TWI628067B - 具有一密封設備之過濾裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於密封可橫跨一擠壓機或模製機之一孔平移之一滑板的聚合物過濾裝置，其包含一環形密封件，該環形密封件具有藉由一彈簧機構而抵著該滑板偏置之一密封表面。該環形密封件具有相對於該密封表面成角度之一推力面，且該推力面位於與該密封表面相對之該環形密封件之一軸端處。該彈簧機構可為具有重疊柄腳之一單式彈簧或為具有或不具有柄腳之成重疊關係之一複式彈簧總成，以形成一連續障壁。該彈簧總成用於施加抵著該環形密封件之該推力面之一徑向力，以使該密封件抵著該下游滑板沿一軸向方向偏置。在操作中，該擠壓孔中熔融之加壓聚合物使該彈簧抵著該環形密封件進一步偏置，該環形密封件接著被轉移至該密封件及該滑板。

Description

具有一密封設備之過濾裝置

本專利申請案主張依據35 U.S.C.§ 119之2012年9月28日提交之美國臨時專利申請案第61/707,094號之優先權，該案之全文以引用的方式併入本文中。

本發明大體上係關於使用在一擠壓或射出模製圓筒中旋轉之一螺釘來塑化樹脂，熔融聚合物樹脂自該圓筒擠壓出或流動以在一壓模或模具中形成一產品。更特定言之，本發明係關於一種與熔融流同軸放置之過濾裝置。該過濾裝置具有一滑板及一密封設備，該密封設備具有一彈簧總成及環形密封件以防止被過濾之熔融材料洩漏。

當在具有一圓筒18(其具有一入口、一出口及一內表面)之一擠壓機或模製機中塑化一樹脂聚合物材料時，已使用過濾裝置。更具體而言，位於該圓筒內且與該圓筒之該內表面緊密間隔之一可旋轉螺釘22自該入口朝向該出口延伸，且包含一核心及沿軸螺旋之自該核心徑向突出之一主螺紋。當熔融材料順流地流動至該出口時，該螺釘之旋轉使熔融材料產生軸向力及徑向力。

在一典型應用中，固體聚合物材料於入口處被供給且透過圓筒18而加熱，同時在旋轉螺釘之壓力下被順流驅動。較佳地，在通過出口而至一適當下游模組之前產生一均勻混合之熔融材料流。該下游模組可為一壓模以將該熔融材料塑形成一薄板、一管或其他所要之擠壓 型材，或為用於一射出模製或吹塑模製部件之一模具。

過濾裝置通常用於確保流至下游模組之熔融材料之品質及均勻性。通常，該過濾裝置包含一滑板，其具有含有濾網作為過濾器元件之兩個過濾器總成A、B。該過濾裝置包含一內孔及一濾網變化設備10以橫跨使聚合物材料於其中流動通過之該孔而移動滑板16。明確而言，滑板16可橫跨該孔移動以同軸地定位一過濾器總成，同時另一過濾器總成係離線的且因此易於清潔或替換。據此，重要的是：該過濾裝置具有一適合密封設備以防止熔融聚合物材料損失，尤其在由螺釘之旋轉驅動之熔融材料具有可觀軸向力及徑向力時之操作期間。此外，該密封設備必須在相對較高之操作溫度下對具有低黏度之聚合物熔體有效，但不會干擾過濾器總成A與B之間之滑板相互易位之移動性。

在過去，過濾裝置已使用各種密封設備。授權於Delano B.Trott且名稱為「Sealing Device For Polymer Filtration Apparatus」(下文稱之為「Trott」)之美國專利第5,507,498號中揭示一較佳過濾裝置，該專利之全文以引用之方式併入本文中。在Trott中，該過濾裝置包含具有一環形密封件及一C形彈簧之一密封設備。該C形彈簧之使用導致一問題。該C形彈簧在其端部與流動通過該過濾裝置之某熔融材料之間具有一間隙，該熔融材料透過此間隙遷移至與該彈簧互動之該密封件之外徑。最終，該密封件降級且隨後失效。因此，需要一低維護成本之低磨損密封設備，其可在低及高聚合物壓力及溫度處密封滑板，對於具有低黏度之熔融材料尤其如此。本發明係關於一種具有一密封設備之過濾裝置，且據此解決上述問題。

根據本發明之一實施例，一種過濾裝置包括一滑板及一密封設備。該密封設備包含一環形密封件及一主彈簧。該滑板可橫跨一擠壓 機或模製機孔平移。該環形密封件具有緊靠該滑板之一密封表面。該密封件亦具有位於該密封件之一相對軸端處之一傾斜推力面。該彈簧相對於該環形密封件之該推力面成角度且接觸該環形密封件之該推力面以使該密封件之該密封表面抵著該滑板偏置。該彈簧進一步包含總是重疊接觸之位於相對端處之柄腳。由於該彈簧之該等相對端之間無間隙，所以當該孔中之聚合物熔體之壓力增加時，將徑向力施加於該彈簧上，該彈簧抵著該密封件之該推力面轉移以導致該環形密封件抵著該滑板偏置，且聚合物熔體無法接觸該密封件。

據此，在另一實施例中，密封設備包含具有多個彈簧之一彈簧總成，其包含至少第一彈簧及第二彈簧，其中一或多個彈簧接觸密封件之推力面以使密封件之密封表面抵著滑板偏置。在此實施例中，該第二彈簧成重疊接觸地定位於該第一彈簧之內徑中，使得：即使該外彈簧或該第一彈簧之相對端不重疊，亦不存在使聚合物熔體遷移通過之間隙。為實現額外障壁支撐，該等彈簧之一或多者可包含如上文所描述之重疊柄腳。根據此等不同實施例之各者，當孔中之聚合物熔體之壓力增加時，徑向力推動緊貼密封件之推力面之該第一接觸彈簧或該第二接觸彈簧，藉此導致密封件抵著滑板進一步偏置。

各實施例及組合(即，具有重疊接觸柄腳之彈簧及/或成重疊接觸關係之多個彈簧)有效地產生為一連續障壁(即，無任何實質間隙)之一彈簧以因此密封熔融聚合物可流入至其中之任何路徑。

5‧‧‧過濾裝置

10‧‧‧濾網變化設備/過濾裝置

16‧‧‧滑板

18‧‧‧圓筒

22‧‧‧可旋轉螺釘

26‧‧‧核心

28'‧‧‧單式彈簧

28"‧‧‧複式彈簧總成

28a‧‧‧最外彈簧

28b‧‧‧中間彈簧

28c‧‧‧最內彈簧

30‧‧‧環形密封件

30a‧‧‧推力面

30b‧‧‧密封表面

40A‧‧‧內柄腳

40B‧‧‧外柄腳

42A‧‧‧端部部分

42B‧‧‧端部部分

A‧‧‧過濾器總成

B‧‧‧過濾器總成

IG‧‧‧間隙

MG‧‧‧間隙

OG‧‧‧間隙

本文所包含之圖式僅供說明且不界定本發明之限制，對於本發明之限制，應參考本發明之附屬申請專利範圍。將自參考圖式之【實施方式】明白本發明之其他特徵、目的及優點，其中：圖1係具有一密封設備之過濾裝置之一截面圖，該密封設備具有包含重疊柄腳之一單件式彈簧； 圖2a及圖2b展示擴張及壓縮狀態中之圖1之彈簧；圖3a係過濾裝置之一第二實施例之一截面圖，及圖3b係具有一複式彈簧總成之密封設備之一單獨放大圖；圖4a及圖4b展示擴張及壓縮狀態中之圖3之複式彈簧總成，及圖4c展示該總成之一分解圖；圖5a展示複式彈簧總成之一替代例，其中至少一彈簧包含重疊柄腳；及圖5b係沿圖5a中之線5b-5b截取之一截面圖。

本發明之描述參考Trott專利且解釋該專利固有之問題。參考Trott中之圖3，其中所展示之過濾裝置10之密封設備包含具有緊靠滑板16之一密封表面30b之一環形密封件30。密封件30具有位於與密封表面30b相對之該密封件之軸端處之一推力面30a。一彈簧28使密封表面30b抵著滑板16偏置。當孔中之壓力增加時，使密封件30抵著滑板16偏置。吾人已發現：Trott發明中之密封件需要大量維護來解決頻繁失效，尤其當在高溫高壓處及在短機器循環時間內與低黏度熔融材料一起使用時。申請人已發現：Trott設計中之失效係由其彈簧28所引起。更具體而言，Trott使用一單件式C形彈簧。具體而言，C形彈簧28具有一間隙以允許彈簧28之擴張及收縮。明確而言，彈簧28之擴張及收縮用於轉移熔融材料抵著密封件30之推力面30a的徑向力。然而，該間隙提供聚合物熔體可流入至其中之一路徑，從而導致密封件之磨損、降級及最終洩漏(諸如「拖延(hang up)」及停滯)，因此降低被處理之聚合物材料的品質及均勻性。本發明解決Trott中固有的上述及其他問題。

根據本發明，第一較佳實施例用圖1、圖2a及圖2b中之單式彈簧28'替換Trott中之彈簧28。不同於Trott中之彈簧28，此情況中之彈簧28'包含具有各自端部部分42A、42B之相對柄腳40A及40B。如圖2b中 最佳所見，當彈簧28'處於經組裝之拉緊狀態時，柄腳40A在外柄腳40B下方延伸。明確而言，圖2a中所展示之彈簧28'的狀態處於其自然的未拉緊狀態。當將彈簧28'組裝於過濾裝置5(如圖1中所展示)中時，須使彈簧28'壓縮(如圖2b中所展示)。在壓縮狀態中，使彈簧28'保持適當位置以緊貼環形密封件30。

可變動彈簧28'之尺寸(其包含其核心26(即，「核心」意指柄腳之間之彈簧部分)之硬度及厚度)以達成適當壓縮及擴張所需之力，其接著影響轉移至環形密封件30之推力面30a以在滑板16與密封表面30b之間產生最佳密封之力。至少一柄腳(40A或40B)之厚度宜小於彈簧28'之核心26之一半厚度，但更重要地，柄腳40A及40B須足夠堅硬以防止彈簧之圓周變形。此實施例中之內柄腳40A被展示為薄於外柄腳40B，但其可反過來。此外，內柄腳40A之勁度宜略微不及外柄腳40B之勁度，使得柄腳40A可藉由擠壓機中之聚合物熔體之徑向力來推動柄腳40B之底側。因此，由於彈簧28'之柄腳40A及40B而消除Trott中之間隙，藉此產生一連續障壁以防止聚合物熔體遷移成與密封件接觸。

如圖2a及圖2b中所見，當機器內之徑向力改變時，兩個柄腳40A及40B因彈簧28'壓縮及擴張而繼續保持接觸。因此，此實施例有效地產生一連續彈簧封閉，以因此消除熔融聚合物否則可流入至其中的任何路徑。

具有不同於Trott之一密封設備之過濾裝置之一第二實施例包含一複式彈簧總成28"。參考圖4a至圖4c，彈簧總成28"由三個個別彈簧28a、28b及28c組成，各彈簧分別具有一間隙OG、MG及IG，且該等間隙經偏移以消除任何路徑。然而，應注意，本發明之此複式彈簧實施例不應受限於三個彈簧，而是可包含兩個或兩個以上彈簧。此外，複式彈簧總成28"之最外彈簧或主彈簧28a可相同於第一實施例中之彈 簧28'。如同彈簧28'，最外主彈簧28a用於提供主結構及抵著滑板16壓縮密封件30所需之力。此外，重要的是應注意，在圖4a至圖4c所展示之此替代第二實施例中，主彈簧28a沒有相對柄腳40A、40B。柄腳40A、40B係可選的。相反，此情況中之主彈簧28a被顯示為具有一間隙OG，如同Trott之C形彈簧28。

此第二複式彈簧實施例由於額外彈簧(在此說明圖中，分別指中間彈簧28b及最內彈簧28c)而獨特。更具體而言，中間彈簧28b與最外主彈簧28a之內徑成重疊接觸關係，及最內彈簧28c與中間彈簧28b之內徑成重疊接觸關係。重要地，最內彈簧28c及中間彈簧28b分別薄於主彈簧28a。此外，彈簧28c、28b之勁度亦相對低於主彈簧28a，使得其等一起移動以與主彈簧28a之變化直徑一致。如先前所闡述，最內彈簧28c及中間彈簧28b分別具有間隙IG及MG以容許其等隨過濾裝置中之熔融材料之徑向力而擴張及收縮。

明確而言，如圖4a及圖4b中所展示，彈簧28a、28b及28c套疊在一起且經定向，使得各間隙相對於其他間隙偏移以藉此形成一封閉障壁。圖4c展示用於更佳地繪示彈簧28a、28b及28c之各自間隙OG、MG及IG之偏移定向之依其他方式套疊之複式彈簧總成28"之一分解圖。

在組裝時，壓縮最內彈簧28c及中間彈簧28b，使得其等抵著最外主彈簧28a擴張。因此，藉由彈簧28c及28b本身之擴張力而使彈簧28c、28b保持於過濾裝置內之適當位置(如圖3a及圖3b中所展示)。藉由使彈簧28a、28b及28c中之間隙OG、MG及IG偏移而形成一密封之優良障壁，及封閉且封鎖聚合物熔體否則可流入至其中之任何路徑。

最後，關於上述第二(即，複式彈簧)實施例，圖5a及圖5b中展示一進一步替代例(其中最外主彈簧28a具有與彈簧28'相同之結構，即，包含柄腳40A、40B)，彈簧28c、28b及28a應如上文所描述般成相同偏 移定向關係。再者，為形成最有效障壁，彈簧28b及28c之間隙MG、IG應彼此偏移，且中間彈簧28b之間隙MG應自彈簧28a(即，此情況中之主彈簧28')之柄腳40A、40B偏移。

因此，應明白，本發明已繪示及描述具有一密封設備之一新型及有用之過濾裝置的變動。根據本發明之描述，熟悉此項技術者應明白，可在不背離本發明之精神之情況下進行各種組合、改變或改進。例如，複式彈簧總成28"之其他變動可包含具有或不具有柄腳及偏移間隙之兩個或兩個以上套疊彈簧，以形成將能夠產生抵著環形密封件30之推力面30a之所需壓力以使密封表面30b抵著滑板16穩固偏置之一適當障壁封閉。

因此，根據專利法規規定，已在各種較佳實施例中解釋及繪示本發明。然而，應瞭解，可在不背離下列申請專利範圍之範疇的情況下，依除具體所繪示方式之外的方式實踐本發明。

Claims (18)

1. 一種用於一擠壓機或射出模製機之過濾裝置，其具有一內孔，一聚合物熔體通過該內孔流動，該過濾裝置包含一滑板及一用於密封該滑板之一密封設備，該密封設備包括：一環形密封件，其具有緊靠該滑板之一密封表面，該滑板可橫跨該擠壓機或射出模製機之該內孔平移，該環形密封件具有位於與該密封表面相對之該密封件之一軸端處之一推力面；及一第一彈簧，其接觸該環形密封件之該推力面以使該環形密封件之該密封表面抵著該滑板偏置，且其中該第一彈簧在相對端處具有第一柄腳及第二柄腳，該第一及第二柄腳各具有一外部表面及一底側表面，該第一及第二柄腳總是定位成重疊接觸，使得該第一柄腳之一外表面接觸該第二柄腳之底面以在該內孔中之聚合物熔體壓力改變而造成該第一彈簧之擴張及收縮時構成防止聚合物熔體通過之一連續徑向封閉，及其中該內孔中之聚合物熔體之增加壓力因徑向壓力施加在該第一彈簧上迫使該第一彈簧抵著該環形密封件之該推力面擴張，導致該環形密封件之密封表面抵著該滑板進一步偏置以形成一牢固的軸向封閉，使得該聚合物熔體無法接觸該密封。
2. 如請求項1之過濾裝置，其中該密封設備進一步包括具有一間隙之一第二彈簧，該第二彈簧經定位與該第一彈簧之內徑成重疊接觸關係以藉此與該第一彈簧形成一封閉。
3. 如請求項1之過濾裝置，其中該密封設備進一步包括一第二彈簧，該等彈簧在相對端處具有成重疊接觸關係以形成該第二彈簧之一封閉之第一柄腳及第二柄腳，且該第二彈簧經定位在該第一彈簧內成重疊接觸關係藉此與該第一彈簧形成封閉。
4. 如請求項2之過濾裝置，其中該密封設備亦包含具有一間隙之一第三彈簧，該第三彈簧定位成與該第二彈簧之內徑成重疊接觸關係，且該第二彈簧之該間隙經定向以便不與該第三彈簧之該間隙重疊，從而與該第二彈簧形成一封閉。
5. 如請求項2之過濾裝置，其中該密封設備亦進一步包括一第三彈簧，該第三彈簧在相對端處具有成重疊接觸關係以形成該第三彈簧之一封閉之第一柄腳及第二柄腳。
6. 如請求項3之過濾裝置，其中該密封設備亦包含具有一間隙之一第三彈簧，該第三彈簧經定位成與該第二彈簧之一內徑成重疊接觸關係，且該第二彈簧之該間隙經定向以便不與該第三彈簧之該間隙重疊。
7. 如請求項3之過濾裝置，其中該密封設備亦進一步包括一第三彈簧，該第三彈簧在相對端處具有成重疊接觸關係以形成該第三彈簧之一封閉之第一柄腳及第二柄腳。
8. 一種用於一擠壓機或射出模製機之過濾裝置，其具有聚合物熔體可通過之一孔，該過濾裝置包含一滑板及用於密封該滑板之一密封設備，該密封設備包括：一環形密封件，其具有緊靠該滑板之一密封表面，該滑板可橫跨該擠壓機或模製機之該孔平移，該環形密封件具有位於與該密封表面相對之該密封件之一軸端處之一推力面；及一彈簧總成，其包含第一彈簧及第二彈簧，各彈簧具有一間隙且該第二彈簧成重疊接觸關係地定位於該第一彈簧之一內徑內，其中該第二彈簧之該間隙經定向以便不與該第一彈簧之該間隙重疊，該等間隙相對於彼此偏置以免除任何聚合物熔體通過之路徑且藉此在該第一彈簧與該第二彈簧之間形成一徑向封閉，以在該孔內之聚合物熔體壓力變化引起該等彈簧擴張及收縮時封閉聚合物熔體路徑，及該第一彈簧及該第二彈簧接觸該環形密封件之該推力面，使得該孔中之聚合物熔體之增加壓力迫使該第一及第二接觸彈簧抵著該環形密封件之該推力面，以導致該環形密封件抵著該滑板偏置以形成一第二軸向封閉。
9. 如請求項8之過濾裝置，其中該密封設備之該彈簧總成進一步包含具有一間隙之一第三彈簧，該第三彈簧成一重疊接觸關係地定位於該第二彈簧之一內徑中，且該第三彈簧之該間隙經定向以避免與該第二彈簧之該間隙重疊，以藉此在該第二彈簧與該第三彈簧之間形成一封閉。
10. 如請求項8之過濾裝置，其中該第二彈簧在其對應間隙之相對端處包含柄腳，且該等柄腳成重疊接觸關係以形成橫跨該第二彈簧之該間隙之一徑向封閉。
11. 如請求項10之過濾裝置，其中該密封設備亦進一步包括一第三彈簧，該第三彈簧在相對端處具有成重疊接觸關係以形成該第三彈簧之一封閉之第一柄腳及第二柄腳。
12. 如請求項10之過濾裝置，其中該密封設備亦包含具有一間隙之一第三彈簧，該第三彈簧經定位成與該第二彈簧之一內徑成重疊接觸關係，且該第三彈簧之該間隙經定向以便不與該第二彈簧之該等柄腳重疊。
13. 如請求項8之過濾裝置，其中該密封設備進一步包括一第三彈簧，該第三彈簧具有一間隙且在相對端處具有成重疊接觸關係以形成該第三彈簧之一封閉之第一柄腳及第二柄腳，該第三彈簧經定位於該第二彈簧之一內徑中與該第二彈簧之該內徑成一重疊接觸關係，且該第二彈簧之該間隙經定向以避免與該第三彈簧之該等柄腳重疊。
14. 一種用於一擠壓機或射出模製機之過濾裝置，其具有用於使樹脂通過之一孔，該過濾裝置包含一滑板及密封該滑板之一密封設備，該密封設備包括：一環形密封件，其具有緊靠該滑板之一密封表面，該滑板可橫跨該擠壓或射出模製機之一孔平移，該環形密封件具有位於與該密封表面相對之該密封件之一軸端處之一推力面，該推力面相對於該密封表面成一角度；及一彈簧，其形成一徑向封閉以在該內孔中之熔融樹脂壓力改變而造成該彈簧之擴張及收縮時形成用於防止熔融樹脂徑向通過之一封閉，且其中該彈簧與該環形密封件之推力面成一角度且接觸以將該密封之密封面抵壓至該滑板上，且可操作使得該孔中之聚合物熔體之增加壓力可藉由該成角度之彈簧抵著該環形密封件之該推力面而轉移，以導致該環形密封件抵著該滑板進一步偏置以在該環形密封之密封表面與該滑板之間形成牢固的軸向封閉。
15. 如請求項14之過濾裝置，其中該彈簧進一步包括具有一第一間隙之一第一彈簧及具有一第二間隙之一第二彈簧，該第二彈簧經定位成與該第一彈簧之一內徑成接觸關係，且該第二間隙經定向以避免與該第一彈簧之該第一間隙重疊以形成該封閉。
16. 如請求項14之過濾裝置，其中該彈簧進一步包括一第一彈簧，該第一彈簧在相對端處具有成重疊接觸關係以便形成該封閉之柄腳。
17. 如請求項15之過濾裝置，其中該彈簧進一步包括具有一間隙之一第三彈簧，該第三彈簧經定位成與該第二彈簧之一內徑成接觸關係，及其中該第二彈簧之該間隙經定向以避免與該第三彈簧之該間隙重疊。
18. 如請求項16之過濾裝置，其中該彈簧進一步包括具有一間隙之一第二彈簧，該第二彈簧經定位成與該第一彈簧之一內徑成接觸關係，且該間隙經定向以避免與該第一彈簧之該等柄腳重疊。