DE19732458C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Filtration von hochviskosen Polymerschmelzen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterkerzen-Einheit und ein Verfahren nach dem Ober­ begriff der Patentansprüche 1 bzw. 13.

Polymere werden heute zur Herstellung von Filmen oder Chemiefasern sowie ganz allgemein zur Herstellung von Formkörpern im Bereich Extrusion und Spritzgiessen vielfältigst einge­ setzt.

Besonders in Herstellungsverfahren für Folien und Chemiefasern ist eine sehr effiziente Filtra­ tion der Polymeren von grösster Bedeutung, um eine wirtschaftliche Fertigung von qualitativ hochwertigen Produkten zu realisieren.

Dazu sind spezielle Filterelemente entwickelt worden, welche üblicherweise im Schmelzestrom der Polymere angeordnet werden.

Die heutigen industriellen Verfahren arbeiten in der Regel mit hohen Schmelze- Durchsatzmengen. Zur Erreichung der erforderlichen Filterfläche sind bevorzugt eine grössere Anzahl von Filterelementen in einem Filtergehäuse vereinigt, so dass eine maximale Filterbelastung von 1 g/(cm² × min) im allgemeinen nicht überschritten wird.

Je nach Verschmutzungsgrad und Einsatzzweck des Polymers werden für die Feinfilter soge­ nannte Filterfeinheiten von 5 bis 40 µm eingesetzt, wobei der unterste Bereich vorwiegend durch Filtersysteme mit Filterscheiben, der mittlere und obere Bereich durch Filterkerzen mit im allgemeinen plissierter Oberfläche abgedeckt wird.

Entsprechend der Filterbelastung und Filtrationsfläche beträgt die Arbeitsdauer eines Filters in industriellen Produktionsanlagen 6 bis 14 Tage. Nach dieser Zeit muss das Filter durch ein frisches Element ersetzt werden.

Die in den Filterelementen eingesetzten Filter werden als runde oder plissierte Filterkerzen oder als Filterscheiben von verschiedenen Herstellern produziert und in entsprechenden Merkblättern publiziert, z. B. Nippon Seisen, Osaka Japan, Broschüre 8552KR, oder Fa. See­ bach Filtertechnik, Kassel, Deutschland, Katalog 'filte 4.91'.

In der US 46 61 249 wird ein aufwendiges dreiteiliges Filtersystem aus einem äußeren Grobfilter, einer Schicht aus Metallteilchen und einem weiteren mehrteiligen rohrförmigen inneren Filterelement beschrieben, dessen Einzelteile durch eine Verschraubung auf der Eintrittsseite fixiert werden.

In der DD 234 039 A1 ist ein Filtrationssystem beschrieben, welches die Druckverluste gezielt durch drei nacheinander durchflossene Filtrationsabschnitte mit jeweils mehreren Filtrationsstufen beeinflußt und einstellen läßt.

In den Fig. 1 bis 5 wird im Vergleich mit dem Stand der Technik der nachfolgend beschrie­ bene Lösungsweg für die Filtration von hochviskosen Polymerschmelzen schematisch darge­ legt. Es zeigt:

Fig. 1: Grundsätzliches Prinzip der Schmelzefiltration in einer Schmelzspinnanlage

Fig. 2: Filterkerzenaufbau gemäss Stand der Technik

Fig. 3: Filterkerze mit erfindungsgemässen Schmelzeführungselementen

Fig. 4a: eine erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schmelzeführungselements

Fig. 4b: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schmelzeführungselements

Fig. 4c: ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schmelzeführungselements

Fig. 5: Darstellung des spezifischen Massestroms über die Filterkerzenlänge beim Stand der Technik (a, b) und mit erfindungsgemässem Schmelzeführungs­ element (c)

Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Funktionsweise einer dem Stand der Technik entsprechenden Schmelzspinnanlage für die Herstellung von Chemiefasern. Das schmelzeflüssige Polymer 1 wird mit geeigneter Temperatur und unter dem erforderlichen Druck von einem Aufschmelzex­ truder oder einer Polykondensationsanlage an die Filtriereinrichtung 2 geliefert. Hier wird das Polymer üblicherweise durch Filter 3b in der Form von Kerzen oder Scheiben gepresst. Eine parallel zu dem in Funktion befindlichen Filter 3b im Stand-by-Modus vorhandene zweite Filtereinheit 3a gewährleistet in Produktionsanlagen einen störungsfreien kontinuierlichen Be­ trieb. Damit kann, sobald einer der Filtereinsätze erschöpft ist, erkennbar an einem erhöhten Druckabfall über das Filter, auf den vorbereiteten, aufgehetzten zweiten Einsatz umgeschaltet werden, ohne dass eine Produktionsstörung erfolgt. Das 'erschöpfte' Filter wird ausgebaut, alle Teile einer Reinigung unterzogen und nach verschiedenen Kontrollen erneut zu einem be­ triebsbereiten Filtereinsatz zusammengestellt.

Nach der Filtration wird das Polymer durch beheizte Leitungen 4 auf die einzelnen Spinnstellen einer Spinnmaschine 5 verteilt, wo es mittels Dosierpumpen 6 und Spinndüsen 7 zu polymeren Endlosfäden 8 ausgesponnen wird, die durch klimatisierte Luft 9 abgekühlt und mit einem Fa­ denschlussmittel 10 als Multifilamentgarn aufgewickelt werden.

Fig. 2 zeigt den mehrlagigen Aufbau von Filterelementen nach dem Stand der Technik, welche üblicherweise aus den folgenden Einzelteilen bestehen: Mehrlagige Filterfläche mit Aussen­ schutzlage 11, Feinfilter 12 und Stützfilter 13, sowie ein perforierter Stützkörper 14. Im Falle von Filterkerzen ist die zylindrische Filterfläche häufig, wie im Querschnitt von Fig. 2 dargestellt, passiert. Filterkerzen verfügen darüber hinaus üblicherweise zusätzlich über einen Verdränger 15, der Teil des Deckels auf der einen Seite ist, und eine Schraubverbindung 16 mit Austrittsöffnung auf der anderen Seite. Die Filterelemente sind bevorzugt austrittsseitig mittels Dichtungen 17 im Filtergehäuse abgedichtet. Die Zuführung 18 der Schmelze (unfil­ trierter Massenstrom m_uf) erfolgt üblicherweise von aussen. Im Zentrum wird die gereinigte Schmelze (filtrierter Massenstrom m_f) zur Weiterleitung 19 abgenommen.

Das durch die Fig. 1 und 2 beschriebene Filtersystem ist für den vorgegebenen Aufga­ benbereich das am weitesten verbreitete. Daneben sind andere Systeme bekannt, bei denen die Filtereinsätze in Form eines Revolvers angeordnet und gewechselt oder Filterbänder konti­ nuierlich durch das Filter gezogen werden.

Da die beschriebene Filtrationstechnik allgemein üblich und damit Stand der Technik ist, sind ein Fachmann folgende Nachteile bekannt, die jedes dieser Systeme aufweist,

• - Toträume im Bereich des Übergangs von der Filterfläche auf die Filtereinfassung;
• - Instabile und somit wechselnde Strömungsverhältnisse über die Filterkerzenlänge infolge ungleichmässiger und steigender Filterverschmutzung;
• -  - Damit verbundene Toträume, die zu verlangsamtem Fluss oder Stillstand der Schmelze in gewissen Filterzonen führen;
• - Bei empfindlichen Polymeren kann sich thermisch geschädigtes Polymer an den Wan­ dungen ansetzen und sich weitgehend thermisch zersetzen;
• - Daraus folgen Verfärbungen und Fadenabrisse, wenn abgebautes Polymer zur Spinndü­ se gelangt;
• - Schliesslich resultieren daraus schlechte Produktqualität und niedrige Produktionsaus­ beute.

Die wichtigsten und zugleich störendsten Nachteile liegen somit in unterschiedlichen - vor allem aber den langen - Verweilzeiten der Polymerschmelze im System der Zu- und Durchleitung durch die Spinn- und Filteranlagen.

Die eingesetzten polymeren Werkstoffe sind durchwegs organischer Natur, die während ihrer Verarbeitungszeit von 6 bis 30 min, je nach Polymer, bei Temperaturen von 250 bis 320°C in schmelzeflüssigem Zustand vorliegen. Verweilzeit oder Arbeitstemperatur sind dabei nicht frei wählbar, sondern ergeben sich aus den optimalen Verarbeitungsbedingun­ gen.

Durch ihre chemische Struktur sind die meisten Polymere bei diesen Arbeitsbedingungen jedoch thermisch instabil und einem Abbau ausgesetzt, der notwendigerweise um so grösser ist, je höher die Arbeitstemperatur und je länger die Verweilzeit ist.

Besonders nachteilig wirken sich in Spinn- und Filtervorrichtungen sogenannte Toträume aus. Dies sind konstruktiv ungünstig gelöste Bereiche in den Vorrichtungen, die vom Poly­ mer besonders langsam durchströmt werden. Die Verweilzeit des Polymers kann in den Toträumen ein Vielfaches der eingestellten mittleren Verweilzeit betragen. In solchen Berei­ chen wird das Polymer in der Regel noch stärker abgebaut und dadurch qualitativ geschä­ digt, was durch Verfärbungen und optische Aktivität des Polymers nachgewiesen werden kann.

Ein durch Abbau geschädigtes Polymer führt im ausgesponnenen Polymerfaden oder -filament zu Verfärbungen und Abrissen einzelner Kapillaren. Dies hat erhebliche Störungen im Bezug auf Produktqualität und Produktionsausbeute zur Folge.

Während in den Spinnanlagen durch Optimierungen eine wesentliche Reduktion solcher schlecht durchströmter Bereiche erreicht wurde, ist das Schmelzefilter noch immer ein Ele­ ment mit zahlreichen Totzonen.

Dabei ist es dem Fachmann bekannt, dass nach längerer Arbeitsdauer eines Filters bei des­ sen Demontage, bereits äusserlich sichtbar, abgebaute Polymerschmelze vor allem an den Filterenden nachgewiesen werden kann.

Die Polymerschmelze durchfliesst, bedingt durch grosse Querschnitte, das Filter mit relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit. Um nach der Filtration eine gute Durchmischung der Schmelze zu erreichen, sind im allgemeinen aufwendige Mischer nachgeschaltet, die die Schmelze anschliessend wieder vereinheitlichen sollen.

Des weiteren sind die Strömungsverhältnisse in den Filtern mit Bauweisen nach dem Stand der Technik nicht konstant. In neu eingebauten Filterkerzen wird sich eine erhöhte Polymer­ menge durch die eintrittsnahe Filtrierzone bewegen, während der Rest der Filterkerze ent­ sprechend weniger Schmelze erhält und diese Schmelze durch die längere Verweilzeit stär­ ker abgebaut wird.

Erschöpft sich die eintrittsnahe Filterzone durch Filterrückstände, wird sich eine stärkere Strömung in den eintrittsfernen Bereichen aufbauen mit der Folge einer erhöhten Verweilzeit des Polymers in der eintrittsnahen Zone.

Werden mehrere Filterelemente in einem Filtergehäuse angeordnet, ist bei unterschiedli­ chem Druckabfall über die einzelnen Filterelemente - zum Beispiel auf Grund ihrer Vorge­ schichte - den Filterelementen ein entsprechend unterschiedlicher Polymerdurchsatz zuge­ ordnet. Dies führt zu unterschiedlichen Verweilzeiten der Polymerschmelze in den einzelnen Filtern und somit zu einer weiteren Verschlechterung der Polymerqualität.

Es ist verschiedentlich versucht worden, durch speziell ausgebildete Verdränger für eine Verbesserung der Schmelzeverteilung über die Kerzenlänge zu sorgen. Die Verteilung der Schmelze konnte durch solche Massnahmen sicher verbessert werden, jedoch das Grund­ problem, die Totzonen zu beseitigen, wurde nicht befriedigend gelöst.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt

• - in der Vergleichmässigung der Verweilzeit der Polymerschmelze im Filtersystem und
• - in der Vermeidung oder drastischen Reduzierung von Toträumen im Bereich der Filtereinheit.

Die vorliegende Erfindung hat somit ausserdem zur Aufgabe, das Polymere selbst zu ver­ gleichmässigen beziehungsweise vor thermischem Abbau zu bewahren und dadurch Pro­ duktqualität und Ausbeute des Spinngutes deutlich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Filterkerzen Einheit für Polymerschmelzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren gemäss den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

Sie wird insbesondere dadurch gelöst, dass die Filterkerze statt mit einem Verdränger mit einem speziellen Schmelzeführungselement 21 und einem Schmelzeumlenkorgan 24, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, versehen ist. Dieses rohrförmige Schmelzeführungselement 21 weist einen variablen inneren Hohlraum 22 auf, durch den die zuvor filtrierte Schmelze zentral zur offenen, verschraubten Austrittsseite hin abgeführt wird, und hat an seinem ebenfalls offenen eintrittsseitigen Rohrende 25 einen definierten, unter dem Schmelzeum­ lenkorgan 24 angeordneten Ringspalt 24a, sowie radiale Bohrungen 23 in seiner Wandung, durch welche die Schmelze an beliebigen Stellen in den Innenraum des Rohres gelangen kann. Das Schmelzeumlenkorgan 24 ist an der Innenseite des Deckels angeformt.

Die Breite des Ringspalts 24a liegt im Bereich zwischen 1 bis 5 mm, vorzugsweise im Be­ reich zwischen 2 bis 4 mm.

Zudem spielt der Abstand zwischen Schmelzeführungselement 21 und dem Stützkörper 14 der Filtereinheit der Filterkerze eine erfindungsgemässe Rolle. Es wurde daher ein Durch­ messerverhältnis zwischen dem Aussendurchmesser D₁ des Schmelzeführungselementes 21 und dem Innendurchmesser D₂ des Stützkörpers 14 ermittelt, das für die optimale Funk­ tion innerhalb gewisser Grenzen liegen sollte.

Dieses beträgt bevorzugt

0,45 ≦ D₁/D₂ ≦ 0,975

und besonders bevorzugt

0,75 ≦ D₁/D₂ ≦ 0,85

Durch Anzahl, Anordnung, und Dimensionierung der Bohrungen 23 kann das Strömungs­ profil über die Kerzenlänge in sehr weiten Grenzen eingestellt werden, wobei vorzugsweise auf einer Querschnittslinie oder Querschnittsebene zwei oder mehr Bohrungen ange­ bracht sind.

Die Bohrungen 23 sind vorzugsweise symmetrisch über den Umfang des Schmelzeführung­ selementes 21 verteilt, ihre Achsen weisen bevorzugt zur Rohrmitte.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Bohrungen nicht radial, sondern tangential in der Wandung des Schmelzeführungselements 21 angebracht. Tangential heisst dabei, dass im Querschnitt des Schmelzeführungselements 21 betrachtet die Bohrungen 23 so angebracht sind, dass jeweils deren vom Zentrum des Schmelzeführungselements 21 am weitesten entfernte Mantellinie eine Tangente an den Innenkreis beziehungsweise an den inneren Hohlraum des Schmelzeführungselements 21 bildet und somit einen Abstand von der durch das Zentrum des Schmelzeführungselements 21 gehenden parallelen Geraden von einem halben Innendurchmesser des Schmelzeführungselements 21 hat. Dadurch wird ein tangentiales Einströmen der Schmelze in den Hohlraum erreicht, was zur Verbesserung von Strömung und Durchmischung ausgenützt werden kann. Dabei gibt es neben anderen Möglichkeiten die Variante, die tangentialen Bohrungen jeweils paarweise so aufeinander auszurichten, dass sie auf derselben Bohrungsachse liegen. Durch das direkte Aufeinander­ prallen von jeweils zwei Schmelzeströmen aus entgegengesetzten Richtungen ergeben sich so im Inneren des Schmelzeführungselements 21 intensive Mischpunkte.

Bei einer anderen Variante der tangentialen Ausführungsform werden einzelne tangentiale Bohrungen rotationssymmetrisch über den Umfang des Schmelzeführungselements verteilt. Beim Einströmen der Schmelze ergibt sich auf diese Art im Inneren des Schmelzeführungs­ elements eine Zirkulationsströmung ähnlich wie in einem Zyklon, was zusammen mit der überlagerten axialen Strömung zum Austritt hin ebenfalls für eine Durchmischung und Ho­ mogenisierung sorgt.

Die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen weitere Ausführungsformen des Schmelzeführungselements 21 mit unterschiedlich gestaltetem Innendurchmesser.

Der Bohrungswinkel 26 liegt vorteilhafter Weise zwischen 45 und 135°, vorzugsweise 90°. Der Durchmesser 28 der einzelnen Bohrungen 23 beträgt bevorzugt zwischen 0,7 und 5 mm. Die Bohrungen 23 selbst können zylindrisch, konisch verengend oder konisch sich er­ weiternd ausgeführt sein. Bohrungsdurchmesser, Anzahl der Bohrungen pro Ebene 27 und die Anzahl der Ebenen sind variabel und müssen hinsichtlich Durchsatz und Schmelzevisko­ sität optimiert werden.

Die Form des Schmelzeführungselements 21 kann zylindrisch, gestuft zylindrisch Fig. 4c, oder konisch ausgeführt sein, wobei die Durchmesseränderung auf der Aussenseite (Fig. 4a), auf der Innenseite (Fig. 4b) oder beidseitig erfolgen kann. Auch Kombinationen der ver­ schiedenen Bauweisen sind möglich.

Die Eintrittsseite des Schmelzeführungselements 21 ist strömungsgünstig ausgeformt, dar­ über befindet sich das ebenfalls strömungsgünstig geformte Schmelzeumlenkorgan 24 (Fig. 3), durch welches mit dem offenen Ende des Schmelzeführungselements 21 ein Ringspalt 24a gebildet wird.

Durch den höheren Druckabfall gegenüber der Standardausführung, der durch das Schmel­ zeführungselement der erfindungsgemässen Filterkerzen-Einheit bewirkt wird, ergibt sich eine gleichmässige Polymerbeaufschlagung der einzelnen Bereiche der Filterkerze in Längsachse. Dadurch wird die beschriebene kritische Wechselbelastung der einzelnen Fil­ terabschnitte in Ausführungen nach dem Stand der Technik vermieden.

Der relative Druckabfall des Schmelzeführungselementes 21 über den einzelnen Segment­ ebenen, d. h. die Druckverteilung, wird gemäss den Erfordernissen der eingesetzten Filter­ kerze so definiert, dass das gewünschte Strömungsprofil über die Filterkerzenlänge erreicht wird und sich dieses über die Einsatzdauer des Filters nicht oder nicht merklich ändert, d. h. stabil bleibt.

Um die zur Totraumbildung (Stagnation) neigenden Bereiche der Filterkerze ausreichend zu durchströmen ist eine Erhöhung des Volumenstromes in diesen Bereichen um 2,5 bis 35% über den mittleren Durchsatz gerechnet, als besonders vorteilhaft gefunden worden.

Die absolute Grösse des neben der Geometrie vom Schmelzedurchsatz abhängigen Ge­ samt-Druckabfalles über das Schmelzeführungselement 21 ist bezüglich der optimalen Wir­ kung rechnerisch kaum zu erfassen und war deshalb für den Fachmann nicht vorhersehbar. Sie ist am einfachsten an der erfindungsgemässen Vorrichtung experimentell zu ermitteln. Als geeignet wurde ein Druckabfall über das Schmelzeführungselement von 2 bis 50 bar, bevorzugt von 3 bis 30 bar, gefunden.

Der Druckabfall über das Schmelzeführungselement 21 bleibt bei konstantem Gesamt- Volumenstrom ebenfalls konstant, weil sich ja sein Strömungswiderstand nicht ändert. Hin­ gegen steigt, allerdings deutlich langsamer als bei herkömmlichen Vorrichtungen, der Druckabfall über die Filterkerzen-Einheit als Ganzes gesehen an, weil in der eigentlichen Filterfläche durch fortlaufende Ablagerung von herausfiltrierten Partikeln und Schmutzteil­ chen in den Maschen bzw. Poren der Strömungswiderstand allmählich zunimmt, wodurch die Pumpe vor dem Filter immer mehr Druck aufbringen muss, um den Gesamt- Volumenstrom aufrechtzuerhalten, bis die Druckgrenze erreicht ist, bei der auf den anderen Filtereinsatz gewechselt werden muss. Dies wird anhand der nachfolgenden Beispiele noch weiter erläutert.

Die erfindungsgemässe Filterkerzen-Einheit zeigt durch die homogenere Schmelzeverteilung eine deutlich verlängerte Filterstandzeit, neben dem erheblichen Vorteil der besseren Pro­ duktequalität.

Beispiele 1 und 2:

An einer Spinnmaschine der beschriebenen Bauweise wurden nacheinander Filterkerzen in Standardbauweise und der erfindungsgemässen Ausführung eingesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt:

Tabelle 1:

Aus diesem Vergleich mit bis auf die Innenteile der Filterkerzen praktisch gleichen Bedin­ gungen lässt sich in bezug auf das Schmelzeführungselement 21 herauslesen, dass sein Druckabfall unter diesen Verhältnissen ca. 5 bar betrug, was sich aus der Differenz der Ein­ lass-Filterdrücke beim Start, d. h. im sauberen Zustand der Filterkerzen, ergibt.

Vor allem aber kann mit Tabelle 1 gezeigt werden, dass die filtrierte Polymergesamtmenge mit einem Filtereinsatz im Beispiel der erfindungsgemässen Ausführung um mindestens den Faktor 3 gesteigert werden kann, wodurch eine wesentlich längere Standzeit (Lebensdauer) der Filterkerze und eine Reduktion der Filtrationskosten erreicht werden.

Mit der erfindungsgemässen Filterkerzen-Einheit kann ferner durch Anzahl, Ort und Grösse der Bohrungen 23 in der Wandung des Schmelzeführungselementes 21 ein nahezu beliebi­ ger Massenstrom entlang der Filterkerzenlänge eingestellt werden, so dass die besonders kritischen Stellen, nämlich die Rohrenden, insbesondere im Bereiche des austrittsseitigen Endes eines plissierten Feinfilters 12, an denen ein deutlicher Abbau der Polymerschmelze beobachtet wird, gegenüber dem Rest des Filters zur Spülung mit einer erhöhten Polymer­ menge beaufschlagt werden.

Fig. 5 zeigt den spezifischen, durch die Filterfläche tretenden Massenstrom (Mspec) in % des Gesamtdurchsatzes ohne Filter, aufgetragen gegen die Filterkerzenlänge K in mm. Die Diagrammkurven 5a) und 5b) zeigen den Massenstrom von herkömmlichen Filterkerzen, wobei 5b) eine Ausführung mit optimiertem Verdränger ist. In der erfindungsgemässen Variante 5c) ist deutlich der erhöhte Massen­ strom an den Kerzenenden zu erkennen.

Durch optische Kontrolle an ausgebauten Filterkerzen-Einheiten konnte festgestellt werden, dass durch diese Massnahmen Toträume, die bei Filtersystemen nach dem Stand der Tech­ nik im Bereich der Filterkerzenenden immer auftreten, komplett vermieden werden.

Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Feinfiltrieren von Polymerschmelzen unter Verwendung der erfindungsgemässen Filterkerzen-Einheit.

In diesem Verfahren wird eine Polymerschmelze vor der Zuführung zur Spinn-, Extrusions- Granulier- oder Spritzguss-Vorrichtung, vorzugsweise vor einer Dosiereinheit wie z. B. einer Spinnpumpe, durch die erfindungsgemässe Filterkerzen-Einheit geleitet, in der die Polymer­ schmelze unter Vermeidung von Toträumen feingefiltert, in ihrer Strömung und Verweilzeit vergleichmässigt und homogenisiert und zur Weiterleitung zusammengeführt und abgeleitet wird.

Dabei findet in vorteilhafter Weise durch die vielfache Verengung des Polymerweges vor dem Abfluss aus der Filterkerze im Gegensatz zu bekannten Systemen nach dem Stand der Technik eine gute Durchmischung und Homogenisierung der einzelnen Schmelzeströme statt, wodurch nachgeschaltete Mischelemente überflüssig werden.

Der Vorteil der Durchflussvergleichmässigung, der durch einen definierten Druckabfall über das Schmelzeführungselement 21 verursacht wird, kommt besonders bei Mehrfach- Filterkerzensystemen zwischen den verschiedenen Filterkerzen einer Einheit zur Geltung. Im Gegensatz zur Verwendung von Verdrängern in herkömmlichen Systemen nach dem Stand der Technik werden im erfindungsgemässen Verfahren Durchflussunterschiede zwischen verschiedenen, parallel durchströmten Kerzen vermieden oder stark reduziert.

Der Erfindungsgedanke wurde am Beispiel einer einzelnen Filterkerzen-Einheit erläutert. Er gilt jedoch generell auch für Filtersysteme mit mehreren Einheiten oder Grossfilteranlagen mit einer Vielzahl von Filterkerzen-Einheiten und ferner für die unterschiedlichen Verfahren der Granulat- bzw. Polymerherstellung, sowie der Faser-, Filament- und Filmherstellung aus thermoplastischen schmelzspinnbaren Polymeren.

Claims (17)

1. Filterkerzen-Einheit für Polymerschmelzen, umfassend eine mehrlagige und gegebenenfalls plissierte Filterfläche in zylindrischer Form, einen darunterliegenden perforierten Stützkörper, ein rohrförmiges Element aus einem Hohlkörper mit Bohrungen, mit einer Verschraubung auf der einen und einem Deckel auf der anderen Seite, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element im Kerzeninnern der Filterkerzen-Einheit als beidseits offenes Schmelzeführungselement (21) ausgebildet, an der Austrittsseite verschraubbar ist und an der Innenseite des Deckels ein angefügtes Schmelzeumlenkorgan (24) aufweist.

2. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzeführungselement (21) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzeführungselement (21) im Innen- und/oder Aussendurchmesser konisch oder stufenförmig verändert ausgeführt ist.

4. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzeführungselement (21) in seiner Wandung radiale Bohrungen aufweist.

5. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzeführungselement (21) in seiner Wandung tangentiale Bohrungen aufweist.

6. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in mindestens einer Ebene auf der Länge des Schmelzeführungselements (21) angeordnet sind.

7. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass je Ebene mindestens zwei Bohrungen angebracht sind.

8. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in einem Winkel von 45° bis 135°, vorzugsweise 90°, zur Oberfläche angeordnet sind.

9. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen einen Durchmesser von 0,7 bis 5,0 mm aufweisen.

10. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Eintrittsöffnung des Schmelzeführungselementes (21) das Schmelzeumlenkorgan (24) so angeordnet ist, dass ein Ringspalt (24a) gebildet ist.

11. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Aussendurchmesser D₁ des Schmelzeführungselementes (21) und dem Innendurchmesser D₂ des Stützkörpers im Bereich von
0,45 ≦ D₁/D₂ ≦ 0,975
liegt.

12. Filterkerzen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis D₁/D₂ im Bereich von
0,75 ≦ D₁/D₂ ≦ 0,85
liegt.

13. Verfahren zum Feinfiltrieren von Polymerschmelzen unter Verwendung der Filterkerzen-Einheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze vor der Zuführung zur Spinn-, Extrusions-, Granulier- oder Spritzguss-Vorrichtung durch die Filterkerzen-Einheit geleitet und dort unter Vermeidung von Toträumen feingefiltert, zum Einstellen von Strömungsprofil, Verweilzeit und Volumenstrommenge über ein Schmelzeführungselement geleitet und zur Weiterleitung zusammengeführt und abgeleitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein stabiles, sich über der Einsatzdauer des Filters nicht oder nicht merklich änderndes Strömungsprofil über die Druckverteilung durch Anzahl, Anordnung und Dimensionierung der Bohrungen des Schmelzeführungselements (21) eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabfall über das Schmelzeführungselement (21) auf 2 bis 50 bar, vorzugsweise auf 3 bis 30 bar, eingestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenstrommenge über die Länge des Filterelementes eingestellt wird, die eine Stagnation der Schmelze in den kritischen Bereichen verhindert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom an den stagnationsgefährdeten Stellen der Filterkerze um 2,5-35% über dem mittleren Durchsatz eingestellt wird.