DE102009035790A1

DE102009035790A1 - Platten-Filtriervorrichtung für Kunststoffschmelzen

Info

Publication number: DE102009035790A1
Application number: DE102009035790A
Authority: DE
Inventors: Stefan WÖSTMANN; Jan-Udo Kreyenborg
Original assignee: Kreyenborg Verwaltung und Beteiligungen GmbH and Co KG
Current assignee: Nordson Holdings SARL and Co KG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-01
Also published as: US20140263021A1; IT1401435B1; US20110180472A1; DE102009035790B4; ITGE20100082A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Platten-Filtriervorrichtung (10) für Kunststoffschmelzen mit wenigstens zwei ortsfesten Gehäuseteilen (7, 9), zwischen denen eine bewegliche Platte (4) mit einem innenliegenden Filtereinsatz (5) einfügbar ist, wobei - bei dem in Strömungsrichtung hinten gelegenen Gehäuseteil (9) eine bis an die bewegliche Platte reichende Spannbuchse (6) eingesetzt ist, deren innere Ausnehmung einen Teil eines Fließkanals ausbildet; - im vorderen Gehäuseteil (7) eine Dichtbuchse (3) verschiebbar angeordnet ist, die an die bewegliche Platte (4) und/oder an den Filtereinsatz (5) anpressbar ist, und bei der eine Trichterfläche (3.2) an der vom Filtereinsatz (5) abgewandten Seite ausgebildet ist und - zwischen der Dichtbuchse (3) und einem Sicherungsring (1) ein Dichtring (2) angeordnet ist, der wenigstens eine schräge Kegelfläche (2.1) und eine rechtwinkelig zur Fließrichtung ausgerichtete Stirnfläche (2.2) aufweist. An der Dichtbuchse (3) ist innerhalb der lichten Öffnungsweite des Dichtrings (2) eine Druck-Wirkfläche (3.1, 3.1', 3.1'') ausgebildet, die in den Fließkanal (8) ragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Platten-Filtriervorrichtung für Kunststoffschmelzen mit wenigstens zwei ortsfesten Gehäuseteilen, zwischen die eine bewegliche Platte mit einem innen liegenden Filtereinsatz einfügbar ist, wobei

– bei dem in Strömungsrichtung hinten gelegenen Gehäuseteil eine bis an die bewegliche Platte reichende Spannbuchse eingesetzt ist, deren innere Ausnehmung einen Teil eines Fließkanals ausbildet;
– im vorderen Gehäuseteil eine Dichtbuchse verschiebbar angeordnet ist, die an die bewegliche Platte und/oder an den Filtereinsatz anpressbar ist, und bei der eine Trichterfläche an der vom Filtereinsatz abgewandten Seite ausgebildet ist und
– zwischen der Dichtbuchse und einem Sicherungsring ein Dichtring angeordnet ist, der wenigstens eine schräge Kegelfläche und eine rechtwinkelig zur Fließrichtung ausgerichtete Stirnfläche aufweist.

Platten-Filtriervorrichtungen stellen kostengünstige Möglichkeiten dar, Kunststoffschmelzen zu filtrieren. Zwischen zwei stationären Gehäuseteilen ist eine Platte beweglich angeordnet, die das Filtereinsatzelement enthält. Die bewegliche Platte kann aus dem Spalt zwischen den festen Gehäuseteilen herausgeschwenkt oder -geschoben werden, so dass der Filtereinsatz zur Reinigung zugänglich ist. Bei der vom Grundaufbau sehr einfachen und robusten Vorrichtung kommt es insbesondere darauf an, den jeweiligen Spalt zwischen einem festen Gehäuseteil und einer beweglichen Platte abzudichten, wenn die bewegliche Platte in ihrer Arbeitsposition liegt. Ein gewisses Spaltmaß muss gegeben sein, um die Beweglichkeit der Platte überhaupt erst zu ermöglichen. Auf der anderen Seite darf im Betrieb kein Spalt mehr bestehen, aus dem Kunststoffschmelze heraustreten könnte.
Aus der US 7 147 774 B1 ist eine gattungsgemäße Platten-Filtriervorrichtung mit einer Abdichtung bekannt, die eine Dichtbuchse und einen Dichtring umfasst. Die Dichtbuchse besitzt in Fließrichtung des Kunststoffs gesehen eine trichterförmige Einlaufmündung. Der Dichtring besitzt einen dazu kompatiblen kegelförmigen Abschnitt; die Kegelwinkel der trichterförmigen Mündung und des kegelförmigen Abschnitts stimmen überein. Der Dichtring ist derart ausgebildet, dass er aufgrund des im inneren Fließkanal anstehenden Staudrucks der Kunststoffschmelze geweitet werden kann. Die radial nach außen wirkende Kraft bewirkt dann über die Kopplung an den Kegelflächen eine axiale Vorschubbewegung der Dichtbuchse bis an die bewegliche Platte. Diese wird zugleich an eine feste, hintere Spannbuchse angedrückt, so dass beide Spalte – in Fließrichtung vor und hinter dem Filter – zwischen den festen Gehäuseteilen und der beweglichen Platten überbrückt werden. Damit wird ein zuverlässiges Dichtungssystem geschaffen. Allerdings ist die Fertigung sehr aufwendig und daher kostenintensiv, denn dieser besteht aus mehreren bogenförmigen Segmenten, die aus einem Drehteil durch Drahterodieren heraus geschnitten werden. Aufgrund der Breite der Schnittfugen würden die nach dem Trennen wieder aneinander gelegten Segmente keinen geschlossenen Kreis mehr ergeben. Daher muss zumindest eines der Segmente aus einem zweiten Drehteil geschnitten werden. Nur bei großer Fertigungspräzision wird ein zuverlässiges Dichtsystem erreicht. Gerade weil Platten-Filtriervorrichtungen für einfache Anwendungszwecke bestimmt sind und daher nur geringe Erlöse dafür erzielbar sind, ist die aufwendige Ausbildung der beschrieben Dichtung wirtschaftlich nicht vertretbar.
Auch einteilige Dichtringe aus hochtemperaturbeständigen Kunststoffen wie PTFE sind bekannt, die die Wärmedehnung nutzen. Allen bekannten Platten-Filtriervorrichtungen der eingangs genannten Art ist aber gemeinsam, dass sie ein indirektes Wirkprinzip verfolgen: die radiale Verschiebung der Segmente bzw. die radiale Dehnung des einteiligen Ringes führt zu eine Kraftübertragung auf die Schrägfläche. Nur durch ein partielles Abgleiten der Schrägfläche des Dichtringes an der Trichterfläche der Dichtbuchse wird ein Vorschub der Dichtbuchse auf den Filtereinsatz zu bewirkt. Die Gleitbewegung setzt entsprechend exakt oberflächebearbeitete Flächen voraus, was wiederum die Fertigungskosten erhöht. Zudem versagt die Abdichtung, falls es zu einer Blockade der Gleitbewegung infolge von Verschmutzungen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige und zuverlässige Abdichtung der beweglichen Platte bei einer Platten-Filtriervorrichtung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Platten-Filtriervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorschubbewegung der Dichtbuchse wird gemäß der erfindungsgemäß durch die in den Öffnungsquerschnitt des Fließkanals hinein stehende Druck-Wirkfläche erreicht. Damit nutzt die Erfindung die Wirkung des Drucks in der Schmelze direkt und nutzt die radiale Dehnung des Dichtrings an den Schräg- und Trichterflächen nur noch dazu, dass sich der Dichtring eng anlegt, also zu Abdichtungszwecken.
Physikalisch wirksam ist dabei die imaginäre Kreisringfläche einer Projektion der tatsächlich angeformten Druck-Wirkfläche in eine senkrecht zur Fließrichtung verlaufende Ebene. Da die Druck-Wirkfläche radial nur wenige Millimeter in den Fließkanal hineinragt und noch dazu schräg gestellt oder gerundet ist, ist der Strömungswiderstand vernachlässigbar.
Damit kann wahlweise auf ein mehrteiliges Dichtungselement verzichtet werden. Die Beibehaltung der Kegelfläche am Einlauf der Dichtbuchse und die Beibehaltung eines dazu im Kegelwinkel kompatiblen Dichtrings dienen dazu, eine Abdichtung radial außerhalb der Druck-Wirkfläche zu bewirken.
Es kann also auch ein flexibler Dichtring, beispielsweise aus PTFE, benutzt werden, der soweit radial gestreckt werden kann, dass er sich mit seiner Kegelfläche dicht an die kegelige Trichtermündung der Dichtbuchse anlegt.
Die andere nach hinten gewandte Außenfläche legt sich an die Stirnfläche eines Sicherungsrings an. Sobald ein Staudruck im Fließkanal besteht, wird also der Dichtring mit seinem keilförmigen Querschnitt zwischen Dichtbuchse und Sicherungsring gedrückt, so dass der Fließkanal auf der Strömungszulaufseite des Filterelements insgesamt abgedichtet ist.
Gemäß einer ersten Variante ist die Druck-Wirkfläche durch eine Schräge gebildet, die sich an den Innendurchmesser des Dichtrings anschließt, und die insbesondere als Überstand der kegeligen Trichtermündung der Dichtbuchse ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Winkel der Druck-Wirkfläche in Bezug auf die Mittelachse des Fließkanals gleich wie der Kegelwinkel für die Anlagefläche des Dichtrings, insbesondere beträgt der Winkel 45°.
Es kann auch ein anderer Kegelwinkel vorgesehen sein, von beispielsweise 30°–40° Grad. Hierdurch wird die Umlenkung der Schmelze an der in den Fließkanal ragenden inneren Begrenzungskante der Druck-Wirkfläche gemindert.
Bei einer weiteren Variante ist das Profil der Dichtbuchse im Bereich der Druck-Wirkfläche strömungstechnisch dadurch optimiert, dass sie als Übergang zwischen der Kegelfläche, welche den Dichtsitz für den Dichtring bildet, und den Wänden des Fließkanals gerundet ausgebildet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Platten-Filtriervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ragt die Druck-Wirkfläche nicht vom Innendurchmesser des Dichtrings ausgehend in den Fließkanal hinein, sondern sie ist dadurch gebildet, dass zwischen einem Sicherungsring und dem Dichtring ein Eindringen von Schmelze zugelassen wird, so dass an dieser Stelle der Schmelzedruck wirksam werden kann.
Dazu besitzt der Dichtring an seiner in Strömungsrichtung gesehen vorderen Fläche eine Ausnehmung, die über einen Teil der radialen Erstreckung des Dichtringkörpers reicht. Von der Ausnehmung in der ersten Stirnfläche führen dann ein oder mehrere Bohrungen zum Innenumfang, so dass die aufgestaute Schmelze darüber abfließen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils in Schnittansicht:
1–3 Varianten einer ersten Ausführungsform einer Platten-Filtriervorrichtung und
4 eine zweite Ausführungsform einer Platten-Filtriervorrichtung.
1 zeigt eine Platten-Filtriervorrichtung 10, bei der zwischen zwei Platten 7, 9 als ortsfesten Gehäuseteilen eine bewegliche Platte 4 mit einem innen liegenden Filtereinsatz 5 eingefügt ist.
Bei der in Strömungsrichtung hinten gelegenen Gehäuseplatte 9 ist eine Spannbuchse 6 eingesetzt, deren innere Ausnehmung im Bereich hinter dem Filtereinsatz 5 einen Fließkanal bildet und die in ihrer axialen Position gegenüber der Platte 9 veränderbar ist, beispielsweise über ein Gewinde.
In die vordere Gehäuseplatte 7 ist eine Dichtbuchse 3 eingesetzt. Zwischen Gehäuseplatte 7 und Dichtbuchse 3besteht soviel Spiel, dass eine axiale Verschiebung auf die bewegliche Platte 4 und den Filtereinsatz 5 zu möglich ist.
Vor der Dichtbuchse 3 ist ein Dichtring 2 angeordnet, vor welchem wiederum ein Sicherungsring 1 angeordnet ist. Der Dichtring 2 besitzt eine schräge Fläche 2.1 und eine rechtwinkelig zur Fließrichtung ausgerichtete Stirnfläche 2.2. Mit der Stirnfläche 2.2 liegt der Dichtring 2 an einer hinteren Stirnfläche 1.1 des Sicherungsrings 1 an. Mit der anderen schräg liegenden Fläche liegt er in einer Trichterfläche 3.2 der Dichtbuchse 3 an.
In Fortsetzung der Trichterfläche 3.2 erstreckt sich eine Druck-Wirkfläche 3.1 in das Innere des Fließkanals 8 hinein, welcher im Bereich vor dem Filtereinsatz 5 durch die zylindrische Wandung 3.3 der Dichtbuchse 3 gebildet ist.
Projiziert man die an dem dreidimensionalen Dichtring 2 angeformte Druck-Wirkfläche 3.1 in eine Ebene, die normal (also senkrecht in allen Dimensionen) zur Fließrichtung steht, so erhält man die tatsächlich wirksame Fläche zur Berechnung der aus dem Staudruck der Schmelze resultierenden Kräfte, welche auf die Dichtbuchse 3 wirken und diese an die bewegliche Platte 4 bzw. den Filtereinsatz 5 anpressen.
Die Ausführungsform einer Platten-Filtriervorrichtung 10', die in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von der gemäß 1 lediglich dadurch, dass eine im Querschnitt schräg stehende Druck-Wirkfläche 3.1' nicht als eine direkte Verlängerung von der Trichterfläche 3.2' für die Anlage eines Dichtrings 2 ist, sondern dass diese in einem anderen Kegelwinkel α = 30°–40° ausgebildet ist.
Bei der Ausführungsform einer Platten-Filtriervorrichtung 10'' gemäß 3 ist eine Druck-Wirkfläche 3.1'' im Querschnitt bogenförmig gerundet und bildet einen fließenden Übergang zwischen einer Trichterfläche 3.2'' und der zylindrischen Wandung 3.3''.
4 zeigt eine Platten-Filtriervorrichtung 20, die grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist wie die zuvor beschriebene Ausführungsformen.
Unterschiedlich ist, dass sich die Druck-Wirkfläche nicht in die lichte Weite des Fließkanals 8 erstreckt, sondern radial nach außen. Durch eine Eintiefung 22.5, die sich von der Innenkante des Dichtrings 22 nach außen erstreckt, aber eben nicht über die gesamte Breite des Dichtrings 22, kann Schmelze in den Spalt dringen, der künstlich zwischen dem Sicherungsring 21 und dem Dichtring 22 ausgebildet ist. Damit wirkt der in der Schmelze anstehende Druck auf diese radial nach außen gerichtete Druck-Wirkfläche und erzeugt eine Kraft, die über den Dichtring 22 auf die Dichtbuchse 23 wirkt und diese an die bewegliche Platte 4 bzw. den Filtereinsatz 5 andrückt.
Radial weiter außen ist die Eintiefung 22.5 hingegen begrenzt; dort liegt der Dichtring 22 mit seiner Stirnfläche 22.2 dicht am Sicherungsring 21 an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7147774 B1 [0003]

Claims

Platten-Filtriervorrichtung (10, 10', 10'') für Kunststoffschmelzen mit wenigstens zwei ortsfesten Gehäuseteilen (7, 9), zwischen denen eine bewegliche Platte (4) mit einem innen liegenden Filtereinsatz (5) einfügbar ist, wobei – bei dem in Strömungsrichtung hinten gelegenen Gehäuseteil (9) eine bis an die bewegliche Platte reichende Spannbuchse (6) eingesetzt ist, deren innere Ausnehmung einen Teil eines Fließkanals ausbildet; – im vorderen Gehäuseteil (7) eine Dichtbuchse (3) verschiebbar angeordnet ist, die an die bewegliche Platte (4) und/oder an den Filtereinsatz (5) anpressbar ist, und bei der eine Trichterfläche (3.2) an der vom Filtereinsatz (5) abgewandten Seite ausgebildet ist und – zwischen der Dichtbuchse (3) und einem Sicherungsring (1) ein Dichtring (2) angeordnet ist, der wenigstens eine schräge Kegelfläche (2.1) und eine rechtwinkelig zur Fließrichtung ausgerichtete Stirnfläche (2.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Dichtbuchse (3) innerhalb der lichten Öffnungsweite des Dichtrings (2) eine Druck-Wirkfläche (3.1, 3.1', 3.1'') ausgebildet ist, die in den Fließkanal (8) ragt.
Platten-Filtriervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Wirkfläche (3.1) durch einen sich radial nach innen erstreckenden Fortsatz der Trichterfläche (3.2) gebildet ist.
Platten-Filtriervorrichtung (10') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Wirkfläche (3.1') sich innen an die Trichterfläche (3.2') anschließt und einen zur Trichterfläche (3.2') unterschiedlichen Kegelwinkel aufweist.
Platten-Filtriervorrichtung (10'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druck-Wirkfläche (3.1'') innen an die Trichterfläche (3.2'') anschließt und im Querschnitt als eine in den Fließkanal (8) ragende Rundung ausgebildet ist.
Platten-Filtriervorrichtung (20) für Kunststoffschmelzen mit wenigstens zwei ortsfesten Gehäuseteilen (27, 29), zwischen die eine bewegliche Platte (24) mit einem innen liegenden Filtereinsatz (25) einfügbar ist, wobei – bei dem in Strömungsrichtung hinten gelegenen Gehäuseteil (29) eine bis an die bewegliche Platte reichende Spannbuchse (26) eingesetzt ist, deren innere Ausnehmung einen Teil eines Fließkanals ausbildet; – in das vordere Gehäuseteil (27) eine Dichtbuchse (23) verschiebbar angeordnet ist, die an die bewegliche Platte (24) und/oder an den Filtereinsatz (25) anpressbar ist, und an der an der vom Filtereinsatz abgewandten Seite eine Trichterfläche (23.2) ausgebildet ist und – zwischen der Dichtbuchse (23) und einem Sicherungsring (21) ein Dichtring (22) angeordnet ist, der wenigstens eine schräge Fläche (22.1) und eine rechtwinkelig zur Fließrichtung ausgerichtete Stirnfläche (22.2) aufweist. dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnfläche (22.1) des Dichtrings (22) durch eine sich vom Innenrand bis in einen mittleren Bereich der radialen Erstreckung des Dichtrings (22) reichende Eintiefung (22.5) eine Druck-Wirkfläche ausgebildet ist, wobei zwischen der Eintiefung (22.5) und der kegelstumpfförmige Fläche (22.1) wenigstens eine Bohrung (22.4) in den Dichtring (2) eingebracht ist, die sich zwischen der Eintiefung (2.5) und der schrägen Fläche (22.1) erstreckt.
Platten-Filtriervorrichtung (10, 10', 10'', 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbuchse (6; 26') in ihrer axialen Position gegenüber dem Gehäuseteil (9) veränderbar ist, insbesondere über ein Gewinde.
Platten-Filtriervorrichtung (10, 10', 10'', 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (2; 22) einteilig ausgebildet ist.