DE102007006811A1

DE102007006811A1 - Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze

Info

Publication number: DE102007006811A1
Application number: DE102007006811A
Authority: DE
Inventors: Harald Pohl
Original assignee: Maag Pump Systems Textron GmbH
Current assignee: Maag Pump Systems GmbH
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze mit einem Gehäuse, das mit einem Eintrittskanal für die Kunststoffschmelze und einem Austrittskanal für die Kunststoffschmelze versehen ist, beschrieben. Der Eintrittskanal ist von dem Austrittskanal durch mindestens eine senkrecht zu den Kanälen verlaufende zylindrische Bohrung zur Aufnahme von mindestens einem axial verschiebbaren Bolzen abgetrennt, während der Bolzen mindestens eine Durchtrittsöffnung zur Aufnahme von mindestens einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') aufweist, das jeweils eine obere Filterfläche (32) und eine damit verbundene untere Filterfläche (34) besitzt, die mit Abstand unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes (35) für die filtrierte Kunststoffschmelze voneinander angeordnet sind. Des Weiteren ist der Aufnahmeraum (35) mit einem dem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') zugeordneten Kanal (30, 30') verbunden, über den die filtrierte Kunststoffschmelze aus dem Aufnahmeraum (35) zu dem Austrittskanal (2) hin abführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 2 315 344 A eine entsprechende Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze, wobei die bekannte Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, das mit einem Eintrittskanal für die zu filtrierende Kunststoffschmelze und einen Austrittskanal für die filtrierte Kunststoffschmelze versehen ist. Zwischen dem Eintrittskanal und dem Austrittskanal sind zwei senkrecht zu den Kanälen verlaufende zylindrische Bohrungen vorgesehen, die jeweils zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Bolzens dienen. Während des Filtriervorganges der Kunststoffschmelze fluchtet eine in jedem Bolzen vorgesehene Durchtrittsöffnung mit dem Eintrittskanal und dem Austrittskanal, wobei innerhalb der Durchtrittsöffnung mindestens ein Filterelement angeordnet ist, das bei der bekannten Vorrichtung aus einer Vielzahl von Filterkerzen gebildet ist.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 40 12 404 C bekannt, wobei sich diese bekannte gattungsbildende Vorrichtung von der zuvor beschriebenen Vorrichtung im Wesentlichen dadurch unterscheidet, daß das Filterelement nicht durch eine Vielzahl von Kerzenfiltern sondern statt dessen von einem flachen Filter bzw. einem auch als Sieb bezeichneten Filter ersetzt ist, das quer zur Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze in der Durchtrittsöffnung gehaltert ist. Dabei wird bei dieser bekannten Vorrichtung die zu filtrierende Kunststoffschmelze über den Eintrittskanal zugeführt, tritt hiernach in die im Bolzen vorgesehene Durchtrittsöffnung ein und wird mittels des dort positionierten flachen Filters (Siebes) gefiltert, so daß stromab dieses Filters dann die filtrierte Kunststoffschmelze die Durchtrittsöffnung verläßt und über den Austrittskanal einem stromab der Vorrichtung beispielsweise angeordneten Werkzeug oder einer Düse zugeführt wird.
Mit anderen Worten ist somit bei der aus der DE 40 12 404 C bekannten Vorrichtung die zur Verfügung stehende Filtrierflä che des Filters auf den Durchmesser der Durchtrittsöffnung begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze mit einer besonders großen Filterfläche zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze weist, wie die bereits zuvor beschriebenen beiden bekannten Vorrichtungen, ein Gehäuse auf, das mit einem Eintrittskanal für die Kunststoffschmelze und einem Austrittskanal für die Kunststoffschmelze versehen ist, wobei der Eintrittskanal von dem Austrittskanal durch mindestens eine senkrecht zu den Kanälen verlaufende zylindrische Bohrung im Gehäuse zur Aufnahme von mindestens einem axial verschiebbaren Bolzen abgetrennt ist und der Bolzen mit mindestens einer Durchtrittsöffnung zur Aufnahme von mindestens einem Filterelement versehen ist, dessen Filterflächen im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Kunststoffschmelze beim Filtrieren ausgerichtet sind. Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das mindestens eine Filterelement aus mindestens einem Scheibenfilter, wobei jedes Scheibenfil ter jeweils eine obere Filterfläche und eine damit verbundene untere Filterfläche aufweist, die mit Abstand unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes für die filtrierte Kunststoffschmelze voneinander angeordnet sind. Der Aufnahmeraum seinerseits ist mit einem dem Scheibenfilter zugeordneten Kanal verbunden, über den die filtrierte Kunststoffschmelze aus dem Aufnahmeraum zu dem Austrittskanal hin abführbar ist.
Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nur ein einziges Scheibenfilter aufweist, das innerhalb der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung gehaltert ist und dessen obere und untere Filterfläche senkrecht oder nahezu senkrecht zur Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze ausgerichtet sind, weist eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu dem aus der DE 40 12 404 C bekannten Vorrichtung allein schon eine nahezu doppelt so große Filterfläche auf, wobei der Grad der Vergrößerung bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung davon abhängig ist, wie der Durchmesser der oberen und unteren Filterflächen an den Durchmesser der Durchtrittsöffnung angepaßt ist, zumal zwischen dem Rand der Filterflächen und dem Innenrand der Durchtrittsöffnung ein minimaler Ringspalt bestehen muß, so daß über diesen Ringspalt die untere Filterfläche mit zu filtrierender Kunststoffschmelze versorgt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist neben der bereits zuvor angesprochenen erheblichen Vergrößerung der Filterfläche noch eine Reihe von weiteren Vorteilen auf.
Überraschend konnte festgestellt werden, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Filtrierens der thermoplastischen Kunststoffschmelze sowohl die untere Filterfläche als auch die obere Filterfläche des mindestens einen Scheibenfilters gleichmäßig angeströmt werden, obwohl der Zufluß der thermoplastischen Kunststoffschmelze über einen Ringspalt erfolgt, der zwischen dem äußeren Rand der oberen Filterfläche und dem inneren Rand der Durchtrittsöffnung ausgebildet ist. Diese hervorragende Anströmung der Filterflächen tritt selbst dann auf, wenn nicht nur ein Scheibenfilter in der Durchtrittsöffnung vorgesehen ist, sondern wenn statt dessen eine Vielzahl von Scheibenfiltern stapelartig übereinander angeordnet sind. Die zuvor beschriebene vorteilhafte Anströmung und auch folglich die gleichmäßige Durchströmung der Filterflächen der stapelweise übereinander angeordneten mindestens zwei Scheibenfilter ist selbst dann gegeben, wenn mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung solche Kunststoffschmelzen filtriert werden, die nicht nur eine relativ geringe Viskosität, so insbesondere eine Viskosität, die zwischen der Viskosität von Wasser und Glycerin liegt, aufweisen sondern eine Viskosität besitzen, die wesentlich höher liegt. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders wartungsfreundlich, da bei einem Austausch der Scheibenfilter dann in einem Ar beitsgang die stapelartig übereinander angeordneten Scheibenfilter entnommen und durch unbeladene Scheibenfilter, die ebenfalls stapelartig übereinander angeordnet sind, ersetzt werden können.
Klarstellend ist anzumerken, daß der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff Kunststoffschmelze insbesondere eine Polypropylen-, Polyethylen-, Hochdruckpolypropylen-, Niederdruckpolyethylen-, lineares Niederdruckpolyethylen-, Polystyrol-, Polyamid-, Alkyl-Butadien-Styrol-(ABS), Polyester-, Polyoxymethylen-(POM), Polyacrylate-, Polymethylmethacrylate(PMMA) und Polyvinylchlorid-Schmelze bezeichnet. Desweiteren ist klarstellend anzumerken, daß alle im Singular verwendeten Begriffe in der vorliegenden Beschreibung nicht nur den einen einzigen Begriff umfaßt, sondern daß hierunter auch eine beliebige Anzahl dieser Begriffe fällt. Weiterhin ist festzuhalten, daß alle Begriffe, die mit "und/oder" verknüpft sind, sowohl additiv als auch alternativ aufzufassen sind, wobei diese Aussage auch dann gilt, wenn bei einer Aufzählung von mehr als zwei Begriffen nur die beiden letzten Begriffe mit "und/oder" verbunden sind, so daß bei dieser Art der Aufzählung alle Begriffe oder nur ein Teil der Begriffe additiv oder alternativ miteinander verknüpft sind. Die Begriffe stromauf und stromab beziehen sich stets auf die Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze. Senkrecht zur Strömungsrichtung bzw. nahezu senkrecht zur Strömungsrichtung deckt nicht nur einen Winkel von 90° sondern auch einen Winkelbe reich zwischen 30° und 150° ab, wobei sich diese Angaben insbesondere auf die Filterflächen der Scheibenfilter beziehen.
Eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß der Kanal im radialen Mittelpunkt der kreisförmig oder oval ausgestalteten Scheibenfilter angeordnet ist und zum Aufnahmeraum hinweisend mindestens eine Reihe von Öffnungen aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird somit die zu filtrierende Kunststoffschmelze der oberen und unteren Filterfläche von außen her zugeführt, durchtritt dieser Filterflächen und wird dann als filtrierte Kunststoffschmelze aus dem Aufnahmeraum mittels der Öffnungen zum Kanal und von dort zum Austrittskanal geführt. Abhängig von der Größe und Anzahl der Öffnungen und deren Anordnung über den Umfang des Kanals als auch über dessen axiale Erstreckung gesehen läßt sich somit das Strömungsprofil im Aufnahmeraum und ggf. auch im Bereich der Filterflächen optimieren, so daß dementsprechend insbesondere bei einer Vielzahl von stapelartig übereinander angeordneten Scheibenfiltern sichergestellt werden kann, daß alle Filterflächen von allen Scheibenfiltern stets mit einem vergleichmäßigten Strömungsprofil angeströmt werden.
Wie bereits vorstehend ausgeführt ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mehr als ein Scheibenfilter auf, wobei anhängig von der zur Filtrierung erforderlichen Kapazität hier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders bevorzugt sind, die zwei Scheibenfilter und insbe sondere fünf bis dreißig Scheibenfilter besitzen. Insbesondere ist dann bei einer derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Kanal, der vorzugsweise im radialen Mittelpunkt der Scheibenfilter positioniert ist, derartig ausgestaltet, daß dieser Kanal die übereinander angeordneten Scheibenfilter, beispielsweise kraft- und/oder formschlüssig, haltert.
Eine besonders geeignete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist solche Scheibenfilter auf, die derart ausgestaltet und angeordnet sind, daß zwischen der unteren Filterfläche des oberen Scheibenfilters und der oberen Filterfläche des darunter angeordneten unteren Scheibenfilters ein Strömungsraum für die zu filtrierende Kunststoffschmelze ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird somit die zu filtrierende Kunststoffschmelze über den Ringspalt dem jeweiligen Strömungsraum zugeführt und gelangt von dort aus in einem gleichmäßigen Strömungsprofil auf die untere Filterfläche des oberen Scheibenfilters und auf die obere Filterfläche des unteren Scheibenfilters, wobei das Volumen dieses Strömungsraumes einerseits durch den axialen Abstand der benachbarten Scheibenfilter und andererseits durch den Neigungswinkel der Filterflächen relativ zum Kanal einstellbar ist. Dadurch werden weitere Maßnahmen zur Verfügung gestellt, die, abhängig von der Art der zu filtrierenden Kunststoffschmelzen und insbesondere deren Viskosität, dazu dienen können, das Anströmprofil der zu filtrierenden Kunststoffschmelze in bezug auf die zur Filtrierung zur Verfügung stehenden Scheibenfilter zu optimieren.
Eine besonders geeignete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung solche Scheibenfilter aufweist, bei denen die obere Filterfläche und die untere Filterfläche eines jeden Scheibenfilters an ihrem radialen Ende über den gesamten Umfang des Scheibenfilters miteinander verbunden sind, wobei der Abstand der oberen Filterfläche von der unteren Filterfläche variabel ist und davon abhängt, welches Volumen für den Aufnahmeraum erwünscht ist. Mit anderen Worten ist somit der radiale Kantenbereich des Scheibenfilters als Strömungs- und Verwirbelungskante ausgebildet, was wiederum dazu beiträgt, daß die zugeführte und zu filtrierende Kunststoffschmelze gleichmäßig über die Filterflächen verteilt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, daß jede Filterfläche mit einer identischen oder nahezu identischen Schmutzmenge befrachtet wird, so daß bei einem Austausch der verschmutzen Scheibenfilter keine Scheibenfilter vorhanden sind, bei denen die Filterflächen nur gering verschmutzt sind.
Bereits vorstehend wurde dargelegt, daß der Kanal die stapelartig übereinander angeordneten Scheibenfilter vorzugsweise haltert, wobei eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Halterung derartig ausgestaltet, daß die Scheibenfilter lösbar am Kanal gehaltert sind. Hierdurch wird eine besonders wartungsfreundliche Ausge staltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung gestellt, da bei einem verschmutzungsbedingten Austausch der Scheibenfilter das gesamte Scheibenfilterpaket der Durchtrittsöffnung entnommen werden und extern dann jedes Scheibenfilter separat gereinigt werden kann.
Bei solchen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen eine hohe Filtrierkapazität zur Verfügung gestellt werden soll, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, daß die Durchtrittsöffnung vollständig oder nahezu vollständig mit dem mindestens einen Scheibenfilter ausgefüllt ist. Mit anderen Worten ist das Volumen der Durchtrittsöffnung maximal mit entsprechend stapelartig übereinander angeordneten Scheibenfiltern belegt, so daß Totvolumina minimiert werden, derart, daß vorzugsweise die Summe des Totvolumens insbesondere einen Wert einnimmt, der etwa 35 % bis etwa 10 % des Gesamtvolumens der Durchtrittsöffnung ausmacht.
Um die zuvor beschriebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustellen, sieht eine erste Variante vor, daß der Durchmesser des mindestens einen Scheibenfilters an den Durchmesser der Durchtrittsöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes angepaßt ist.
Zusätzlich zu dieser ersten Variante oder alternativ hierzu schlägt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß mindestens ein zusätzliches Scheibenfilter, vorzugs weise zwei bis sechs zusätzliche Scheibenfilter, vorgesehen ist bzw. sind, das bzw. die in dem Raum positioniert ist bzw. sind, der in Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen durch den Durchtrittsöffnungsanfang und der zugehörigen Krümmungslinie der Bohrung im Gehäuse ausgebildet ist. Hierbei kann dieses mindestens eine zusätzliche Scheibenfilter einen runden (kreisförmigen) Querschnitt aufweisen. Besonders geeignet ist es jedoch, wenn dieses mindestens eine zusätzliche Scheibenfilter einen ovalen Querschnitt besitzt und somit den zuvor beschriebenen Raum besonders gut ausfüllt.
Bezüglich der Ausrichtung des mindestens einen Scheibenfilters, das in der Durchtrittsöffnung positioniert ist, zur Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze ist allgemein festzuhalten, daß diese Ausrichtung hauptsächlich dadurch bestimmt ist, daß sowohl die obere Filterfläche als auch die untere Filterfläche eines jeden Scheibenfilters optimal und gleichmäßig angeströmt wird. Besonders geeignet unter Berücksichtigung der Optimierung der Strömungsverhältnisse der zu filtrierenden Kunststoffschmelze ist es jedoch, wenn das mindestens eine Scheibenfilter derart in der Durchtrittsöffnung positioniert ist, daß die zu filtrierende Kunststoffschmelze das mindestens eine Scheibenfilter zentral anströmt. Hierbei deckt der Begriff der zentralen Anströmung nicht nur solche Fälle ab, bei denen der zu filtrierende Kunststoffschmelzestrom mittig auf das Scheibenfilter auftrifft, sondern dieser Begriff soll auch solche Fälle umfassen, bei denen die Hauptströmungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze in der radialen Nähe, die insbesondere nicht weiter als 5 bis 25 vom Mittelpunkt des Scheibenfilters entfernt ist, des mindestens einen Scheibenfilters zugeführt wird.
Um die zuvor beschriebene zentrale Zuführung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze zu erreichen, bestehen bevorzugt zwei Möglichkeiten. Im ersten Fall ist das mindestens eine Scheibenfilter derart innerhalb der Durchtrittsöffnung positioniert, daß die obere und untere Filterfläche unter einem rechten Winkel oder einem von diesem rechten Winkel nur gering abweichenden Winkel, wobei dieser Abweichungswinkel bis zu 20° variieren kann, zur Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze ausgerichtet sind. Diese Möglichkeit kann, abhängig von der Ausrichtung der Durchtrittsöffnung, jedoch dazu führen, daß die Durchtrittsöffnung nicht mit einer maximalen Anzahl von Scheibenfiltern zu versehen ist.
Bei der zweiten Möglichkeit, die im Vergleich zu der ersten Möglichkeit die Anzahl der in der Durchtrittsöffnung aufzunehmenden Scheibenfilter maximiert, erstreckt sich die Durchtrittsöffnung in Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze, was nichts anderes bedeutet, daß zwischen der Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze und der Ausrichtung der Innenwandung der Durchtrittsöffnung keine oder nur eine geringe Abweichung besteht, wobei hier im Falle einer möglichen Abweichung der Abweichungswinkel ebenfalls auf maximal 20° zu begrenzen ist.
Um die zuvor beschriebene zweite Möglichkeit bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu realisieren, sieht eine besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der Eintrittskanal für die zu filtrierende Kunststoffschmelze oder ein vom Eintrittskanal abzweigender und zur Durchtrittsöffnung führender Schmelzeteilkanal zur Zufuhr eines zu filtrierenden Teilstroms der Kunststoffschmelze mit dem dem mindestens einen Scheibenfilter zugeordneten Kanal vollständig oder nahezu vollständig fluchtet. Hierbei deckt der Begriff nahezu vollständig die Fälle ab, bei denen die Durchtrittsöffnung relativ zum Eintrittskanal bzw. zum Schmelzeteilkanal unter einem Winkel von bis zu 20° angeordnet ist.
Um die Strömungsverhältnisse der zu filtrierenden Kunststoffschmelze innerhalb der Durchtrittsöffnung und ihre Verteilung auf die innerhalb der Durchtrittsöffnung angeordneten Scheibenfilter zu beeinflussen, sieht eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß stromab des mindestens einen Scheibenfilters mindestens ein weiterer Schmelzeteilkanal vorgesehen ist, der mit dem dem Scheibenfilter zugeordneten Kanal, über den die filtrierte Kunststoffschmelze aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird, verbunden ist und der in den Austrittskanal mündet. Bei solchen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nur einen Bolzen mit einer Durchtrittsöffnung aufweisen, tritt anstelle des zuvor oder nachfolgend genannten Schmelzeteilkanals dann der Austrittskanal zur Abfuhr der filtrierten Kunststoffschmelze aus der Vorrichtung heraus.
Um die Strömungsverhältnisse innerhalb der Durchtrittsöffnung und des dort angeordneten mindestens einen Scheibenfilters weiter im Sinne einer Vergleichmäßigung zu optimieren, um so sicherzustellen, daß alle Filterflächen der dort vorgesehenen Scheibenfilter gleichmäßig mit zu filtrierender Kunststoffschmelze beaufschlagt werden, was sich in einer entsprechenden langen Betriebszeit der Vorrichtung während des Filtrierens ausdrückt, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der mindestens eine weitere Schmelzeteilkanal derart ausgebildet ist, daß die Strömungsrichtung der filtrierten Kunststoffschmelze in einem Winkel zwischen 50° und 130°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 80° und 110°, umgelenkt wird.
Die Positionierung der Umlenkung, die stromab des mindestens einen Scheibenfilters wahlweise innerhalb des Bolzens oder außerhalb des Bolzens und somit stromab der Durchtrittsöffnung und innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung erfolgt, schafft eine weitere Möglichkeit, Einfluß auf die Strömungsverhältnisse in der Durchtrittsöffnung und somit auch Einfluß auf die Strömungsverhältnisse bei dem mindestens einen dort angeordneten Scheibenfilter zu nehmen. Erfolgt unter strömungs technischen Gesichtspunkten die Umlenkung des weiteren Schmelzeteilkanals innerhalb des Bolzens, so wird hierdurch zwangsläufig die Größe des zur Aufnahme der Scheibenfilter vorgesehenen Raumes der Durchtrittsöffnung reduziert, beinhaltet jedoch den Vorteil, daß eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung unter Reduzierung der Kanallängen stromab des mindestens einen Scheibenfilters ermöglicht wird. Dies wirkt sich dann insbesondere bei solchen Kunststoffschmelzen sehr positiv aus, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften und/oder ihrer Viskosität zur Zersetzung und/oder Ablagerung an den Kanalwänden neigen. Soll hingegen die Größe der Durchtrittsöffnung und somit die Anzahl der dort anzuordnenden Scheibenfilter maximiert werden, so bietet es sich an, daß die Umlenkung des weiteren Schmelzeteilkanals stromab der Durchtrittsöffnung und innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung und somit außerhalb des Bolzens erfolgt.
Abhängig von der Ausgestaltung der im Bolzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Durchtrittsöffnung, wobei diese Durchtrittsöffnung vorzugsweise zumindest teilweise über ihre axiale Länge gesehen zylindrisch ausgebildet ist, bietet es sich dann für solche Durchtrittsöffnungen, die in Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen mindestens einen zylindrischen ersten Abschnitt und einen sich hieran anschließenden konischen zweiten Abschnitt aufweisen, an, daß mindestens ein weiteres Scheibenfilter in dem konischen zweiten Abschnitt der Durchtrittsöffnung vorgesehen ist, wobei diese dritte Variante additiv oder alternativ zu den zuvor beschriebenen ersten und zweiten Varianten vorgesehen sein kann. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt dadurch eine nochmalige Vergrößerung der für die Filtrierung zur Verfügung gestellten Filterflächen, daß hierbei innerhalb des konischen zweiten Abschnittes noch weitere Scheibenfilter angeordnet werden können.
Eine weitere Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die zu filtrierende Menge an Kunststoffschmelze und/oder deren Verschmutzung kann grundsätzlich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht werden, daß die Form der Durchtrittsöffnung im Bolzen variiert wird, wobei insbesondere hier neben der bereits zuvor beschriebenen kreisförmigen Ausgestaltung noch eine ovale Ausbildung der Durchtrittsöffnung erfindungsgemäß vorgeschlagen wird.
So sieht eine besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß die Durchtrittsöffnung im Bolzen zumindestens teilweise über ihre axiale Länge im Querschnitt gesehen oval ausgebildet ist, wobei dann in diesem Fall entsprechend oval gestaltete Scheibenfilter in der ovalen Durchtrittsöffnung positioniert sind, vorzugsweise derartig, daß der Abstand des Scheibenfilterrandes zum entsprechenden Abschnitt der Durchtrittsöffnungswandung minimiert ist.
Eine weitere, ebenfalls unter dem Gesichtspunkt der Maximierung der Filterkapazität vorgeschlagene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Durchtrittsöffnung im Bolzen aus einer ersten Durchtrittsöffnung und einer die erste Durchtrittsöffnung teilweise überdeckenden zweiten Durchtrittsöffnung ausgebildet ist, wobei wahlweise beide Durchtrittsöffnungen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt oder aber beide Durchtrittsöffnungen einen ovalen Querschnitt besitzen. Hierbei soll unter den Begriff "oval" auch solche Querschnitte der Durchtrittsöffnungen fallen, die nicht nur die reine ovale Form sondern auch in axiale Richtung des Bolzens verlängerte ovale Querschnittsformen abdecken.
Für die zuvor beschriebenen Querschnittsformen der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung bietet es sich dann an, daß sowohl die erste Durchtrittsöffnung als auch die zweite Durchtrittsöffnung zumindest ein Scheibenfilter, vorzugsweise fünf bis dreißig Scheibenfilter, aufweist. Insbesondere dann, wenn sich die Scheibenfilter der ersten Durchtrittsöffnung mit den Scheibenfiltern der zweiten Durchtrittsöffnung teilweise überlappen, ist bei dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Totvolumen minimiert und folglich die Filtrierkapazität maximiert, so daß diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine lange Standzeit während des Filtrierens besitzen, da aufgrund der extrem großen Filterflächen ein Unterbrechen des Filtrierprozesses als Folge der Verschmutzung der Filterflächen nur sehr selten erforderlich wird. Dementsprechend sind diese Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders wirtschaftlich zu betreiben.
Abhängig von der jeweils zu filtrierenden Kunststoffschmelze, ihrer chemischen/physikalischen Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und/oder ihrer Neigung zum unerwünschten Abbau (Cracken) richtet sich bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Grad der Überlappung der Scheibenfilter der der ersten Durchtrittsöffnung mit den Scheibenfiltern der zweiten Durchtrittsöffnung. Insbesondere variiert dieser Überlappungswert derart, daß sich benachbarte, in der ersten und zweiten Durchtrittsöffnung positionierten Scheibenfilter um 2 % bis 25 %, vorzugsweise um 7 % bis 18 %, ihres Durchmessers überlappen.
Um bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen einerseits die in der ersten und zweiten Durchtrittsöffnung angeordneten Scheibenfilter sicher zu positionieren und entsprechend zu haltern, empfiehlt es sich, daß der ersten Durchtrittsöffnung ein erster Kanal und der zweiten Durchtrittsöffnung ein parallel hierzu ausgerichteter zweiter Kanal zugeordnet sind, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal in den gemeinsamen Austrittskanal münden.
Insbesondere dann, wenn hierbei zwischen dem ersten und zweiten Kanal einerseits und dem gemeinsamen Austrittskanal ande rerseits ein V-förmig ausgestalteter Verbindungskanal vorgesehen ist, erlaubt diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß beide Durchtrittsöffnungen stets gleichmäßig mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gespeist werden, mit der Folge, daß die in beiden Durchtrittsöffnungen vorgesehenen Scheibenfilter auch gleichmäßig während des Filtriervorganges mit abfiltriertem Schmutz beladen werden.
Bereits zuvor wurde dargelegt, daß das mindestens eine Scheibenfilter nach einer vorgegebenen oder individuell festgestellten Betriebszeit ausgetauscht werden muß. Um diesen Austausch zu bewirken, besteht zunächst bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung grundsätzlich die Möglichkeit, daß die Vorrichtung durch eine axiale Verschiebung des Bolzens deaktiviert wird, so daß zu diesem Zeitpunkt keine Kunststoffschmelze mehr filtriert wird und das mindestens eine Scheibenfilter in eine Position gebracht wurde, in dem es von außen zugänglich ist. Dementsprechend weist diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Gehäuse mit einem einzigen Eintrittskanal, einem einzigen Austrittskanal, eine einzige zylindrische Bohrung zur axial verschiebbaren Lagerung von einem einzigen Bolzen auf, wobei der Bolzen seinerseits mit einer einzigen Durchtrittsöffnung zur Aufnahme des mindestens einen Scheibenfilters versehen ist.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der mindestens eine zylindrische Bolzen mit zwei, entweder sich überschneidenden oder mit axialen Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen versehen ist, die jeweils zur Aufnahme von entsprechenden Scheibenfiltern dienen. In einer ersten Stellung des Bolzens werden die in beiden Durchtrittsöffnungen angeordneten Scheibenfilter mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt. Wenn die beiden Durchtrittsöffnungen mit Abstand voneinander angeordnet sind, werden die Filterflächen der Scheibenfilter, die in der einen Durchtrittsöffnung vorgesehen sind, mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt, während gleichzeitig sich die Scheibenfilter, die in der anderen Durchtrittsöffnung vorgesehen sind, in einer Position außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung befinden, so daß diese Scheibenfilter dann gegen solche Scheibenfilter ausgetauscht werden können, die entsprechend nicht mit Schmutz beladene Filterflächen besitzen. Um eine derartige zweite Stellung zu erreichen, ist es erforderlich, den Bolzen von der ersten Stellung in die zweite Stellung axial zu verschieben. Sind hingegen die beiden Durchtrittsöffnungen so ausgestaltet, daß sie sich überschneiden, kann ein Auswechseln der Scheibenfilter unter Aufrechterhaltung des Stroms an filtrierter Kunststoffschmelze nicht ermöglicht werden. Hierbei befinden sich dann entweder beide mit Scheibenfiltern versehene Durchtrittsöffnungen in einer Filtrierstellung oder diese beiden Durchtrittsöffnungen sind außerhalb des Gehäuses positioniert, so daß gleichzeitig alle Scheibenfilter ausgetauscht und gegen solche Scheibenfilter ersetzt werden können, deren Filterflächen nicht mit Schmutz beladen sind.
Bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese mindestens zwei, innerhalb eines Gehäuses angeordnete und axial hierzu verschiebbare Bolzen auf, die jeweils mit mindestens zwei, mit axialem Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen zur Aufnahme von jeweils mindestens einem Scheibenfilter versehen sind. In einer ersten Stellung der beiden Bolzen werden die Scheibenfilter aller Durchtrittsöffnungen mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt. In einer zweiten Stellung von einem der beiden Bolzen befindet sich eine Durchtrittsöffnung und somit auch die darin angeordneten Scheibenfilter in einer Position außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung, so daß diese bzw. dieses Scheibenfilter dementsprechend gegen frische Scheibenfilter ausgetauscht werden bzw. wird, während gleichzeitig die verbleibenden drei Durchtrittsöffnungen und die darin vorgesehenen Scheibenfilter von der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden. Um die erste bzw. zweite Stellung der Bolzen zu erreichen, sind diese axial verschiebbar angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, 75 der maximalen Filtrierkapazität auch dann aufrecht zu erhalten, wenn sich eine Durchtrittsöffnung mit dem darin angeordneten mindestens einen Scheibenfilter außerhalb des Gehäuses befindet und somit dieses mindestens eine Scheibenfilter durch ein oder mehrere unbeladene Scheibenfilter ausgetauscht wird.
Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, daß hierbei die Scheibenfilter dann ausgetauscht werden, wenn die Filterflächen der Scheibenfilter mit einer entsprechenden Menge an Schmutzaggregaten beladen sind und somit ein Austausch erforderlich wird.
Bei einer prinzipiell anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt diese mindestens einen zylindrischen Bolzen, der mit zwei, mit axialem Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Scheibenfilter versehen ist. In einer ersten Stellung des Bolzens werden beiden Durchtrittsöffnungen und somit auch die Filterflächen der dort entsprechend positionierten Scheibenfilter mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt. Durch eine axiale Verschiebung wird der Bolzen dann in eine zweite Stellung überführt, sobald feststeht, daß die Filterflächen des mindestens einen, in einer Durchtrittsöffnung positionierten Scheibenfilters nahezu vollständig mit Schmutzaggregaten beladen sind. In der zweiten Stellung werden dann die in einer Durchtrittsöffnung vorgesehenen Scheibenfilter weiterhin mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt, während gleichzeitig die in der anderen Durchtrittsöffnung positionierten Scheibenfilter mit filtrierter Kunststoffschmelze rückgespült werden, d.h. entgegengesetzt zur Filtrierrichtung durchströmt werden, so daß durch dieses Rückspülen dann ursprünglich filtrierte Kunststoffschmelze mit Schmutzaggregaten beladen und über einen zur Atmosphäre hin offenen Abfuhrkanal aus dem Gehäuse abgeführt wird. Dieser Abfuhrkanal ist selbstverständlich in der ersten Stellung des Bolzens verschlossen und nur in der zweiten Stellung des Bolzens zur Atmosphäre hin geöffnet. Wie bereits bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden auch bei dieser speziellen Ausführungsform die erste Stellung und die zweite Stellung durch eine axiale Verschiebung des Bolzens herbeigeführt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von sieben Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze;
2 eine schematische perspektivische Teilansicht des Bolzens mit der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung und den dort angeordneten Scheibenfiltern gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Teilschnittansicht in Blickrichtung der Linie D-D in 2;
4 eine schematische perspektivische Teilansicht des Bolzens mit der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung und den dort angeordneten Scheibenfiltern gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine schematische perspektivische Teilansicht des Bolzens mit der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung und den dort angeordneten Scheibenfiltern gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 eine perspektivische Teilschnittansicht in Blickrichtung der Linie D-D in 5;
7 eine schematische perspektivische Teilansicht des Bolzens mit der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung und den dort angeordneten Scheibenfiltern gemäß einer vierten Ausführungsform;
8 eine schematische perspektivische Teilansicht des Bolzens mit der im Bolzen vorgesehenen Durchtrittsöffnung und den dort angeordneten Scheibenfiltern gemäß einer fünften Ausführungsform;
9 eine perspektivische Teilschnittansicht in Blickrichtung der Linie D-D in 8;
10 eine schematische perspektivische Teilschnittansicht durch das Gehäuse und durch die Bolzen sowie der damit versehenen Durchtrittsöffnungen und der darin angeordneten Scheibenfilter bei einer sechsten Ausführungsform; und
11 eine schematische perspektivische Teilschnittansicht durch das Gehäuse und durch die Bolzen sowie der damit versehenen Durchtrittsöffnungen und der darin angeordneten Scheibenfilter bei einer siebten Ausführungsform.
In den 1 bis 11 sind die selben Teile mit den selben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung (insgesamt mit 20 bezeichnet) zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze abgebildet, wobei die Vorrichtung 20 ein Gehäuse 21 aufweist. Bei dem abgebildeten Beispiel der Vorrichtung ist das Gehäuse 21 der Vorrichtung 20 mit zwei zylindrischen Bohrungen 3 versehen, wobei die zylindrischen Bohrungen 3 einen oberen Bolzen 4 und einen unteren Bolzen 4a axial verschiebbar in Pfeilrichtung 22 und umgekehrt hierzu lagern. Um diese axiale Verschiebung der Bolzen 4 bzw. 4a zu bewirken, sind den beiden Bolzen 4 bzw. 4a Hydraulikelemente 23 zugeordnet. Der obere Bolzen 4 und der untere Bolzen 4a sind identisch ausgebildet und weisen mindestens eine sich in Strömungsrichtung (Pfeil 28) der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen erstreckende Durchtrittsöffnung 5 auf, wie dies beim oberen Bolzen 4 zu erkennen ist. Diese Durchtrittsöffnung 5 nimmt jeweils mindestens ein Scheibenfilter auf, wie dies in verschiedenen Ausführungsformen in den 2 bis 9 im Detail abgebildet ist.
In Strömungsrichtung der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen gelangt diese Kunststoffschmelze über einen Eintrittskanal 1 in das Gehäuse 21 der Vorrichtung 20, von dort in die Durchtrittsöffnung 5, die mit dem Eintrittskanal 1 während des Filtrierens fluchtet, wird durch das in der Durchtrittsöffnung 5 angeordnete mindestens eine Scheibenfilter 6 filtriert und gelangt stromab der Scheibenfilter 6 in den Austrittskanal (nicht erkennbar), der seinerseits wiederum während des Filtrierens mit dem Eintrittskanal und der Durchtrittsöffnung fluchtet. Stromab des Austrittskanals ist dann ein nicht gezeigtes Werkzeug oder eine Düse positioniert, die möglichst kontinuierlich über eine lange Zeit mit filtrierter Kunststoffschmelze versorgt wird.
Wie in 1 andeutungsweise zu erkennen ist, ist der Eintrittskanal 1 auf zwei Teilkanäle aufgeteilt, so daß sich der Eintrittskanal in der Nähe der Front des Gehäuses 21 aufteilt, um so einen Teilstrom der zu filtrierenden Kunststoffschmelze zum unteren Bolzen 4a und einen weiteren Teilstrom der zu filtrierenden Kunststoffschmelze zum oberen Bolzen 4 zu führen.
Dementsprechend ist der nicht abgebildete Austrittskanal ebenfalls aufgeteilt und mündet endseitig in einen gemeinsamen Austrittskanal.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der untere Bolzen 4a in der Arbeitsstellung (Filtrierstellung), während der obere Bolzen 4 in einer Position abgebildet ist, in der die Durchtrittsöffnung 5 frei von außen zugänglich ist, so daß hier ein Austausch der mit Schmutzpartikeln beladenen Scheibenfilter 6 gegen eine entsprechende Anzahl an unbeladenen Scheibenfiltern 6 erfolgen kann.
Die zylindrischen Bohrungen 3 im Gehäuse 21 sind so auf die Durchmesser der Bolzen 4 bzw. 4a angepaßt, daß selbst bei einer axialen Verschiebung der Bolzen in Pfeilrichtung 22 keine Leckage auftritt und somit hier keine Kunststoffschmelze unerwünscht austreten kann.
Die in den 2 und 3 gezeigte erste Ausführungsform bildet die Durchtrittsöffnung 5 und einen Teilausschnitt des Bolzens 4 ab, wobei innerhalb der Durchtrittsöffnung 5 stapelartig übereinander angeordnete kreisförmige Scheibenfilter 6 positioniert sind. Hierbei beträgt ihre Anzahl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 neun Scheibenfilter. Zur lösbaren Halterung dieser neun runden Scheibenfilter 6 ist im zentralen Mittelpunkt ein Kanal 30 vorgesehen, wobei dieser Kanal 30 aus einem Rohrelement ausgebildet wird, dessen Mantel mit einer Vielzahl von Öffnungen 31 versehen ist.
Wenn nunmehr die zu filtrierende Kunststoffschmelze in Pfeilrichtung 28 der im Bolzen 4 vorgesehenen Durchtrittsöffnung 5 zugeführt wird, gelangt ein Teil der Kunststoffschmelze auf die obere Filterfläche 32 des ersten Scheibenfilters 6. Gleichzeitig wird ein größerer Teil der zu filtrierenden Kunststoffschmelze über einen Ringspalt 33, der zwischen dem radialen Ende der Scheibenfilter 6 und der Durchtrittsöffnungswandung 5a besteht, geführt und gelangt dann auf die untere Filterfläche des ersten Scheibenfilters sowie auf die oberen Filterflächen 32 und auch auf die unteren Filterflächen 34 der darunter angeordneten weiteren Scheibenfilter 6. Nach Passieren der diesbezüglichen Filterflächen 32 (obere Filterfläche) bzw. 34 (untere Filterfläche) gelangt die nunmehr filtrierte Kunststoffschmelze in den, zwischen der oberen Filterfläche und der unteren Filterfläche eines jeden Scheibenfilters vorhandenen Aufnahmeraum 35 und von dort als filtrierte Kunststoffschmelze über die Öffnungen 31 in den Kanal 30, so daß die vereinigten Teilströme aus dem Aufnahmeraum 35 dann einem Verbindungskanal 36 zugeführt wird, der seinerseits in einen nicht abgebildeten Austrittskanal mündet. An diesen Austrittskanal schließt sich dann in Strömungsrichtung des zu filtrierenden Fluids 28 gesehen ein Werkzeug bzw. eine Düse (beide nicht abgebildet) an.
Um die beladenen neun Scheibenfilter 6 auszutauschen, wird die kopfseitig am Kanal 30 vorgesehene Arretierungsmutter 37 gelöst, so daß die Scheibenfilter 6 von der Halterung mit der Kanalwandung des Kanals 30 gelöst werden können und somit gegen solche Scheibenfilter ausgetauscht werden, deren Filterflächen 32, 34 nicht mit Schmutzpartikeln beladen sind.
Desweiteren ist aus der 3 zu erkennen, daß benachbarte Scheibenfilter, beispielsweise den beiden unteren Scheibenfiltern 6, derart in der Durchtrittsöffnung 5 angeordnet sind, daß zwischen der oberen Filterfläche 32 des untersten Scheibenfilters und der unteren Filterfläche 34 des darüber angeordneten Scheibenfilters ein Strömungsraum 38 ausgebildet ist, der zur Verteilung der über den Ringspalt 33 zugeführten zu filtrierenden Kunststoffschmelze dient. Um das Volumen dieses Strömungsraumes 38 zu verändern, besteht die Möglichkeit, den Abstand der oberen Filterfläche 32 von der unteren Filterfläche 34 zu variieren. Wie aus der 3 desweiteren zu erkennen ist, sind die obere Filterfläche 32 und die untere Filterfläche 34 eines jeden Scheibenfilters 6 an ihrem radialen Ende unter Ausbildung einer Abrißkante 39 miteinander verbunden.
Im Unterschied zu den in den 2 und 3 beschriebenen ersten Ausführungsform besitzt die in der 4 abgebildeten zweiten Ausführungsform nicht nur neun stapelartig übereinander angeordnete Scheibenfilter 6, die alle einen identischen Durchmesser aufweisen, sondern zusätzlich noch vier darüber positionierte weitere Scheibenfilter 6a, deren Durchmesser von oben nach unten (und somit in Pfeilrichtung 28 der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen) zunehmen. Hierdurch wird es möglich, die für die Filtration zur Verfügung stehenden Filterflächen weiter zu vergrößern, da der Raum, der zwischen der Bohrungswandung der zylindrischen Bohrung 3 und dem zugehörigen oberen Bereich der Durchtrittsöffnung 5 besteht, mit den vier zusätzlichen Scheibenfiltern 6a zu versehen.
Eine weitere Vergrößerung der für die Filtration zur Verfügung stehenden Filterflächen wird durch die in den 5 und 6 gezeigte dritte Ausführungsform erreicht. Hierbei weist diese dritte Ausführungsform dreizehn zunächst stapelartig übereinander angeordnete runde Scheibenfilter 6 auf, deren Durchmesser identisch ist und die in einem ersten zylindrischen Abschnitt 5b der Durchtrittsöffnung 5 sowie in einen sich hieran anschließenden zweiten zylindrischen Abschnitt 5c der Durchtrittsöffnung 5 angeordnet sind, wie dies in 5 abgebildet ist. Oberhalb des ersten zylindrischen Abschnittes 5b sind drei ovale zusätzliche Scheibenfilter 6a vorgesehen, deren Durchmesser d₁ und d₂ von oben nach unten (und somit in Pfeilrichtung 28 der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen) zunehmen. Hierdurch wird es möglich, die für die Filtration zur Verfügung stehende Gesamtfilterfläche weiter zu vergrößern, da der Raum 41, der zwischen der Bohrungswandung 3a der zylindrischen Bohrung 3 und dem zugehörigen oberen Bereich (erster Anströmbereich) der zylindrischen Durchtrittsöffnung 5 besteht, mit den drei zusätzlichen ovalen Scheibenfiltern 6a versehen wird, wie dies in 6 abgebildet ist.
Desweiteren ist die Durchtrittsöffnung 5 im unteren Bereich und somit im Anschluß an den zylindrischen Abschnitt 5c konisch ausgebildet, so daß hier in diesem konischen Abschnitt 5d (5) sieben weitere Scheibenfilter 6b positioniert sind, deren Durchmesser in Strömungsrichtung 28 der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen abnehmen, so daß sie in ihrer radialen Abmessung an den konischen Abschnitt 5d derart angepaßt sind, daß der Ringspalt 33 stets über die gesamte axiale Länge der Durchtrittsöffnung 5 in etwa eine identische Größe aufweist.
Somit besitzt die zuvor beschriebene dritte Ausführungsform (5 und 6) in Strömungsrichtung 28 der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen drei ovale zusätzliche Scheibenfilter 6a mit zunehmenden Durchmessern d₁ und d₂, hieran anschließend dreizehn runde Scheibenfilter 6 mit konstanten bzw. nahezu konstanten Durchmessern und danach sieben runde Scheibenfilter 6b mit abnehmenden Durchmessern, wobei die Anzahl der Scheibenfilter willkürlich ausgewählt wurde und insbesondere von dem Durchmesser des Bolzens abhängt.
Die in 7 gezeigte vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor im Zusammenhang mit der 4 beschriebene zweite Ausführungsform dadurch, daß bei der vierten Aus führungsform (7) die Scheibenfilter 6 bzw. 6a keinen kreisrunden Querschnitt sondern statt dessen einen ovalen Querschnitt aufweisen. Durch den ovalen Querschnitt wird im Vergleich zu einem kreisrunden Querschnitt der Scheibenfilter 6 bei identischen Bolzendicken die Gesamtfilterfläche noch weiter vergrößert. Ansonsten unterscheidet sich dieser vierte Ausführungsform von der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform nicht.
Die in den 8 und 9 gezeigte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der eingangs beschriebenen ersten Ausführungsform (2 und 3) dahingehend, daß hier bei der fünften Ausführungsform zwei Durchtrittsöffnungen 5 und 5' im Bolzen 4 vorgesehen sind, wobei sich die kreisförmigen Durchtrittsöffnungen überlappen, so daß eine Querschnittsform der Durchtrittsöffnungen 5 und 5' erzeugt wird, die in etwa an die Form einer liegenden Acht angepaßt ist. Innerhalb jeder Durchtrittsöffnung 5 bzw. 5' sind acht bzw. neun stapelartig angeordnete Scheibenfilter 6 bzw. 6' positioniert, deren Filterflächen sich überlappen, wie dies insbesondere in der 9 zu erkennen ist. Jeder Stapel der Scheibenfilter 6 bzw. 6' wird von einem ersten Kanal 30 bzw. einem zweiten Kanal 30' lösbar gehaltert, so daß die in Strömungsrichtung (Pfeil 28) zugeführte zu filtrierende Kunststoffschmelze zunächst über den Stapel der Scheibenfilter 6 bzw. 6' verteilt wird, hiernach die Scheibenfilter 6 bzw. 6' passieren und dann durch die beiden Kanäle 30 bzw. 30' und durch einen diesen beiden Kanä len zugeordneten V-förmigen Verbindungskanal 40 dem gemeinsamen Austrittskanal 2 als filtrierte Kunststoffschmelze einem nicht gezeigten Werkzeug oder einer Düse zugeführt wird.
Zunächst ist festzuhalten, daß bei den perspektivischen schematischen Teilschnittansichten der 10 und 11 die entsprechende Schnittfläche durch das Gehäuse 21 und durch die Bolzen 4 bzw. 4a nur durch eine entsprechende Schraffur in der linken oberen und rechten unteren Ecke des Gehäuses 21 angedeutet ist. Aus Übersichtsgründen sind die Schnittflächen der Bolzen 4 bzw. 4a nicht schraffiert.
Innerhalb des Gehäuses 21 der in 10 abgebildeten sechsten Ausführungsform und der in 11 abgebildeten siebten Ausführungsform der Vorrichtung ist jeweils ein Eintrittskanal 1 vorgesehen, über den die zu filtrierende Kunststoffschmelze in Strömungsrichtung 28 der Vorrichtung zugeführt wird. Aus Vereinfachungsgründen bilden die 10 und 11 nur den Endbereich des Eintrittskanals 1 ab, wobei dieser Eintrittskanal 1 auch lediglich aus einem Flanschabschnitt bestehen kann, wie dies die 10 und 11 zeigen. Von diesem Eintrittskanal zweigen zwei Schmelzeteilkanäle 51 ab, die ihrerseits den Eintrittskanal mit dem Eingangsbereich der Durchtrittsöffnung 5 verbinden, wobei jede Durchtrittsöffnung 5 in einem entsprechenden separaten Bolzen 4 bzw. 4a angeordnet ist.
Innerhalb der Durchtrittsöffnung 5 ist ein Stapel von Scheibenfiltern 6 angeordnet, wobei bei der in 10 gezeigten sechsten Ausführungsform dieser Stapel zehn Scheibenfilter 6 umfaßt, die jeweils von dem Kanal 30 zentriert gehaltert und über die Arretierungsmutter 37 fixiert sind. Stromab der Scheibenfilter 6 schließt sich in Strömungsrichtung 28 gesehen pro Durchtrittsöffnung jeweils ein Schmelzeteilkanal 52 an, der den zugehörigen Kanal 30 mit dem Austrittskanal 2 verbindet. In beiden 10 und 11 sind diese Schmelzeteilkanäle 52 umgelenkt, wobei diese Umlenkung 53 bei der in 10 gezeigten sechsten Ausführungsform der Vorrichtung innerhalb des Bolzens 4 bzw. 4a und bei der in 11 gezeigten siebten Ausführungsform der Vorrichtung außerhalb des Bolzens 4 bzw. 4a und somit im Gehäuse 21 lokalisiert ist. Der Umlenkungs-Winkel α beträgt bei der sechsten und siebten Ausführungsform ca. 90°.
Bedingt dadurch, daß die Umlenkung 53 des Schmelzeteilkanals 52 bei der in 11 gezeigten siebten Ausführungsform der Vorrichtung außerhalb des Bolzens lokalisiert ist, kann bei dieser siebten Ausführungsform der Vorrichtung die entsprechende im Bolzen 4 bzw. 4a vorgesehene Durchtrittsöffnung 5 vom Volumen her größer ausgebildet werden und dementsprechend auch mehr stapelförmig übereinander angeordnete Scheibenfilter 6 aufnehmen, wie dies dem Vergleich der 10 und 11 ohne Schwierigkeiten zu entnehmen ist. Hier sind bei der siebten Ausführungsform (11) fünfzehn Scheibenfilter 6 angeord net, so daß im Vergleich zu der sechsten Ausführungsform die siebte Ausführungsform eine um 50 % vergrößerte Filterfläche zur Verfügung stellt. Diese Vergrößerung der Filterfläche hat naturgemäß zur Folge, daß das Höhenmaß des Gehäuses 21 der siebten Ausführungsform größer ist als das entsprechende Maß der sechsten Ausführungsform und daß desweiteren die siebte Ausführungsform im Vergleich zur sechsten Ausführungsform bedingt durch die Verlängerung der Schmelzeteilkanäle 52 ein größeres Kanalvolumen besitzt, was bereits vorstehend bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargelegt wurde.
Bezüglich der zuvor genannten Zahlen der Scheibenfilter 6 ist anzumerken, daß diese Zahlen nur beispielhaft genannt sind.
Die in den 10 und 11 gezeigte sechste und siebte Ausführungsform der Vorrichtung ermöglicht ein zentrales Anströmen der Scheibenfilter 6, dergestalt, daß die zu filtrierende Kunststoffschmelze beim Eintritt in die Durchtrittsöffnung 5 senkrecht auf die Arretierungsmutter 37 auftrifft und dort vorzugsweise über diese Arretierungsmutter 37 gleichmäßig verteilt wird. Dieses bevorzugte Anströmen wird dadurch erreicht, daß sowohl die Schmelzeteilkanäle 51 als auch der Bereich oberhalb der Umlenkung 53 der weiteren Schmelzeteilkanäle 52 mit der Durchtrittsöffnung 6 und den Kanälen 30 fluchten, so daß dementsprechend die Filterflächen 32 bzw. 34 quer unter einem Winkel von etwa 90° zur Strömungsrichtung 28 der Kunststoffschmelze ausgerichtet sind.

Claims

Vorrichtung zum Filtrieren einer thermoplastischen Kunststoffschmelze mit einem Gehäuse, das mit einem Eintrittskanal für die Kunststoffschmelze und einem Austrittskanal für die Kunststoffschmelze versehen ist, wobei der Eintrittskanal von dem Austrittskanal durch mindestens eine senkrecht zu den Kanälen verlaufende zylindrische Bohrung zur Aufnahme von mindestens einem axial verschiebbaren Bolzen abgetrennt ist und der Bolzen mindestens eine Durchtrittsöffnung zur Aufnahme von mindestens einem Filterelement aufweist, dessen Filterflächen im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Kunststoffschmelze beim Filtrieren ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement aus mindestens einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') besteht, wobei das Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') jeweils eine obere Filterfläche (32) und eine damit verbundene untere Filterfläche (34) aufweist, die mit Abstand unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes (35) für die filtrierte Kunststoffschmelze voneinander angeordnet sind, und daß der Aufnahmeraum (35) mit einem dem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') zugeordneten Kanal (30, 30') verbunden ist über den die filtrierte Kunststoffschmelze aus dem Aufnahmeraum (35) zu dem Austrittskanal (2) hin abführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30, 30') im Mittelpunkt der kreisförmig oder oval ausgestalteten Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') angeordnet ist und zum Aufnahmeraum (35) hinweisend mindestens eine Reihe von Öffnungen (31) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) mindestens zwei Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6'), vorzugsweise fünf bis dreißig Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6'), aufweist, die stapelartig übereinander angeordnet sind, und daß der Kanal (30, 30') die übereinander angeordneten Scheibenfilter haltert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') derart ausgestaltet und angeordnet sind, daß zwischen der unteren Filterfläche (32) des oberen Scheibenfilters und der oberen Filterfläche (34) des darunter angeordneten unteren Scheibenfilters ein Strömungsraum (38) für die zu filtrierende Kunststoffschmelze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Filterfläche (32) und die untere Filterfläche (34) eines jeden Scheibenfilters (6, 6a, 6b, 6') an ihrem radialen Ende (39) über den gesamten Umfang des Scheibenfilters miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30, 30') die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') lösbar haltert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (5) vollständig oder nahezu vollständig mit dem mindestens einen Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') ausgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des mindestens einen Scheibenfilters (6, 6a, 6b, 6') an den Durchmesser der Durchtrittsöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes (33) angepaßt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zusätzliches Scheibenfilter (6a), vorzugsweise zwei bis sechs zusätzliche Scheibenfilter (6a), vorgesehen ist, das bzw. die in dem Raum positioniert ist bzw. sind, der in Strömungsrichtung (28) der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen durch den Durchtrittsöffnungsanfang und der zugehörigen Krümmungslinie der Bohrung (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine zusätzliche Scheibenfilter (6a) einen ovalen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Scheibenfilter (6) derart in der Durchtrittsöffnung (5) positioniert ist, daß die zu filtrierende Kunststoffschmelze das mindestens eine Scheibenfilter (6) zentral anströmt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchtrittsöffnung (5) in Strömungsrichtung (28) der zu filtrierenden Kunststoffschmelze erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal (1) für die zu filtrierende Kunststoffschmelze oder ein vom Eintrittskanal (1) abzweigender und zur Durchtrittsöffnung (5) führender Schmelzeteilkanal (51) zur Zufuhr eines zu filtrierenden Teilstroms der Kunststoffschmelze mit dem dem mindestens einen Scheibenfilter (6) zugeordneten Kanal (30, 30') vollständig oder nahezu vollständig fluchtet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des mindestens einen Scheibenfilters (6) mindestens ein weiterer Schmelzeteilkanal (52) vorgesehen ist, der mit dem dem Scheibenfilter (6) zugeordneten Kanal (30, 30') verbunden ist und der in den Austrittskanal (2) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine weitere Schmelzeteilkanal (52) derart ausgebildet ist, daß die Strömungsrichtung der filtrierten Kunststoffschmelze in einem Winkel α zwischen 50° und 130°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 80° und 110°, umgelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung (53) des weiteren Schmelzeteilkanals (52) innerhalb des Bolzens (4, 4a) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung (53) des weiteren Schmelzeteilkanals (52) stromab der Durchtrittsöffnung (5) und innerhalb des Gehäuses (21) der Vorrichtung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (5, 5') im Bolzen zumindest teilweise über ihre axiale Länge gesehen zylindrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (5, 5') in Strömungsrichtung (28) der zu filtrierenden Kunststoffschmelze gesehen mindestens einen zylindrischen ersten Abschnitt (5b) und einen sich hieran anschließenden konischen zweiten Abschnitt (5c) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres Scheibenfilter (6b) in dem konischen zweiten Abschnitt (5d) der Durchtrittsöffnung (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (5) im Bolzen (4, 4a) zumindest teilweise über ihre axiale Länge im Querschnitt gesehen oval ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (5, 5') im Bolzen (4, 4a) aus einer ersten Durchtrittsöffnung (5) und einer die erste Durchtrittsöffnung teilweise überdeckende zweite Durchtrittsöffnung (5') ausgebildet ist, wobei beide Durchtrittsöffnungen (5, 5') einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste Durchtrittsöffnung (5) als auch die zweite Durchtrittsöffnung (5') zumindest ein Scheibenfilter (6, 6'), vorzugsweise fünf bis dreißig Scheibenfilter, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Scheibenfilter (6) der ersten Durchtrittsöffnung (5) mit den Scheibenfiltern (6') der zweiten Durchtrittsöffnung (5') teilweise überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Scheibenfilter (6) der ersten Durchtrittsöffnung (5) mit den Scheibenfiltern (6') der zweiten Durchtrittsöffnung (5') um 2 bis 25 ihres Durchmessers überlappen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Durchtrittsöffnung (5) ein erster Kanal (30) und der zweiten Durchtrittsöffnung (5') ein parallel hierzu ausgerichteter zweiter Kanal (30') zugeordnet sind, wobei der erste Kanal (30) und der zweite Kanal (30') in den gemeinsamen Austrittskanal (2) münden.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Kanal (30, 30') einer seits und dem gemeinsamen Austrittskanal (2) andererseits ein V-förmig ausgestalteter Verbindungskanal (40) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) einen einzigen Eintrittskanal (1), einen einzigen Austrittskanal, eine einzige zylindrische Bohrung (3) zur axial verschiebbaren Lagerung von einem einzigen Bolzen (4; 4a) aufweist, wobei der Bolzen eine einzige Durchtrittsöffnung (5) zur Aufnahme von mindestens einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bolzen (4, 4a) mit zwei mit axialen Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') versehen ist, wobei in einer ersten Stellung des Bolzens die Scheibenfilter von beiden Durchtrittsöffnungen (5) mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden und in einer zweiten Stellung des Bolzens (4, 4a) die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') von einer Durchtrittsöffnung (5) mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden, während gleichzeitig sich die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') der anderen Durchtrittsöffnung in einer Position außerhalb des Gehäuses (21) der Vorrichtung (20) befinden, und daß der Bolzen (4, 4a) von der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt hierzu axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) mindestens zwei, innerhalb eines Gehäuses (21) angeordnete und axial hierzu verschiebbare Bolzen (4, 4a) aufweist, die jeweils mit mindestens zwei, mit axialen Abstand voneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen zur Aufnahme von mindestens einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') versehen sind, wobei in einer ersten Stellung der Bolzen (4, 4a) die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') aller Durchtrittsöffnungen (5, 5') mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden und in einer zweiten Stellung des einen der beiden Bolzen sich mindestens eine Durchtrittsöffnungen (5, 5') in einer Position außerhalb des Gehäuses (21) der Vorrichtung (20) befindet, während gleichzeitig die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') der anderen verbleibenden Durchtrittsöffnungen (5, 5') von der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden, und daß die Bolzen (4, 4a) von der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt hierzu axial verschiebbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine zylindrische Bol zen (4, 4a) mit zwei mit axialen Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen (5, 5') jeweils zur Aufnahme von einem Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') versehen ist, wobei in einer ersten Stellung des Bolzens (4, 4a) die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') von beiden Durchtrittsöffnungen (5, 5') mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden und in einer zweiten Stellung des mindestens einen Bolzens (4, 4a) die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') der einen Durchtrittsöffnungen (5, 5') mit der zu filtrierenden Kunststoffschmelze durchströmt werden, während gleichzeitig die Scheibenfilter (6, 6a, 6b, 6') der anderen Durchtrittsöffnung (5, 5') mit filtrierter Kunststoffschmelze rückgespült werden, daß dem Gehäuse (21) ein zur Atmosphäre hin offener Abfuhrkanal zugeordnet ist, der in der ersten Stellung des Bolzens (4, 4a) verschlossen und in der zweiten Stellung des Bolzens zur Atmosphäre hin geöffnet ist, und daß der Bolzen von der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt hierzu axial verschiebbar ist.