CS247943B1 - Způsob dissipačniho ohřevu a zařízení k prováděni tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu dissipačního ohřevu vysoce viskozních materiálů, zejména pak materiálů polymerních, jehož předmět spočívá především ve zvýšené účinnosti a snížených tepelných ztrátách. Při tomto způsobu ohřevu protéká ohřívaný materiál činným prostorem, jehož Stěny jsou navzájem v relativním pohybu. Podstata řešení spočívá v tom, že průřez tohoto činného prostoru tvořeného soustavou sbíhavých a rozbíhavých kanálů není osově symetrický a mění se ve směru obvodovém, popř. i axiálním tak, že poměr jeho nejužšího a nejširšího místa je vždy menší než 1 a úhel otevření kanálu je menší než úhel třecí. Zařízení k provádění způsobu podle řešení je tvořeno pouzdrem a hřídelem uloženým v dutině pouzdra, přičemž obě tyto součásti jsou vůči sobě navzájem relativně pohyblivé. Podstata řešení spočívá v tom, že tvar průřezu hřídele je alespoň v části činného prostoru odlišný od tvaru průřezu dutiny pouzdra a/nebo hřídel je v dutině pouzdra uložen excentricky.

Description

Vynález se týká způsobu dissipačního ohřevu vysoce viskozních materiálů, zejména pak materiálů polymerních, jehož přednost spočívá především ve zvýšené účinnosti a snížených teplotních ztrátách. Dále se vynález týká rovněž zařízení k provádění tohoto způsobu.

Pro ohřev vysoce viskozních materiálů lze použít různých způsobů, z hlediska praktické aplikace /řízení procesu apod./ je relativně nejjednodušší ohřev prostým sdílením tepla. Použití tohoto způsobu ohřevu u polymerních materiálů je ale do značné míry limitováno jejich poměrně nízkými tepelnými vodivostmi, které se z praktického hlediska nepříznivě projevují na jedné straně nutností dlouhé doby ohřevu a na straně druhé pak vysokými teplotními spády, což zvláště u materiálů citlivých na vyšší teploty přináší poměrně značné komplikace.

tohoto pohledu se tedy jeví jako výhodnější způsoby ohřevu, při nichž vzniká teplo přímo ve zpracovávaném materiálu na úkor jiné přiváděné energie. Jedním z těchto postupů je ohřev využívající dielektrických ztrát, realizovaný např. za použití velmi vysokých frekvencí.

Nevýhodou tohoto způsobu jsou však vysoké nároky na homogenitu ohřívaných směsí, zejména ve vztahu k jejich elektrickým vlastnostem popř. pak nepříznivý vliv využívání ultravysokých frekvencí na pracovní prostředí.

Jiným způsobem ohřevu, spadajícím do této druhé kategorie, je způsob využívající přímé přeměny mechanické energie na teplo - dissipační ohřev. Pokud jde o praktickou realizaci tohoto způsobu ohřevu, je znám např. postup, při němž ohřívaný materiál proudí prstencovou štěrbinou mezi pracovním válcem a rotujícím trnem plastikačního zařízení.

V současné době se používá výhradně zařízení s osovou symetrií, s konstantní šířkou smykové štěrbiny po celé její délce. Nedostatkem tohoto konstrukčního uspořádání je skutečnost, že vznik tepla zde není vázán pouze na materiál obsažený mezi vnitřním a vnějším válcovým povrchem.

V důsledku symetrie totiž vzniká teplo současně také na stykových plochách materiálu s válcovými povrchy. Toto teplo se však - v důsledku podstatně vyšší tepelné vodivosti materiálů tvořících válcový kanál proti materiálu ohřívanému - z největší části odvede stěnami plastikačního zařízení.

Stěnami odvedené teplo se pak pochopitelně při vlastním ohřevu prakticky neuplatní a představuje vlastně tepelné ztráty, které zhoršují účinnost ohřevu viskozního materiálu a zároveň zpomalují celý proces ohřevu.

Analogické problémy nastávají také při jiném uspořádání, kdy rotor tvoří prodloužená část šneku vytlačovacího stroje a pracovní válec pak rotující pouzdro se samostatně nastavitelným počtem otáček.

Pro některé speciální účely se používá též uspořádání, u něhož rotor koná torzně oscilační pohyby s frekvencí do 10 Hz. Oscilační pohyb sice umožňuje využít vedle smykových napětí v materiálu i napětí normálová, nevýhodou této konstrukce plastikačního zařízení jsou však náročná řešení pohonu rotoru a nepříznivé vlivy setrvačných sil.

Výše uvedené nedostatky známých řešení do značné míry odstraňuje způsob dissipačního ohřevu vysoce viskozních materiálů podle vynálezu, při němž ohřívaný materiál protéká činným prostorem, jehož stěny jsou navzájem v relativním pohybu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že průřez tohoto činného prostoru, tvořeného soustavou sbíhavých a rozbíhavých kanálů, se mění ve směru obvodovém, popř. i axiálním tak, že poměř jeho nejužšího a nej širšího místa je vždy menší než 1 a úhel otevření kanálu je menší než úhel třecí.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je tvořeno pouzdrem a hřídelem uloženým v dutině pouzdra, přičemž obě tyto součásti jsou vůči sobě navzájem relativně pohyblivé

Podstata vynálezu spočívá v tom, že tvar průřezu hřídele je alespoň v části činného prostoru odlišný od tvaru průřezu dutiny pouzdra a/nebo hřídel je v dutině pouzdra uložen excentricky.

Hlavní výhodou způsobu dissipačního ohřevu podle vynálezu, resp. zařízení k jeho provádění je ve srovnání s doposud známými způsoby ohřevu vysoce viskozních materiálů /zejména pak materiálů polymerních/- jeho zvýšená účinnost při současném snížení tepelných ztrát.

Těchto efektů je dosahováno tím, že v důsledku asymetrického uspořádání smykové štěrbiny resp. štěrbin, jsou podstatně potlačeny nepříznivé vlivy okrajových podmínek, jinak řečeno při způsobu dissipačního ohřevu podle vynálezu je ohřívaný materiál vystaven v důsledku geometrie činného prostoru proměnlivým deformacím s výrazným omezením skluzu na stěnách.

Dalšího snížení ztrát je navíc možno dosáhnout tím, že aktivní části dutiny pouzdra i hřídele budou zhotoveny z materiálu s nízkou tepelnou vodivostí - menší než 10 ⁵ W.m ¹.K^_1.

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží následující příklady. Jednotlivé konstrukční varianty zařízení k provádění způsobu dissipačního ohřevu podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiložených výkresech, kde představuje obr. 1 - schéma zařízení s hřídelem eliptického průřezu se skloněnou nebo zalomenou osou;

obr. 2 - schéma zařízení s excentricky uloženým hřídelem, jehož průřez má tvar mnohoúhelníku geometricky podobného tvaru průřezu dutiny pouzdra) obr. 3 - schéma zařízení s koaxiálně uloženým hřídelem, jehož průřez má tvar mnohoúhelníku s odlišným tvarem než má průřez dutiny pouzdra) obr. 4 - schéma zařízení s koaxiálně uloženým hřídelem, jehož průřez má tvar vymezený dvojicí elips) obr. 5 - schéma zařízení principielně obdobného zařízení podle obr. 3 s tím, že tvarová odlišnost průřezu hřídele a průřezu dutiny pouzdra je lokalizována pouze v části délky činného prostoru.

Přikladl

V uspořádání podle tohoto příkladu je způsob dissipačního ohřevu realizován na zařízení, jehož funkční část je. schematicky znázorněna na obr. 1. U této konstrukční varianty má dutina pouzdra 1_ průřez tvaru pravidelného osmiúhelníku a hřídel 2_, který se v této dutině otáčí, má průřez tvaru elipsy.

Pro zvýšení účinnosti ohřevu je osa průřezu £ hřídele £ skloněna nebo zalomena vzhledem k ose rotace 3 pod úhlem alfa. Poměr nejužšího místa kanálu a k jeho nej širšímu místu b je potom kolem 1 : 1,2.

Příklad 2 ϋ varianty zařízení k dissipačnímu ohřevu schematicky znázorněné na obr. 2 má dutina pouzdra .1 shodný tvar jako v příkladu _1) průřez hřídele 2 má v tomto případě rovněž tvar pravidelného osmiúhelníku a je tedy geometricky podobný tvaru průřezu dutiny pouzdra _1.

Tvar průřezu hřídele 2, je po celé délce činného prostoru stejný, je však vždy v každém následujícím elementárním úseku této délky pootočen proti úseku předchozímu tak, že libovolný bod průřezu opisuje při postupu ve směru délky hřídele šroubovici s konstatním úhelm stoupání beta.

Hřídel 2 je v dutině pouzdra 1_ uložen výstředně, s excentricitou e. Poměr nejužšího místa kanálu a k jeho nejširšímu místu b je v tomto případě v rozmezí 1 : 1,1 až 2,1.

Příklad 3

V uspořádání podle obr. 3 má průřez dutiny pouzdra .1 tvar pravidelného šestiúhelníku a průřez hřídele 2 tvar pravidelného pětiúhelníku. Plochy na hřídeli £ jsou obdobně jako v příkladu 2 vedeny ve Sroubovici, hřídel je uložen v ose průřezu dutiny pouzdra 1. Poměr nejužšího místa kanálu a k jeho nejširšímu místu b je zde asi 1 : 2.

Příklad 4

Ό konstrukční varianty zařízení podle obr. 4 má průřez dutiny pouzdra 1_ tvar čtverce se zaoblenými rohy, průřez hřídele 2 je vymezen dvojicí elips, jejichž hlavní osy svírají navzájem úhel 90°.

Plochy na hřídeli 2_ jsou obdobně jako v předchozích příkladech 2 a 3 vedeny ve šroubovici. Hřídel je v dutině pouzdra uložen koaxiálně, poměr nejužšího místa kanálu a k nejširšímu místu b je kolem 1 : 1,5.

Příklad 5

V uspořádání podle obr. 5 je profilování dutiny pouzdra JL a koaxiálně uloženého rotujícího hřídele 2_ omezeno pouze na 1/5 celkové délky činného prostoru, ve zbývající části má pak kanál prstencový průřez s konstantní šířkou smykové štěrbiny.

V profilované oblasti má průřez dutiny pouzdra 1_ tvar pravidelného sedmiúhelníku a průřez hřídele 2_ tvar pravidelného šestiúhelníku. Poměr nejužšího místa kanálu a k nejširšímu místu b je 1 : 1,4 až 1 : 3.

Zařízení, jehož některé konstrukční varianty jsou popsány ve výše uvedených příkladech může pracovat jako samostatný celek - např. jako součást linek k vytlačování profilů a trubek, opláštování drátů a kabelů apod., může však být 1 částí většího celku - např. části plastikačních jednotek vstřikovacích strojů.

Claims (9)

1. Způsob dissipačního ohřevu vysoce viskozních materiálů, zejména pak materiálů polymerních, se zvýšenou účinností a sníženými tepelnými ztrátami, spočívající v tom, že ohřívaný materiál protéká činným prostorem, jehož stěny jsou navzájem v relativním pohybu, vyznačený tím, že průřez tohoto činného prostoru tvořeného soustavou sbíhavých a rozbíhavých kanálů, není symetrický podle osy a mění se ve směru obvodovém, popřípadě i axiálním tak, že poměr jeho nejužšího a nejšlršího místa je vždy menší než 1 a úhel otevření kanálu je menší než úhel třecí.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, tvořené pouzdrem a hřídelem uloženým v dutině pouzdra, přičemž obě tyto součásti jsou vůči sobě navzájem relativně pohyblivé, vyznačené tím, že tvar průřezu hřídele /2/ je alespoň v části činného prostoru odlišný od tvaru průřezu dutiny pouzdra /1/ a/nebo hřídel /2/ je v dutině pouzdra /1/ uložen excentricky.

3. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že dutina pouzdra /1/ má průřez tvaru mnohoúhelníku a hřídel uložený koaxiálně v dutině pouzdra /1/, má průřez tvaru elipsy, přičemž osa průřezu /4/ je vzhledem k ose rotace /3/ skloněna nebo zalomena pod úhlem /alfa/.

4. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že dutina pouzdra /1/ má průřez tvaru mnoho5 mnohoúhelníku a hřídel /2/, který má průřez tvaru mnohoúhelníku geometricky podobného tvaru průřezu dutiny pouzdra /1/ je v ní uložen excentricky.

5. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že průřez dutiny pouzdra /1/ i průřez hřídele /2/, uloženého v dutině pouzdra /1/ koaxiálně, mají tvar mnohoúhelníků, které nejsou geome-: tričky podobné.

6. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že dutina pouzdra /1/ má průřez tvaru mnohoúhelníku a průřez koaxiálně uloženého hřídele /2/ je vymezen dvojicí elips, jejich hlavní osy jsou navzájem přesazeny tak, že svírají úhel 90°.

7. Zařízení podle bodu 2 a některého z bodů 4-6, vyznačené tím, že příslušný tvar průřezu hřídele /2/ - mnohoúhelník, obrazec vymezený dvojicí elips, je vždy v každém následujícím elementárním úseku délky hřídele pootočen proti úseku předchozímu tak, že libovolný bod průřezu opisuje při postupu ve směru délky hřídele šroubovici s konstantním nebo proměnlivým úhlem stoupání /beta/.

8. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že tvarová odlišnost průřezu dutiny pouzdra /1/ a průřezu hřídele /2/, resp. excentricita hřídele /2/ v dutině pouzdra /1/ je lokalizována pouze v části délky činného prostoru, přičemž tato část činí minimálně 1/10 jeho celkové délky.

9. Zařízení podle bodu 2 a některého z bodů 3-8, vyznačené tím, že aktivní části dutiny pouzdra /1/ i hřídele /2/ jsou výměnné a jsou zhotoveny z materiálu s tepelnou vodivostí menší než 10 ® w.m ¹.K ¹.