Vorrichtung zum gesteuerten Leiten einer Kunststoffschmelze
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gesteuerten Leiten einer Kunststoffschmelze mit einem mit einem Einlaufkanal sowie einem Auslaufkanal für die Kunststoffschmelze ausgestatteten Gehäuse, in dem zwischen den Mündungen des Einlaufkanals sowie des Auslaufkanals ein Steuerglied abgedichtet quer zu dem Einlaufkanal sowie dem Auslaufkanal bewegbar ist, wobei als Steuerglied ein drehbarer Bolzen vorgesehen ist der einen Durchflusskanal für die Kunststoffschmelze aufweist und der über einen Dreharm aus einer ersten in eine zweite Position drehbar ist.
Es sind Siebwechsler bekannt, die durch axiales Verschieben eines Bolzens bzw. einer Platte in einem Gehäuse in und außer Wirkstellung gebracht werden können. In der EP 1 044 094 B1 ist beispielsweise eine Siebwechselvorrichtung beschrieben, bei der in einem Schieber als Siebträger zwei Filterplatten angeordnet sind. Sobald das Sieb aus dem Gehäuse ausgetreten ist, kann es gewechselt werden. Nachteilig ist dabei, dass großer Kraftaufwand benötigt wird, um die axiale Verschiebung des Siebträgerbolzens bzw. die seitliche Verschiebung des Schiebers zu erreichen. Ein Siebwechsel erfolgt bei derartigen Siebwechselvorrichtungen selten, d.h. in größeren Zeitabständen von einigen Tage bis zu einer Woche, wodurch der Siebträger oft im Gehäuse verkrustet, so dass er nur schlecht und schwergängig bewegt werden kann.
Aus der EP 1 167 844 A2 ist ein totraumfreies Mehrwege- Ventil zur Verteilung und/oder Aufteilung von mindestens einem Zulauf zugeführter Kunststoffschmelze während ihrer Herstellung und Verarbeitung, bei dem während jedes Betriebszu-
Stands alle Innenkammern des Ventils und der Schmelze durchströmt werden. Ein derartiger Aufbau ist aber sehr aufwändig.
Die Gattungsbildende DE 102 34 228 A1 offenbart ein Anfahrventil für einen Extruder mit einem im Ventilbolzen zentrisch angeordneten Doppelkanal. Im normalen Betrieb ist hier jedoch die Überdeckung zwischen Ventilbolzen einerseits und Gehäuse andererseits im Bereich des Anfahrkanals so gering, dass es stets zu Lecktagen kommt. Eine sichere Abdichtung ist hier nicht gewährleistet. Hinzu kommt, dass durch die zentrische Anordnung der Bohrung im Bolzen vom Bolzen selbst und auch vom Gehäuse viel Material verbleibt, welches im Betrieb aufgeheizt werden muss, damit das Anfahrventil zuverlässig arbeitet. Das Anfahrventil ist in seiner Erstellung sehr materialaufwendig und nur sehr energieaufwendig zu betreiben.
Durch die DE 28 44 246 A1 ist eine Siebwechselvorrichtung für Strangpressen bekannt geworden, die ebenfalls mit Drehbolzen arbeitet, die zentrische Bohrungen aufweisen deren Durchmesser denen der zuführenden Abführkanäle entspricht und in der Siebpakete über Siebstützplatten angeordnet sind. Durch Drehen des Drehbolzens um 90° lassen sich die Siebpakete durch eine Verschließbare Öffnung entnehmen. Auch hier ist die Überdeckung zwischen Drehbolzen und Gehäuse im Bereich der Entnahmeöffnung nur äußerst gering, so dass es im Filterbetrieb stets zu Lecktagen kommt, die jedoch von einer Klappe aufgefangen werden können. Auch hier muss sehr viel Material aufgeheizt werden, womit erhebliche Energiekosten verbunden sind.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sie möglichst klein bauend und kostengünstig ist. Auch sollen mit wenigen unterschiedlichen Bauteilen verschiedene Funktionen durchführbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Durchflusskanal exzentrisch im drehbaren Bolzen angeordnet ist, dass der Bolzen ein Siebträgerbolzen ist, der in dem Durchflusskanal eine Filterplatte als Sieb aufnimmt, wobei in der ersten Position die Kunststoffschmelze gefiltert durch den Durchflusskanal dringt und in der zweiten Position der Durchflusskanal einer Bohrung in dem Gehäuse gegenübersteht, durch die die Filterplatte entnehmbar ist, und wobei der Bolzen aus der Wirkstellung um mehr als 90° in die Wechselstellung gedreht wird.
Der exzentrische, d. h. parallel zum Bolzendurchmesser seitlich versetzte Durchflusskanal bewirkt, dass bei gleicher Abdeckung des Bolzens zum Gehäuse im Bereich der Entnahmebohrung gegenüber einer zentrischen Anordnung des Durchflusskanals, der Bolzen und damit verbunden auch das Gehäuse erheblich kleiner bauen, wodurch sich neben großen Materialeinsparungen auch noch erhebliche Energiekosten, d. h. laufende Kosten einsparen lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass der Durchflusskanal exzentrisch im drehbaren Bolzen angeordnet ist, und dass der Bolzen ein Ventilbolzen eines Ablassventils ist, der eine Sackbohrung senkrecht zum Durchflusskanal aufweist, in deren Seite ein Abflusskanal schräg nach unten bis in die Mitte der Unterseite des Bolzens zum Auslass reicht.
Auch hier verringert die exzentrische Anordnung des Durchflusskanals den Materialaufwand und die Heizkosten und gewährleistet, dass genügend Platz für die Sackbohrung und den Abflusskanal im Bolzen zur Verfügung stehen.
Außerdem ist zu erkennen, dass sich mit wenigen unterschiedlichen Bauteilen verschiedene Funktionen, hier eine Siebwechselvorrichtung und ein Anfahrventil verwirklichen lassen.
Eine einfache Befestigung eines Antriebes des drehbaren Bolzens kann erreicht werden, wenn an dem Gehäuse eine Halterung für eine Antriebsvorrichtung angebracht ist.
In vorteilhafter Weise kann die Antriebsvorhchtung einen Betätigungshebel aufweisen, der an dem Ende des Dreharms drehbeweglich verbunden ist, wobei der Betätigungshebel durch einen schwenkbar an der Halterung befestigten Kolbenantrieb antreibbar ist.
Um die Schmelze flüssig zu halten, kann das Gehäuse mit Heizpatronen versehen sein.
Damit die Dichtungen des Kolbenantriebs nicht belastet wird und Wärmeenergie verloren geht, können erfindungsgemäß der drehbare Bolzen, der Dreharm und/oder der Betätigungshebel thermisch entkoppelt sein.
Dabei können der Dreharm und/oder der Betätigungshebel aus einem thermisch isolierenden Material oder aus einem Material mit geringer Wärmeleitung bestehen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Siebträgerbolzen aus der Wirkstellung um mehr als 90° und weniger als 180°, vorzugsweise um 110° gedreht wird.
Anstelle die Filterplatte mittels eines Werkzeuges durch die Bohrung aus dem Gehäuse zu entnehmen besteht die Möglichkeit auf der gegenüberliegenden Seite der Siebentnahmeöffnung eine Bohrung als Öffnung in dem Gehäuse für eine Vorrichtung vorzusehen, mittels derer die Filterplatte ausschiebbar ist.
Von Vorteil ist, dass der Dreharm lösbar mit dem Bolzen verbunden ist, und dass der Bolzen nach einem Lösen vom Dreharm z.B. zu Wartungs- bzw. Austausch-
zwecken axial aus dem Gehäuse demontierbar ist. Dabei braucht das Gehäuse selbst nicht demontiert zu werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Siebwechselvorrichtung,
Fig. 2 eine Aufsicht der Siebwechselvorrichtung gemäß Figur 1 ,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Siebwechselvorrichtung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gehäuse der Siebwechselvorrichtung in Durchflussstellung,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Gehäuse der Siebwechselvorrichtung in Wechselstellung und
Fig. 6 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ventilbolzens eines Ablassventils zum Einsatz in das Gehäuse der Siebwechselvorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3.
In der Figur 1 ist als erste erfindungsgemäße Ausführung eine Siebwechselvorrichtung zur Reinigung von Kunststoffschmelzen mit einem Gehäuse 1 , in dem ein Bolzen 2 als Siebträgerbolzen senkrecht drehbar angeordnet ist, der mit einer derart asymmetrischen Bohrung versehen ist, die parallel zum Durchmesser des Bolzens 2 seitlich versetzt ist. In der Bohrung, die den Durchflusskanal 3 bildet, befindet sich eine Filterplatte 4. In dem Gehäuse 1 sind ein Einlaufkanal 5 und diesem gegenüber ein Auslaufkanal 6 angeordnet, wie dies auch der Figur 2, die eine Aufsicht auf die Siebwechselvorrichtung zeigt, und der Figur 3 zu entnehmen ist,
in der die Siebwechselvorrichtung perspektivische dargestellt ist. In einem Winkel von > 90°, beispielsweise 110°, zum Einlaufkanal 5 ist eine Siebentnahmeöffnung 7 vorgesehen, durch die die Filterplatte 4 auswechselbar ist, wie dies noch später beschrieben wird. In dem Gehäuse 1 sind Heizpatronen 8 vorgesehen, mittels derer durch Zuführung von Wärme die Kunststoffschmelze flüssig gehalten werden kann.
Auf einem Zapfen des Bolzens 2 ist ein Dreharm 9 zur Betätigung desselben aufgesteckt und befestigt. An dem Gehäuse 1 ist eine Halterung 10 angebracht, die eine schwenkbar befestigte Antriebsvorrichtung 12 z.B. eine Kolbenzylindereinheit trägt, über welche ein Betätigungshebel 11 antreibbar ist. Der Betätigungshebel 11 ist an dem Ende des Dreharms 9 drehbeweglich angebracht, so dass der Bolzen 2 aus seiner Arbeits- oder Wirkstellung in seine Wartungsstellung zum Sieb- oder Filterwechsel um einen Winkel von > 90°, beispielsweise 110°, gedreht werden kann, wodurch der Durchflusskanal 3 der Siebentnahmeöffnung 7 gegenüberliegt.
In der Figur 4 ist die sich in ihrer Wirkstellung befindliche Siebwechselvorrichtung mit Gehäuse 1 und Bolzen 2 im Querschnitt dargestellt. In Richtung des Pfeils 13 tritt die Kunststoffschmelze vom Extruder über den Einlaufkanal 5 in den erweiterten Durchflusskanal 3 des Bolzens 2. Dort trifft sie auf die Filterplatte 4, hinter der sich der Durchflusskanal 3 auf den Durchmesser des Auslaufkanals 6 verjüngt, durch den sie gefiltert zum Werkzeug weitergeführt wird. Die Filterplatte 4 wird von den Durchflusskanal 3 einengenden Vorsprüngen durch den gegen die Filterplatte 4 wirkenden Druck der Kunststoffschmelze gehalten. Im Winkel von 70° zum Pfeil 13 ist die Siebentnahmeöffnung 7 angeordnet, deren Funktionsweise in Verbindung mit der Figur 5 näher erläutert wird.
In der Figur 5 ist nun die Siebwechselvorrichtung in ihrer Wartungsstellung zum Filterwechsel dargestellt. Der Bolzen 2 wurde um 110° gegen den Uhrzeigersinn durch die Antriebsvorrichtung 12 gedreht, so dass sich die weite Öffnung des
Durchflusskanals 3 des Bolzens 2 gegenüber der Öffnung der Siebentnahmeöffnung 7 befindet. Dabei wird der Einlaufkanal 5 abgesperrt, so dass die Kunststoffschmelze nicht mehr weiter vordringen kann. Mittels eines Werkzeuges lässt sich in dieser Wartungs- oder Wechselstellung die verbrauchte oder verstopfte Filterplatte 4 aus dem Durchflusskanal 3 des Bolzens 2 entnehmen und an ihre Stelle eine neue oder gereinigte Filterplatte 4 einsetzen. Danach kann der Bolzen 2 wieder zurückgedreht werden, so dass die Kunststoffschmelze weiter fließen kann.
Anstelle eines speziellen Werkzeuges kann aber auch die gestrichelt dargestellte Bohrung 14 vorgesehen sein, durch die die Filterplatte 4 sich beispielsweise mittels eines Schiebers oder Stiftes von hinten aus dem Durchflusskanal 3 und der Siebentnahmeöffnung 7 drücken lässt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich der Siebträger im Gehäuse 1 nicht axial verschieben sondern als Bolzen 2 drehen. Dabei kann durch eine entsprechende Hebelwirkung eine gewünscht hohe Kraft aufgebracht werden, außerdem kommt der Bolzen 2 beim Drehen nicht mit so großen Flächen an die Luft, wo der Kunststoff kracken kann, wie es beim axial oder seitlich verschiebbaren Siebträger beispielsweise gemäß der EP 1 044 094 B1 der Fall ist.
Um die Siebwechselvorrichtung möglichst klein bauend herstellen zu können, sind folgende Merkmale vorgesehen:
Durch die asymmetrische Anordnung des Durchflusskanals 3, im Bolzen 2, die unterschiedlichen Durchmesser des Durchflusskanals 3 und das Verschwenken des Bolzens 2 aus der Wirkstellung um mehr als 90° wird erreicht, dass die Filtervorrichtung sehr klein bauen kann, und dass genügend Dichtfläche zwischen dem Einlaufkanal 5 und der Siebentnahmeöffnung 7 vorhanden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Siebentnahmeöffnung 7 kann eine kleine Öffnung oder Bohrung 14 für einen Schieber oder Stift vorgesehen sein, der das Sieb ausschieben
kann. Auch zwischen Einlaufkanal und der kleinen Bohrung 14 ist, obwohl der Winkel hier weniger als 90° beträgt, genügend Dichtfläche (weil die Öffnung erheblich kleiner ist), so dass keine flüssige Schmelze aus der Siebentnahmeöffnung bzw. aus der Schiebeöffnung austreten kann. Der Winkel soll > 90 und muss < 180° betragen, denn sonst wäre das Sieb lediglich umgedreht. In der Regel wird der Siebträgerbolzen um ungefähr 110° verschwenkt.
Die Siebwechselvorrichtung wird durch die Heizpatronen 8 geheizt, um die Kunststoffschmelze flüssig zu halten. Da durch den sehr kompakten Aufbau der Siebwechselvorrichtung große Mengen an Wärmeenergie über den Dreharm 9 und den Betätigungshebel 11 auf die Antriebsvorrichtung 12 übergehen könnte, so dass die Dichtungen der Antriebsvorrichtung 12 sehr belastet würden und außerdem viel Wärmeenergie verloren gehen würde, ist erfindungsgemäß eine thermische Entkopplung zwischen Siebwechselvorrichtung und deren Antriebsvorrichtung 12 vorgesehen. Der Dreharm 9 und/oder der Betätigungshebel 11 können aus einem thermisch isolierenden Stoff bestehen oder derart gestaltet sein, dass nur eine geringe Wärmeleitung stattfindet.
Als zweite erfindungsgemäße Alternative kann nun anstelle einer Siebwechselvorrichtung ein Ablassventil nach dem gleichen Prinzip ausgebildet sein. Dies lässt sich dadurch auf einfache Weise erreichen, dass der Bolzen 2 als Siebträgerbolzen durch den in Figur 6 dargestellten Bolzen 15 als Ventilbolzen ersetzt wird. Dieser weist ebenfalls eine asymmetrische, parallel zum Durchmesser seitlich versetzte Bohrung als Durchflusskanal 16 auf. Auf der anderen Seite ist eine Sackbohrung 17 senkrecht zum Durchflusskanal 16 eingebracht, die aber nicht bis zum Durchflusskanal 16 durchgeht. In der Seite der Sackbohrung 17 ist ein schräg nach unten führender Abflusskanal 18 angeordnet, der bis in die Mitte der Unterseite des Bolzens 15 reicht, bei der der Auslass 19 angeordnet ist. An der Oberseite des Bolzens 15 ist ein Zapfen 20 zur Aufnahme und Befestigung des Dreharms 9 vorgesehen, mittels dessen sich der Bolzen 15 im Gehäuse 1 drehen lässt.
In der Durchlassstellung des Ablassventils befindet sich wie bei der Siebwechselvorrichtung der Durchflusskanal 16 in einer Flucht mit dem Einlauf- 5 und dem Auslaufkanal 6, so dass die Kunststoffschmelze ungehindert durchfließen kann. In der zweiten Position, der Ablassstellung wird der Bolzen 15 um 90° gedreht, so dass sich die Sackbohrung 17 vor dem Einlaufkanal 5 befindet. Dadurch wird die Kunststoff schmelze abgelenkt und gelangt über den Abflusskanal 18 und durch den Auslass 19 beispielsweise als Ausschuss in einen Auffangbehälter. Es kann aber auch ein zweites Werkzeug angeschlossen sein, so dass das Ventil als normales Zweiwegeventil fungiert.
Das Ablassventil wird benötigt, um beim Anfahren von Stranggießmaschinen oder Extrudern das noch nicht richtig erwärmte „Ausschussmaterial" abzuleiten. Erst wenn das Material mit gewünschter Konsistenz und Beschaffenheit ansteht, wird das Ablassventil durch Drehung des Bolzens 15 um 90° auf Durchlass umgeschaltet.
Bezugszeichenliste
1. Gehäuse
2. Bolzen
3. Durchflusskanal
4. Filterplatte
5. Einlaufkanal
6. Auslaufkanal
7. Siebentnahmeöffnung
Heizpatronen
9. Dreharm
10. Halterung
11. Betätigungshebel
12. Antriebsvorrichtung
13. Pfeil
14. Bohrung
15. Bolzen
16. Durchflusskanal
17. Sackbohrung
18. Abflusskanal
19. Auslass
20. Zapfen