DE4221643A1 - Filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zum Abtrennen von Verunreinigungen in der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe.

Seit der Verordnung zur Vermeidung von Verpackungsabfällen sind die Hersteller von Verpackungen und der Handel gezwungen, für die Wiederverwertung dieser Abfälle Sorge zu tragen. Speziell bei Verpackungen aus Kunststoff ergeben sich bislang Probleme, diesem Gebot zur stofflichen Wiederverwertung zu entsprechen, da es an Verfahren und Anwendungen fehlt, die Kunststoffabfälle wiederzuverwerten. Eine der Möglichkeiten besteht darin, aus den Kunststoffabfällen ein Granulat für eine erneute Verarbeitung zu erzeugen.

Die Duale System Deutschland GmbH hat die Aufgabe übernommen, das Einsammeln und Sortieren der Verpackungsabfälle zu organisieren. Den Verpackungsabfällen aus Kunststoff haften neben Verschmutzungen häufig auch noch Papieretiketten oder andere Werbesignetten an. Solche Verschmutzungen und anhaftende Papieretiketten machen eine Aufarbeitung zu einem Regranulat unmöglich. Dies gilt sowohl für Folien als auch für Behälter.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, solche Kunststoffabfälle von Verschmutzungen und Papierresten zu befreien, indem die Kunststoffabfälle geschmolzen werden und ein Filter aus der Schmelze die Fremdstoffteilchen abtrennt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht aus einem Filter, bei dem in einem Gehäuse ein Filterkorb aus Blechringen sitzt, die auf Distanz zueinander stehen und damit Spalte bilden, durch die ausschließlich Kunststoffschmelze fließen kann, nicht jedoch Fremdstoffteilchen, sowie im Inneren des Filterkorbs Messerscheiben zum Reinigen der Spalte und Messerhalter als Distanzstücke für die Messerscheiben, die gemeinsam auf einer verzahnten Antriebswelle sitzen und eine Vollschnecke bilden, die die im Filterkorb zurückbleibenden Fremdstoffteilchen herausfördert.

Bei der Verarbeitung eines Granulats aus Neuware durch Aufschmelzen in einem Ex­ truder ist es üblich, am Ausgang des Extruders ein Filter vorzusehen, damit Fremd­ stoffteilchen, die in die Schmelze gelangen sollten, nicht in das Fertigprodukt gelangen können.

Ein solches aus einem Sieb bestehendes Filter ist bei der hier vorliegenden Aufgabe nicht brauchbar. Die Kunststoffabfälle enthalten so viele Fremdstoffteilchen, daß sich das Sieb in kürzester Zeit dichtsetzen würde. Damit könnte keine Kunst­ stoffschmelze mehr durchtreten, und der vom Extruder aufgebaute Förderdruck würde das verstopfte Sieb zerstören.

Deshalb hat es bereits Versuche gegeben, Filter zu entwickeln, die auch bei Kunst­ stoffschmelzen mit hohen Fremdstoffanteilen sich nicht dichtsetzen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 32 39 030 ist eine Filtervorrichtung bekannt geworden, mit deren Hilfe Fremdstoffteilchen aus Kunststoffschmelzen abgetrennt werden sollen.

Diese Vorrichtung besteht aus einem Rippenrohr in einem Gehäuse. In den Vertie­ fungen des Rippenrohres befinden sich Filterlöcher, durch die die gereinigte Kunststoffschmelze durchtreten kann, nicht jedoch die Festkörperteilchen. Die sich an der Innenseite des Rippenrohres ablagernden Feststoffteilchen sollen von Scha­ bern entfernt werden. Die Schaber werden durch Tellerfedern oder hydraulisch gegen die Innenseite des Rippenrohrs gepreßt. Entweder durch Schrägstellung der Schaber werden die Festkörperteilchen aus dem Rippenrohr ausgetragen oder durch spezielle Öffnungen im Rippenrohr.

Filter dieser Konstruktion haben sich nicht bewährt. Die Konstruktion ist kompliziiert und demzufolge störanfällig. Bei den erforderlichen Betriebstemperaturen ermüden die Federn. Die Abdichtungen der Hydraulik werden unter den wechselnden Temperaturen zwischen Raum- und Betriebstemperatur undicht.

Daher ist ein Filter nach der Anmeldung EP 0 418 750 A1 entwickelt worden, dessen Filterkörper aus einzelnen Ringen besteht, die mit Abstand zueinander an ihrer Außenseite durch Stege gehalten werden. Die Fixierung der Ringe in den Stegen zueinander ergibt innen einen Spalt, der nur von der reinen Thermoplastschmelze passiert werden kann. Die sich innenseitig an den Ringen ansetzenden Fremdkörper­ teilchen werden von den Flanken einer Vollschnecke abgeschabt.

Der Nachteil dieser Konstruktion liegt im Verschleiß der Vollschnecke. Beim Ab­ schaben der Festkörperteilchen von den Filterringen verrunden sich die scharfen Kanten der Schneckenwendeln. Dadurch werden die Festkörperteilchen nicht mehr von den Filterringen abgeschabt, sondern in die Spalte zwischen den Ringen hineinge­ preßt. Damit verstopft der Filterkorb.

Diese Nachteile der oben geschilderten Ausführungen vermeidet die Filter-Vorrichtung nach der Erfindung.

Der Filterkorb des erfindungsgemäßen Filters besteht aus Blechringen mit nach außen stehenden Nasen. Durch diese Nasen werden Schraubbolzen geführt. Der Korb ist abwechselnd aus den Blechringen und Distanzstücken aufgebaut. In Höhe der Nasen werden die Blechringe abwechselnd mit den Distanzstücken durch die Schraub­ bolzen zu dem Filterkorb zusammengefügt. Die Dicke der Distanzstücke bestimmt die Höhe der Filterspalte.

In der Längsachse des Filterkorbs befindet sich eine angetriebene verzahnte Welle, auf der abwechselnd Messerscheiben und Messerhalter sitzen. Die Messerscheiben ragen in die Filterspalte hinein, die sich durch den Abstand der Blechringe von­ einander ergeben. Dabei ist die Dicke der Messerscheibe geringfügig kleiner als der Filterspalt. Entsprechend den Zähnen der verzahnten Welle sind auch die Boh­ rungen der Messerscheiben und der Messerhalter verzahnt. Beide, Messerscheibe sowohl als auch Messerhalter, sitzen um den jeweils gleichen Winkel im oder gegen den Uhrzeigersinn versetzt auf der Welle. Dadurch bildet sich in der Länge des Filterkorbs eine Vollschnecke, mit der die Fremdkörperteilchen an das offene Ende des Filterkorbes gefördert werden.

Ein Verschleiß der Messerscheiben durch ein Verrunden der Kanten ist nicht möglich, da die Messerscheiben in die Filterspalte hineinragen. Jedes Fremdkörper­ teilchen, das sich am Innenrand des Filterkorbs festsetzt oder in den Filterspalt hineinragt, wird von der Messerscheibe entfernt. Die Messerhalter können nicht verscheißen, da zwischen ihrer äußeren Kante und dem Innenrand des Filterkorbs ein geringer Abstand besteht.

Die Breite des Filterspalts liegt zwischen 0,2 und 0,4 mm, die Spalthöhe beträgt 10-20 mm. Die Anzahl der Filterspalte kann beliebig sein. Sie richtet sich nach der Höhe des gewünschten Schmelzedurchsatzes. Die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze in den Filterspalten liegt zwischen 0,1 und 10 cm/sec.

Der Filterkorb befindet sich in einem Gehäuse mit Austrittsöffnungen für die ge­ reinigte Thermoplastschmelze und für die Fremdstoffteilchen. Die Eintrittsöffnung für die ungereingte Schmelze in das Gehäuse führt zu einer Schnecke, die die Schmelze in den Filterkorb preßt. Die Schnecke sitzt in Verlängerung des verzahnten Teils der angetriebenen Welle, die durch das Gehäuse zum Antriebsaggregat geführt wird. Zur Abdichtung nach außen ist die Welle mit einer gegenläufigen Schnecke ausgerüstet.

Für die Funktion des Filters ist die Abstimmung der Strömungswiderstände der beiden Kreisläufe gereinigte Schmelze und auszutragende Fremdstoffteilchen-Rück­ standskuchen von Bedeutung. Die beiden Stoffströme sind so abzustimmen, daß der Rückstandskuchen beim Verlassen des Filters möglichst wenig Thermoplastschmelze enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter wird dies dadurch gelöst, daß die Austrittsöffnung in bezug auf den Querschnitt als Maß für den Auslaß-Widerstand geregelt.

Dazu wird der Schmelzedruck in der Austrittsöffnung durch einen Drucksensor gemessen. Der gemessene Druck dient dann als Steuersignal für die Bemessung des Querschnitts der Austrittsöffnung für den Fremdstoff-Rückstandskuchen. Dabei kann die Höhe des gemessenen Staudrucks als Zuordnungsgröße für den Querschnitt der Austrittsöffnung voreingestellt werden.

Vorteilhafterweise erfolgt die Veränderung des Querschnitts der Austrittsöffnung, ohne daß dabei Kanten oder Totpunkte entstehen, an denen sich Fremdstoffteilchen festsetzen können. Erfindungsgemäß kann dazu ein konischer Dorn verwendet werden, der in die Austrittsöffnung hineinragt. Die Querschnittsveränderung läßt sich dann durch Hinein- oder Herausschieben des Dorns in die Austrittsöffnung bewirken.

Die Querschnittsveränderung kann durch die Schäge eines Bolzens bewirkt werden, der in einen Krümmer der Austrittsöffnung hineinragt.

In den oben aufgeführten Vorveröffentlichungen erfolgt die Steuerung des Austritts der Fremdstoffteilchen durch Verändern der Viskosität des Fremdstoffteilchen-Rück­ standskuchens, indem die Viskosität durch Kühlen oder Aufheizen erhöht oder erniedrigt wird. Entsprechende Heiz- und Kühleinrichtungen befinden sich im Austritts­ bereich für die Fremdstoffteilchen.

Solche Steuerungssysteme sind unzweckmäßig, da die Reaktionszeiten viel zu lang sind.

Demgegenüber ist die Steuerung mit einem Druckmeßglied, dessen Signale verstärkt und umgeformt werden, für die Steuerung des Betätigungszylinders (13) praktisch trägheitslos.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Aufkonzentrierung der Fremd­ stoffteilchen in der Kunststoffschmelze zwischen dem Austritt der durch den Filterkorb zurückgehaltenen Fremdstoffteilchen. Die Aufkonzentrierung erfolgt im Bereich einer kegelförmigen Schnecke.

Durch die zu einer Vollschnecke zusammengesetzten Messerscheiben und Messerhalter werden die Fremdstoffteilchen in den Förderbereich der kegelförmigen Schnecke transportiert. Das durch Steghöhe und Ganghöhe der Schnecke gebildete Volumen verringert sich zur Kegelspitze hin. Vorteilhaft ist es, wenn diese Volumenkontraktion stetig erfolgt. Dazu werden der Kegelwinkel und die sich verändernde Gangsteigung entsprechend angepaßt.

Die Volumenreduktion zwingt die Schmelze zu einer Rückströmung entgegen der Förder­ richtung über den Spalt zwischen Schneckensteg und Kegelmantel. Die Höhe des Spalts ist so gewählt, daß Fremdstoffteilchen ihn nicht passieren können. Um den Betrag des Volumens der Rückströmung der Schmelze in den Filterraum findet eine Erhöhung der Fremdstoffteilchen-Konzentration in der Kunststoffschmelze in Richtung Austrittskanal statt.

Die kegelförmige Schnecke wird von der Antriebswelle angetrieben, die auch die Messerscheiben, die Messerhalter und die Abdichtschnecke antreibt.

Zur Erhöhung der Wandhaftung der Schmelze am Kegelmantel ist es vorteilhaft, den Kegelmantel aufzurauhen, zu verzahnen oder den Kegelmantel mit einem gegenläufigen Gewindeprofil zu versehen.

Das erfindungsgemäße Schmelzefilter wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 stellt den Schmelzefilter im Axial-Längsschnitt dar.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Filters (1).

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Filter (1) als Schnitt A-B in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt den Austrittsteil des Schmelzefilters nach Fig. 1, jedoch statt Abschlußkegel mit kegelförmiger Schnecke.

In Fig. 1 zeigt (1) das Filter mit dem Filterkorb, der durch die Schraubbolzen (22) zusammengehalten wird. Die Messerscheiben und die Messerhalter sitzen auf der verzahnten Welle (2). Zusammen mit der Förderschnecke (7) und der Schnecke zur Abdichtung (9) befindet sich das Filter in dem Gehäuse (3).(4) ist die Austritts­ öffnung für die von den Fremdteilchen befreite Thermoplastschmelze, (6) ist die Eintrittsöffnung für die ungereinigte Schmelze und (10) der Austrittskanal aus dem Filter für die abgeschiedenen Fremdstoffteilchen. Auf der Antriebswelle (8) sitzen die verzahnte Welle (2) zur Aufnahme der Messerscheiben (23) und der Messerhalter (24) sowie die Förderschnecke (7) und die Abdichtschnecke (9). Fixiert sich diese Teile durch den Kegel. Der Kolben (11) steuert mit seiner Steuerkante (12) durch Verändern des Querschnitts von (5) den Ausfluß-Widerstand der abgeschiedenen Fremdstoffteilchen. Der Drucksensor (14) gibt die Steuersignale für den Betäti­ gungszylinder (13), der die Stellung des Kolbens (11) regelt. Die Antriebswelle (8) befindet sich in einer Verstärkungsbuchs (18), die in den Tragrollenlagern (15) und (16) gelagert ist. Die Lager sind durch den Dichtungsring (17) geschützt. Am Gehäuse (3) ist der Gehäusekopf (19) angeflanscht.

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Teil des Filters (1) nach Fig. 1. Dargestellt im Schnitt sind die im Gehäuse (3) sitzenden Blechringe (20), die durch die Distanzstücke (21) auf den Spaltabstand gehalten werden und mittels der Schraubbolzen (22) zusammengehalten werden. Ferner zeigt der Ausschnitt die Messerscheiben (23) und die Messerhalter (24).

Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch die Filter (1) mit 2 versetzten Messerscheiben (23), deren Messerspitzen (25) in die Zwischenräume der Blechringe (20) hin­ einragen, und 2 versetzte Messerhalter (24), die bis fast an den Innenrand der Blechringe heranreichen. Durch die schraubenförmige Versetzung auf der Zahnwelle (2) ergibt sich eine Vollschnecke mit Förderwirkung für die Fremdstoffteilchen in Richtung Austrittskanal (10). In dem dargestellten Beispiel ergeben 16 Messerscheiben und 16 Messerhalter einen Gang der Schnecke.

Die Form der Messerscheiben und der Messerhalter ist so gewählt, daß die Fremd­ stoffteilchen bei der Rotation vom Filterkorb nach innen bewegt werden.

Die Beeinflussung der Schmelzeviskosität ist durch Beheizen bzw. Kühlen des Ge­ häuses (3), des Gehäusekopfes (19) und des Austrittsrohres (5) vorgesehen.

Die Fig. 4 zeigt den linken Teil des Filters im Axialschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch ausgerüstet mit einer kegelförmigen Schnecke (27) in dem Kegelmantel (28) anstelle des Kegels (26). Die Rückströmung der Schmelze erfolgt über die Spalte (29). Der konzentrierte Fremdstoffteilchenstrom fließt über den Austrittskanal (30) ab.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter, das dadurch gekennzeichnet ist, daß durch auf Abstand zueinander stehende Blechringe (20) Filtrierspalte gebildet werden und daß die Spitzen (25) von Messerscheiben (23) in den Filtrierspalten rotieren, die zusammen mit Messerhaltern (24) so versetzt auf einer An­ triebswelle angeordnet sind, daß sie aufgrund ihress Umrisses eine Vollschnecke bilden.

2. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechringe (20) mit Distanzstücken (21) durch Schraubbolzen (22) zu einem Filterkorb verbunden sind.

3. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerscheiben (23) und die Messerhalter (24) mittels ver­ zahnter Bohrungen auf einer verzahnten Welle (2) sitzen.

4. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Filtrierspalte zwischen den Blechringen (20) zwischen 0,2 und 0,4 mm beträgt und daß die Länge der Filtrierspalte zwischen 10 und 20 mm beträgt.

5. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Kunststoffschmelze durch die Filtrierspalte bei 0,1-10 cm/sec liegt.

6. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ungereinigte Schmelze durch eine Förderschnecke in das Filter gedrückt wird und daß an der Seite, die dem Filter abgewandt ist, eine Abdichtschnecke (9) angeordnet ist.

7. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (1), Förderschnecke (7), Abdichtschnecke (9), An­ triebswelle (8) mit Lagerung sich in einem Gehäuse befinden, das eine Ein­ trittsbohrung für die ungereinigte Schmelze, eine Austrittsöffnung für die gereinigte Schmelze und eine Austrittsbohrung für die Fremdstoffteilchen besitzt.

8. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermopla­ stischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt des Austritts (5) für die Fremdstoffteilchen veränderbar ist.

9. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermopla­ stischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schmelzedruck im Bereich des Austrittskanals für die Fremd­ stoffteilchen durch den Drucksensor (14) gemessen und mit einem einstellbaren Solldruck verglichen und bei Abweichung über einen Betätigungszylinder durch die Verstellung eines Dorns oder einer Steuerkante der Querschnitt im Bereich des Austrittskanals verändert wird.

10. Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdstoffteilchen aus der Schmelze thermoplastischer Kunststoffe durch ein Filter nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstoffteilchen zusammen mit Kunststoffschmelze in eine kegelförmige Schnecke (27) gelangen, wobei die Fremdstoffteilchen dadurch bis zu einem dickflüssigen Kuchen verdichtet werden, daß die Schmelze über den für die Fremdstoffteilchen unpassierbaren Schneckenstegspalt zurückfließen kann.