也是有利的，使得在筛网改变之后必要时可以使得那里捕获的空气逸出。
图3a是力的关系示意图，并说明了所谓的“呼吸变形”的原理。当驱动器开始筛轮20的继续旋转时——仅此时——进给力FV通过对应于线46的杠杆臂相对于中心18起作用。由于摩擦，进给力FV抵消了约束力FR，所述FR在位置、方向和尺寸上略微变化，这取决于筛网部分的腹板23、24、25在点43处的流动通道区域中的所处位置。两个力FR、FV的杠杆包括一个角度α，其必须明显大于90°并且明显小于180°，否则不会出现在线45和46之间的筛轮20的相关扇区中所描述的伸长效应。优选地，角度α大于110°，特别是在135°。
如果力矢量FR、FV逆着它们的取向向后延伸，则力线在壳体10外部的点处以大于20°且小于70°的锐角β相交。弹簧47象征性地表示筛轮20的柔性扇区。如上所述，力矢量FR假设为总是垂直于线45形式的有效杠杆长度，因为点43在操作期间移动(这取决于瞬时流动和压力条件)，并且杠杆45因此位于半径上。另一方面，力矢量FV作用在壳体上的固定啮合点32处，使得杠杆臂以线46的形式牢固地限定。然而，也如图3a所示，取决于驱动器的作用方向，FV不是完全垂直于线46。因此，关系β＝180°－α并不不可避免地适用。
另外，由于瞬时可变点43作为所产生的约束力FR的假定作用点，因此必须考虑到α＝110°-135°的优选角度尺寸被视为平均值，以及根据“呼吸变形”，瞬时角度α(t)波浪状地减小或增加几度。
如果驱动器再次停止以执行压头31和传动杆36的缩回运动或者仅仅暂停直到登记(registriert)筛网区域的新污染，则不再有任何进给力FV并且也没有约束力FR作为反作用力。这种情况如图3b所示。在该时间间隔期间，筛轮20可以在先前伸长的上部扇区中松弛，从而呈现其原始形状，增加筛轮20的宽度，暂时减小间隙宽度，从而增加密封效果。

Claims (13)

1.用于塑料熔体或另一种高粘性流体的过滤装置(100)，至少包括：
壳体(10)，其至少具有：
具有至少一个入口通道(13)的入口板(11)，
具有至少一个排出通道的排出板(12)；设置在入口板(11)和排出板(12)之间的至少一个间隔元件(15、16)；
至少三个壳体夹持元件(17.1、...、17.6)，依靠夹持元件，入口板(11)和排出板(12)相互支撑、包封间隔元件(15、16)；
筛轮(20)：
其可旋转地支撑在入口板和排出板(11、12)之间的壳体(10)中，并且
具有可以分别定位和流过入口通道(13)和排出通道之间的大量筛网部分(22)，并且筛轮(20)的位于预张力表面(40)内的区域(44)内的筛网部分(22)能够被流过并能够被施加流体压力，预张力表面由壳体夹持元件(17.1、...、17.6)夹持，
具有驱动元件(35)的驱动装置(30)，驱动元件(35)在啮合点(32)处向筛轮(20)上施加进给力FV；
其特征在于：
驱动装置(30)在筛轮(20)上的啮合点(32)布置在预张力表面(40)之外，并且从旋转方向看，在筛轮(20)上包括有在第一线(45)和第二线(46)之间的大于90°且小于160°的角度α，所述第一线(45)在预张力表面(40)的表面重心(43)和筛轮(20)的中心(18)之间延伸，产生的摩擦力FR在表面重心(43)处啮合，所述第二线(46)在中心(18)和啮合点(32)之间，进给力FV在啮合点(32)处啮合。
2.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，支撑点(33)和啮合点(32)分别布置在壳体(10)的拐角区域(41)中，在背离流动通道(43)的侧面。
3.根据权利要求1或2所述的过滤装置(100)，其特征在于，由驱动装置(30)施加在筛轮(20)上的进给力FV的矢量在预张力表面(40)之外延伸。
4.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，所述筛轮(20)的圆周的80％以上由至少一个间隔元件(15、16)围绕。
5.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，筛轮(20)在其外圆周区域中设有至少一个齿部(21)，并且驱动元件(35)在啮合点(32)处正啮合在齿部(21)中。
6.根据权利要求5所述的过滤装置(100)，其特征在于，筛轮(20)上的齿部(21)设计为对称的齿部，并且进给元件是可旋转地安装的小齿轮。
7.根据权利要求5所述的过滤装置(100)，其特征在于，所述驱动装置(30)设计为棘轮驱动器，所述进给元件包括进给压头(31)，并且所述筛轮(20)上的所述齿部(21)具有在进给压头(31)的方向上倾斜的齿面。
8.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，所述驱动元件(35)通过至少一个传动元件(36)连接到进给元件(31)。
9.根据权利要求8所述的过滤装置(100)，其特征在于，所述传动元件(36)安装在延伸通过两个板元件(11、12)的轴线的支撑点(33)上。
10.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，位于预张力表面(40)内的筛轮(20)那部分的90％以上的圆周由间隔元件(15、16)所围绕。
11.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，作用在预张力表面(40)中的所得摩擦力FR和作用在啮合点(32)的进给力FV的相应矢量之间包括小于60°的角度β，并且在壳体(10)外部与穿过矢量的直线相交。
12.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，设置至少两个间隔元件(15、16)，它们在过滤装置(100)的下侧彼此间隔开并形成排出通道(42)。
13.根据权利要求1所述的过滤装置(100)，其特征在于，设置至少两个间隔元件(15、16)，它们在过滤装置(100)的上半部分中彼此分开，并在支撑点和啮合点(32、33)的区域中。
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