DE69124396T2

DE69124396T2 - Filtrationsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69124396T2
Application number: DE69124396T
Authority: DE
Inventors: Peter Kalman
Original assignee: PROCESS DEV Ltd
Current assignee: PROCESS DEV Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2011-11-19
Also published as: WO1992008599A2; JPH06502344A; US5632902A; EP0557376A1; WO1992008599A3; CA2055562A1; ATE148023T1; ES2096666T3; DE69124396D1; US5752539A; GB9024938D0; EP0557376B1

Description

Diese Patentschrift bezieht sich primär auf das Filtern fließfähiger Substanzen, umfassend Polymere, und insbesondere auf Ventile zur Verwendung dabei. Nichtsdestotrotz sind Aspekte offenbarter Merkmale in anderen zusammenhängen zweckdienlich.
Das Filtern von fluiden thermoplastischen Polymeren, wie z.B. wenigstens teilweise geschmolzenem Polyethylen, Polypropylen und Polystyren, ist ein wichtiger Vorgang bei der Polymerumwandlung und der Wiederverarbeitung von Altmaterial, wo Verunreinigungen, wie z.B. Betonstaub oder Metallspäne, entfernt werden müssen. Bei derartigen Einrichtungen ist es wichtig, in der Lage zu sein, den Fluß des fluiden Polymers zu steuern/regeln. Da das Vorhandensein von Verunreinigungen in dem Polymer den Betrieb herkömmlicher Ventile beeinträchtigen kann, sind Fluß-Steuer/Regel-Mittel entwickelt worden, welche das Polymer kühlen, um zu verhindern, daß dieses fließt. Ein derartiges System ist aus der GB-A-2176414 bekannt. obgleich diese Anordnung das Erfordernis genau bearbeiteter Ventiloberflächen vermeidet und durch das Vorhandensein von Verunreinigungen relativ wenig beeinträchtigt ist, weist es bestimmte Nachteile auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fluß-Steuer/Regel- Mittel vorgesehen zum wahlweisen Ermöglichen oder Beschränken eines Fluidflusses durch eine Leitung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen Seitendurchlaß umfaßt, welcher sich zu der Leitung quer erstreckt und mit dieser in Verbindung steht, wobei der Seitendurchlaß dazu eingerichtet ist, darin einen wenigstens teilweise verfestigten Dichtungspfropfen einer fließfähigen Substanz, ein Betätigungsmittel zum Drängen des Dichtungspfropfens in die Leitung, um den Fluidfluß durch diese zu beschränken, und ein thermisches Steuer/Regelmittel aufzunehmen, welches der Leitung zugeordnet ist, um wahlweise das Ausmaß der Verfestigung des Dichtungspfropfens zu erhöhen oder zu verringern.
Somit sieht die Erfindung eine alternative Anordnung zum Steuern/Regeln des Flusses von Fluiden, wie z.B. thermoplastischen Polymeren, durch einen Pfropfen aus im wesentlichen verfestigtem Polymer vor, welcher in einem Seitendurchlaß ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise zum Steuern/Regeln des Flusses von Material verwendet werden, um einen Fluß in den Einlaß eines Filterdurchlasses einer Filtereinrichtung zu gestatten oder zu verhindern.
Die Wärme des Polymermaterials in der Leitung würde normalerweise dazu neigen, den Pfropfen zu schmelzen, um wieder einen Strom zu ermöglichen. Unter einigen Umständen, wenn lediglich eine kurze und möglicherweise teilweise Einschnürung des Stroms erforderlich ist, könnte es akzeptierbar sein, dies zu gestatten. Vorzugsweise ist jedoch ein Kühlmittel in dem Bereich vorgesehen, in dem der Pfropfen die Leitung blockieren wird, so daß die Flußeinschnürung solange wie gewünscht beibehalten werden kann. Eine Einschnürung kann in der Leitung vorgesehen sein, um das Positionieren des Pfropfens zu unterstützen.
Wenn der Fluß durch die Leitung wiederhergestellt werden soll, dann kann der Bereich des Pfropfens erhitzt werden, entweder einfach durch Beenden des Kühlens oder durch Zuführen von Wärme unter Verwendung geeigneter Mittel. Es kann ferner eine mechanische Kraft auf den Pfropfen ausgeübt werden, um dessen Verschiebung zu bewirken oder zu unterstützen.
Wenn einmal ein Pfropfen verwendet worden ist, dann muß ein weiterer in dem Seitenkanal durch Kühlen gebildet werden. In einigen Fällen kann die Zeit, die dazu erforderlich ist, übermäßig lange dauern, und bis ein frischer Pfropfen geformt ist, kann ein Zyklus zum Schließen, Öffnen und dann Wiederschließen der Leitung nicht beendet werden. In einigen Fällen können zwei oder mehrere Seitenkanäle vorgesehen sein, so daß wiederum Pfropfen zur Verfügung stehen. Ferner kann das Kühlen des Pfropfens schneller durchgeführt werden, wenn sein Querschnitt vergrößert ist, d.h. wenn der Pfropfen für eine vorgegebene Querschnittsfläche einen großen Umfang aufweist. Es kann ferner vorteilhaft sein, den Pfropfen mit einem Einsatz mit guter thermischer Leitfähigkeit vorzusehen, wie z.B. einem Metallstift, wenigstens während er in dem Seitendurchlaß ist. Dies wird das Leiten der Wärme weg von dem Material, welches den Pfropfen bildet, unterstützen und die Verfestigungsgeschwindigkeit erhöhen.
Vorzugsweise ragt der Einsatz nicht zu weit in die Leitung, wenn der Pfropfen bewegt wird, um einen Kontakt mit großen Verunreinigungspartikeln in der Leitung zu vermeiden.
Es ist vorteilhaft, das Ende eines Pfropfens in dem Seitendurchlaß, das der Leitung benachbart ist, etwas weicher zu gestalten als den restlichen Pfropfen. Wenn in der Leitung Verunreinigungen vorhanden sind, dann wird das aufgeweichte Ende sich selbst um diese herum verformen, so daß ein effektives Abdichten gegen die Wandungen der Leitung immer noch erreicht werden kann. Dies kann selbst bei großen Verunreinigungen wie z.B. Spänen oder Kieseln erreicht werden. Die Wärme des Materials in der Leitung kann ausreichend sein, um dieses lokale Erweichen zu erreichen; der Aufbau und die Anordnung der Leitung, des Seitendurchlasses und des Kühlmittels können jedoch derart eingestellt sein, daß sie dies hervorrufen.
Der Pfropfen in dem Seitendurchlaß kann durch mechanische Mittel und/oder durch hydraulische oder pneumatische Mittel in die Leitung bewegt werden. Typischerweise wird auf diesen durch einen Kolben eingewirkt, welcher innerhalb des Seitendurchlasses hin- und herbewegbar ist. Die Temperatur in dem Seitendurchlaß kann kurzzeitig erhöht werden, um die Bewegung des Kolbens durch Verringern der Reibung zwischen dem Kolben und den Seitenkammerwandungen zu vereinfachen. Dies kann durch Einstellen des Kühlmittels und/oder durch Betätigen des Heizmittels für den Seitendurchlaß erreicht werden. Der Kolben kann mit einer Verlängerung versehen sein, welche in den Pfropfen ragt, um das Kühlen zu unterstützen, und der Kolben selbst ist vorzugsweise wärmeleitend, beispielsweise ist er aus Metall hergestellt.
Durch Vorsehen eines geeigneten Ablaßdurchlasses könnte Material zum Bilden eines neuen Pfropfens zu dem Seitendurchlaß hinter dem Pfropfen, welcher in der Leitung ist, geleitet werden, wobei dieser Pfropfen vorzugsweise einen Abschnitt aufweist, welcher immer noch in dem Seitendurchlaß ist und diesen abdichtet. Tatsächlich könnte der Seitendurchlaß einen langgestreckten Dichtungspfropfen enthalten, welcher durch die Verfestigung von frischem geschmolzenem Material an dem von der Leitung entfernten Ende ergänzt wird. Aus Gründen der Einfachheit tritt jedoch das frische Material vorzugsweise in den Seitendurchlaß von der Leitung her ein, wenn der Pfropfen von der Leitung mechanisch und/oder durch Schmelzen verschoben ist. Es ist erforderlich, den Seitendurchlaß an dem von der Leitung entfernten Ende abzudichten. Wenn ein lose passender Kolben zum Einwirken auf den Pfropfen verwendet wird, dann kann das Abdichten vermittels eines dünnen Films von verfestigtem Polymer zwischen dem Kolben und den gekühlten Wandungen der Seitenkammer erreicht werden. Der Kolben selbst könnte gekühlt werden, obgleich normalerweise das Kühlen der Seitenkammer genügt.
In einigen Ausführungsformen wird der Pfropfen unter dem Einfluß des Hydraulikdrucks des fluiden Polymers bewegt. Dies kann durch einen Hydraulikverstärker erreicht werden, welcher einen Kolben mit relativ großer Fläche aufweist, der dem Druck des geschmolzenen Polymers ausgesetzt ist und beispielsweise durch eine Kolbenstange mit einem Kolben mit relativ kleiner Fläche verbunden ist, welcher dazu verwendet wird, den Pfropfen in die Leitung gegen den Druck des darin enthaltenen fluiden Polymers zu drängen.
Jeder Kolben könnte aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Metall, hergestellt sein. Die Kolben können jedoch vorteilhafterweise wenigstens teilweise aus gekühltem und ausreichend starrem Polymer hergestellt sein. Der Dichtungspfropfen selbst könnte den kleinen Kolben bilden, der durch fluides Polymer von dem Kolben mit größerem Querschnitt getrennt ist, der jedoch mit diesem beispielsweise durch eine Kolbenstange gekoppelt ist.
Diese Fluß-Steuer/Regel-Mittel können im Falle eines Umleitventils besonders hilfreich sein, welches zum Umschalten der Ausgabe von einem Extruder auf den einen oder den anderen von zwei Filterdurchlässen eingerichtet ist. In einem derartigen Falle sind zwei Fluß-Steuer/Regel-Mittel vorgesehen, um parallel zu wirken, und eine gemeinsame Betätigungseinrichtung kann vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Anordnung derart, daß die beiden Durchlässe axial ausgerichtet sind. Eine gemeinsame Betätigungseinrichtung, wie z.B. ein zweiendiger Hydraulik- oder Pneumatikzylinder kann zum Betätigen der beiden verwendet werden. Wenn beide Ventile offen sind, dann sind die Kräfte aufgrund des Drucks des auf diese Betätigungseinrichtung einwirkenden Polymers auf beiden Seiten gleich, so daß die Betätigungseinrichtung nur die Reibungskräfte beider Pfropfen überwinden muß. Wie vorangehend angegeben, kann das Erhitzen der Seitendurchlässe derartige Reibungskräfte während der Betätigung verringern.
Unabhängig davon, ob eine Betätigungseinrichtung für ein einziges Fluß-Steuer/Regel-Mittel vorgesehen ist, oder ob eine doppelt wirkende Betätigungseinrichtung für beispielsweise zwei Fluß-Steuer/Regel-Mittel vorgesehen ist, welche ein Umleitventil bilden, wie vorangehend beschrieben, kann der Druck des fluiden Polymers auf abwechselnde Seiten eines Kolbens ausgeübt werden, um eine Hin- und Herbewegung zu bewirken. Das fluide Polymer kann durch ein einfaches Fluß- Steuer/Regel-Ventil auf jede Seite geleitet werden, welches einen temperaturgesteuerten Block mit einem vergleichsweise kleinen Flußkanal durch diesen hindurch aufweist. Die Seite des Kolbens, welche nicht dem Schmelzdruck ausgesetzt ist, wird entlüftet.
Obgleich das Fluß-Steuer/Regel-Mittel in anderen als den vorangehend beschriebenen Anwendungen zweckmäßig sein kann, ist es zum Filtern von fluidem Polymer besonders zweckmäßig. Somit ist die Einrichtung der Erfindung vorzugsweise in eine Einrichtung zum Filtern einer fluiden polymeren Substanz eingegliedert, welche einen Filterdurchlaß umfaßt, der einen mit einer Quelle von fluider polymerer Substanz verbindbaren Einlaß sowie einen Auslaß aufweist, sowie Mittel zum Anordnen eines Filterteils in dem Durchlaß zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei das Fluß-Steuer/Regel-Mittel für eine Leitung vorgesehen ist, durch welche die Substanz hindurchlaufen kann.
Es wird besonders bevorzugt, daß die Einrichtung in einer Einrichtung zum Filtern einer fließfähigen Substanz enthalten ist, welche Einrichtung erste und zweite Filterdurchlässe aufweist, von welchen jeder aufweist:
(a) einen Einlaß für zu filternde Substanz und einen Auslaß für gefilterte Substanze,
(b) eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für einen in den Durchlaß einzuführenden und aus diesem zu entnehmenden Filter an einem Ort, welcher zwischen dem Substanzeinlaß und dem Substanzauslaß angeordnet ist,
(c) Dichtungsmittel für die Einlaß- und Auslaßöffnungen, und
(d) Mittel zum Einführen eines frischen Filterteils in den Durchlaß durch die Einlaßöffnung und zum Entfernen eines gebrauchten Filterteils durch die Auslaßöffnung,
worin Mittel vorgesehen sind zum Verbinden der Auslässe der ersten und zweiten Durchlässe miteinander und worin das Fluß- Steuer/Regel-Mittel derart betätigbar ist, daß es einen Fluß der Substanz von einer Quelle derselben in den Einlaß des ersten Filterdurchlasses, durch ein darin angeordnetes Filterteil und aus dem Auslaß desselben heraus ermöglicht, während ein derartiger Fluß in den und durch den zweiten Durchlaß beschränkt ist, und einen Fluß der Substanz von einer Quelle derselben in den Einlaß des zweiten Filterdurchlasses, durch ein darin angeordnetes Filterteil und aus dem Auslaß desselben heraus ermöglicht, während es einen derartigen Fluß in den und durch den ersten Durchlaß beschränkt.
In den bevorzugten Ausführungsformen wird der Filterpfropfen durch Verfestigung einer Menge des Polymers, welches in den Seitendurchlaß eingetreten ist, gebildet.
Die Verwendung eines Dichtungspfropfens, welcher aus thermoplastischem Material besteht, bedeutet, daß unter den geeigneten thermischen Bedingungen der Pfropfen sich an die Form der Leitung anpassen wird und eine effektive Abdichtung gegen dessen Wände bilden wird. Wie bereits erwähnt, kann die Dichtung unbeachtet des Vorhandenseins von Verunreinigungen in der Leitung gebildet werden. Da der Pfropfen sich kontinuierlich verformt, kann das Ventil nicht aufgrund von Verunreinigungen permanent beschädigt oder verstopft werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Fluß-Steuer/Regel-Mittel ein erstes Gehäuseteil, welches einen Teil der Leitung für den Fluidfluß bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches den Seitendurchlaß bildet, der sich von der Leitung quer erstreckt und mit dieser in Verbindung steht, wobei die beiden Gehäuseteile durch einen Abschnitt verringerter thermischer Leitfähigkeit verbunden sind, wie z.B. einem relativ engen Abschnitt, um ein Ausmaß an thermischer Isolation vorzusehen.
In den bevorzugten Ausführungsformen des Polymerfilterns unter Verwendung der vorangehend beschriebenen Einrichtungen und Verfahren werden unter Zuständen hoher Verunreinigung Filter periodisch gereinigt, wieder verwendet und dann ersetzt, wenn das Reinigen ineffektiv wird. Dies kann ohne Unterbrechung des Gesamtfilterbetriebs und ohne Verwendung von manueller Arbeitskraft erreicht werden. Die Integrität der Einrichtung wird trotz des Vorhandenseins von abtragenden Verunreinigen beibehalten. Filterteile können ohne dem Risiko eines Bruchs bewegt werden, selbst wenn kostengünstige und leicht aufgebaute Filter verwendet werden. Die Fluß-Steuerung/Regelung wird in einer effektiven Art und Weise durchgeführt. Viele neue und erfinderische Merkmale und Kombinationen von Merkmalen sind vorangehend und in der nachfolgenden spezifischen Beschreibung offenbart und es ist vorgesehen, daß der Schutz sich auf all diese erstreckt.
Einige Ausführungsformen von Einrichtungen und Verfahren, welche die vorangehend beschriebenen erfinderischen Merkmale verwenden, werden nun anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht einer Filtereinrichtung wiedergibt;
Figuren 2 und 3 eine geschnitte Draufsicht und eine geschnittene Seitenaufrißansicht eines Fluß-Steuer/Regel- Mittels zeigt;
Figur 4 ein verbessertes Detail eines Teils der Figur 2 zeigen;
Figuren 5 und 6 eine geschnittene Draufsicht und eine geschnittene Seitenaufrißansicht eines weiteren Fluß-Steuer/Regel-Mittels zeigen;
Figuren 7 und 8 eine geschnittene Seitenaufrißansicht und eine teilweise geschnittene Endansicht einer Filterkammer zeigen;
Figuren 9, 10 und 11 zwei geschnittene Seitenaufrißansichten bzw. eine Endansicht einer weiteren Filterkammer zeigen;
Figur 12 einen Axialschnitt einer Betätigungseinrichtung zeigt, welche einen Teil einer Filtereinrichtung bilden kann;
Figur 13 eine alternative Ausführungsform ist, welche zwei Extruder verwendet;
Figur 14 eine geschnitte Ansicht eines alternativen Ablaßventils ist;
Figur 14a eine Teil-Endansicht des an dem Filterkörper anbringbaren Ablaßventils ist;
Figur 14b eine Teilansicht des Endes des Ablaßventils ist, von welchem abgelassenes Material austritt;
Figur 15 eine Seitenaufrißansicht einer Doppelventilanordnung ist;
Figur 15a eine Teildraufsicht von einem der beiden Ventile der Doppelventilanordnung der Figur 15 ist;
Figur 16a eine Seitenaufrißansicht eines alternativen durch zwei Kolben betätigten Ventils ist;
Figur 16b eine Teildraufsicht der Ventileinheit der Figur 16a ist;
Figur 16c eine Endansicht des Ventilkörpers der Ventileinheit der Figur 16a mit entferntem Rahmen ist;
Figur 16d eine Teildraufsicht der Ventileinheit der Figur 16a ist;
Figur 17 eine Aufrißansicht einer Ausführungsform einer Filterkammer ist, welche die Struktur von Filterhalteelementen zeigt, welche den Filter während des Rückspülens halten; und
Figur 17a eine Schnittansicht der Halteelemente ist.
Wenn man sich der Figur 1 zuwendet, so enthält ein Filterkörper 1 zwei gleiche zylindrische Filteröffnungen, die Seite an Seite angeordnet sind, von welchen eine bei 2 geschnitten dargestellt ist. Die Filteröffnungen enthalten konisch ausgehöhlte Endkappen 3, 4, 5 und 6, welche an dem Filterkörper 1 durch Bolzen angebracht sind, von welchen einer bei 7 gezeigt ist, und jede Endkappe trägt eine perforierte Haltescheibe, von welchen zwei bei 8 und 9 gezeigt sind und von welchen jede mit einer Vielzahl von ausgerichteten Öffnungen, wie bei 10 und 11, versehen sind. Geeignete Filter 12 und 13, die beispielsweise aus gewebter Stahlwolle hergestellt sind, laufen zwischen jedem Paar von Haltescheiben hindurch.
Ein Verteilerrohr 14, welches mit Bandheizern, von welchen einer bei 15 gezeigt ist, und einem Druckumsetzer 16 versehen ist, leitet geschmolzenen Kunststoff und führt zu den beiden Filteröffnungen über zwei Ventile 17 und 18, welche, wenn gewünscht, vermittels eines doppelendigen Pneumatikzylinders 19 betätigt werden.
Jede Filteröffnung weist ein Auslaßventil, wie z.B. 20 und 21, auf. Gefilterter Kunststoff, welcher durch jeden Filter 12 oder Filter 13 hindurchgelaufen ist, wird durch eine Leitung 22 gesammelt, welche durch Bandheizer geheizt wird, von welchen einer bei 23 gezeigt ist, und welche einen weiteren Druckumsetzer 24 aufweist. Der Kunststoff tritt in die Öffnungen ein und verläßt diese in der Richtung a-a.
Im Betrieb, wenn beide Filter 12 und 13 im wesentlichen nicht verstopft sind, was durch die bei den Umsetzern 16 und 24 gemessene Druckdifferenz bestimmt ist, sind die Ventile 17 und 18 offen und Ventile 20 und 21 sind geschlossen, so daß im wesentlichen geschmolzener Kunststoff, welcher beispielsweise durch eine Extruderzuführleitung 14 vorgesehen ist, gleichzeitig in beiden Filterkammern gefiltert wird und durch die Leitung 22 gesammelt wird und beispielsweise zu einem Granulator geleitet wird.
Wenn die Differenz zwischen den Drücken stromaufwärts und stromabwärts der Filter eine vorbestimmte Grenze erreicht, dann wird eines der Einlaßventile, das einer der beiden Filterkammern zugeordnet ist, beispielsweise 17, geschlossen und das zugeordnete Ablaßventil, das mit der gleichen Filterkammer in Verbindung steht, hier 20, wird geöffnet. Im wesentlichen geschmolzener Kunststoff, welcher durch den stromabwärtigen Druck innerhalb der Leitung 22 angetrieben wird, fließt durch einen der Filter, hier 12, in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen, in welcher der Kunststoff während des Filterns fließt, und ein Teil der an dem Filter 12 gesammelten Verunreinigungen wird entfernt und durch das Ablaßventil 20 aus der Filterkammer hinausgetragen. Wenn der Großteil der gesammelten Verunreinigungen entfernt worden ist, dann wird das Ablaßventil 20 wieder geschlossen und das Filtern wird wieder durch beide Filter hindurch aufgenommen. Wenn die Differenz zwischen den Drücken stromaufwärts und stromabwärts wieder auf den vorbestimmten Grenzwert ansteigt, dann wird der andere Filter, hier 13, der in der benachbarten Filterkammer angeordnet ist, in gleicher Weise durch Entfernung der Verunreinigung unter Verwendung eines Gegenflusses durch das Ablaßventil 21 gereinigt.
Die Abfolge der Filter- und Ablaßoperationen wird für eine Anzahl an Wiederholungen wiederholt, bis folgend auf einen Ablaßbetrieb die Differenz zwischen den Drücken stromaufwärts und stromabwärts nicht mehr auf einen ausreichend geringen Wert zurückkehrt, was anzeigt, daß das Reinigen des Filters nicht länger effizient genug ist.
In dieser Phase wird der Kunststofffluß zu einer der Filterkammern, beispielsweise vermittels des Ventils 17, abgeschaltet, wobei beide Ablaßventile 20 und 21 geschlossen sind, und während das Filtern durch den Filter 13 hindurch andauert, wird der Filter 12 durch die Filterkammer 2 in einer Art und Weise bewegt, welche derjenigen, die in der GB-A-1181075 beschrieben ist, entspricht, jedoch mit einem wesentlichen Unterschied: da das Filtern nicht über den bewegten Filter hinweg andauert, ist hier keine Druckdifferenz über den sich bewegenden Filter 12 vorhanden, welcher sich daher leicht und frei von Reibung gegen die zwei perforierten Haltescheiben 8 und 9 und trotz der starken Verstopfung, welche der Filter 12 dann aufweisen wird, bewegen kann.
Nachdem der Filter 12 ersetzt worden ist, wird das Ventil 17 wieder geöffnet und das Ventil 18 wird geschlossen, wobei das Ablaßventil 21 immer noch geschlossen ist, so daß der Filter 13 nun bewegt werden kann, wobei keine Druckdifferenz über diesen Filter hinweg vorhanden ist, während der Filter 12 filtert. Danach wird das Filtern wieder mit beiden Ventilen 17 und 18 geöffnet fortgesetzt, bis ein ausreichendes Verstopfen auftritt, so daß wieder ein Reinigen der Filter durch Gegenfluß erforderlich ist.
Man erkennt, daß im Gegensatz zur Verwendung der in der GB-A- 1181075 beschriebenen Einrichtung, die vorliegende Einrichtung keine konstanten Druckbedingungen im Betrieb benötigt, sondern, mit der Verwendung geeigneter automatischer Überwachungs-Steuer/Regel-Einrichtungen, welche die beiden Druckumsetzer überwacht, ermöglicht sie ein permanentes Filtern selbst stark verunreinigter Kunststoffmaterialien, ohne daß eine Bedienerüberwachung erforderlich ist, bis ihre Filterversorgung erschöpft ist, und aufgrund der Tatsache, daß ihre Filter im Abhandensein einer Druckdifferenz über den sich bewegenden Filter hinweg bewegt werden, kann sie unter Verwendung kostengünstiger, leicht aufgebauter Filter, arbeiten; da diese Filter kontinuierlich gereinigt werden, wird ihre Gebrauchszeit wesentlich verlängert, was zu einem wirtschaftlicheren Betrieb führt.
Ein wichtiges Merkmal der Einrichtung ist das Vorsehen von neuen Flußventilen für den Kunststoff, wie z.B. 17, 18 und insbesondere 20 und 21, welche den Kunststofffluß mit einem hochkonzentrierten Verunreinigungsgehalt steuern/regeln müssen, ohne während langer Zeitperioden von andauerndem Betrieb eine Wartung zu erfordern. Derartige Ventile werden detaillierter mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschrieben.
Das Ventil besteht aus einem Körper 25, durch welchen normalerweise geschmolzener Kunststoff in der Richtung b fließt, welcher Körper mit einer Seitenkammer 26 versehen ist, die einen Kolben 27 enthält, der beispielsweise vermittels eines Pneumatikzylinders 19 der Figur 1 oder im Falle von hohen Extrusionsdrücken beispielsweise vermittels eines Hydraulikzylinders hin- und herbewegt werden kann. Der Ventilkörper 25 kann durch Heizer 28, 29, 30, 31 und 32 erhitzt werden und durch einen Kühlmittelfluß durch Kanäle, wie z.B. 33, 34 und 35, gekühlt werden. Die zylindrische Seitenkammer 26 wird durch den Fluß eines geeigneten Kühlmittels, wie z.B. Wasser, welches in einem Ringraum 36 fließt, der diese umgibt, gekühlt, so daß ein im wesentlicher starrer Kunststoffpfropfen 37 sich darin bildet, welcher als eine Druckabdichtung wirkt. Dieser Pfropfen ist an der einen Seite durch den Ventilkörper und an der anderen Seite durch den Betätigungskolben 27 begrenzt.
Wenn das Ventil geöffnet werden soll, dann wird der Flußkanal 38 innerhalb seines Körpers bei einer Temperatur gehalten, bei welcher der verarbeitete Kunststoff fließen kann. Ein Hals 39, welcher zwischen dem nun heißen Körper 25 und der kalten Seitenkammer angeordnet ist, weist einen verringerten Querschnitt auf, um die Wärmeleitung zu minimieren. Wenn es gewünscht wird, das Ventil zu schließen, dann wird der Kolben 27 bewegt, um den Pfropfen 37 in den Flußkanal 38 zu drängen, wodurch dieser verschlossen wird, und der Ventilkörper 25 wird gekühlt, um den Pfropfen 37 in situ ausreichend starr zu halten. Das erneute Öffnen des Ventils wird durch erneutes Erhitzen des Ventilkörpers 25 erreicht, so daß seine Inhalte wieder schmelzen, und der Kolben 27 wird in seine ursprüngliche äußere Position zurückgezogen, wie gezeigt. Frischer heißer Kunststoff tritt nun in die Seitenkammer 26 ein und ein neuer Pfropfen 37 beginnt sich zu bilden.
Man erkennt, daß, da das Ventil seinen dichten Abschluß ohne dem Erfordernis eines Metall-Metall-Kontakts erreicht und seine dichte Abdichtungsanlage jedesmal dann wieder bildet, wenn es geöffnet wird, es das Vorhandensein selbst von großen und abreibenden Verunreinigungen, wie z.B. Metallspänen oder Kieseln, tolerieren kann, welche Verunreinigungen dann, wenn sie in dem Flußkanal angeordnet werden, wenn das Ventil geschlossen ist, in den die Dichtung bildenden Pfropfen eingebettet werden, ohne seinen Betrieb zu beeinträchtigen. Die Temperatur des inneren Endes des Kolbens 36 nahe dem Ventilkörper kann durch längeres oder kürzes Ausbilden des Halses 39 und dickeres oder dünneres Ausbilden der Wand des Halses 39 eingestellt werden: es ist vorteilhaft, zu ermöglichen, daß das innere Ende einigermaßen warm bleibt, so daß es biegbar genug bleibt, um seine Einbettung zu ermöglichen.
Die Geschwindigkeit, mit der die Ventile betrieben werden können, ist ein wichtiger Parameter der beschriebenen Einrichtung, da sie die schlimmster-Fall-Verunreinigung beschreibt, mit welcher die Einrichtung immer noch umgehen kann, und diese Geschwindigkeit hängt von der Zeit ab, die zum Kühlen des Pfropfens 37 erforderlich ist. Eine Art zum Beschleunigen dieses Vorgangs besteht darin, den Querschnitt der Seitenkammer, und somit des Pfropfens 37, flach zu machen, so daß der Kern seines Querschnitts dem Kühlen besser zugänglich gemacht wird. Ein weiterer Weg ist in Figur 4 gezeigt, wo der Kolben 27 mit einem Stift 40 versehen ist, der aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit hergestellt ist, wie z.B. Metall; dies hilft beim Kühlen des Pfropfens 37 von innen und hält den Pfropfen 37 ferner, wenn er in den Flußkanal 38 geschoben wird; es ist jedoch am besten, den Stift 40 ausreichend kurz zu machen, so daß er in den Kanal 38 nicht zu weit eintritt und keinen Kontakt mit Partikelverunreinigungen, welche in dem Fluß mitgetragen sind, herstellt.
Ein weiterer Weg zum Beschleunigen des Ventilbetriebs besteht darin, das Ventil mit mehr als einer Seitenkammer zu versehen und daher mit mehr als einem Pfropfen; diese Pfropfen können dann wiederum den Fluß in dem Ventil unterbrechen, so daß ein Pfropfen in Betrieb ist, während ein weiterer gebildet wird. Ein Ventil mit zwei Seitenkammern ist in den Figuren 5 und 6 gezeigt, welches Ventil so wie das vorangehend beschriebene arbeitet, jedoch eine höhere Wiederholungsrate erreichen kann.
Kolben 40 und 41, welche in den den Ventilkörper 40 flankierenden Seitenkammern angeordnet sind, wechseln sich beim Schließen der Ventilbohrung 45 ab. Beide Kolben 40 und 41 sind nach außen gezogen, während das Ventil geöffnet ist und der Ventilkörper 44 wird durch die Heizer, wie z.B. 47, warmgehalten. Wenn das Ventil geschlossen werden soll, dann wird einer der Kolben nach innen geschoben und nimmt die Stellung des Kolbens 41 an, so daß der in der Seitenkammer 43, nicht gezeigt, gebildete Pfropfen in die Bohrung 45 gedrückt wird und das Ventil schließt. Die Heizer 47 in dem Ventilkörper 44 werden abgeschaltet und ein geeignetes Kühlmittel, wie z.B. Wasser, wird durch die Kühlmittelkanäle, wie z.B. 46, geleitet, um den kalten Pfropfen in dem Ventilkörper zu stabilisieren. Inzwischen wird ein frischer Kunststoffpfropfen in der Kammer 42 gekühlt, deren Kolben 40 in seiner äußeren Stellung ist, wie gezeigt. Das Ventil wird zum Durchlassen des Flusses durch erneutes Erhitzen desselben und durch Beenden des Kühlmittelflusses in seinen Kühlmittelkanälen, wie z.B. 46, wieder geöffnet und der Kolben 41 wird zurückgezogen. Wenn der Kunststofffluß durch die Ventilbohrung 45 wieder begonnen hat, dann kann dieser, wenn gewünscht, durch Betätigung des Kolbens 40 wieder gestoppt werden, während ein frischer Kunststoffpfropfen in der Seitenkammer 43 gebildet ist. Man erkennt, daß mehr als zwei Seitenkammern verwendet werden können, wenn eine noch höhere Wiederholungsrate gewünscht ist.
Die Kolben 40 und 41 der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ventilanordnung können ebenso durch ein gemeinsames Mittel betätigt werden, wie in Figur 16 gezeigt. Kolben 40a und 41a sind beide an einem Rahmen 101 befestigt, welcher durch einen doppelt wirkenden Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 102a hinund herbewegt wird, welcher an dem Ventilkörper 44a durch Streben 102 befestigt ist. Selbstverständlich können zwei Ventile, wie z.B. 44a, ebenso anstelle der Ventile 17 und 18 verwendet werden, wenn eine schnellere Wiederholung erforderlich ist.
Die in Figur 1 gezeigte Ventilanordnung wird durch ein Ventilbetätigungsmittel 91 betätigt, welches zwischen den Ventilen 17 und 18 angeordnet ist. Eine alternative Anordnung, in welcher die Betätigungsmittel außerhalb der Ventile angeordnet sind, ist in den Figuren 15 und 15a gezeigt. Kolben 97a und 97b von Ventilen 17a und 18a sind nach außen orientiert und an dem Rahmen 93 festgelegt, welcher durch Hydraulikzylinder 94 und 95 hin- und herbewegt wird, die wiederum betätigt werden, wobei die Hydraulikzylinder an Haltestreben 96 festgelegt sind, welche an dem Körper 1 durch nicht gezeigte Mittel befestigt sind.
Die Figuren 7 und 8 zeigen einen axialen Schnitt in Richtung b-b der Figur 1 sowie eine Endansicht, gesehen in der Richtung c, wobei die Leitung 14 und die Ventile 17 und 18 aus Gründen der Klarheit entfernt sind; das Ablaßventil 20 ist als ein Achsschnitt gezeigt. Der Körper 1 wird durch Heizer, wie z.B. 46, auf die Prozeßtemperatur erhitzt, und während des Filterns fließt Kunststoff durch die Kammer 2 in der Richtung a; das Ablaßventil 20 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Der Filter 12 wird, wenn erforderlich, in situ gereinigt, indem das Einströmen von Kunststoff von der Leitung 14 abgeschlossen wird und das Ablaßventil 20 in der vorangehend offenbarten Art und Weise geöffnet wird; während dieser Phase strömt Kunststoff in die Kammer 2 in einer der Richtung a entgegengesetzten Richtung, und nach dem Durchqueren der Haltescheiben 8 und 9 und des Filters 12 verläßt dieser Strom die Kammer 2 durch den Kanal 47 und das Ventil 20 und nimmt durch die entgegengesetzten Öffnungen, wie z.B. 10 des Filters gesammelte Verunreinigungen mit. Wenn ein ausreichendes Reinigen stattgefunden hat, dann wird das Ablaßventil 20 wieder geschlossen und das Filtern wird wieder aufgenommen. Man hat festgestellt, daß bei einer Anzahl derartiger Reinigungsvorgänge dieses Verfahren zunehmend weniger effizient wird und es möglicherweise erforderlich wird, ein frisches Filterteil in die Kammer einzuführen. Dies wird ausgeführt, indem zunächst das Einströmen von Kunststoff in die Kammer 2 durch Schließen des Ventils 17 gestoppt wird, und dann wird bei immer noch geschlossenem Ablaßventil 20 der Filter 12 in einer im allgemeinen in der GB-A-1181075 beschriebenen Art und Weise bewegt, während Dichtungspfropfen, welche aus dem gefilterten Kunststoff gebildet worden sind, in Öffnungen 48 bzw. 49, wo der Filter 12 in den Filterkörper 1 eintritt und diesen verläßt, durch geeignete Temperatur-Steuer/Regel-Mittel gehalten sind, wie beispielsweise in der GB-A-1181075 beschrieben; da jedoch zu dieser Zeit kein Kunststofffluß durch den Filter 12 vorhanden ist, wird diese Bewegung im wesentlichen frei von Reibungswiderstand durchgeführt. Das Vorschieben des Filters erfordert das Ausschieben des Dichtungspfropfens in dem Auslaß 49. Diese Auslaßöffnung weist eine größere Querschnittsfläche auf als die Einlaßöffnung 48, so daß es eine unterstützende Extrusionskraft gibt, die von dem Druck von Material in dem Durchlaß herrührt, welcher mit dem Auslaß des anderen Durchlasses verbunden ist. Vorzugsweise wird der gesamte verunreinigte Abschnitt des Filters in dem Durchlaß ersetzt.
Das Reinigen von Filtern wird alternierend in den beiden Filterkammern durchgeführt, ebenso wie das Ersetzen der Filter; Druckfluktuationen aufgrund dieser Betriebe können durch Verwendung von mehr als zwei Filterkammern gesenkt werden.
Die Figur 7 zeigt eine Filterkammer mit zwei diskreten perforierten Scheiben 9 und 8, welche den Filter 12 flankieren und diesen während des Filterns bzw. Rückspülens halten. Die Figuren 17 und 17a zeigen eine Anordnung, in welcher eine Haltestruktur, welche die Stelle der Scheibe 8 einnimmt, durch Schneiden von Nuten 105a bis 105i in den Filterkörper 1a gebildet ist; Wandungen, wie z.B. 105, welche zwischen diesen Nuten angeordnet sind, halten den Filter 12a während des Rückspülens. Zu filterndes Kunststoffmaterial tritt entlang eines Kanals 111 ein, und wenn dieser Kanal während des Rückspülens geschlossen ist, dann werden die an dem Filter 12 innerhalb der Nuten 105 angesammelten Verunreinigungen entlang eines Kanals 109 aus dem Filterkörper 101 herausgetragen.
Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen einen axialen Schnitt in der Richtung b-b, einen axialen Schnitt unter rechtem Winkel zur Richtung d-d und eine Seitenansicht in der Richtung c jeweils der oberen Hälfte des Filterkörpers 1, welcher mit einem Mittel zum Ablassen der Kammer 2 alternativ zu dem Ventil 20 versehen ist. Eine Tasche 50 besteht aus zwei Zonen 51 und 52, die thermisch durch einen Hals 53 getrennt sind. Die innere Zone 51 ist mit Heizern 52 und 53 versehen, mit Kühlmittelkanälen 54 und 55, und die äußere Zone 52 weist eine innere Einschnürung auf und ist mit einem Heizer 56 versehen. Während des Filterns in der Kammer 2 werden beide Zonen 51 und 52 gekühlt, so daß der Kunststoff innerhalb derselben ausreichend starr wird, um die Kammer 2 abzudichten und somit jeglichen Verlust von Kunststoff zu vermeiden. Wenn es gewünscht wird, den Filter 12 zu reinigen, dann wird der Heizer 56 nahe der Einschnürung erhitzt und er erweicht den Kunststoff in der Tasche in der Nähe der Einschnürung ausreichend, um eine Auswärtsbewegung des innerhalb der Tasche 50 angeordneten Pfropfens zu ermöglichen; diese Bewegung wird durch einen Kunststofffluß in einer zur Richtung a entgegengesetzten Richtung begleitet und dieser Fluß geht durch den Filter 12 und nimmt die in dem Filter nahe den Öffnungen, wie z.B. 10, in der Scheibe 8 angesammelten Verunreinigungen mit und trägt sie in die Tasche 50 durch den Kanal 57. Der Reibungswiderstand für die Bewegung der Inhalte der Tasche kann verringert werden, indem die innere Zone 51 ebenso ausreichend erhitzt wird, um ein Ablösen von den Innenwandungen der Zone 51 hervorzurufen und die Reibungswirkung zu verringern, jedoch nicht so stark, um die Bewegung des Pfropfens in ungeeigneter Weise zu beschleunigen. Wenn eine ausreichende Menge an Verunreinigungen in die Tasche 50 gezogen worden ist, ein Betrag, der dem von dieser gleichzeitig entfernten entspricht, dann wird das Erhitzen beider Zonen beendet und das Kühlen wird wieder aufgenommen und die Bewegung des Pfropfens wird beendet. Das Filtern wird dann durch die Kammer 2 hindurch wieder aufgenommen.
Wenn das Entfernen vergleichsweise kleiner Verunreinigungsmengen zum ausreichenden Reinigen des Filters genügt, dann kann ein in Figur 10 gezeigtes kurzes Ablaßventil verwendet werden. Wenn größere Verunreinigungsmengen gleichzeitig entfernt werden müssen, dann wird das Ventil verlängert, wie in Figur 14 gezeigt. Heizer 90a und Kühlkanäle 90b sind hier in beiden Abschnitten des Ventus vorgesehen, so daß die Bewegung des Pfropfens, welcher die Verunreinigungen enthält, durch erneutes Kühlen schnell angehalten werden kann, wobei das Kühlmittel nahe der Einschnürung besonders effektiv ist. Das Ventil weist einen Adapterabschnitt 91 auf, welcher an dem Ventilkörper 1 festlegbar ist, und am anderen Ende ist das Ende der Einschnürung bei 90e gezeigt.
Ein axialer Schnitt des zum Regulieren des Flusses von hochverunreinigtem Kunststoff geeigneten Aufteilungsventils, ohne dem Erfordernis externer Leistungsmittel, wie z.B. Hydraulikeinrichtungen, ist in Figur 12 gezeigt.
Der Aufteiler besteht aus einem Betätigungselement, welches den gefilterten geschmolzenen Kunststoff als sein Arbeitsfluid verwendet, sowie aus zwei Ventilen 17 und 18 in einer Reihenkonfiguration. Das röhrenförmige Betätigungselement ist durch ringförmige Hälse 59 und 60, welche zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit dienen, in eine zentrale Zone 58 und äußere Zonen 63 und 64 unterteilt. Die zentrale Zone 58 wird durch ein Kühlmittel, wie z.B. Wasser, gekühlt, welches in Kanälen 61 und 62 fließt, während die beiden äußeren Zonen 63 und 64 durch Heizer 65, 66, 67 und 68 auf eine Temperatur erhitzt werden, bei welcher der verarbeitete Kunststoff im wesentlichen fluid ist. Im Gebrauch enthält das Betätigungselement Kunststoff, welcher in den äußeren Zonen 63 und 64 ausreichend fluid ist, in der zentralen Zone 58 jedoch ausreichend starr ist, um als Teil eines Hydraulikkolbens zu dienen. Das Betätigungselement ist an jeder Seite durch ein Ventil der vorangehend beschriebenen Art flankiert; deren Seitenkammern 69 und 70 werden hier durch ein geeignetes Kühlmittel, z.B. Wasser, gekühlt, das in Kanälen 71 und 72 zirkuliert. Das Betätigungselement enthält drei perforierte Kolben, von welchen zwei bei 73 und 74 gezeigt sind, die an einer Kolbenstange 75 festgelegt sind, und alle drei sind in vollständig oder wenigstens ausreichend starre Kunststoffpfropfen eingebettet, von welchen zwei in den jeweiligen Seitenkammern der beiden Ventile angeordnet sind, die das Betätigungselement flankieren, und der dritte, 74, ein Kunststoffpfropfen mit größerem Durchmesser ist, der in der zentralen Zone 58 des Betätigungselements angeordnet ist.
Die äußere Zone 63 weist zwei Ventile 76 und 77 auf, welche jeweils aus einer Kammer bestehen, die eine kleine Bohrung, wie z.B. 80, aufweist, welche mit der Bohrung der äußeren Zone 63 in Verbindung steht, und beide Ventile sind ferner mit Temperatur-Steuer/Regel-Mitteln, wie z.B. Heizern 81 und Kühlmittelkanälen 82, versehen. Die äußere Zone 64 weist in gleicher Weise entsprechende Ventile 78 und 79 auf. Im Gebrauch sind diese Ventile offen, wenn sie ausreichend erhitzt sind, um den Durchgang von im wesentlichen geschmolzenem Kunststoff unter Druck zu ermöglichen, und sind geschlossen, wenn sie kalt genug sind, um das in diesen enthaltene Kunststoffmaterial ausreichend starr zu machen, um dem Fluß entgegenzuwirken. Ventile 77 und 79 sind mit der Leitung 14 verbunden und Ventile 76 und 78 sind zur Umgebung hin offen. Man erkennt, daß dann, wenn das Ventil 76 erhitzt wird und das Ventil 77 gekühlt wird, die äußere Zone 63 Kunststoff bei dem Umgebungsdruck enthalten wird, und wenn das Ventil 76 gekühlt wird und das Ventil 77 erhitzt wird, dann enthält sie Kunststoff bei dem in der Leitung 14 vorhandenen Druck. Gleiche Betrachtungen treffen auf die äußere Zone 64 zu.
Die Kolbenstange 75 kann durch Freigeben des Kunststoffdrucks in der erhitzten äußeren Zone des Betätigungselements auf dieser Seite und durch unter Druck setzen des Kunststoffs in der erhitzten äußeren Zone an der entgegengesetzten Seite des Betätigungselements auf eine Seite bewegt werden, wobei dies hervorgerufen wird, indem der Kunststoff innerhalb von zwei der Ventile 76, 77, 78 und 79 durch Kühlen ausreichend starr gemacht wird und in den anderen beiden durch Erhitzen ausreichend fluid gemacht wird. Durch Umkehren des thermischen Status dieser vier Ventile werden die Kolbenstange 75 und die drei mit dieser verbundenen Kolben in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Man erkennt, daß, da die äußeren Kolben mit den innerhalb der gekühlten Seitenkammern 69 und 70 der beiden das Betätigungselement flankierenden Ventile gebildeten Pfropfen verbunden sind, wie z.B. das Ventil 17, diese beiden Ventile durch das Betätigungselement in geeigneter Weise betrieben werden, wobei die verfügbare Betätigungskraft von dem Verhältnis der Querschnittsflächen der Kolben 74 und 73 abhängt. Es muß berücksichtigt werden, daß die beiden Ventile 76 und 77, welche in der äußeren Zone 63 wirken, nicht gleichzeitig geöffnet werden, wobei der Kanal, wie z.B. 80, welcher zu verschließen ist, zunächst gekühlt werden muß. Auf diese Art und Weise kann der in dem Kanal enthaltene Kunststoff ausreichend starr gemacht werden, während er in Ruhe ist, um diesen Kanal abzuschließen, bevor der andere Kanal, welcher mit der äußeren Zone in Verbindung steht, durch Erhitzen geöffnet wird. Auf diese Art und Weise ist ein vernachläßigbarer Kunststofffluß durch den zu verschließenden Kanal vorhanden und daher wird nur wenig Wärme durch den Kunststofffluß in diesen transportiert, so daß das Verschließen des Kanals durch ein externes Kühlen vereinfacht wird.
Die Figur 13 zeigt eine schematische Draufsicht einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche zwei Extruder 83 und 84 umfaßt, welche Filterkammern 85 bzw. 86 tragen. Der gefilterte Kunststoff geht von diesen zu einer gemeinsamen Sammelleitung 87 und dann in Richtung eines Pfeils d zu einer Kugelherstelleinrichtung.
Bestimmte bekannte Merkmale der hier offenbarten Einrichtung, wie z.B. die Details der Einlaß- und Auslaßöffnungen, sind in der GB-A-1181075 offenbart, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In einem Beispiel des Filterns unter Verwendung der vorangehenden Filtereinrichtung wird Polypropylenharz bei ungefähr 200ºC zum Fließen durch Zwillingsfilterkammern gebracht, welche Halteplatten mit 6 Zoll (15,24 cm) Durchmesser verwenden, wie z.B. 9a; der Anfangsdruckabfall über saubere Filter hinweg, wie z.B. 12 und 13, liegt in Abhängigkeit vom Filteraufbau und der Flußrate und der Viskosität des Polymers typischerweise zwischen 250 und 500 psi (1723 und 3447 kPa). Das Filtern wird fortgesetzt, bis der Druckabfall über die Filter hinweg ungefähr 3000 psi (20685 kPa) erreicht, wonach das Rückspülen initiiert wird. Danach kehrt der Druckabfall wieder nahe an seinen Anfangswert zurück. Nach wiederholten Zyklen steigt der momentane Druckabfall nach dem Rückspülen allmählich an. Man wird feststellen, daß die Rate der Filterverstopfung, was durch den nachfolgenden Druckabfall angezeigt wird, nicht konstant ist sondern immer schneller auf höhere Verstopfungsausmaße ansteigt und gleichzeitig die Effizienz des Filterreinigens abfällt, was man aus dem Druckabfall unmittelbar nach dem Rückspülen erkennt. Bei einem gegebenen 5 Filteraufbau, und ebenso abhängig von der Art der vorhandenen Verunreinigungen, wird ein gegebener Wert des Druckabfalls nach dem Rückspülen festgestellt werden, wie z.B. 2000 psi (13790 kPa) in dem gegebenen Beispiel, wo es notwendig wird, die verwendeten Filterflächen zu wechseln, um zu vermeiden, daß das Rückspülen schneller durchgeführt werden muß als die Ventile dies können. Nach dem Einführen frischer Filterflächen kehrt der Anfangsdruckabfall über die Filter wieder auf 250 bis 500 psi (1723 bis 3447 kPa) zurück.
Eine praktische Grenze für den Druckabfall, bei welchem die Filter erneuert werden müssen, wird insbesondere durch die kürzeste Zeitperiode gesetzt, während welcher der häufig auftretende Rückspülvorgang durchgeführt werden kann, und dies hängt im wesentlichen vom Kühlen der Kunststoffpfropfen ab, die zum Steuern des Flusses in den Ventilen verwendet werden. In dem obigen Beispiel wird ein ausreichend harter Polypropylenpfropfen mit 1 Zoll (2,54 cm) Durchmesser in 10 bis 12 Minuten unter Verwendung von Kühlwasser bei Umgebungstemperatur gebildet; diese Pfropfen können dann zum Entfernen in ungefähr 1,5 bis 2 Minuten ausreichend erweicht werden. Im allgemeinen können verwendbare flache Pfropfen derart aufgebaut werden, daß sie in der Hälfte dieser Zeiten ansprechen, die Dicke, welche verwendet werden kann, hängt jedoch von der mechanischen Festigkeit des gefilterten Kunststoffs und der Druckdifferenz, welche getragen werden muß, ab.
Obgleich in einer Ausführungsform ein Filterkörper mit zwei Seite-an-Seite Filtereinrichtungen gezeigt worden ist, welche durch eine Verteilerleitung bedient wird, beinhaltet die vorliegende Erfindung die Verwendung jeder Anzahl an Filtereinrichtungen, die in irgendeiner Anordnung angeordnet sind, vorausgesetzt, daß sie eine Parallelflußkonfiguration aufweisen.
Das Steuern/Regeln des Heiz- und Kühlmittels und des vorangehend beschriebenen mechanischen Ziehens wird vorzugsweise durch eine elektrische Schaltvorrichtung erreicht, welche durch einen programmierbaren Computer aktiviert und gesteuert wird.
Der Betrieb eines Filtersystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Computersteuerung beinhaltet das Erfassen eines Druckabfalls über die Filter hinweg, das Ventilkühlen und die Polymerpfropfenbildung in den Ventilen, das Einstellen einer geeigneten Zeitperiode zum Bilden des Pfropfens, das Schließen des Ventils entweder durch Kühlen alleine oder durch begleitende mechanische Traktion, das Erhitzen der Ventilkörper zum Öffnen derselben, das Bewegen der Ventile, um frische Filterteile einzuführen und das Steuern der so eingeführten Filterabschnitte, das fortdauernde Beobachten, welche Filterkammer als nächste betrieben werden muß und welches Betätigungselement (im Falle des doppelwirkenden Betätigungselements, welche Seite jedes Betätigungselements) als nächstes angetrieben werden muß und in welcher Abfolge, so daß die Rückspül- und Filtererneuerungsvorgänge vollständig gesteuert und geeignet koordiniert sind. Der Filteraustausch kann unter Verwendung eines Servosystems einer im Stand der Technik bekannten Art gesteuert werden (US-Pat. 3783355) oder durch Betätigen eines automatischen Schneiders am Filteraustrittsende und Erfassen der Position des abgeschnittenen Endes durch eine photoelektrische Zelle: auf diese Art und Weise kann der Filterbetrieb vollständig automatisiert werden. In einer entsprechenden Art und Weise kann der halbfeste oder feste Kunststoffpfropfen, welcher die von dem Ablaßventil austretenden Verunreinigungen trägt abgetrennt werden und die Position des abgeschnittenen Endes kann in gleicher Weise erfaßt werden; wenn die Verunreinigungen in einem im wesentlichen fluiden Strömungszustand ausgetragen werden, dann wird die Öffnungsperiode des Ventils genügen. Während des Ablassens von in Polyethylen mitgetragenen Verunreinigungen durch das Ventil 20 genügt das Entfernen von nur 215 g (weniger als ein halbes Pfund (Pound)), um die Filterfläche in geeigneter Weise zu reinigen; dies hängt etwas vom Filteraufbau und der Art der Verunreinigungen ab.

Claims

1. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) zum wahlweisen Ermöglichen oder Beschränken eines Flusses von Fluid durch eine Leitung,

dadurch gekennzeichnet,

daß es einen Seitendurchlaß (26) umfaßt, welcher sich von der Leitung quer erstreckt und mit dieser in Verbindung steht, wobei der Seitendurchlaß dazu eingerichtet ist, daß er in sich einen wenigstens teilweise verfestigten Dichtungspfropfen (37) aus fließfähiger Substanz, Betätigungsmittel (27) zum Drängen des Dichtungspfropfens in die Leitung, um den Fluidfluß durch diese hindurch zu begrenzen, und ein thermisches Steuer/Regelmittel (28-35) enthält, welches der Leitung zum wahlweisen Erhöhen oder Verringern des Verfestigungsgrads des Dichtungespfropfens (37) zugeordnet ist.

2. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 1, umfassend ein Kühlmittel für den Seitendurchlaß, welches zum Bilden eines Pfropfens (37) aus der gefilterten Substanz darin betreibbar ist.

3. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 1 oder 2, worin das der Leitung zugeordnete thermische Steuer/Regelmittel ein Kühlmittel (33-35) umfaßt, um das Erhalten des Dichtungspfropfens (37) zu unterstützen.

4. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin das thermische Steuer/Regelmittel, welches der Leitung zugeordnet ist, ein Heizmittel (28-32) umfaßt, um das Abgeben des Dichtungspfropfens (37), wenn gewünscht, zu unterstützen.

5. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mittel zum Drängen des Pfropfens in die Leitung einen Kolben (27) in dem Seitendurchlaß (26) umfaßt.

6. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 5, worin der Kolben (27) mit einem thermisch leitfähigen Vorsprung (40) versehen ist, welcher in eine zu einem Pfropfen (37) geformte Substanz in dem Seitendurchlaß hineinragt, um das Kühlen der Substanz zu unterstützen.

7. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 5 oder 6, worin Mittel (75) vorgesehen sind zum Bewegen des Kolbens (27) unter der Wirkung des Drucks des durch die Leitung fließenden Fluids.

8. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 7, worin ein Hydraulikverstärker vorgesehen ist, um die Kraft zum Drängen des Propfens (37) in die Leitung zu erzeugen.

9. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Leitung mit einem zweiten Seitendurchlaß versehen ist, welcher sich quer zu der Leitung erstreckt und mit dieser verbunden ist, wobei der zweite Seitendurchlaß dazu eingerichtet ist, einen wenigstens teilweise verfestigten Dichtungspfropfen in sich zu enthalten, wobei ein Betätigungsmittel (41, 42) vorgesehen ist zum Drängen des Dichtungspfropfens von dem zweiten Seitendurchlaß in die Leitung, um den Fluidfluß durch diese hindurch zu beschränken, wodurch die Leitung alternierend durch Dichtungspfropfen von den beiden Seitendurchlässen verschlossen werden kann.

10. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein erstes Gehäuseteil, welches einen Teil der Leitung für den Fluidfluß bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches den sich quer zu der Leitung und mit dieser in Verbindung stehenden Seitendurchlaß bildet, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil durch einen Abschnitt (39) mit verringerter thermischer Leitfähigkeit verbunden sind.

11. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 10, worin der Abschnitt mit verringerter thermischer Leitfähigkeit ein Abschnitt (39) mit verringerter Dicke ist

12. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die fließfähige Substanz eine polymere Substanz ist.

13. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 12, worin die polymere Substanz durch Kühlen im wesentlichen starr gemacht werden kann.

14. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Verbindung mit gleichen Fluß-Steuer/Regel-Mitteln (17, 18), um einen Teil eines Flußaufteilungsventils zu bilden.

15. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach Anspruch 14, worin ein doppelwirkendes Betätigungselement vorgesehen ist, um alternierend Dichtungspfropfen von den Seitendurchlässen in die Leitungen zu drücken.

16. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach Anspruch 15, worin das Betätigungselement einen Nehmerkolben (73) in jedem Seitendurchlaß umfaßt, um auf die Pfropfen in diesen einzuwirken, wobei die Durchlässe und die Nehmerkolben axial ausgerichtet sind.

17. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach Anspruch 16, worin die Nehmerkolben unter der Wirkung eines Geberkolbens (74) in einem Geberzylinder bewegt werden und Mittel vorgesehen sind zum Bewegen des Geberzylinders unter der Wirkung des Drucks von durch die Leitung fließendem Fluid.

18. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach Anspruch 17, worin an jeder Seite des Geberkolbens (74) der Geberzylinder mit Ventilen (80) versehen ist zum wahlweisen Aussetzen der jeweiligen Zylinderteile dem Druck des Fluids oder zum Entleeren derselben.

19. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches in eine Einrichtung zum Filtern von fluider polymerer Substanz eingegliedert ist, umfassend einen Filterdurchlaß mit einem mit einer Quelle von fluider polymerer Substanz verbindbaren Einlaß und einem Auslaß und ein Mittel zum Anordnen eines Filterteils (12) in dem Durchlaß zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei das Fluß-Steuer/Regel-Mittel für eine Leitung (14, 22) vorgesehen ist, durch welche die Substanz fließen kann.

20. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach Anspruch 19, welches für eine Gegenflußleitung vorgesehen ist, die mit dem Durchlaß stromaufwärts des Filterteils in Verbindung steht und die wahlweise geöffnet werden kann, um ein Reinigen des Filterteils durch einen Gegenfluß der zu filternden polymeren Substanz zu ermöglichen.

21. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, welche in einer Einrichtung zum Filtern einer fließfähigen Substanz enthalten ist, umfassend erste und zweite Filterdurchlässe, von welchen jeder aufweist:

(a) einen Einlaß für zu filternde Substanz und einen Auslaß für gefilterte Substanz,

(b) eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für einen Filter (12, 13), welcher in den und aus dem Durchlaß zu bewegen ist, an einem Ort zwischen dem Substanzeinlaß und dem Substanzauslaß,

(c) ein Dichtungsmittel für die Einlaß- und Auslaßöffnungen, und

(d) ein Mittel zum Einführen eines frischen Filterteils in den Durchlaß durch die Einlaßöffnung und zum Entfernen eines gebrauchten Filterteils durch die Auslaßöffnung,

worin Mittel (22) vorgesehen sind zum Verbinden der Auslässe der ersten und zweiten Durchlässe miteinander und das Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18, 20, 21) betätigbar ist, um einen Fluß der Substanz von einer Quelle derselben in den Einlaß des ersten Filterdurchlasses, durch ein darin angeordnetes Filterteil und aus dem Auslaß desselben zu ermöglichen, während ein derartiger Fluß in den und durch den zweiten Durchlaß beschränkt ist, und um alternativ einen Fluß der Substanz von einer Quelle derselben in den Einlaß des zweiten Filterdurchlasses, durch ein darin angeordnetes Filterteil und aus dem Auslaß desselben heraus zu ermöglichen, während ein derartiger Fluß in den und durch den ersten Durchlaß beschränkt ist.

22. Fluß-Steuer/Regel-Mittel (17, 18) nach Anspruch 19, 20 oder 21, worin die fließfähige Substanz zum Bilden des Dichtungspfropfens eine polymere Substanz ist, welche in der Einrichtung zu filtern ist.