DE102011057005A1

DE102011057005A1 - Filtriervorrichtung für hochviskose Fluide

Info

Publication number: DE102011057005A1
Application number: DE102011057005A
Authority: DE
Inventors: Rolf Schämann
Original assignee: Kreyenborg Verwaltung und Beteiligungen GmbH and Co KG
Current assignee: Nordson Holdings SARL and Co KG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtriervorrichtung (100) für hochviskose Fluide nach Art eines Siebwechslers mit wenigsten einem Siebträgerelement (10) mit Siebkavitäten (11), in denen jeweils ein Filterelement (12) angeordnet ist und die in einer Produktionsstellung zwischen dem Eintrittskanal (21) und dem Austrittskanal (22) des Gehäuses (20) angeordnet sind, wobei das Siebträgerelement (10) verschiebbar oder drehbar in dem Gehäuse (20) gelagert ist und wobei die stromaufwärts gelegene Seite der Siebkavität (11) mit einem zur Gehäuseaußenseite führenden Rückspülkanal (23) in Verbindung zu bringen ist. Außerdem ist stromabwärts des Siebträgerelements (11) eine Druckerhöhungseinheit (30) ausgebildet, die umfasst: – einen Bypasskanal (31), der von dem Austrittskanal (22) im Gehäuse (20) oder einem Verlängerungskanal desselben außerhalb des Gehäuses (20) zu einer in Rückspülposition befindlichen Siebkavität (11) führt, – eine im Bypasskanal (31) angeordnete Fluidpumpe (32), – die im Bypasskanal (31) mündende Energiespeichervorrichtung (33) und – einen Bypassrückführkanal (36), der in einer Produktionsstellung vom Bypasskanal (31) zur stromabwärts gelegenen Seite der Siebkavität (11) führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtriervorrichtung für hochviskose Fluide, die wenigstens umfasst:

– ein Gehäuse mit wenigstens einem Eintrittskanal und wenigstens einem Austrittskanal und
– ein Siebträgerelement mit wenigstens einer Siebkavität, in der wenigstens ein Filterelement angeordnet ist und die in einer Produktionsstellung zwischen dem Eintrittskanal und dem Austrittskanal des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Siebträgerelement verschiebbar oder drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und die stromaufwärts gelegene Seite der Siebkavität mit einem zur Gehäuseaußenseite führenden Rückspülkanal in Verbindung zu bringen ist, und
– eine Energiespeichervorrichtung zur Speicherung einer Fluidmenge für den Rückspülbetrieb, deren Volumen mittels eines kraftbeaufschlagbaren Kolbens veränderbar ist.

Solche Filtriervorrichtung sind allgemein bekannt, um insbesondere Kunststoffschmelzen zu reinigen, beispielsweise aus der DE 40 12 404 C1 . Bei dem Siebträgerelement handelt es sich insbesondere um einen zylindrischen Siebbolzen, der in einer Siebbolzenbohrung des Gehäuses über einen Hydraulikantrieb verschiebbar angeordnet ist. Da mit zunehmender Verschmutzung des Siebes eine Erhöhung des Fließwiderstandes eintritt, ist vorgesehen, den Siebbolzen in eine besondere Stellung zu verfahren und von der rückwärtigen Seite her, also von der Reinseite des Siebes aus, mit Fluid zu beaufschlagen, um auf der Schmutzseite vorhandene Anhaftungen zu lösen und über einen Rückspülkanal aus dem Gehäuse auszutragen. Anschließend kann das Siebträgerelement mit dem solchermaßen gereinigten Sieb wieder zurück in seine Produktionsstellung verfahren werden, wo das Sieb erneut zwischen Eintrittsund Austrittskanal platziert ist und von dem Fluid, insbesondere der Kunststoffschmelze, durchströmt wird.
Um die anhaftenden Verschmutzungen zu lösen, muss eine relativ große Menge an Fluid mit hoher Fließgeschwindigkeit und/oder hohem Druck in die Siebstelle eingeleitet werden. Sofern die Leistungsfähigkeit der der Filtriervorrichtung vorgeschalteten Fördervorrichtung, wie einer Schmelzepumpe oder eines Extruders, nicht ausreicht, ist eine effektive Rückspülung der Siebstelle nicht möglich.
Zudem kann anlagenbedingt der austrittsseitige Druck für die Durchführung der Rückspülung nicht ausreichend sein, so dass Druck erhöhende Aggregate notwendig sind.
Aus der EP 1 778 379 B1 ist es bekannt, eine bestimmte Fluidportion in einem Kolben zwischen zu speichern und bei Bedarf für den Rückspülvorgang mit hohem Druck auszustoßen. Diese Bauweise hat sich grundsätzlich bewährt, jedoch ist dadurch, dass die Stößel in die Schmelze führenden Fließkanäle einfahren, das zur Verfügung stehende Volumen begrenzt.
Ähnliche Lösungen, wie Sie beispielsweise die EP 554 237 A1 zeigt, besitzen einen größeren Fluidspeicher als Energiespeicher, der neben dem Fließkanal angeordnet ist. Sie haben den Nachteil, dass die Fluidmenge über eine zu lange Verweilzeit in der Energiespeichervorrichtung verweilen muss, wodurch die Gefahr einer thermischen oder chemischen Veränderung besteht.
Kommt es beispielsweise zu einer Verkohlung von einzelnen Fluidportionen, so würde der Rückspülbetrieb zwar noch durchführbar sein, jedoch würden die thermisch zersetzten Anteile des Fluids auf der Reinseite der Siebstelle in den Kreislauf eingebracht und würden beim nachfolgenden Verschieben der Siebkavität zurück in die Produktionsstellung bis in die nachgeschalteten Anlagen gelangen und könnten dort zu Störungen führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, bei einer Filtriervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beim Rückspülvorgang mit hohem Druck eine größere Fluidmenge ausstoßen zu können.
Zur Lösung schlägt die Erfindung vor, dass stromabwärts des Siebträgerelements der Filtriervorrichtung eine Druckerhöhungseinheit ausgebildet ist, die wenigstens umfasst:

– einen Bypasskanal, der von dem Austrittskanal der Filtriervorrichtung im Gehäuse oder einem Verlängerungskanal desselben außerhalb des Gehäuses zu einer in Rückspülposition befindlichen Siebkavität führt,
– eine im Bypasskanal angeordnete Fluidpumpe,
– die im Bypasskanal mündende Energiespeichervorrichtung und
– einen Bypassrückführkanal, der in einer Produktionsstellung vom Bypasskanal zur stromabwärts gelegenen Seite der Siebkavität führt.

Die Druckerhöhungseinheit kann direkt in eine Filtriervorrichtung integriert sein, kann aber auch als gesonderte Einheit außerhalb des Gehäuses der Filtriervorrichtung ausgebildet sein, insbesondere zur Nachrüstung bestehender Filtriervorrichtungen, wobei dann nachträglich nur entsprechende Verbindungen zu den Fließwegen in der Filtriervorrichtung herzustellen sind.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, in dem Bypasskanal einen kontinuierlichen Kreislauf des Fluids zu erreichen, sodass während des normalen Produktionsbetriebs der Bypasskanal, der vorzugsweise einen relativ kleinen Querschnitt im Vergleich zu den Ein- und Austrittskanälen des Gehäuses besitzt, fortwährend durchspült ist und längere Verweilzeiten von Fluidportionen darin nicht auftreten.
Zur Einleitung des Rückspülbetriebes wird das Siebträgerelement dann aus seiner Produktionsstellung heraus in eine sogenannte Sperrstellung gefahren, bei der eintrittsseitig keine Verbindung der Schmutzseite der Siebkavität mit dem Eintrittskanal mehr besteht. Es besteht dann zunächst auch noch keine Verbindung zu dem Rückspülkanal, welcher zur Gehäuseaußenseite hin führt. Dafür ist jedoch eine direkte Verbindung zwischen der Reinseite der Siebkavität und dem Bypasskanal hergestellt. Über die Fluidpumpe wird aus dem Austrittskanal Fluid abgezogen und in den Bypasskanal eingeleitet. Es kommt dadurch, dass die Siebkavität auf der Einlaufseite – der sogenannten Schmutzseite – vollständig abgesperrt ist, zu einer Druckerhöhung. Hierdurch tritt Fluid in die Energiespeichervorrichtung ein, wobei es sich insbesondere um einen Zylinder handelt, in welchem ein federbeaufschlagter Kolben verschiebbar angeordnet ist.
Die Energiespeichervorrichtung füllt sich ganz oder teilweise, so dass dann das Siebträgerelement in die eigentliche Rückspülposition verschoben werden kann, in welcher eine Verbindung zwischen der Siebkavität und dem Rückspülkanal im Gehäuse hergestellt ist.
Die Entspannung findet eben schlagartig in dem Moment statt, in dem die Siebkavität mit dem unter Atmosphären Druck stehenden Rückspülkanal verbunden wird. Aufgrund des schlagartigen Druckabfalls kann auch der Feder beaufschlagte Energiespeicher schlagartig entleert werden. Gleichzeitig wird mittels der Fluidpumpe weiterhin Fluid aus dem Austrittskanal im Gehäuse abgezogen. Die Menge des Fluids und der starke Anfangsimpuls lösen Anhaftungen zuverlässig.
Durch die Parallelschaltung der Fluidpumpe und des variablen Energiespeichers wird erreicht, dass zum Einen die Fluidpumpe nicht überlastet wird und zum Anderen eine Vorspannung der zur Rückspülung eingesetzten Fluidportion im Bypasskreislauf mit dem maximal möglichen Schmelzedruck erreicht wird.
Neben seiner Schutzfunktion für die Pumpe dient also die Energiespeichervorrichtung auch als Impulserzeuger, um eine schlagartige Beaufschlagung des Filterelements und damit eine effektive Schmutzablösung zu erreichen.
Vorzugsweise ist die Fluidpumpe über eine Kupplung mit einem Motor verbunden, insbesondere eine drehnachgiebige Kupplung oder eine Rutschkupplung, so dass bei zu hohen Drücken die Pumpe und ihr Antriebsstrang vor übermäßigen Belastungen geschützt werden.
Die Energiespeichervorrichtung sieht, wie bereits beschrieben, vorzugsweise einen federbeaufschlagten Kolben vor, wodurch eine einfache Bauweise möglich ist. Denkbar sind auch andere Kraftspeicher, beispielsweise gasgefüllte Speicher, bei denen das Gas komprimiert wird, wenn die Energiespeichervorrichtung gefüllt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils in einer schematischen Schnittansicht:
1 die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung im Produktionsbetrieb
2 die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung in einer Sperrstellung unmittelbar vor einer Rückspülung und
3 die Filtriervorrichtung in Rückspülposition.
In 1 ist eine Filtriervorrichtung 100 schematisch dargestellt, die im Wesentlichen aus einem Gehäuse 20 besteht, in welchem eine Bohrung eingebracht ist, in der wiederum ein Siebträgerelement 10 verschiebbar gelagert ist.
Das Siebträgerelement 10 weist wenigstens eine Siebkavität 11 mit wenigstens einem Filterelement 12 auf. In der in 1 dargestellten Produktionsstellung strömt das Fluid über den Eintrittskanal 21 bis in die Siebkavität 11, strömt dann durch das Filterelement 12 hindurch und weiter in den Austrittskanal 22.
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Filtriervorrichtung 100 zweigt von dem Austrittskanal 22 ein Bypasskanal 31 ab, der wiederum an derjenigen Gehäusebohrung mündet, in welcher das Siebträgerelement 10 verschiebbar geführt ist. Im Siebträgerelement 10 selbst ist ein Bypassrückführkanal 36 vorgesehen, der im Produktionsbetrieb das Ende des Bypasskanals 31 mit der Siebkavität 11 verbindet.
Eine Fluidpumpe 32 hält den Fluidstrom im Bypasskanal 31 und dem Bypassrückführkanal 36 kontinuierlich aufrecht, sodass sich parallel zur Strömung im Austrittskanal 22 eine Kreisströmung ergibt, die bei der Darstellung nach 1 im Uhrzeigersinn verläuft.
Die Fluidpumpe 32 ist hier durch eine Zahnradpumpe gebildet, welche durch einen Motor 38 angetrieben ist. In der schematischen Darstellung der 1 sind der Bypasskanal 31 und die zusätzlichen Einrichtungen, die zusammen eine sogenannte Druckerhöhungseinheit ausbilden, direkt im Gehäuse 20 angeordnet.
Dies hat im Falle der Filtrierung von Kunststoffschmelzen den Vorteil, dass der Bypasskanal 31 wie auch die Fluidpumpe 32 mit den im Gehäuse 20 befindlichen Heizeinrichtungen aufgeheizt werden, um so überall die Schmelzetemperatur aufrecht zu erhalten.
Möglich ist jedoch auch, die sogenannte Druckerhöhungseinheit außerhalb des eigentlichen Gehäuses 20 anzuordnen und dann nur die Mündungen des Bypasskanals 31 mit dem Austrittskanal 22 bzw. dem Bypassrückführkanal 36 in Verbindung zu bringen. Auf diese Weise können vorhandene Filtriervorrichtungen nachgerüstet werden.
Bei der in 1 gezeigten Produktionsstellung ist eine Energiespeichervorrichtung 33 als Zylinder mit Feder beaufschlagtem Kolben ausgebildet. Diese ist in der Stellung nach 1 noch ohne Funktion. Aufgrund der Federbeaufschlagung ist der Kolben 34 maximal nach vorn gerückt, sodass sich keine Toträume ergeben, sondern ein durchgängiger Bypasskanal 31 ausgebildet wird, in welchem die Kreislaufströmung im Bypasskanal nicht behindert wird.
Um die Reinigung des Filterelements 12 in der Siebkavität 11 einzuleiten, wird das Siebträgerelement 10 zunächst in die in 2 gezeigte Sperrstellung verbracht. Der Eintrittskanal 21 und auch der Austrittskanal 22 stehen in dieser Stellung mit der Siebkavität 11 nicht mehr in Verbindung. Der sogenannte Bypassrückführungskanal 36 ist in dieser Stellung kurzzeitig ebenfalls nicht durchströmt. Da diese Stellung jedoch nur für kurze Zeit eingenommen wird, ist damit kein Nachteil in Bezug auf eine Verweilzeit des darin befindlichen Fluids verbunden. Ebenfalls besteht in der Sperrstellung noch keine Verbindung der Siebkavität 11 auf ihrer Reinseite, also der stromaufwärts gelegenen Seite, zu dem Rückspülkanal 23, welcher aus dem Gehäuse 20 herausführt.
Die Fluidpumpe 32 arbeitet in dieser Stellung also vollständig gegen einen vollständig abgesperrten Fließweg an. Der von der Fluidpumpe 32 erzeugte Druck führt somit bei einem weitgehend inkompressiblen Medium wie einer Kunststoffschmelze zu einer Druckerhöhung im gesamten Bypasskanal stromabwärts der Fluidpumpe 32, also dort, wo die Energiespeichervorrichtung 33 angeordnet ist. Aufgrund der Druckerhöhung weicht der Kolben 34 gegen die Kraft der Feder aus und ermöglichst ein Nachströmen von Fluid in die zylindrische Aufnahmebohrung der Energiespeichervorrichtung. Damit wird die Fluidportion, die im stromabwärts der Pumpe 32 gelegenen Teil der Bypassleitung 31, in der Energiespeichervorrichtung 33 und in der Siebkavität 11 befindlich ist, mit dem maximalen Druck vorgespannt, den die Fluidpumpe 32 erzeugen kann.
Dabei sind die Belastungsgrenze der Pumpe 32 sowie die Federkraft und der Federweg der Energiespeichervorrichtung 33 mit der Zeitdauer, während der sich das Siebträgerelement 10 in der Sperrstellung befindet, abgestimmt, so dass eine zu hohe Drehmomentbelastung der Pumpe vermieden wird und andererseits die maximal mögliche Vorspannung der Fluidportion in dem beschriebenen Abschnitt erreicht wird.
Das Siebträgerelement 10 wird dann möglichst schnell in die in 3 dargestellte eigentliche Rückspülstellung verfahren. In dieser ist eine direkte Verbindung der Siebkavität 11 mit dem Rückspülkanal 23 hergestellt. Die Fluidportion kann sich nun schlagartig in den Rückspülkanal 23 ergießen, wobei an der Schmutzseite des Filterelements anhaftende Partikel abgelöst werden. Um die Ablösung zu vervollständigen, wird aus dem Energiespeicher 33 mittels der Federkraft eine weitere Fluidmenge nachgeführt, wie auch durch die weiterhin laufende Fluidpumpe, durch welche weiterhin aus dem Gehäuseaustrittskanal 22 Fluid nachgefördert wird. Dadurch, dass die Filtriervorrichtung vorzugweise mehr als ein Siebträgerelement besitzt, kann der Produktionsbetrieb mit einem anderen Siebträgerelement aufrecht erhalten werden, so dass über das anderen Siebträgerelement auch genug Fluid in den Austrittskanal nachfließt, das für die Rückspülung verwendet werden kann.
Wesentlich ist also, dass durch die zusätzliche Energiespeichervorrichtung eine gewisse Abpufferung von Druckspitzen ermöglichst wird, so dass die Fluidpumpe in allen Stellungen des Zyklus’ weiterlaufen kann. Ein vorübergehendes Abstellen der Pumpe, womit ein Druckabfall verbunden wäre, ist nicht notwendig.
Auch wenn das Siebträgerelement 10 später wieder aus der Rückspülposition gemäß 3 in die Produktionsstellung gemäß 1 zurück verfahren wird, wird kurz die Sperrstellung gemäß 2 erreicht. Auch in diese Phase kann Fluid in der Energiespeichervorrichtung 33 aufgenommen werden, obschon diese Fluidportion nicht für einen nachfolgenden Vorgang benötigt wird. In dem Moment, in dem eine Verbindung der Mündung des Bypasskanals 31 mit dem Bypassrückführungskanal 36 hergestellt ist, kann eine Entlüftung der Siebkavität 11 erreicht werden.
Da eben, wie beschrieben, die Fluidpumpe 32 ständig laufen kann und keine Anfahr- und Stop-Prozesse im Bypasskanal 31 einzuhalten sind, kann die Zykluszeit für die Rückspülung einschließlich des zweimaligen Erreichens der Sperrstellung auf dem Hin- und auf dem Rückweg auf sehr kurze Zeiten von z.B. wenigen Sekunden begrenzt werden. Die Verweilzeit des Fluids, das in dieser Zeitdauer im Gehäuseeintrittskanal 21, im Gehäuseaustrittskanal 22 oberhalb des Abzweigs für den Bypasskanal und im Bypassrückführungskanal 36 steht, ist so kurz, dass es zu keiner nachteiligen Beeinflussung oder gar thermischen Zersetzung des Fluids kommt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4012404 C1 [0002]
EP 1778379 B1 [0005]
EP 554237 A1 [0006]

Claims

Filtriervorrichtung (100) für hochviskose Fluide, die wenigstens umfasst: – ein Gehäuse (20) mit wenigstens einem Eintrittskanal (21) und wenigstens einem Austrittskanal (22) und – ein Siebträgerelement (10) mit wenigstens einer Siebkavität (11), in der wenigstens ein Filterelement (12) angeordnet ist und die in einer Produktionsstellung zwischen dem Eintrittskanal (21) und dem Austrittskanal (22) des Gehäuses (20) angeordnet ist, wobei das Siebträgerelement (10) verschiebbar oder drehbar in dem Gehäuse (20) gelagert ist und die stromaufwärts gelegene Seite der Siebkavität (11) mit einem zur Gehäuseaußenseite führenden Rückspülkanal (23) in Verbindung zu bringen ist, und – eine Energiespeichervorrichtung (33) zur Speicherung einer Fluidmenge für den Rückspülbetrieb, deren Volumen mittels eines kraftbeaufschlagbaren Kolbens (34) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Siebträgerelements (11) eine Druckerhöhungseinheit (30) ausgebildet ist, die wenigstens umfasst: – einen Bypasskanal (31), der von dem Austrittskanal (22) im Gehäuse (20) oder einem Verlängerungskanal desselben außerhalb des Gehäuses (20) zu einer in Rückspülposition befindlichen Siebkavität (11) führt, – eine im Bypasskanal (31) angeordnete Fluidpumpe (32), – die im Bypasskanal (31) mündende Energiespeichervorrichtung (33) und – einen Bypassrückführkanal (36), der in einer Produktionsstellung vom Bypasskanal (31) zur stromabwärts gelegenen Seite der Siebkavität (11) führt.
Filtriervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Sperrstellung: – die Verbindung zwischen der Schmutzseite der Siebkavität (11) und dem Eintrittskanal (21) sowie dem Rückspülkanal (23) unterbrochen ist – die Verbindung zwischen der Reinseite der Siebkavität (11) und dem Austrittskanal (22) unterbrochen ist und – eine Verbindung des Bypasskanals (31) mit der Reinseite der Siebkavität (11) hergestellt ist.
Filtriervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Rückspülstellung: – eine Verbindung zwischen der Schmutzseite der Siebkavität (11) und dem Rückspülkanal (23) hergestellt ist und – eine Verbindung des Bypasskanals (31) mit der Reinseite der Siebkavität (11) hergestellt ist.
Filtriervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe (32) über eine Kupplung (37) mit einem Motor (38) verbunden ist.
Filtriervorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (37) eine drehnachgiebige Kupplung ist.
Filtriervorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (37) eine Rutschkupplung ist.
Filtriervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) federbeaufschlagt ist.
Filtriervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (38) ein Hydromotor mit einer Drehmomentbegrenzungseinrichtung ist.