DE202013004757U1

DE202013004757U1 - Vorrichtung zum Abdichten und Evakuieren eines Behälters mit insbesondere pastöser Flüssigkeit

Info

Publication number: DE202013004757U1
Application number: DE201320004757
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2023-05-24

Abstract

Vorrichtung zum Abdichten und Evakuieren oder mit Gasdruck Beaufschlagen einer insbesondere pastösen Flüssigkeit in einem Behälter, dessen Innenraum eine zylindrische Innenkontur aufweist, – mit einer Dichtung, die auf einem Umfang der Vorrichtung angeordnet und angepasst ist, in die zylindrische Innenkontur eines Behälters umfänglich dichtend einsetzbar zu sein, und die eine Außenseite der Vorrichtung von einer Innenseite der Vorrichtung abgrenzt, und – mit einer Anschlussvorrichtung, die an der Außenseite der Vorrichtung angeordnet ist und die auf das Anschließen einer Evakuierungspumpe eingerichtet ist, und – mit einer offenporig porösen Wandung der Innenseite der Vorrichtung, die in Leitungsverbindung mit der Anschlussvorrichtung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten und Evakuieren (oder mit Gasdruck Beaufschlagen) einer insbesondere hochviskosen Flüssigkeit in einem Behälter, dessen Innenraum eine zylindrische Innenkontur aufweist.
Es ist eine bekannte verfahrenstechnische Aufgabe zum Beispiel in der Kunststoffherstellung und -verarbeitung, pastöse (hochviskose) Materialien (die zumeist nicht gerührt werden (müssen) und phasenstabil zur Lagerung und zum Transport in zylindrischen Fässern, üblicherweise aus Blech, abgefüllt sind) bei der Weiterverarbeitung mit Pumpen (in der Regel Spezialpumpen für hochviskose Flüssigkeiten) aus den Fässern zu fördern. Da die Materialien nicht selbstnivellierend sind, das heißt, so viskos sind, dass sie nicht bloß aufgrund Ihres Eigengewichts eine ebene, horizontale Flüssigkeitsoberfläche ausbilden, werden sogenannte „Fassfolgeplatten” eingesetzt (und die Förderpumpen werden üblicherweise darauf montiert). Diese Folgeplatten sind Deckelvorrichtungen, die (nach Abnahme des eigentlichen Fassdeckels) in das Fass eingesetzt werden und die mit Dichtringen versehen sind, welche die Fassfolgeplatte zur Fasswand vollumfänglich abdichten. So bilden sie eine hermetisch dichte, starre Abdeckung über der Flüssigkeit und umschließen zusammen mit dem Fassbehälter die Flüssigkeit vollständig und dicht. Die Fassfolgeplatten werden dann aktiv auf das Material aufgedrückt, und/oder gleiten bei der Materialentnahme durch ihr Eigengewicht nach unten. Dazu sind die in diesem Zusammenhang verwendeten Behälter üblicherweise Fässer, deren Innenraum eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Innenkontur aufweisen (möglicherweise mit aussteifenden Längssicken), wobei die Innenkontur üblicherweise ohne Verjüngung in eine Außenöffnung des Innenraums, nämlich in die Fassöffnung nach außen mündet.
Jedenfalls ist es für das Pumpen hochviskoser Flüssigkeiten insbesondere wegen der Beschaffenheit der dazu verwendeten Pumpen wesentlich, dass sich in der Flüssigkeit, also insbesondere auch im Fass und unter der Fassfolgeplatte möglichst keine oder zumindest nur möglichst wenige und möglichst kleine Lufteinschlüsse befinden.
Daraus ergibt sich das Problem beim Einsetzen der Fassfolgeplatte – und im industriellen Prozessablauf folglich regelmäßig beim Fasswechsel, wenn nämlich ein Fass leer ist und also gegen ein volles Fass ausgetauscht werden muss – absolut sicher zu stellen, dass keine Luft in die Förder- bzw. Dosierpumpe gelangt. Da die Fässer meist nicht randvoll abgefüllt sind, ergibt sich eine gewisse Luftmenge von der Materialoberfläche bis zur Ansatzebene der Fassfolgeplatte (Deckelöffnung des Fasses). Diese Luft entweicht im Stand der Technik durch Entlüftungseinrichtungen in Form von Bohrungen mit manuellem Verschluss, ähnlich einer Gewindestange, oder durch manuelle oder pneumatische und/oder elektrische Kugelhähne. Diese Entlüftungseinrichtungen werden geöffnet, wenn die Fassfolgeplatte in das Fass eingefahren wird. Der Luftdruck der entsteht, entweicht über die Entlüftungseinrichtung. Schon hier zu Beginn besteht Spritzgefahr von Material durch die Entlüftungseinrichtung nach außen, da von dem letzten Fasswechsel noch Material in der Entlüftungseinrichtung enthalten sein kann, und Material durch das Herausströmen der Luft, mitgefördert werden kann. Es kann zudem zu einem unkontrolliert schnellen Absacken der Fassfolgeplatte kommen, wenn die Luft schlagartig entweicht. Da die Entlüftungseinrichtung so lange offen bleiben muss, bis absolut keine Luft mehr enthalten ist, lässt es sich für den Anwender bekanntlich oftmals nicht vermeiden, in das Fass zu greifen, um zum Beispiel Becher zu wechseln, in denen das Material aus der Entlüftungseinrichtung aufgefangen wird. Somit kann bei ruckartigem Absenken der Fassfolgeplatte oder auch durch die Spritzgefahr auf den Anwender schwere Verletzung die Folge sein.
Prozesstechnisch ist Luft im System ein höchst nachteiliges Ereignis, weil die Förderpumpen ab einer gewissen Menge und Größe der Lufteinschlüsse diese nicht gegen das in dem System befindliche Material verdichten können und/oder weil die eingebrachte Luft zu Mischungsverhältnisproblemen oder sogar zum Prozessabbruch führt. Somit nehmen Anwender bekanntlich in Kauf, eine große Menge von Material aus der Entlüftungseinrichtung zu entnehmen (und also zu verlieren), um so gut wie möglich sicher zu stellen, dass keine Luft im System verbleibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Abdichten sowie Evakuieren oder mit Gasdruck Beaufschlagen einer insbesondere pastösen Flüssigkeit in einem Behälter zu schaffen, die prozess- und anwenderfreundlicher, sowie kostensparend ist und insbesondere die zuvor genannten Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dem Abdichten sowie dem Evakuieren oder mit Gasdruck Beaufschlagen einer insbesondere pastösen Flüssigkeit in einem Behälter zum Beispiel in den hier eingangs beschriebenen verfahrenstechnischen Prozessen. Die Erfindung verhindert dabei Lufteintrag in das System, Spritzgefahr, Materialverlust sowie Gefahr für die Anwender beim Einsetzen der Vorrichtung und insbesondere beim Behälterwechsel.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Dichtung auf, die auf einem Umfang der Vorrichtung angeordnet und angepasst ist, in die zylindrische Innenkontur eines Behälters (insbesondere eines der bereits beschriebenen Behälter) umfänglich dichtend einsetzbar zu sein. Vorzugsweise mündet die Innenkontur des Behälters, an die die erfindungsgemäße Vorrichtung angepasst ist, ohne Verjüngung in eine Öffnung nach außerhalb des Behälters. Die Innenkontur ist vorzugsweise kreiszylindrisch; sie ist besonders bevorzugt die kreiszylindrische Innenkontur eines glattwandigen Stahlblech-Deckelfasses mit Spannring-Verschluss (deren Durchmesser in einer verbreiteten Ausgestaltung 572 mm beträgt). Die Innenkontur, an die die Erfindung angepasst ist, kann Sicken (oder andere Strukturen zum Beispiel zur Fassversteifung) aufweisen, und zwar insbesondere in Richtung der Zylinderachse. Dazu ist die Dichtung vorzugsweise angepasst, indem sie sich zum Beispiel in die Form dieser Struktur elastisch einschmiegt.
Die Dichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung grenzt eine Außenseite der Vorrichtung von einer Innenseite der Vorrichtung ab. An der Außenseite der Vorrichtung ist eine Anschlussvorrichtung angeordnet, die auf das (direkte) Anschließen einer Vakuumpumpe eingerichtet ist. An die Anschlussvorrichtung lässt sich aber auch (indirekt) eine Leitung anschließen, die dann mit einer Vakuumpumpe in Leitungsverbindung steht. „Vakuumpumpe” oder „Evakuierungspumpe” steht dabei für eine Gasförderpumpe oder -anlage, die eingerichtet ist, Unterdruck zu erzeugen und/oder (insbesondere zum Demontieren eines entleerten Fasses in den oben beschriebenen Prozessen) auch Überdruck. So kann Überdruck auch aus einem Luftdrucknetz, das als Anlage in Betriebsstätten oftmals zur Verfügung steht eingebracht werden.
Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß zudem eine offenporig poröse Wandung der Innenseite der Vorrichtung auf, die in Leitungsverbindung mit der Anschlussvorrichtung steht. Das poröse Material lässt abzusaugendes Gas (insbesondere Luft) hindurch, während es für das insbesondere pastöse Material eine Art Labyrinthdichtung darstellt. Die poröse Wandung besteht vorzugsweise aus Aluminiumgranulat-Epoxyharz-Verbundwerkstoff wie zum Beispiel Metapor^® der Firma Hohnen & Co, Bielefeld. Es eignen sich aber überhaupt auch alle Materialien und Strukturen (und sind mit offenporig porös gemeint), die Luft durchlassen und keine Flüssigkeiten. Zum Beispiel auch Flies wie Goretex^® ist denkbar, wobei solche nicht eigenstabilen Materialien und Strukturen eine formhaltende Stützstruktur erfordern können.
Damit die pneumatische Durchleitung von der Innenseite zur Außenseite der Vorrichtung möglichst drosselungsfrei erfolgt und insbesondere am Übergang zwischen der offenporig porösen Wandung und der Leitungsverbindung zur Anschlussvorrichtung keine Engstelle Druckverlust erzeugt, kann die poröse Wandung durch einen Übergangshohlraum in die Leitungsverbindung mit der Anschlussvorrichtung übergehen, wobei der Übergangshohlraum vorzugsweise einen größeren Leitungsquerschnitt als die Leitungsverbindung hat.
Beim Aufsetzen der Fassfolgeplatte kann so direkt durch die Fassfolgeplatte die Luft im Behälter (insbesondere über der Materialoberfläche), im Material (in Form von Einschlüssen oder Blasen insbesondere nahe unter der Materialoberfläche), in der (Förder-/Dosier)-pumpe und soweit möglich auch in den Material fördernden Leitungen abgesaugt werden.
Es kann auch während der eigentlichen Materialentnahme, also während der Behälter im Betrieb entleert wird, beständig oder in Abständen Vakuum gezogen werden, um Lufteinschlüsse im Material die sich zunächst nicht nahe unter der Materialoberfläche befinden, dann aber während der Materialentnahme nach oben gelangen, herauszuziehen.
Die Kombination der Vakuumentlüftung mit einem „luftdurchlässigen” Material, durch welches die Luft mittels Vakuumpumpe großflächig abgesaugt wird, welches jedoch (wegen geringer Porengröße von vorzugsweise unter 1 mm, aber auch wegen der „labyrinthischen” Beschaffenheit des offenporig porösen Materials) das pastöse Material nicht eindringen, geschweige denn durchdringen lässt, verhindert den bisherigen (immer mit Materialverlust verbundenen) Materialaustrag, der bei der herkömmlichen Entlüftung als Kontrollphänomen regelrecht nötig war. Ebenso muss nun keine Aktivität von Menschen während des Fasswechsels an der Vorrichtung durchgeführt werden, so dass die damit verbundenen Gefährdungen vermieden werden.
Für die poröse Wandung hat sich – in Abhängigkeit von der Viskosität und der Phasenstabilität des abzudichtenden Materials – ein in mittlerer Porendurchmesser zwischen 0,0001 und 1 mm bewährt. So ist für ein Material mit einer Viskosität ungefähr wie Wasser (oder für ein höherviskoses, aber phasen-instabiles Material, welches bei dem Evakuierungsunterdruck eine Phase mit einer Viskosität ungefähr wie Wasser abscheidet) ein mittlerer Porendurchmesser zwischen ca 0,001 und 0,01 mm geeignet, während ein mittlerer Porendurchmesser zwischen 0,1 und 1 mm für das Abdichten einer pastösen Flüssigkeit mit einer Viskosität zwischen 50000 und 200000 mPas vorteilhaft ist wie zum Beispiel Raku-Tool^® CP-6070 der Firma Rampf Tooling oder eines ähnlichen Materials anderer Hersteller.
Durch die gleiche erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung kann beim Herausfahren (mittels eines zum Beispiel hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Aktuators) der Vorrichtung aus dem Behälter (zum Beispiel zum Tausch eines leeren Fasses gegen ein volles) auch die Luft eingebracht werden, damit kein Unterdruck durch das Herausfahren der Fassfolgeplatte die Demontage behindert. Denkbar ist aber auch ein aktiv „pneumatisches” Herausfahren der Vorrichtung, indem Luft unter die Vorrichtung gepumpt und die Vorrichtung so aus dem Behälter heraus gedrückt wird – sowie besonders bevorzugt die Kombination aus aktivem Herausfahren mittels Aktuator und Drucklufteintrag unter die Folgeplatte.
Durch den großflächigen Eintrag der Luft durch das poröse, luftdurchlässige Material (als eine Art Diffusor der ausströmenden Luft) wird auch die Spritzgefahr beim Herausfahren gebannt.
Die Erfindung gemeinsam mit darauf eingerichteter Steuerung kann dafür sorgen, dass vollautomatisches Ein- und Ausfahren der Fassfolgeplatte zu einem sicheren und problemlosen Standardprozess wird, welcher zudem Kosten spart, weil kein Material verloren geht. Fasswechsel insbesondere auch der verbreiteten zylindrischen Spannring-Deckelfässer mit pastösen Materialien zum Beispiel beim industriellen Mischprozess von zwei- oder mehrkomponentigem Kunststoff können ohne Materialverlust und mit wesentlich erhöhter Sicherheit durchgeführt werden.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Abbildungen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung weiter beschrieben. Darin zeigt die
Figur eine geschnittene Seitennsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Teil eines direkt daran montierten Förderpumpenaggregats, dass in ein Fass eingesetzt wird.
Die in der Figur abgebildete Vorrichtung 2 dient zum Abdichten sowie dem Evakuieren oder mit Gasdruck Beaufschlagen einer insbesondere pastösen Flüssigkeit 4 in einem Behälter 6.
Die Vorrichtung 2 weist eine kreisringförmige Gummidichtung 8 auf, die auf einem Umfang der Vorrichtung 2 angeordnet ist. Sie weist vier axial nebeneinander liegende, radial nach außen vorspringende Lamellenringe 10 mit gestaffeltem Außendurchmesser auf (aber auch alle möglichen anderen Dichtungsarten und -gestalten sind denkbar wie nur zum Beispiel ein oder mehrere Dichtungsringe mit massivem oder hohlem (schlauchartigem) Querschnitt. So ist die Dichtung 8 angepasst, in die kreiszylindrische Innenkontur 12 eines Stahlblech-Fasses 6 umfänglich dichtend einsetzbar zu sein. Die Innenkontur des Fasses 6, an die die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 angepasst ist, mündet ohne Verjüngung in die Fassöffnung 16 nach außerhalb des Stahlblech-Deckelfasses, wobei die Fassöffnung 16 zu Lagerung und Transport des darin abgefüllten hochviskosen Materials 4 mit einem Blechdeckel mit Spannring-Verschluss (nicht dargestellt) verschlossen werden kann.
Die Dichtung 8 der Vorrichtung 2 grenzt eine Außenseite 18 der Vorrichtung 2 von einer Innenseite 20 der Vorrichtung 2 ab. An der Außenseite 18 ist eine Anschlussvorrichtung 22 in Gestalt eines Innengewindes 22 angeordnet. An die Anschlussvorrichtung 22 lässt sich eine Leitung (nicht dargestellt) anschließen (nämlich einschrauben), die dann mit einer pneumatischen Förderpumpe (elektrischen oder pneumatischen Vakuumpumpe; nicht dargestellt) verbindbar ist. Die Pumpe ist eingerichtet, Unterdruck zu erzeugen und (insbesondere zum Demontieren der Vorrichtung 2 vom Fass 6 nach dessen Entleerung) auch Überdruck. Über die Anschlussvorrichtung 22 lässt sich Luftdruck aber auch aus dem herkömmlichen Drucknetz einleiten (nicht dargestellt).
Die Vorrichtung 2 weist zudem eine offenporig poröse Wandung 24 auf, die einen ringförmigen Bereich 26 der Oberfläche auf der Innenseite 20 der Vorrichtung 2 bildet. Die poröse Wandung 24 steht in Leitungsverbindung 25 mit der Anschlussvorrichtung 22. Das poröse Material 24 lässt abzusaugendes Gas 28 (insbesondere Luft) hindurch, während es für das pastöse Material 4 eine Art Labyrinthdichtung darstellt. Die poröse Wandung 24 besteht aus Aluminiumgranulat-Epoxyharz-Verbundwerkstoff mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,4 mm. Das hochviskose Material 4 ist zum Beispiel Raku-Tool^® CP-6070 der Firma Rampf Tooling.
Damit die pneumatische Durchleitung von der Innenseite 20 zur Außenseite 18 der Vorrichtung 2 möglichst drosselungsfrei erfolgt und insbesondere am Übergang zwischen dem offenporig porösen Material 24 und der Leitungsverbindung 25 zur Anschlussvorrichtung 22 keine Engstelle Druckverlust erzeugt, ist das poröse Material 24 durch einen Übergangshohlraum in Form von vier axial nebeneinander liegenden, radial nach innen sich in das poröse Material 24 hinein ersteckenden Ringkanälen 30 mit der Leitungsverbindung 25 und so mit der Anschlussvorrichtung 22 verbunden, wobei die Ringkanäle 30 durch (nicht dargestellte, auf dem Umfang verteilte) Axialkanäle mit einander in Verbindung stehen. Das eingesetzte poröse Formstück 24 wird mit Dichtringen 33 in den Fügespalten zum Grundkörper 34 abgedichtet, damit weder Material noch Druckluft sich am porösen Formstück 24 vorbei einen „anderen Weg” zu den Übergangshohlräumen 30 suchen kann, als nur durch das poröse Material 24.
Das Aggregat 32 ist ein Element einer Förderpumpe, durch die die viskose Flüssigkeit 4 sicher und ohne Lufteinschlüsse aus dem Fass 6 herausgefördert werden kann. Dies erfolgt nach dem Aufsetzen der Fassfolgeplatte 2 und dem Evakuieren der Luft 28 aus dem Zwischenraum zwischen der Vorrichtung 2 und dem (erkennbar nicht horizontalen) Flüssigkeitsspiegel der viskosen Flüssigkeit 4 sowie auch aus den Leitungskanälen des Pumpenaggregats 32.
Insgesamt sind Vorrichtung 2 und Fass 6 um die Achse 34 rotationssymmetrisch und zum beschriebenen Einsetzen der Fassfolgeplatte 2 ins Fass 6 um die gemeinsame Achse 34 rotationssymmetrisch zueinander fluchtend ausgerichtet. Vom Fass 6 ist erkennbar nur der Mündungsbereich am oberen Ende des Fasses 6 abgebildet, wo sich die Fassöffnung befindet. Der untere Bereich des Fasses mit dem Fassboden ist zum Reduzieren der Abbildungsgröße weggeschnitten.

Claims

Vorrichtung zum Abdichten und Evakuieren oder mit Gasdruck Beaufschlagen einer insbesondere pastösen Flüssigkeit in einem Behälter, dessen Innenraum eine zylindrische Innenkontur aufweist, – mit einer Dichtung, die auf einem Umfang der Vorrichtung angeordnet und angepasst ist, in die zylindrische Innenkontur eines Behälters umfänglich dichtend einsetzbar zu sein, und die eine Außenseite der Vorrichtung von einer Innenseite der Vorrichtung abgrenzt, und – mit einer Anschlussvorrichtung, die an der Außenseite der Vorrichtung angeordnet ist und die auf das Anschließen einer Evakuierungspumpe eingerichtet ist, und – mit einer offenporig porösen Wandung der Innenseite der Vorrichtung, die in Leitungsverbindung mit der Anschlussvorrichtung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Wandung einen mittleren Porendurchmesser zwischen 0,0001 und 1 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Wandung einen mittleren Porendurchmesser zwischen 0,1 und 1 mm für das Abdichten einer hochgradig pastösen Flüssigkeit mit einer Viskosität zwischen 50000 und 200000 mPas aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Wandung aus Aluminiumgranulat-Epoxyharz-Verbundwerkstoff besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Wandung durch einen Übergangshohlraum in die Leitungsverbindung mit der Anschlussvorrichtung übergeht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung angepasst ist, in die kreiszylindrische Innenkontur eines Behälters umfänglich dichtend einsetzbar zu sein.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung angepasst ist, in die kreiszylindrische Innenkontur eines glattwandiges Stahlblech-Deckelfasses mit Spannring-Verschluss umfänglich dichtend einsetzbar zu sein.