DE102010010872A1

DE102010010872A1 - Fließkanal mit verstellbarer Geometrie

Info

Publication number: DE102010010872A1
Application number: DE102010010872A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fließkanal 1, der von einer fließfähigen Masse durchströmbar ist, bei dem mindestens ein Teilbereich 2 der Wand des Fließkanals 1 flexibel ausgebildet ist und bei dem in diesem Teilbereich Stellmittel 4 vorhanden sind, mit denen die Geometrie des Fließkanals 1 mindestens in einem Teilbereich 2 verstellbar ist, wobei der flexible Teilbereich 2 aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand 3 bildet, und diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich 2 in ihrer Position lokal begrenzt veränderbar ist. Mit derartigen erfindungsgemäßen Fließkanälen 1 können Verfahren realisiert werden, bei denen entweder Gesamtmasseströme aber Massestromverteilungen automatisch auf vorgegebene Werte eingeregelt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fließkanal, der von einer fließfähigen Masse durchströmbar ist, bei dem mindestens ein Teilbereich der Wand des Fließkanals flexibel ausgebildet ist und bei dem in diesem Teilbereich Stellmittel vorhanden sind, mit denen die Geometrie des Fließkanals mindestens in einem Teilbereich verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Teilbereich aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand bildet, und dass diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich mit Hilfe von Stellmitteln in ihrer Position lokal begrenzt veränderbar ist.
Bei vielen Aufgabenstellungen in der Technik, bei denen fließfähige Massen durch einen Fließkanal geleitet werden, ist es von Vorteil, wenn man den Massestrom, der durch den Fließkanal strömt, in seiner Gesamtheit oder aber häufig auch nur lokal begrenzt beeinflussen kann. Zur Beeinflussung der Gesamtheit eines Massestroms, ist es Stand der Technik, wie beispielsweise in DE 695 29163 T2 beschrieben, eine Elastomermembran in den Fließkanal zu integrieren, damit man mittels von außen angreifender Stellmittel den Fließkanalquerschnitt verändern und so Einfluss auf den Massestrom nehmen kann. Damit wird jedoch durch eine lokale Verstellung der Fließkanalgeometrie lediglich der Gesamtmassestrom verändert. Will man allerdings gezielt die Massestromverteilung über der Breite bzw. über dem Umfang oder aber an definierten Stellen eines Fließkanals, der beispielweise ein kleines Verhältnis von der Fließkanalhöhe zur Fließkanalbreite oder von der Fließkanalhöhe zum Fließkanalumfang besitzt, gezielt beeinflussen, so ist es erforderlich, dass man in der Lage ist, die Fließkanalhöhe über der gesamten Breite bzw. über dem gesamten Umfang des Fließkanals definiert lokal begrenzt verstellen zu können, ohne dass sich dabei der Fließkanalspalt an anderen Stellen des Fließkanals verändert. Auf diese Weise können Massestromverteilungen innerhalb eines Fließkanals verändert bzw. optimiert werden.
In EP 0 367 022 A2 , DE 35 30 383 A1 , DE 44 00 069 C1 , und in DE 195 35 930 C1 werden Fließkanäle beschrieben, die Bestandteil einer Extrusionsdüse sind, bei denen die Fließkanalhöhe lokal begrenzt veränderbar ist. Diese bekannten Lösungen besitzen metallische Fließkanalwände, die über Stellmittel deformiert werden können. Sie haben den Nachteil, dass insgesamt nur geringfügige Absolutverstellungen der Fließkanalgeometrie möglich sind, und dass dazu hohe Kräfte erforderlich sind. Weiterhin ist die Herstellung derartiger Fließkanalwände kompliziert und teuer.
Ziel der Erfindung war es nun, eine kostengünstigere Lösung mit einem deutlich größeren Verstellbereich zu realisieren, wobei die Kräfte, die zum Verstellen erforderlich sind, reduziert werden sollten.
Dieses Ziel kann erreicht werden, wenn in einen Fließkanal, der von einer fließfähigen Masse durchströmbar ist, mindestens ein Teilbereich der Wand des Fließkanals flexibel ausgebildet und wenn Stellmittel vorhanden sind, mit denen die Geometrie des Fließkanals verstellbar ist, wobei der flexible Teilbereich aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand bildet, und wobei diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich in ihrer Position, lokal begrenzt veränderbar ist.
Besonders interessant ist es, wenn der erfindungsgemäße Fließkanal Bestandteil einer beheizbaren Extrusionsdüse oder eines beheizbaren Adapters ist, durch die bzw. durch den eine heiße Masse, beispielsweise eine Kunststoffschmelze bei einer Temperatur von oberhalb 170°C gefördert werden kann. Die Form des Fließkanals in der Extrusionsdüse ist dabei beliebig, es kann sich prinzipiell um eine Runddüse, um eine Schlitzdüse oder auch um eine Profildüse mit einer komplexen Fließkanalgeometrie handeln. Erfindungsgemäße, feinfühlig verstellbare Fließkanäle lassen sich natürlich auch sehr vorteilhaft in Coextrusionsadapter integrieren. Damit kann man dann bei laufendem Prozess die Schichtdicke von Einzelschichten optimieren oder auch regeln. Selbst für Extrusionswerkzeuge, die bei hohen Temperaturen betrieben werden müssen, können erfindungsgemäße Fließkanäle eingesetzt werden, wenn die flexible Fließkanalwand aus einem Elastomer oder einem Gummi besteht, das eine Dauergebrauchstemperatur von größer 200°C besitzt. In diesen Fällen eignen sich Silikon- und Fluorelastomere als Materialien zur Herstellung der flexiblen Fließkanalwandungen.
Will man, was in vielen Fällen sehr vorteilhaft ist, die Fließkanalgeometrie in ihrer Gesamtheit als auch an bestimmten definierten Stellen unabhängig voneinander verstellen, dann ist es vorteilhaft, wenn unabhängige Stellmittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der flexibel ausgebildete Fließkanalspalt sowohl in seiner Gesamtheit gleichmäßig verstellbar ist, als auch unabhängige Stellmittel, mit deren Hilfe er nur lokal begrenzt verstellbar ist. Damit kann man dann zum Beispiel unter Beibehaltung der lokalen Differenzen der Fließkanalhöhen über der Breite die mittlere Fließkanalhöhe verändern. Prinzipiell kann man natürlich die Veränderung der Fließkanalhöhen mittels einfacher Stellschrauben vornehmen. Präziser und genauer geht es allerdings, wenn man automatisch ansteuerbare Stellmittel wie Wärmedehnbolzen, Piezotranslatoren, Servo- oder Schrittmotoren oder ähnliche Stellsysteme verwendet.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Fließkanäle kann man nun sehr vorteilhaft ein Verfahren ausführen, bei dem mit Hilfe eines Fließkanals, bei dem mindestens ein Teilbereich der Wand des Fließkanals flexibel ausgebildet ist und der Stellschrauben enthält, mit denen die Geometrie des Fließkanals verstellbar ist, und bei dem der flexible Teilbereich aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand bildet, und bei dem diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich in ihrer Position lokal begrenzt veränderbar ist, wobei während des Masseaustrags der elastische aus einem Gummi oder einem Elastomer bestehende Fließkanalbereich mit Hilfe geeigneter Stellmittel oder geeigneter Stellsysteme in seiner Gesamtheit und oder nur lokal begrenzt verstellt wird. Noch präziser lässt sich natürlich eine gewünschte Massestromverteilung erreichen und erhalten, wenn man nach Austritt der Masse deren Wanddicke mindestens an einer definierten Stelle misst, wobei der Messwert in einem Regler mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und wobei vom Regler ein Korrekturwert berechnet wird, mit dem die Höhe h des Spalts des Fließkanals in einem elastischen aus einem Gummi oder einem Elastomer bestehender Fließkanalbereich mittels automatisch ansteuerbarer Stellmittel nachgeregelt wird.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden schematischen Zeichnungen erläutert. Sie zeigen in
1 Einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Fließkanal parallel zur Strömungsrichtung
2 Einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Fließkanal senkrecht zur Strömungsrichtung
Die Schnittdarstellung der 1 zeigt einen beispielhaften Fließkanal 1, der gebildet wird von steifen unflexiblen vorzugsweise metallischen Gehäuseteilen 8, 9 und 10 sowie einem Elastomerteil 5, das in die steifen und damit unflexiblen Gehäuseteile 8 und 9 fest und dicht eingespannt ist. Im flexiblen Teilbereich 2 bildet die Oberfläche des Elastomerteils 5 die Fließkanalwand 3 des Fließkanals 1. Die gesamte Rückseite des Elastomerteils 5 wird von dem Geäuseteil 9 und dem Federstahlblech 7 abgestützt. In dem Gehäuseteil 9 befinden sich nun Stellmittel 4. In 1 sind es Stellschrauben, mit deren Hilfe die Fließkanalhöhe h im Bereich oberhalb der Stellschrauben 4 verändert werden kann. Um eine gleichmäßigere Krafteinleitung von den Stellschrauben 4 in das Elastomerteil 5 zu erreichen, befindet sich in dem Ausführungsbeispiel noch ein Federstahlblech 7 zwischen den Schraubenköpfen und der Unterseite des Elastomersteils 5. Statt der Stellschrauben 4 können natürlich auch automatisch ansteuerbare Stellmittel zur Verstellung der Fließkanalhöhe h verwendet werden. Für viele Anwendungen kann es vorteilhaft sein, mehrere Stellmittel über der Länge des Fließkanals 1 anzuordnen. Über den Abstand und die Größe der Stellmittel kann man entsprechend den jeweiligen Anforderungen die Feinheit der Verstellbarkeit der Fließkanalhöhe h des Fließkanals 1 variieren. Durch den weiten elastischen Deformationsbereich, den Elastomere besitzen, kann man den Fließkanal 1 mit der erfindungsgemäßen Lösung an definierten Stellen sogar komplett verschließen. Als Werkstoffe für das Elastomerteil 5 kommen nahezu alle elastischen Materialien in Frage. Für den Einsatz in Extrusionsdüsen empfiehlt sich die Verwendung von Silikongummis oder von Fluorelastomeren.
2 zeigt nun eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Fließkanals 1 senkrecht zur Strömungsrichtung der Masse. In diesem Beispiel wird der Fließkanal 1 durch die inneren Wände des steifen und unflexiblen Gehäuseteils 10 und durch die Oberseite des flexiblen Elastomerteils 5 gebildet. Die Position der Unterseite des Elastomerteils 5 ist veränderbar. Zum Verstellen der Position der Unterseite des Elastomerteils 5 dient der Verstellbalken 12, der über Stellmittel 6 in seiner Position veränderbar ist. In 2 handelt es sich wiederum um Stellschrauben, die sich in dem steifen Gehäuseteilen 11 befinden. Damit lässt sich speziell der Fließwiderstand des Fließkanals 1 verändern während die Massestromverteilung davon in erster Näherung unbeeinflusst bleibt.
In dem Verstellbalken 12 befinden sich nun weitere Stellschrauben 4, mit denen die Höhe h des Fließkanals 1 an definierten Stellen über der Breite des Fließkanals 1 verändert werden kann. Damit kann nun die Massestromverteilung über der Breite des Fließkanals 1 verändert werden. Zur gleichmäßigeren Krafteinleitung und Abstützung der Unterseite des Elastomerteils 5 befindet sich wiederum ein Federstahlblech 7 zwischen den Stellschrauben 4 und der Unterseite des Elastomerteils 5. Natürlich können statt der in der 2 dargestellten Schrauben 4 und 6 auch automatisch ansteuerbare Stellmittel, wie beispielsweise Stellantriebe verwendet werden.
Damit kann man dann entweder den gesamten Massestrom oder aber auch den lokalen Massestrom an unterschiedlichen Positionen über der Breite des Fließkanals 1 auf vorgegebene Maße einregeln. Dazu muss man den gesamten oder aber den lokalen Massestrom im oder nach dem Fließkanal 1 erfassen und den Messwert an einen Regler weiterleiten, der den Istwert mit dem vorgegebenen Sollwert vergleicht und einen Stellwert berechnet, mit dem dann die Fließkanalhöhe h des Fließkanals 1 insgesamt mit Hilfe der Stellschrauben 6 oder aber lokal mit Hilfe der Stellschrauben 4 verändert wird. Sollte eine Messung des Massestroms im Fließkanal 1 nicht möglich sein, kann man natürlich auch einfach nach Austritt auch dem Fließkanal 1 das Gesamtgewicht des Schmelzestrangs oder aber die Dicke des Schmelzestrangs an definierten Stellen über der Breite messen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 69529163 T2 [0002]
EP 0367022 A2 [0003]
DE 3530383 A1 [0003]
DE 4400069 C1 [0003]
DE 19535930 C1 [0003]

Claims

Fließkanal 1, der von einer fließfähigen Masse durchströmbar ist, bei dem mindestens ein Teilbereich der Wand des Fließkanals 1 flexibel ausgebildet ist und der Stellschrauben 4, 6 enthält, mit denen die Geometrie des Fließkanals 1 verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Teilbereich 2 aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand 3 bildet, und dass diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich 2 in ihrer Position lokal begrenzt veränderbar ist.
Fließkanal 1 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkanal 1 Bestandteil einer Extrusionsdüse oder eines Adapters ist, durch die bzw. durch den eine heiße Masse, insbesondere eine Kunststoffschmelze, die eine Temperatur oberhalb 170°C besitzt, förderbar ist.
Fließkanal 1 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Gummi oder das Elastomer eine Dauergebrauchstemperatur von größer 200°C besitzt.
Fließkanal 1 nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängige Stellschrauben 6 vorhanden sind, mit deren Hilfe die Höhe des Spalts h des flexibel ausgebildeten Fließkanals 1 sowohl in ihrer Gesamtheit gleichmäßig verstellbar ist, als auch unabhängige Stellschrauben 4, mit deren Hilfe er nur lokal begrenzt verstellbar ist.
Fließkanal 1 nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Stellmitteln 4 und 6 um automatisch ansteuerbare Stellmittel insbesondere um Wärmedehnbolzen, um Piezotranslatoren, um Servo- oder Schrittmotoren oder um ähnliche Stellsysteme handelt.
Verfahren zum Austragen einer Fließfähigen Masse, mit Hilfe eines Fließkanals, bei dem mindestens ein Teilbereich der Wand des Fließkanals 1 flexibel ausgebildet ist und der Stellschrauben 4, 6 enthält, mit denen die Geometrie des Fließkanals 1 verstellbar ist, und bei dem der flexible Teilbereich 2 aus einem Gummi oder einem Elastomer besteht, dessen eine Oberfläche die Fließkanalwand 3 bildet, und bei dem diese Oberfläche mindestens in einem Teilbereich 2 in ihrer Position lokal begrenzt veränderbar ist, wobei während des Masseaustrags ein elastischer aus einem Gummi oder einem Elastomer bestehender Fließkanalbereich 2 mit Hilfe geeigneter Stellmittel 4 und 6 oder geeigneter Stellsysteme in seiner Gesamtheit und oder nur lokal begrenzt verstellt wird.
Verfahren zur Regelung der Menge oder der Dicke einer fließfähigen Masse bei dem die Masse mit Hilfe eines Speiseaggregats unter Druck durch einen erfindungsgemäßen Fließkanal 1 gefördert wird, und bei dem nach Austritt der Masse deren Wanddicke mindestens an einer definierten Stelle gemessen wird, und bei dem der Messwert in einem Regler mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und bei dem vom Regler ein Korrekturwert berechnet wird, mit dem die Höhe h des Spalts des Fließkanals 1 in einem elastischen aus einem Gummi oder einem Elastomer bestehender Fließkanalbereich 2 mittels automatisch ansteuerbarer Stellmittel 4 bzw. 6 nachgeregelt wird.