DE3309505C1 - Kassettenfilter für schmelzflüssige Kunststoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kassettenfilter für schmelzflüssige Kunststoffe nach der im Oberbegriff des Hauptanspruches vorausgesetzten Art.

Derartige Kassettenfilter sind bekannt. Sie dienen vornehmlich in der kontinuierlichen Kunststoffverarbeitung, wie z. B. der Platten- oder Rohrextrusion, dem Zweck, Fremdkörper bzw. Rückstände aus der Polymerschmelze zu entfernen, um eine ausreichende Produktqualität zu sichern. Die Kassettenfilter werden hierbei seitlich dicht schließend am Extruderaustrittsbereich vorbeibewegt, so daß dieser eine ständig erneuerte FiI-teroberfläche erhält.

Bei fortlaufender Erneuerung der eingesetzten Siebfläche durch stetigen Vorschub der Kassettenfilter gelingt es, den Verarbeitungsprozeß bei konstanten Extrusionsbedingungen durchzuführen. Dies betrifft in erster Linie den Exlrusionsdruck und den Rückdruck in der Polymerschmelze, welche die Temperatur der Polymerschmelze im Extruder und den Auspreßvorgang beeinflussen und damit ebenfalls maßgeblichen Anteil an der erreichbaren Qualität des extrudieren Produktes haben.

Der Einsatz der Kassettenfilter ermöglicht daher im ίο Vergleich zu diskontinuierlichen, aus der Kunststoffaufbereitung her bekannten und abhängig vom Verschmutzungsgrad auswechselbaren Filtereinheiten eine wesentliche Optimierung des Verarbeitungsprozesses. Mit einer stets gleichbleibend durchlässigen Siebfläche sind konstante Extruderausstoßraten erzielbar.

Die ständige Bewegung der Siebfläche quer zum Schmelzestrom des Extruders erfordert besondere bauliche Maßnahmen für die Siebführung, die Abdichtung der Sieb-Führungsflächen und der Koppelung der FiI-terk'assetten. Unter Berücksichtigung eines hinsichtlich konstanter Temperaturverhältnisse noch zulässigen Rückdruckes im Extruder bemißt sich die Sieboberfläche nach dem Austrittsquerschnitt des Extruders, während die Siebführiingsflächen so groß zu wählen sind, daß ein noch zulässiger spezifischer Anpreßdruck nicht überschritten wird.

Von Nachteil hierbei ist, daß sich für die Kassettenfilter und das diese aufnehmende Filtergehäuse, insbesondere bei großen Durchsatzleistungen, wie sie bei der Kunststoffaufbereitung heute verlangt sind, sehr große Abmessungen ergeben.

Diese bedingen nicht nur einen hohen Bauaufwand zur Überwindung der Anpreßkräfte für den Filtervorschub, sondern erfordern zugleich einen großen Energiebedarf für die Beheizung der Filteranordnung, wobei die Wärmeverluste mit der Baugröße der Filteranordnung überproportional zunehmen. Der praktischen Handhabung, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Reinigung der Filterkassetten in speziellen Reinigungsbädern, und somit dem wirtschaftlichen Einsatz der bekannten kontinuierlich betriebenen Filter sind dadurch technische Grenzen gesetzt.

Dies ist auch der Grund, weshalb solche Filtersysteme bei der durch Extruder bewirkten Kunststoffaufbereitung bisher keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt haben.

Die Überwindung dieser Nachteile und die wirtschaftliche Nutzung der Vorteile der Kassettenfilter bei der Kunststoffaufbereitung ist Ziel der Erfindung. Aus der DE-OS 26 10 816 ist eine Kassettenfiltervorrichtung der vorausgesetzten Art bekannt, bei der das aus einem Siebgewebe bestehende Filter ebenflächig zwischen perforierten und aufeinanderfolgenden Platten eingeschlossen und mit diesen Platten quer zum Polymerenstrom des Extruders bewegbar ist, wobei die Platten durch jeweils in ihren Randbereichen gegenüberliegenden sich verzahnenden Vorsprüngen und Ausnehmungen, die das Filter begrenzen, miteinander in Eingriff stehen. Die mechanische Verbindung aufeinan-M) derfolgender Platten ist durch eine stufenartige Überlappung ihrer Enden hergestellt.

Bei dieser Filtervorrichtung ist die für den Filtrierungsvorgang wirksame Siebfläche auf die vor der Extruderöffnung ebenflächig aufgespannte Siebfläche beschränkt. Ihre Abmessung ist im Vergleich zur gesamten Filterkassettenfläche um das Maß der längs der Lochplatten vorgesehenen Ausnehmungen und Vorsprünge ohnehin begrenzt, so daß nur ein verhältnismäßig gerin-

ger Anteil an wirksamer Siebfläche zur Verfügung steht. Umgekehrt ausgedrückt müssen zur Erzielung eines vorgegebenen Schmelzedurchsatzes und der hierfür erforderlichen Siebfläche die Lochplatlen und damit das Filtergehäuse entsprechend groß dimensioniert werden. Dieser bauliche Aufwand ist — wie schon erwähnt — aus Gründen der Handhabung der Lochplatten, des er- ° forderlichen Energieeinsatzes wegen insbesondere bei hohen für die Kunststoffaufbereitung im Extruder geforderten Schmeizedurchsätzen nicht vertretbar. Für einen Schmelzedurchsatz von ca. 8 t/h ergibt sich eine Filterfläche von etwa 900cm², wobei die Filtervorrichtung insgesamt ein Gewicht von nahezu 7 t erreicht und sich die hierfür zu installierende Heizleistung bereits auf 140 kW bemißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrichtung in Kassettenbauweise zur Kunststoffaufbereitung in Extrusionsanlagen zu schaffen, die ohne Veränderung der Verfahrensbedingungen, wie Extrusionsdruck und Temperatur, hohe Durchsatzraten ermöglicht und bei kleiner Baugröße eine erleichterte Handhabung der Kassetten zu Reinigungszwecken zuläßt.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Ausgestaltung der dem Sieb zugeordneten und das Siebgewebe einschließenden Oberflächen der Lochplatten mit einem zahnförmigen Profil unter vollständiger Anpassung des Siebgewebes an dieses Profil ergibt sich eine spezielle Filterform, die im Vergleich zum Schmelzekanalquerschnitt eine besonders große Filterfläche aufweist. Diese begünstigt die Durchflüßrate der Schmelze durch den Filter ohne schädliche Einflußnahme auf den Extrusionsdruck und den im Extruder sich aufbauenden Rückdruck in der Schmelze.

Bei niedrigem Schmelzedurchsatz wiederum kann die Vorschubgeschwindigkeit der Kassettenfilter so weit herabgesetzt werden, daß deren Standzeit bis zu ihrer Reinigung für die Wiederverwendung erheblich verlängert wird. Durch die besondere Gestaltung des Filters und die hierauf abgestellte Ausbildungsweise der Lochplatte ergibt sich gegenüber- herkömmlichen Ausbitdungsweisen ein Vielfaches an Filternutzungsfläche sowie eine volle Ausnutzung der quer zum Schmelzestrom insgesamt verfügbaren Kassettenfläche innerhalb des Gesamtquerschnittsbereichs des Schmefzekanals im Filtergehäuse.

Die Filterkassetten können trotz ihrer beträchtlichen Filternutzungsfläche in leicht zu handhabender Baugröße gefertigt werden. Dies ist besonders deshalb wichtig, weil die nach erfolgter Benutzung zu reinigenden Kassetten in von der Produktionsstätte abgelegene Reinigungsbäder umgesetzt und von dort wieder zurückgebracht werden müssen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 werden Leckströmungen in Flußrichtung der Kunststoffschmelze, die zwischen aufeinanderfolgenden Lochplatten auftreten, vermieden und gleichgeartete Fließverhältnisse über die Gesamtfläche der Filterkassetten erreicht.

Nach den Merkmalen des Patentanspruches 3 wird dies wirksam auch im Ein- und Austrittsbereich der Filterkassetten des Filtergehäuses erreicht, ohne jedwede Beeinträchtigung der Gleitführung im Filtergehäuse und der damit verbundenen Gleitplatte.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 ergibt sich eine raumsparende und leicht zu handhabende Ausführung der Filterkassetten. Die einzeln mit Fiillstücken einsetzbaren Siebeinsätze sowie die zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung wirksamen Kupplungsstücke ermöglichen die Bereitstellung einer uneingeschränkt über den gesamten Schmelzedurchtrittsbereich des Filtergehäuses wirksamen Filterfläche, wodurch längs der nutzbaren Gesamtfläche gleiche Fließverhältnisse für den Schmelzedurchtritt geschaffen sind.

Die Merkmale des Patentanspruches 6 begünstigen dies, indem der wirksame Schmelzedifferenzdruck als Anpreßdruck vorteilhaft zur dichten Anlage der Füllstücke und Kupplungsstücke und Einkammerung der Siebe bzw. des Siebeinsatzes unter Anpressung der Dichtleisten genutzt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der aus den Zeichnungen ersichtlichen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 eine Kassettenfiltervorrichiung im Längsschnitt des durch eine Extruderaustrittsöffnung und einen Schmelzekanal im Filtergehäuse gebildeten Bereiches.

Fig.2 die Kassetlenfiltervorrichtung nach Fig. 1 längs der Schnittlinie U/H im Querschnitt,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch miteinander verbundene Filterkassetten in einer anderen Ausführungsform des Filtersiebes,

Fig.4 eine perspektivische Darstellung aufeinanderfolgender Filterkassetten gemäß F i g. 3 mit aufgeschnittenem, das eingelegte Filtersieb aufzeigenden Teilbereich,
Fig.5 einen in Einzelheit aus Fig.4 entnommenen Siebeinsatz.

Wie sich aus F i g. 1 ergibt, ist die Kassettenfiltervorrichtung 1 in einem Filtergehäuse 2 querbeweglich zur Durchflußrichtung 3 und der Gehäusebohrung 17 des in einem Extruder 4 aufbereiteten Kunststoffschmelze-Stromes angeordnet. Dabei überdeckt der Querschnitt der Gehäusebohrung 17 die Kassettenfilterfläche in voller Breite, wie dies insbesondere auch F i g. 2 zeigt.

Die Kassettenfiltervorrichtung 1 ist aus mehreren dicht aneinandergereihten Filterkassetten 5a—5fgeb'üdet, welche in einer rechteckigen Bohrung 6 des Filtergehäuses 2 und einer Gleitplatte 20 geführt sind.

Die Betätigung dieser Filterkassetten erfolgt entsprechend dem Richtungspfeil 21 in gleichförmigem und gesteuertem Vorschub durch kraftschlüssige Verbindung

so mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 8. Der Kolbenhub entspricht mindestens etwa einer Kassettenlänge. Die Steuerung des Kolbenvorschubs erfolgt durch ständige Kontrolle des Schmelzedurchsatzes durch die Filterkassetten 5a—5b, indem der sich vor den Filterkassetten aufbauende Schmelze-Rückdruck ermittelt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Bei starker Zunahme des Verschmutzungsgrades der Filterkassetten 5a—5b erfolgt eine Steigerung des Filterkassetten-Vorschubes über ein nicht näher dargestelltes mit der Kolben-Zylinder-Einheit 8 verbundenes Steuerventil.

Ein- und austrittsseitig des Filtergehäuses 2 sind Flansche 7a bzw. Tb vorgesehen, durch deren Kühlkanäle 18 ein Kühlmedium fließt zur Verfestigung an der Oberfläehe der Filterkassetten 5a—5/haftender Schmelze, die in diesem Bereich jeweils einen Dichtpfropfen bildet. Diese Dichtung gegen Schmelzeaustritt erfolgt somit außerhalb des Filtergehäuses 2 und innerhalb der an

dieses anschraubbaren Flansche 7a, 76, wodurch eine dichte und sichere Führung der Filterkassetten 5a—5b erreicht ist.

Wie weiter aus F i g. 1 und F i g. 2 ersichtlich ist, besteht jede Filterkassette 5a—5b aus einer unteren Lochplatte 9 und einer oberen als Füllstück dienenden Lochplatte 10. Sie sind jeweils in ihrer vollen Länge und Breite mit durchgehenden Bohrungen 19 ausgebildet, und zwar so, daß bei Ineinanderfügen der Lochplatte 9, 10 Durchgangsbohrungen für den Schmelzedurchtritt gebildet sind. Ein zwischen den Lochplatten 9,10 eingekammertes und über deren ganze Breite und Länge reichendes Sieb 11 dient als großflächiges Filtermedium. Diese das Sieb 11 jeweils einschließende Oberfläche der Lochplatten 9,10 weist gemäß F i g. 1 ein zahnförmiges Profil 12,12' mit keilförmigem Querschnitt auf.

Seine Profilkämme 14 und Profilflanken 15 verlaufen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Siebes 11 und parallel zur Anschlußfläche 16 und 16' der unteren Lochplatte 9 bzw. der oberen Lochplatte 10 und dienen als Anlage für das entsprechend vorgeformte Sieb 11, das hierdurch seine endgültige besondere und einsatzfähige Form erhält. Diese Form in Verbindung mit der Gestaltung der Siebränder ermöglicht einen großen Schmelzedurchtritt bei relativ geringer und damit kostengünstiger Baugröße der Kassettenfiltervorrichtung. Das Sieb 11 besteht zumeist aus mehreren Gewebelagen rechteckigen Zuschnitts. Diese Gewebelagen sind an ihren Rändern plasma-geschweißt und gewalzt und bilden in ihren Randbereichen ringsum eine umfassende schmale Dichtleiste 23, die aufgrund des auf die obere Lochplatte 10 einwirkenden Schmelzedifferenzdruckes zur dichten Anlage zwischen den Lochplatten 9, 10 kommt. Bei Führung der Kassettenfilter in einer schmalen, nur den Abmessungen der Dichtleiste 23 entsprechenden Fuge 22 weisen diese einen Durchtrittsquerschnitt auf, der die volle Breite der Lochplatten 9, 10 umfaßt.

Die Kassettenfilter stützen sich im übrigen gegen die Gleitplatte 20 ab.

Durch versetzte Anordnung der unteren und oberen Lochplatten 9 und 10 um ein Mehrfaches der Breite ihres Zahnprofils entsteht unter Einschluß des Siebes 11 eine formschlüssige Verbindung der Filterkassetten. Sie verhindert eine durchgängige Spaltbildung im Querschnittsbereich der Filterkassetten und schafft gleichgeartete Fließverhältnisse über deren Gesamtlänge. Voraussetzung hierfür ist, daß die Teilung der Bohrungen 19 auf die Profilteilung (Profilbreite) so abgestimmt ist, daß bei beliebig versetzter Lochplattenanordnung die Bohrungen 19 fluchten.

Die in F i g. 3, 4 und F i g. 5 gezeigte Kassettenfiltervorrichtung besteht aus den Filterkassetten 5a—5c/, vor denen gem. F i g. 3 die Filterkassetten 5b und 5c im Durchtrittsbereich der Gehäusebohrung 17 wirksam sind. Die Filterkassetten 5a—5d sind auch hier aus einer unteren Lochplatte 9 gebildet, deren dem Schmelzefluß zugewandte Oberfläche ebenfalls ein zahnförmiges Profil 13 mit keilförmigem Querschnitt aufweist. Der Profilgrund und die Profilflanken sind jeweils mit einem Siebeinsatz 24 ausgelegt, der aus einem mehrlagigen Gewebe rechteckigen Zuschnitts besteht. Hierbei wird jeder einzelne Siebeinsatz 24 durch ein Füllstück 25 in seiner Lage fixiert. Jeder Filterkassette sind so mehrere Siebeinsätze 24 und Füllstücke 25 zugeordnet, so daß rings der Filterkassetten 5a—5c/ ein rechteckiger Querschnitt innerhalb der Bohrung 6 des Filtergehäuses 2 und der Gleitplatte 20 gebildet ist.

Die formschlüssige Verbindung der Filterkassetten 5a—5c/ erfolgt über dem Zahnprofil der Lochplatte 9 angepaßte Kupplungsstücke 26, z. B. in Gestalt zumindest zwei Profilkämme umfassender Füllstücke, die einen entsprechend geformten Siebeinsatz 24' mit einschließen. Selbstverständlich weisen auch bei dieser Ausbildung der Filterkassetten 5a—5c/ sämtliche Füll- und Kupplungsstücke 25 bzw. 26 Bohrungen 27 auf, die mit entsprechenden Bohrungen 28 in der Lochplatte 9

ίο fluchten.

Die Einpassung der Siebeinsätze 24 in das zahnförmige Profil der Lochplatte 9 ist im einzelnen aus F i g. 4 und F i g. 5 erkennbar. F i g. 4 zeigt auch die Füll- und Kupplungsstücke 25 bzw. 26, die die jeweiligen Siebeinsätze 24 einschließen und zusammen mit den Zahnkämmen 29 der Lochplatte 9 eine ebene Gleitfläche bilden.

Eine den Siebeinsatz 24 jeweils umrandende Dichtleiste 30 verhindert seitlichen Schmelzeaustritt. Diese Dichtleiste 30 wird — wie auch bei der Siebausbildung nach F i g. 1 — durch Plasmaschweißen des Siebgeweberandes und nachfolgendem Kalandern hergestellt. Der die Oberfläche der Kassettenfiltervorrichtung beaufschlagende Schmelzedifferenzdruck bewirkt eine umfassend dichte Anlage der Dichtleiste 30 zwischen der Lochplatte 9 und den Füll- bzw. Kupplungsstücken 25,26.

Auf der Beschickungsseite der Kassettenfiltervorrichtung befindet sich — wie F i g. 1 zeigt — eine mit dem Filtergehäuse 2 und dem Gleitstück 20 verbundene Führungsschiene 31 für den Einsatz der Filterkassetten. Auslaufseitig ist eine Gleitschiene 32 vorgesehen. Hier befindet sich zugleich eine in der Temperatur regelbare Heizvorrichtung 33 mit Heizstäben 34 zu dem Zweck, die durch erstarrten Kunststoff verklebten Filterkassetten voneinander zu trennen, um diese einem Reinigungsbad zuzuführen. Trotz großer Filterfläche sind die Filterkassetten gerade für Reinigungszwecke leicht handhabbar, da sie sich durch ein vergleichsweise geringes Gewicht auszeichnen. Bewirkt ist dies durch die besondere Gestaltung der Filterfläche, die ein Mehrfaches des wirksamen Durchtrittsquerschnittes der Schmelze beträgt und ohne Beeinträchtigung auch der Fließeigenschaften eine formschlüssige Verbindung der einzelnen Filterkassetten ermöglicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patenlansprüche:

1. Kassettenfilter für schmelzflüssige Kunststoffe mit einem im Filtergehäuse eines Extruders zwischen Lochplatten eingeschlossenen und mit diesen quer zum Schmelzestrom mittels Verschiebeeinrichtung bewegbaren Sieb, wobei die übereinander angeordneten Lochplatten durch Vorsprünge und Ausnehmungen miteinander in Eingriff stehen, und mit einer die Ein- und Austrittsseite der Lochplattenführung im Filtergehäuse durch Schmelzekühlung verschließenden Abdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sieb (11) zugeordnete gesamte Oberfläche der Lochplatten (9,10) jeweils mit einem zahnförmigen Profil (12, 13) ausgebildet ist, dessen Mittelachse und Profilkamm senkrecht zur Bewegungsrichtung des Siebes (11) verläuft, und daß die Profilflanken (15) und Profilkämme (14) des keilförmigen Profils (12,13) einander gegenüberliegender Lochplatten unter Einschluß des Siebes (11) formschlüssig ineinandergreifen.

2. Kasettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Eingriff stehenden Lochplatten (9, 10) längs des Schmelzestroms und in einer Ebene senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung Anschlußflächen (16,16') aufweisen, die gegeneinander und proportional der Teilung des zahnförmigen Profils (12,13) versetzt angeordnet sind.

3. Kassettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatten (9,10) von einem mit dem Filtergehäuse (2) lösbar verbundenen sowie kühlbaren Flansch (7a, 7b) umfaßt sind.

4. Kassettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das zahnförmige Profil (12,13) der unteren Lochplatten (9) Füllstücke (25) eingepaßt sind, die unter Einschluß eines in jede Profilzahnlücke einzeln eingesetzten Siebeinsatzes (24) mit den Profilkämmen (14) eine ebene Führungsfläche bilden.

5. Kassettenfilter nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstücke (25) im Bereich der Anschlußflächen (16) der Lochplatten (9) einstückig als Kupplungsstücke ausgebildet sind.

6. Kassettenfilter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (11) bzw. die Siebeinsätze (24) beidseitig ihrer Oberflächen und rings ihres Außenrandes eine erhabene Dichtleiste (30) aufweisen.