CN101033764B - 用于将流经流道的非牛顿液体分开的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将流经流道的非牛顿液体材料分开的装置，所述材料在流经用于使流体流转向并分流的大致T形流道分支(T)时，在其横截面中具有沿向外方向降低的流动相关粘滞度。在第一实施例中，间隔件(11)靠近流道分支(T)中的供应流道段安置，用于将来自供应流道段(1)的液流分为两半，间隔件(11)的角位置具有适合于供应流道段(1)中的粘滞度不同的各液体部分的设定值。在第二实施例中，偏转器(23)安置在流道分支(T)中，用于在来自供应流道段(21)的液体材料转向进入各排出流道段(22a，22b)之前将液体材料中的中央粘滞性部分分为两部分，这两部分在排出流道段(22a，22b)前面的区域优选彼此径向朝向对方流动。

Description

用于将流经流道的非牛顿液体分开的装置

技术领域

本发明涉及一种用于将流经流道的非牛顿液体有目的地分开的装置。

背景技术

在注射成型时，熔融合成材料(例如热塑性材料)流经例如热流道分流系统，该系统在一些特定的点处带有分支，在所述分支中，供应至一个流道中的熔融材料被分流到两个排出流道段中。这样的分支主要采用T形(三通)构造的形式。

在流经圆形流道的牛顿液体的情况下，固有地存在抛物线流速分布，其可细分为假想的同轴中空圆柱形层，在流道的中心流速为最大值。在这种液体中，液体的多个假想中空圆柱形层之间的剪力基本相等。

另一方面，非牛顿液体，例如(热)液态塑料，具有不同的表现。在这种情况下，粘滞度取决于剪力，剪力在圆形流道的壁附近最大。粘滞度越低，剪力越大。结果，靠近圆形流道的壁处粘滞度最小。熔融材料在整个横截面中的粘滞度分布类似于急剧平滑化的抛物面。在简化的近似图中，这意味着流动的中央区域，相对粘滞的流动熔融材料表现得就像一个插塞，其流速基本上与径向位置无关，而在周边区域，熔融材料由于剪力更大而更为流体化，并且流动得更慢。

流动行为显示于图1a-1c中。图1a示出了圆形流道，非牛顿液体例如熔融塑料流经其中。图1b示出了在整个横截面上的流速“V”的分布。图1c示出了剪力的分布。区域“d”大致上对应于前述插塞。

如果图1所示类型的非牛顿液体流在流道的矩形(T形)分支T1中转向，并且分流为两个分开的液流S1和S2，如图2所示，则液体的高粘滞性部分和流体部分将分布在流道的整个横截面上。横截面上的分布显示于图3a-3c中，其中区域HV代表高粘滞性液体，剩下的区域LV代表低粘滞性液体。在图2至5所示的坐标系中，坐标轴x和y位于图页所在平面中，坐标轴z垂直于图页所在平面延伸。因此，非牛顿液体的高粘滞性区域HV部分大致上集中在图2中的流道段2a和2b的下部(就图中而言)。这一点容易看出，因为从流道段1的中央区域供应的粘滞性流体(熔融材料)会前进到T形分支的底部6，然后再如图2中的箭头“a”所示转向到图2中的左侧和右侧，在流道1的周边区域中流动的其它流体性液体将在流道最开始分支时就会转向，如图中的箭头“b”所示。

如果图2所示的流道段2a和2b很长，则图3a所示的自然分布会逐渐被重新建立。然而，在实际中，流道段都较短，因此图3b和3c所示的分布会一直存续到在下一T形分支处转向。

如果在流道段2a中流动的液体遇到纵向轴线沿y方向延伸的T形分支T2，则在排出流道段3a和3b中会自然建立图4所示的分布。所述图是沿所述排出流道段中的流动方向所作的。在排出流道段中，可以看到标记出来的不均衡的粘滞性和流体性部分，以及标记出来的这些部分相对于流道中心的对称情况。

图2中的T形分支T3具有两个垂直于图页所在平面(沿z方向)延伸的排出流道段4a和4b。参看图2a，其显示了图2中的这个部分的俯视图。在液体在T形分支T3中转向后，会导致如图5a和5b所示的液体的粘滞性和流体性部分的分开情况。在从图2的图页所在平面向上伸出的排出流道段4b中，会建立图5c所示的分布，而在伸向图2的图页所在平面内的排出流道段4a中，会建立图5b所示的分布，图中同样是由T形分支沿排出流道段的流动方向限定的。

在注射成型中，如果连接着注射成型工具(模具)的注射喷嘴被从这样的流道进行供应，即流道中粘滞度不同的熔融材料部分的分布量不均衡(例如见图4b和4c)，和/或流道中的熔融材料的分布不再是相对于纵向轴线旋转对称的(例如见图3b和5b)，这可能导致注射成型制品具有缺陷。

假定要注射成型一个板，通过分布在板的整个区域上的多个喷嘴来成型，则可能出现下述缺陷。

如果在板的外部区域中由喷嘴排出的流体熔融材料部分多于在板的内部区域中由喷嘴排出的流体熔融材料部分，则在注入熔融材料的瞬时压力作用下，在板的外部区域中会有比中间区域中更多的熔融材料被迫进入注射工具(模具)中。这意味着板的外部区域中被供应的每单位面积中的材料多于内部区域，结果导致注射成型的板具有波纹形边缘。相反，如果在内部区域中有更多的流体熔融材料被迫进入，则在熔融材料冷却后，内部区域中的每单位面积中更多的材料将导致板在内部区域鼓出。

如果向喷嘴进行供应的流道段中的熔融材料部分的分布不均匀，则会产生类似的情况，尽管造成的麻烦要小一些。

作为示例，如果热流道分流系统的多个注射喷嘴中的每个分别注射成型杯子，则各个喷嘴中的不均衡量的粘滞性和流体性熔融材料的分布将导致各个杯子具有不同的壁厚。熔融材料部分的不对称分布可能导致杯子的熔融材料优先流动侧比杯子的相反侧更厚，结果造成杯子鼓出，和/或在粘滞性材料进入模具的位置处材料不能到达模具底部。

发明内容

本发明的目的是研制一种装置，其中如前所述由于转向导致的粘滞度不同的液体部分的不对称和/或不均衡量分布被尽可能最小化或消除，和/或防止其出现。

为了实现此目的，提供了用于将流经流道的非牛顿液体有目的地分开的装置的第一实施例。所述材料在流经用于使流体流转向并分流的大致T形流道分支时，在其横截面中具有沿向外方向降低的流动相关粘滞度(flow-conditioned viscosity)，所述装置包括间隔件，其靠近所述流道分支中的供应流道段安置，用于将来自供应流道段的液流分为两半，间隔件的角位置具有适合于供应流道段中的粘滞度不同的各液体部分的设定值。借助于本发明，可以实现将液体分流到流道分支的各排出流道段中，而不存在粘滞度不同的液体部分的显著不同分布。

利用本发明的这个实施例，在优选为或大致为T形的流道分支的供应流道段中，粘滞度不同的熔融材料部分可以不是旋转对称分布的。事实上，在流道分支的两个排出流道段中，粘滞度不同的液体部分的比例是基本相等的。

在本发明的第二实施例中，设有偏转器，用于分开材料流。

在第二种形式的所述装置中，在优选为或大致为T形的流道分支的供应流道段中，粘滞度不同的熔融材料部分在量上的分布是旋转对称的。在流道分支的两个排出流道段中，所述旋转对称分布被基本上维持下来，同样，在流道分支的两个排出流道段中，粘滞度不同的液体部分的比例是基本相等的。因此，排出流道段中的分布模式基本上与供应流道段中相同。

排出流道段的横截面可以与供应流道段相同，从而排出流道段中的流速减小到一半；或者，排出流道段的横截面可以减小，从而流速不会急剧减小或根本不会减小。

附图说明

下面将以举例的方式参照附图描述本发明的实施例。

图1a-1c中示出了圆柱形流道中的非牛顿液体的流动情况。

图2中示出了具有三个T形流道分支的流道分流系统。

图2a中以俯视图示出了图2中的一部分。

图3a-3c中示出了在第一流道分支T1之后的粘滞性和流体性液体部分的第一对称分布。

图4a-4c中示出了由第一流道分支T1连续流出然后经过位于与前述流道分支T1相同的平面中的流道分支T2后的熔融材料分布。

图5a-5c中示出了与图4类似的经过位于与前述流道分支T1垂直的平面中的流道分支T3后的熔融材料分布。

图6a和6b以举例的方式示出了本发明装置的第一实施例，其具有本发明装置的第一种形式的结构。

图7中示出了根据图6的装置的第一实施例内置于T形流道分支中的实际例子。

图8a和8b以透视图示出了图7中所用的间隔件插塞的一个实施例的实际应用例子。

图9a和9b以彼此呈直角的透视图示出了本发明装置的第二实施例内置于T形流道分支中的实际应用例子。

图10a和10b中以彼此呈直角并且放大了的视图示出了图9a和9b中的偏转器的实施例配有紧固部分的实际应用例子。

图11中示出了图10所示的偏转器安装在T形分支中的情形。

具体实施方式

图6a和6b以举例的方式示出了本发明装置的第一实施例，其具有本发明装置的第一种形式的结构。在流道分支中，定向于供应的熔融材料中的间隔件(分隔板)11被安装成可将由供应流道段1的熔融材料流分开。在此，间隔件11被布置在这样的转动角度，即它将到来的熔融材料一其中粘滞度不同的液体部分不相对于流道的纵向轴线旋转对称分布—分开，以使得两个分流中包含的粘滞度不同的液体部分具有相等的量。

假定没有间隔件11，则熔融材料自身将对应于图6a所示的线“t”分配到各排出流道段，而以图6b所示的角位置安置着的间隔件11可以将到达的熔融材料以下述方式分开，即两个排出流道段中非供应相同比例的粘滞性和流体性液体。间隔件11可以以适宜的方式布置在流道分支中，即被固定设置或可被调节角位置。

根据本发明的装置的一个实施例以示例的方式显示于图7和8中。在图7中，从T形流道分支的底部6开始，一个孔(通孔)12形成在T形流道分支中。其上刚性连接着间隔件11的间隔件插塞10嵌装在这个孔12中，并且一直延伸到排出流道段22a、22b的中部。这里，作为示例，间隔件插塞通过六角槽13而被旋转到如图6b所示的预期角位置。为了防止插塞10在使用时因压力作用而被推出，其通过螺塞14而被固定在轴向位置，该螺塞14可以通过例如六角槽15而拧入孔12中。插塞10优选为实心体，在其靠近间隔件11的端部具有拱形凹槽16，插塞11以其背对着供应流道段1的一侧以任何方式刚性固定在该端部中。间隔件插塞10插入孔12中的旋转位置决定了间隔件11的所需角位置。该角位置的保持可以通过任何传统方式例如压配而实现，或通过其它任何适宜的附加防旋转紧固技术实现。

有利地，在前述插塞被安装到流道分支中后，在其拱形凹槽16的区域中，间隔件插塞10从排出流道段22a、22b被钻削，钻削直径等于排出流道段的直径，以形成(见透视图)半圆形流通开口17。当然，也可以在安装间隔件插塞之前提供出这些流通开口。

在图7中，为了清楚起见，间隔件11显示于与图页所在平面垂直的角位置上，钻削形成的开口17显示于图页所在平面中。可以理解，在实际应用中，这些流通开口17位于转动了90°的角位置上，而间隔件11的角位置是相对于图页呈一定角度的位置。如图6b所示，以适合于分配供应流道段1中的粘滞度不同的液体部分。

在图7中，流道分支的底部6被显示出具有加强部18。只有在商业供应的T形流道分支或是带有流体流道的热流道分流板的壁存在壁厚不足的问题时，才需要这种加强部。

图8a和8b示出了前述带有间隔件11的实心间隔件插塞10的两个透视图。图8a中示出了被钻削形成拱形凹槽16之前的插塞10，显示了六角槽13。图8b中示出了在安装之后有利地钻削后的插塞以及所形成的流通开口17。

在根据本发明的装置的第二实施例中，所要达到的目标是将液体流分开并转向，其中图3a所示的粘滞度不同的液体部分被对称分布，所述分布被基本上维持在流道分支的排出流道段中。

在图9b中，假定供应流道段21中的液体以图3a所示的方式分布，则排出流道段22a、22b中的分布将基本上完全对应于图3b和3c。但是，在将管道21中供应的均衡流动的液体供应到在图页上方延伸的流道分支以及在图页下方延伸的流道分支中时，容易看到，在图9b中，被强制分流到排出流道段22a、22b中的粘滞性流体部分将在假想的流向排出流道段22a、22b中央的额外流体的作用下偏移。

利用根据本发明的第二种类型的装置以及常规的流道分支，可以达到这一效果。在根据本发明的第二种类型的装置中，在供应流道段中央流动的粘滞性液体部分被分开，所形成的两部分被转向并且基本上均以直角方位在排出流道段的入口处彼此汇合，它们在汇合位置的流动方向基本上垂直于排出流道段的纵向。

为了实现这一点在流道分支中设有偏转器23，其叶片24进入供应流道段21中，并将在供应流道段21中央流动的粘滞性液体部分基本上分开为两部分，一部分继续流向偏转器23的左侧，另一部分则流向右侧。所述部分被转向，并且均尽可能以直角方位在图中所示的流道分支的底端7彼此汇合。

腹板27被用于实现偏转器23在流道分支中的机械连接，所述两个粘滞性部分撞击腹板的两侧。对于本发明的效果而言，该腹板并非必需的。实际的偏转器23优选在其整个外周都不接触流道段21。

图10a和10b使出了偏转器23的实际实施例。所述腹板27结合在圆柱形部分31上，后者延续形成加大直径的圆柱形部分32。通过所述部分31，偏转器穿过流道分支中的孔一直延伸到图9a和9b所示的位置并且被密封紧固。

实际中，可以采用任何可将偏转器23紧固在流道分支中的方法，例如利用图9a所示的支柱28，当然这种方式在流道直径较小时存在困难。

带有腹板27和圆柱形部分31的偏转器23可以由连续的圆柱体制成，其前端被加工出叶片24，后端通过在两侧形成彼此相对并且与叶片24平行的刻槽而产生用于构成腹板27的结构。偏转器的相对两侧面25优选位于从叶片24延伸至腹板27的圆形或类似弯曲的表面中，并且形成与原始圆柱形部分31的外表面之间的过渡。

图11中示出了一种安装在T形流道分支中的偏转器。图11中的附图标记对应于图9和10中所示的那些，它们在不同的图中表示相同的部件。

本发明的要点、优点和特征将在权利要求书中限定。

Claims (12)

1.一种用于将流经流道的非牛顿液体材料分开的装置，所述材料在流经用于使流体流转向并分流的大致T形流道分支(T)时，在所述材料的横截面中具有沿向外方向降低的流动相关粘滞度，所述装置包括间隔件(11)，所述间隔件靠近所述流道分支(T)中的供应流道段安置，用于将来自供应流道段(1)的液流分为两半，间隔件(11)的角位置具有适合于供应流道段(1)中的粘滞度不同的各液体部分的设定值，其中，流入各排出流道段中的液体之间不存在粘滞度不同的液体部分的显著不同分布；所述间隔件(11)通过间隔件插塞(10)经由流道分支(T)中的孔(12)安置在流道分支(T)中，间隔件(11)连接在所述间隔件插塞(10)上；所述间隔件插塞(10)在其靠近供应流道段(1)的第一端具有拱形凹槽(16)，间隔件(11)固定在所述拱形凹槽(16)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述间隔件(11)的角位置可调。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拱形凹槽(16)被沿着排出流道段(2a，2b)钻开。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个螺塞(14)被从间隔件插塞的后面拧入孔(12)中，以固定间隔件插塞(10)的长度方向位置。

5.一种用于将流经流道的非牛顿液体材料分开的装置，所述液体材料在流经用于使流体流转向并分流的大致T形流道分支(T)时，在所述液体材料的横截面中具有沿向外方向降低的流动相关粘滞度，所述装置包括偏转器(23)，所述偏转器安置在所述流道分支(T)中，用于在来自供应流道段(21)的液体材料转向进入各排出流道段(22a，22b)之前将液体材料中的中央粘滞性部分分为两部分，所述两部分在排出流道段(22a，22b)前面的区域被转向，其中，流入各排出流道段(22a，22b)中的液体之间不存在粘滞度不同的液体部分的显著不对称分布；其中，所述偏转器(23)的形状是从一个圆柱体成形出来的，在偏转器的前端设有叶片(24)，在叶片后面是由基本上平行于叶片延伸的两个侧面(25)形成的结构，接下来形成腹板(27)，然后延续为圆柱形部分(31)，通过该圆柱形部分，所述偏转器(23)可以穿过流道分支(T)的底部中的孔而插入并紧固在流道分支(T)的底部中。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述两部分在排出流道段(22a，22b)前面的区域被转向后彼此径向朝向对方流动。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，彼此朝向对方流动的所述两部分的流动方向基本上垂直于排出流道段(22a，22b)的纵向轴线。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述偏转器(23)伸入供应流道段(21)的末端中，并且从叶片(24)开始，首先沿着垂直于叶片的方向加宽，然后再缩窄。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述偏转器(23)伸入供应流道段(21)的末端中，并且从叶片(24)开始，首先沿着垂直于叶片的方向加宽，然后再缩窄。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述偏转器(23)被安置成不接触供应流道段(21)的壁。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述偏转器(23)通过腹板(27)固定在流道分支(T)中，所述腹板设于偏转器在流动方向上的后端上。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述偏转器(23)通过腹板(27)固定在流道分支(T)中，所述腹板设于偏转器在流动方向上的后端上。

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