DE102005061770A1

DE102005061770A1 - Schmelzefilter mit teilbarem Filtergehäuse

Info

Publication number: DE102005061770A1
Application number: DE102005061770A
Authority: DE
Inventors: Andreas Herz
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: TW200726632A; WO2007076808A1

Abstract

Die Erfindung umfasst einen Schmelzefilter zur Großflächenfiltration von Kunststoffschmelzen, bestehend aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Filtereinsatz (1), der in einem zylinderrohrförmigen Filtergehäuse (2) mit Anschlüssen (3, 4) für den Schmelzezulauf und den Schmelzeablauf angeordnet ist, wobei das Filtergehäuse (2) aus mehreren Bauteilen besteht, teilbar ausgeführt ist und ein Bauteil des Filtergehäuses (2) als tragendes Element (2.1) des Schmelzefilters ausgeführt ist. Des Weiteren umfasst die Erfindung eine Schmelzefilteranordnung in Form eines Doppelfilters, der im Wesentlichen aus zwei der vorgenannten Schmelzefilter besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzefilter und eine Schmelzefilteranordnung zur Großflächenfiltration von Kunststoffschmelzen.

Bei Filtern der genannten Art durchströmt die Kunststoffschmelze bei Temperaturen bis zu 300°C und Drücken bis zu 300 bar ein in einem zylinderförmigen Filtergehäuse angeordnetes Filterelement. Vorzugsweise sind derartige Filter als Großflächenfilter in Form von Scheiben- oder Kerzenfiltern ausgeführt.

Eine Ausführungsform derartiger Großflächenfilter in Form eines Doppelfilters ist aus der DE 19823765 C1 bekannt. Jeder einzelne Filter kann mit seinem Gehäuse zu Reinigungszwecken aus seiner Arbeitsposition weggeschwenkt werden. Die Filtereinsätze werden zum Filterwechsel nach oben aus dem zylinderförmigen Gehäuse herausgezogen. Beide Filter und die zwischen den beiden Filtern angeordneten Schmelzeventile sind bei dieser Vorrichtung in einem tragenden Säulengestell angeordnet und mit diesem starr verbunden.

Die hohen Verarbeitungstemperaturen der Schmelze verursachen erhebliche Wärmedehnungen in den Filtern. Insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen dem Filterein- und -auslass und den Schmelzeventilen treten durch unterschiedliche Wärmedehnungen der Filtergehäuse und des Säulengestells Spannungen und Verschiebungen auf, welche nur durch ein aufwändiges paralleles Aufheizen des Säulengestells kompensiert werden können. Problematisch ist bei dieser Vorrichtung außerdem die Reinigung und die Abdichtung der Anschlüsse für den Schmelzeein- und -austritt. Beim Wechsel eines Filtereinsatzes müssen die schwer zugänglichen Dichtflächen auf der Innenseite der zylinderrohrförmigen Filtergehäuse gereinigt werden. Des Weiteren erfordern diese Dichtflächen eine aufwändige, teuere Fertigung aufgrund enger Fertigungstoleranzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzefilter zur Großflächenfiltration zu schaffen, welcher einfach zu Reinigen ist und bei dem ein Filtereinsatz schnell und sicher ausgewechselt werden kann. Des Weiteren soll der Schmelzefilter auch bei einer Ausführung als Mehrfachfilter, insbesondere als Doppelfilter einen einfachen Aufbau aufweisen, sowie mit einem geringen Aufwand herzustellen und zu betreiben sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schmelzefilter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Schmelzefilteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß besteht der Schmelzefilter aus einem zylinderförmigen Filtereinsatz, der in einem zylinderrohrförmigen Filtergehäuse mit Anschlüssen für den Schmelzezulauf und den Schmelzeablauf angeordnet ist, wobei das Filtergehäuse aus mehreren Bauteilen besteht und teilbar ausgeführt ist, und wobei ein erstes Bauteil des Filtergehäuses als tragendes Element des Schmelzefilters ausgeführt ist.

Der Schmelzefilter ist somit in einer rahmenlosen, selbsttragenden Bauweise ausgeführt, d.h. ein erstes Bauteil des Filtergehäuses trägt die gesamte Masse des Schmelzefilters. Durch dieses tragende Element kann auf jede Art von tragendem Rahmen verzichtet werden, wodurch weniger Teile aufgeheizt werden müssen und der Zugang zu verschiedenen Bauteilen wie z.B. Anschlussstücken und Ventilen erleichtert wird. Unerwünschte Verschiebungen und Spannungen in den Bauteilen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen werden vermieden, weil die tragenden Elemente der erfindungsgemäßen Lösung nahezu die gleiche Temperatur aufweisen, wie alle anderen Bauteile.

Zum Filterwechsel wird wenigstens ein zweites Teil des Filtergehäuses soweit gelöst und entfernt, dass der Filtereinsatz herausgenommen werden kann. Durch die mehrteilige und teilbare Ausführung des Filtergehäuses können die Anschlüsse für den Schmelzezu- und -ablauf so angeordnet werden, dass bei ausgebautem Filtereinsatz ein freier und übersichtlicher Zugang zu den Anschlüssen gegeben ist.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Anschlüsse für den Schmelzezulauf und den Schmelzeablauf an dem tragenden Element des Filtergehäuses angeordnet. Mit dieser Anordnung können die Anschlüsse auch während eines Filterwechsels starr mit den Anschlussstücken zur Schmelzeführung verbunden bleiben. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil jede Trennung in der Schmelzeleitungsführung einen hohen Aufwand beim anschließenden Verbinden der Teile erfordert. Vor allem die vollständige und sichere Abdichtung an den Verbindungsstellen ist aufgrund der hohen Temperaturen und Drücke der Schmelze im Betrieb extrem aufwändig.

Die Anschlüsse für den Schmelzezu- und -ablauf sind entweder einfache Ausnehmungen im Filtergehäuse, wie z.B. Bohrungen, oder starr mit dem Filtergehäuse verbundene Anschlussmittel, welche an dem einen Ende mit dem Filtereinsatz und an dem anderen Ende mit Anschlussstücken zur Schmelzeführung außerhalb des Schmelzefilters verbunden sind.

In einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht das Filtergehäuse aus zwei Halbschalen, wobei eine erste Halbschale starr an einem Rahmen befestigt ist und eine zweite Halbschale aufschwenkbar an der ersten Halbschale befestigt ist. Wird die zweite Halbschale gelöst und aufgeschwenkt, so kann der Filtereinsatz einfach gewechselt werden und es besteht bei ausgebautem Filtereinsatz ein leichter Zugang zu den Anschlüssen für Schmelzezu- und -ablauf. Insbesondere beim Reinigen der Anschlüsse auf der Innenseite des Filtergehäuses ist dies ein großer Vorteil, weil die Filterteile und die benachbarten Bauteile sehr hohe Temperaturen aufweisen und die Gefahr von Verbrennungen für das Personal besteht. Dabei ist es für den störungsfreien Betrieb der schmelzeverarbeitenden Anlage notwendig, dass die Filterteile sehr genau von Schmelzeresten und Schmutz gereinigt werden, weil selbst kleinste Verunreinigungen in der Schmelze zu Störungen bei der weiteren Verarbeitung des Materials oder zu Qualitätsminderungen des fertigen Produktes führen. So verursachen beispielsweise Verunreinigungen in der Schmelze bei der Herstellung von Kunststoffflachfolien oft Folienrisse während des weiteren Produktionsprozesses.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der zweiten, aufschwenkbaren Halbschale ein Boden- und/oder ein Deckelelement vorgesehen sind. Diese werden mit der zweiten Halbschale zum Filterwechsel weggeschwenkt. Im Betrieb decken das Boden- und das Deckelelement den Filtereinsatz nach oben und unten hin ab. Sie tragen so zur Wärmeisolierung des Filtereinsatzes bei.

Das Filtergehäuse ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung beheizbar. Die einzelnen Teile des Filtergehäuses sind separat oder gemeinsam beheizbar. Zur Beheizung derartiger Filtergehäuse sind z.B. doppelwandige Filtergehäuse, die von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchflossen und beheizt werden, oder elektrisch beheizte Ummantelungen bekannt. Das Filtergehäuse bildet somit für den Filtereinsatz einen Heizmantel.

Zur Temperaturregelung sind die beheizten Bauteile mit Temperatursensoren ausgestattet, welche signalübertragend mit einer Steuerung verbunden sind. Diese Steuerung beeinflusst die entsprechenden Heizelemente so, dass die gewünschte Temperatur des Filtergehäuses und der Schmelze in einem bestimmten Toleranzbereich gehalten wird.

Im Innenraum des Filtereinsatzes sind gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung Filterkerzen oder Filterscheiben als Filtermedium angeordnet. Der Schmelzestrom durchdringt auf seinem Weg durch den Filtereinsatz zwangsläufig das Filtermedium. Dabei werden Verunreinigungen oder auch unverschmolzene Materialteilchen aus dem Schmelzestrom herausgesiebt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Schmelzefilteranordnung, insbesondere eine Anordnung als Doppelschmelzefilter, mit wenigstens zwei Schmelzefiltern gemäß den Merkmalen eines der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen, wobei die tragenden Elemente der Filtergehäuse über ihre Anschlüsse direkt und starr mit den Anschlussstücken zur Schmelzeführung verbunden sind.

Somit ist der Doppelschmelzefilter in einer rahmenlosen, selbsttragenden Bauweise ausgebildet. Die tragenden Elemente der Filtergehäuse ersetzen vorteilhaft das nach dem Stand der Technik notwendige Säulengestell bzw. jede Art von tragendem Rahmen und zusätzliche Schmelzeleitungsstücke zwischen den Filtern sind nicht erforderlich.

Dadurch ist die gesamte Filteranordnung übersichtlich und leicht zugänglich. Der Material- und Herstellungsaufwand für die Filteranordnung ist gering. Die Anschlussstücke zur Schmelzeführung verschieben sich bei wärmebedingter Ausdehnung des Filtergehäuses frei und spannungsarm mit den Anschlüssen am Filtergehäuse, weil sie an keinem weiteren Bauteil befestigt sind.

In einer bevorzugten Ausführung der Schmelzefilteranordnung sind die Anschlussstücke zwischen den Schmelzefiltern als Umschaltventile ausgebildet. Damit werden die Schmelzefilter wechselweise betrieben. Während z.B. bei einem Doppelfilter der erste Filter in den Produktionsprozess eingebunden ist, wird der zweite Filter ausgetauscht bzw. gereinigt und umgekehrt. Zum Umschalten des Schmelzestromes vom ersten zum zweiten Schmelzefilter werden die beiden mit dem Einlass und dem Auslass der beiden Filter verbundenen Dreiwegeventile z.B. nach einem bestimmten Verfahren synchronisiert umgeschaltet. Dazu sind sowohl durch eine Hilfsenergie angetriebene Umschaltventile, die zentral oder direkt vor Ort gesteuert und bedient werden, als auch Handventile möglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Anschlussstücke zwischen den Schmelzefiltern als starre Verteilerstücke, beim Doppelfilter als T-Stücke, ausgebildet. Mit einer solchen Ausführung werden beide Schmelzefilter gleichzeitig betrieben und die Filterfläche ist im Vergleich zum Einfilterbetrieb verdoppelt. Dies ermöglicht einen höheren Durchsatz an Schmelze bei geringerem Druckabfall und erhöht die Standzeit des Filters entsprechend.

Die Erfindung und weitere sich ergebende Vorteile werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den anliegenden Zeichnungen zeigen:
1 die Vorderansicht eines Schmelzefilters gemäß Anspruch 1,
2 die Draufsicht eines Schmelzefilters gemäß Anspruch 1,
3 die Vorderansicht eines Doppelfilters gemäß Anspruch 4 und
4 die Draufsicht eines Doppelfilters gemäß Anspruch 4.
In 1 ist ein Schmelzefilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in der Vorderansicht dargestellt. Der Filtereinsatz 1 ist in einem aus zwei Halbschalen 2.1, 2.2 bestehenden Filtergehäuse 2 angeordnet. Der Filtereinsatz 1 ist mittels nicht dargestellten Schrauben derart an dem tragenden Element 2.1 des Filtergehäuses befestigt, dass der Schmelzezulaufkanal und der Schmelzeablaufkanal des Filtereinsatzes schmelzedicht mit den Anschlüssen 3, 4 des Filtergehäuses verbunden sind. „Schmelzedicht" bedeutet hier, dass während des Betriebs der Extrusionsanlage an den Verbindungsstellen keine Schmelze austritt. Die Schmelze passiert den Filter mit einer Temperatur von z.B. 300°C und unter einem Druck von bis zu 300 bar. Die erste Halbschale 2.1 ist das tragende Element des gesamten Filters, d.h. sie stützt sich auf einer darunter angeordneten Plattform 7 ab und trägt alle anderen Bauteile des Schmelzefilters. Die zweite, schwenkbare Halbschale 2.2 weist einen Deckel und einen Boden auf, welche das Filtergehäuse nach oben und nach unten hin abschließen. Wie auch die anderen Teile des Filtergehäuses 2 ist der Boden und der Deckel des Filtergehäuses 2 vorteilhaft beheizbar ausgeführt. Mittel zum Beheizen der Filtergehäuseteile sind nicht dargestellt. Das Filtergehäuse weist Anschlüsse 3, 4 für den Schmelzezulauf und den Schmelzeablauf auf. Die Anschlüsse 3, 4 sind in das tragende Element 2.1 des Filtergehäuses 2 seitlich eingeschweißte Stutzen, welche auf der einen Seite Dichtflächen zur Abdichtung der entsprechenden Öffnung des Filtereinsatzes und auf der gegenüberliegenden Seite Flansche mit Dichtflächen für den Anbau von Anschlussstücken 5, 6 zur Schmelzeführung außerhalb des Filtergehäuses aufweisen.
In der Regel wird die Schmelze über den untenliegenden Anschluss 3 dem Filter zugeführt und durch den obenliegenden Anschluss 4 abgeführt, so dass sich der Filtereinsatz von unten nach oben mit Schmelze füllt und keine Luftblasen im Schmelzestrom entstehen.
An den Anschlüssen 3, 4 sind die Anschlussstücke 5, 6 zur Schmelzeführung angeflanscht. Als Flanschverbindungen sind beispielsweise Schraub- oder Schweißflansche möglich. Da die Anschlüsse 3, 4 starr mit der tragenden ersten Halbschale 2.1 des Filtergehäuses 1 verbunden sind, bleiben die Anschlüsse 3, 4 bei einem Filterwechsel auch starr mit den benachbarten Anschlussstücken 5, 6 verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtflächen zwischen den Anschlüssen 3, 4 und den Anschlussstücken 5, 6 nicht bei jedem Filterwechsel getrennt und nachfolgend wieder dichtend verbunden werden müssen.
Ein mögliches, nicht dargestelltes Heizmittel, wie z.B. ein elektrischer Heizmantel, für die Flanschverbindung der Anschlüsse 3, 4 mit den Anschlussstücken 5, 6 bleibt bei einem Filterwechsel fest eingebaut. Dadurch verkürzt sich die Zeit für den Filterwechsel.
2 zeigt den Schmelzefilter aus 1 in der Draufsicht. In gestrichelten Linien ist die zweite Halbschale 2.2 in aufgeschwenktem Zustand dargestellt. Die zweite Halbschale 2.2 ist gemäß Anspruch 3 mit einem Boden- und einem Deckelelement ausgestattet, welche den Filtereinsatz 1 im Betrieb nach oben und unten abdecken. Die 2 zeigt, dass bei aufgeschwenkter zweiter Halbschale 2.2 der Filtereinsatz 1 seitlich herausgeführt werden kann. Der mit der Halbschale 2.2 weggeschwenkte Deckel gibt den Zugang auch zur Oberseite des Filtereinsatzes 1 frei. So kann an der Oberseite des Filtereinsatzes 1 ein Befestigungselement wie z.B. eine Augenschraube angebracht werden. An dem Befestigungselement lässt sich der Filtereinsatz 1 dann an einem Kran oder einem anderen Hebezeug befestigen und transportieren.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Schmelzefilteranordnung als Doppelfilter. Hier sind zwei Schmelzefilter 10, 20 gemeinsam auf einer Plattform 17 angeordnet. Jeder einzelne Filter ist dabei aufgebaut wie der in 1 und 2 bereits beschriebene Filter. Die beiden tragenden Elemente 12.1 und 12.2 der einzelnen Filter sind über ihre Anschlüsse 13, 23, 14, 24 starr mit den beiden Anschlussstücken 15 und 16 verbunden.
Der Verbund bestehend aus den tragenden Elementen 12.1, 22.1 des Filtergehäuses, den Anschlüssen 13, 23, 14, 24 und den Anschlussstücken 15 und 16 bildet einen starren, tragenden Rahmen der Schmelzefilteranordnung. Dieser Rahmen ist auf einer Plattform 7 angeordnet.
Die Anschlussstücke 15 und 16 sind als T-Stücke ausgeführt. Im Betrieb wird die von einem nicht dargestellten Extruder durch Schmelzeleitungen geförderte Schmelze in dem Anschlussstück 15 aufgeteilt in zwei Teilströme. Die beiden Teilströme fließen dann gleichzeitig durch beide Filter 10 und 20 und werden am anderen Ende der Filteranordnung im Anschlussstück 16 wieder zusammengeführt. Von dort aus wird die filtrierte Schmelze über nicht dargestellte Schmelzeleitungen zu einer Extrusionsdüse gefördert.
4 zeigt die Schmelzefilteranordnung aus 3 in der Draufsicht. Die zweite Halbschale 12.2 des Filters 10 ist in aufgeschwenktem Zustand dargestellt, während die zweite Halbschale 22.2 des Filters 20 im Betriebsstellung gezeigt ist.

1: Filtereinsatz
2: Filtergehäuse
2.1: Tragendes Element/erste Halbschale
2.2: Zweite Halbschale
3: Anschluss
4: Anschluss
5: Anschlussstück
6: Anschlussstück
7: Plattform
8: Plattform
9: Plattform
10: Filter
11: Filtereinsatz
12: Filtergehäuse
12.1: Tragendes Element/erste Halbschale
12.2: Zweite Halbschale
13: Anschluss
14: Anschluss
15: Anschlussstück
16: Anschlussstück
17: Plattform
18: Plattform
19: Plattform
20: Filter
21: Filtereinsatz
22: Filtergehäuse
22.1: Tragendes Element/erste Halbschale
22.2: Zweite Halbschale
23: Anschluss
24: Anschluss

Claims

Schmelzefilter zur Großflächenfiltration von Kunststoffschmelzen, bestehend aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Filtereinsatz (1), der in einem zylinderrohrförmigen Filtergehäuse (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (2) aus mehreren Bauteilen besteht und teilbar ausgeführt ist, und dass ein Bauteil des Filtergehäuses (2) als tragendes Element (2.1) des Schmelzefilters ausgeführt ist.
Schmelzefilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse (3, 4) für den Schmelzezulauf zum Filtereinsatz (1) und den Schmelzeablauf aus dem Filtergehäuse an dem tragenden Element (2.1) des Filtergehäuses (2) angeordnet sind.
Schmelzefilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das tragende Element (2.1) im Wesentlichen aus einer ersten Halbschale besteht, und dass eine zweite Halbschale (2.2) derart aufschwenkbar an der ersten Halbschale angeordnet und derart ausgebildet ist, dass der Filtereinsatz (1) im Wesentlichen horizontal aus- und einführbar ist.
Schmelzefilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Halbschale (2.2) ein Bodenelement und/oder ein Deckelelement vorgesehen ist, welches während des Filterbetriebes die Ober- und/oder Unterseite des Filtereinsatzes (1) nahezu vollständig abdeckt.
Schmelzefilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (2) beheizbar ist.
Schmelzefilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz ein Filtermedium in Form von Kerzen- oder Scheibenfiltern aufweist.
Schmelzefilteranordnung zur Großflächenfiltration von Kunststoffschmelzen, insbesondere als Doppelschmelzefilter, gekennzeichnet durch wenigstens zwei gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführten Schmelzefilter (10, 20), welche derart angeordnet sind, dass die tragenden Elemente (12.1, 22.1) der Schmelzefilter (10, 20) über Anschlussstücke (15, 16) zur Schmelzeführung direkt und starr miteinander verbunden sind.
Schmelzefilteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (15, 16) als Umschaltventile zum wahlweisen Betreiben einer der Schmelzefilter (10, 20) ausgebildet sind.
Schmelzefilteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (15, 16) als Verteilstücke, insbesondere als T-Stücke beim Doppelschmelzefilter, zum gleichzeitigen Betreiben der Schmelzefilter (10, 20) ausgebildet sind.