ES2563432T3 - Placa de toberas con toberas dispuestas convexas y uso de las mismas - Google Patents

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Abstract

Placa de toberas cóncava-convexa, en la que las toberas están dispuestas sobre el lado convexo de la placa de toberas, en la que la placa de toberas posee la forma de un segmento de superficie esferoide o segmento se superficie cilíndrica y en la que las toberas propiamente dichas presentan al menos una parte de forma cilíndrica, que está dispuesta dentro de la placa de toberas de tal forma que el eje del cilindro de las toberas se extiende a través del punto medio de la esfera del segmento de superficie esferoide que forma la placa de toberas o está perpendicularmente al eje de rotación del cilindro del segmento de superficie cilíndrica que forma la placa de toberas, caracterizada por que el ángulo (D-K/B), que se extiende entre la anchura plana del canal de la colada (B) y la conexión desde el borde interior de la tobera hacia el punto de intersección del arco de la palca de toberas con la mediatriz (Ms) sobre la anchura del canal de la colada (B), es mayor que 0º y menos que 22º.

Description

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DESCRIPCION
Placa de toberas con toberas dispuestas convexas y uso de las mismas
La presente invencion se refiere a una placa de toberas concava-convexa con una disposicion de toberas sobre el lado convexo, que es adecuada, por ejemplo, para la extrusion de fundiciones en la granulacion de coladas. Ademas, la invencion se refiere a la utilizacion de esta placa de toberas para la extrusion de fundiciones, a un procedimiento correspondiente empleando la placa de toberas asf como a un dispositivo de extrusion, que esta equipado con esta placa de toberas.
Se conocen de multiples maneras placas de toberas para dispositivos de extrusion a partir del procesamiento de plasticos. A traves de esta placa de toberas se prensa la masa de plastico licuada, que se procesa, por ejemplo, de acuerdo con el procedimiento de fundicion por extrusion.
Para el incremento de la rentabilidad existe, en principio, aqrn el requerimiento del aumento del caudal de produccion en instalaciones de extrusion. Una caractenstica limitadora esencial para la consecucion de caudales de produccion elevados es la disposicion y el numero de las toberas en la placa de toberas en la cabeza de la maquina de extrusion. El numero de las toberas no se puede incrementar discrecionalmente con una anchura dada de la cabeza, puesto que a medida que se reduce la distancia de las coladas extruidas entre sf se incrementa la probabilidad de grietas de la colada a traves de la fluctuacion de las coladas. De esta manera, el modo de proceder habitual consiste, con un aprovechamiento maximo de la superficie disponible, en el incremento de la velocidad de eyeccion. No obstante, velocidades de eyeccion mas elevadas tienen como consecuencia un comportamiento de marcha inestable y un empeoramiento de la seguridad del proceso.
Todas las geometnas conocidas para placas de toberas tienen en comun que la distribucion sobre la placa de toberas es inhomogenea y la presion vana desde las coladas exteriores hacia las coladas interiores. De esta manera, las coladas marchan de forma inestable en la zona marginal de la placa de toberas y con diferente velocidad de salida frente al centro de las placas de toberas, lo que eleva claramente el peligro de grietas de la colada y al mismo tiempo limita la velocidad maxima posible de eyeccion o bien el rendimiento de caudal maximo.
Otro problema es la conduccion de la colada desde la placa de toberas hacia el primer rodillo de eyeccion y su desviacion. A medida que se incrementa el angulo de desviacion desde la salida de la colada desde la tobera hacia la posicion en la grna de la colada se incrementa la probabilidad de grietas de la colada.
Se conoce a partir del documento DD 133 918 que la estabilidad del proceso y la optimizacion del caudal de produccion se pueden conseguir a traves de conexiones del tipo de nervadura entre las coladas individuales. Estas son generadas a traves de ranuras del tipo de nervadura, que conectan las toberas individuales entre sf. Aqrn es un inconveniente especialmente la adherencia perturbadora de las banderolas en las coladas, que deben evitarse precisamente durante el procesamiento siguiente. A ello hay que anadir perdidas de material a traves de las nervaduras y desecho elevado en la granulacion.
El problema de la distribucion irregular de una colada (de plastico) sobre una pluralidad de taladros de toberas se describe en el documento DE-C-33 34 870. La solucion mencionada del problema a traves de una cabeza de toberas nueva presupone un gasto alto de aparatos y requiere al mismo tiempo la utilizacion de lfquidos evaporables en el proceso, puesto que la cabeza de toberas esta provista adicionalmente con una viga de remanso y camaras de compensacion de la temperatura para la compensacion de la presion. No se mencionan problemas del incremento del caudal de produccion y de seguridad del proceso.
Por lo demas, se describen en el estado de la tecnica tambien modificaciones en la forma o disposicion de las toberas sobre la placa de toberas.
El documento DE-A-26 36 998 describe una placa de toberas para el estiramiento de fibras de vidrio, en la que las toberas estan dispuestas en conjuntos, presentando cada conjunto de toberas una distancia entre sf que es mayor que la distancia entre las toberas de un conjunto de toberas.
En el documento WO 2005/056891 A2 se muestra una placa de toberas para dispositivos de extrusion para plasticos, con la que se pueden fabricar fibras huecas. El orificio de las toberas presenta en este caso salidas, que estan dispuestas sobre una lmea de arco.
Por ultimo, el documento DE-C-20 11 139 describe una placa de toberas para una prensa para la fabricacion de productos de masa, en la que las paredes de las toberas estan configuradas elasticas flexibles.
Todas estas placas de toberas descritas en el estado de la tecnica en diferentes campos de aplicacion tienen en comun que estan configuradas planas u horizontales.
Pero se conoce tambien ya a partir del documento DE 92 12 128 U1 una disposicion de toberas concava-convexa para la extrusion de masas en polvo. La disposicion ha sido seleccionada para la prevencion de la obstruccion de
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toberas en el caso de diametros pequenos de las toberas, adicionalmente es necesaria una aleta de evacuacion en la forma de realizacion de acuerdo con la invencion. Para una granulacion de la colada y para coladas fundidas Kquidas esta disposicion es tecnicamente inutil en virtud de la disposicion de las toberas, especialmente porque los angulos de desviacion de las colada salientes son demasiado granes en las zonas marginales de la tobera; las coladas de dilatan o incluso se desgarran. Ademas, la aleta de evacuacion provoca pulsaciones adicionales, que no son deseables en la granulacion de la colada. Ademas, el dispositivo de toberas de acuerdo con el documento DE 92 12 128 U1 preve chapas estampadas con espesores finos de las paredes en el intervalo de algunos milfmetros, que no resistinan las presiones que aparecen durante la extrusion de plastico.
Por ultimo, se conocen a partir del documento RU 2205104 C1 orificios de toberas, cuyos orificios estan dispuestos sobre un arco circular; no obstante, las toberas propiamente dichas estan dispuestas paralelas, de manera que las coladas extruidas marchan paralelas como en los dispositivos convencionales y de esta manera no permiten una mejora con respecto al caudal de produccion y a la seguridad funcional. La distribucion de la presion en esta disposicion es comparable de la misma manera con dispositivos convencionales.
Las publicaciones US 6 158 681 A, DE 19 37 547 A1, GB 402 449 A y WO 2006/102143 A2 publican otras placas de toberas.
De acuerdo con ello, el cometido de la presente invencion consistfa en proporcionar una placa de toberas, que evita los inconvenientes de las construcciones conocidas hasta ahora y posibilita un incremento de la seguridad del proceso con alto rendimiento.
El cometido se soluciona por medio de una placa de toberas de acuerdo con la reivindicacion 1 y las reivindicaciones dependientes de ella.
El principio o caractenstica en el que se basa la invencion es la elevacion del numero de las toberas o bien el incremento de la superficie de extrusion disponible a traves de la seleccion de una disposicion no plana de las toberas. En particular, las construcciones concavo-convexas y las construcciones en forma de arco (segmento de arco circular) se han revelado como adecuadas. En principio, a traves de la construccion de nuevo tipo con numeros dados de toberas se puede conseguir una distancia mayor de las toberas entre sf evitando los inconvenientes mencionados anteriormente. De manera alternativa, manteniendo la distancia se puede realizar un numero elevado de toberas, de manera que se puede reducir la velocidad de eyeccion y de esta manera se pueden incrementar la seguridad del proceso y/o el caudal de produccion. Son posibles combinaciones de ambos principios, es decir, elevacion del numero de toberas y distancia.
Otra ventaja de la placa de toberas de acuerdo con la invencion es una distribucion mas uniforme de la presion en la cabeza de toberas, de manera que se consigue una velocidad de salida mas homogenea de las coladas individuales evitando los inconvenientes mencionados anteriormente. Adicionalmente, a traves de la extension en forma de abanico de las coladas se reduce el angulo durante la desviacion siguiente de las coladas, como por ejemplo a la entrada en la primera grna de rodillos en el bano de agua, de manera que tambien de esta manera se puede conseguir una seguridad mas elevada del proceso.
Para la mejora tecnica es esencial que ademas de la formacion regular de la presion, por una parte, la colada salga en direccion radial (con respecto al centro del segmento de arco circular) coaxialmente desde el canal de toberas y en angulo recto con respecto al centro del orificio de toberas sobre el segmento de arco circular y, por otra parte, a traves de la extension en forma de abanico de las coladas como consecuencia de la superficie disponible mayor a traves de la disposicion convexa se realice una desviacion minima de las coladas desde la direccion radial a la direccion de eyeccion (que corresponde a la perpendicular sobre una placa de toberas plana) sobre los trayectos del hilo.
La placa de toberas de acuerdo con la invencion no esta configurada plana, sino concava-convexa, siendo realizada la salida de la colada, de la pasta o de la masa de moldeo sobre el lado convexo de la placa de toberas. De esta manera, las toberas (sobre la placa de toberas) se encuentran sobre un fragmento poligonal y con preferencia sobre un fragmento circular. La disposicion de las toberas sobre la placa de toberas concava-convexa (patron de toberas) puede ser en principio discrecional, con preferencia es una disposicion regular en series o bien sobre arcos circulares.
En este caso, el arco circular esta configurado de tal forma que su longitud extendida (A-C-E) es al menos mayor que la anchura total del canal de la colada (B), pero menor que la longitud extendida del semidrculo (HKr) construido sobre la anchura del canal de la colada. La forma de realizacion se describe con la ayuda del angulo (D-K/B), que se extiende entre la anchura plan a del canal de la colada (B) y la conexion desde el borde interior de las toberas hacia el punto de interseccion del arco circular (arco de las placas de toberas) con la mediatriz (Ms) sobre la anchura del canal de la colada (B) (entre D-K y B, ver la figura 5). La placa de toberas de acuerdo con la invencion presenta un angulo de acuerdo con la reivindicacion 1.
Se prefieren angulos entre 8° y 22°, especialmente preferido 12°. Esta descripcion se puede aplicar de manera
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correspondiente a poUgonos. Con preferencia, la placa de toberas de acuerdo con la invencion presenta de 5 a 1000 toberas, en particular de 5 a 150 toberas y de manera especialmente preferida de 5 a 50 toberas. Estas estan dispuestas con preferencia en 1 a 10 series o bien arcos circulares, en particular en 1 a 5 series y de manera especialmente preferida de 1 a 3 series sobre la placa de toberas. La placa de toberas propiamente dicha se puede describir de manera correspondiente como segmento de superficie cilmdrica (en disposicion en series) o segmento de superficie esferoide (en disposicion de arco circular).
Las toberas pueden estar configuradas como taladros en la placa de toberas o como toberas insertadas en taladros de la placa de toberas con o sin paredes elasticas. La forma de las toberas es, en principio, discrecional y se ajusta al objeto de aplicacion. En el campo de aplicacion principal del procesamiento de plasticos se prefiere una forma de las toberas redondas circulares.
La toberas propiamente dichas presentan al menos una parte de forma cilmdrica, que esta dispuesta dentro de la placa de toberas, de tal forma que el eje del cilindro de las toberas se extiende a traves del punto medio de la esfera del segmento de superficie esferoide que forma la placa de toberas o esta perpendicularmente al eje de rotacion del cilindro del segmento de la superficie cilmdrica que forma la placa de toberas. Esta descripcion se puede aplicar de manera correspondiente a polfgonos.
La placa de toberas de acuerdo con la invencion presenta tipicamente espesores del material mayores de 10 mm, para resistir las presiones de la colada que predominan en la cabeza de extrusion.
Como material son adecuados diferentes materiales, con preferencia aceros metalurgicos del polvo, aceros cromados, aceros nitrados asf como aceros bonificados.
La placa de toberas de acuerdo con la invencion es adecuada, en general, para la extrusion de coladas, que son procesadas de acuerdo con el procedimiento de fundicion por extrusion. Coladas tfpicas son materiales termoplasticos como poliolefinas, plasticos tecnicos, elastomeros termoplasticos, masas de moldeo aptas para vulcanizacion o reticulables como goma, latex y elastomeros reticulados, metales, aleaciones metalicas, fibras de vidrio, ademas de coladas, masas moldeadas y pastas de los sectores de cosmetica, productos alimenticios, medios compactados de lavado y limpieza. La placa de toberas es especialmente adecuada tambien para la fabricacion de coladas de fi8bras como fibras de vidrio y fibras textiles. El tamano del orificio de las toberas se adapta al campo de aplicacion correspondiente y se conoce por el tecnico.
El empleo de la placa de toberas de acuerdo con la invencion se explica en detalle a continuacion en el ejemplo del campo de aplicacion preferido, es decir, como placa de toberas para un dispositivo de extrusion durante el procesamiento de coladas de plastico de acuerdo con el procedimiento de fundicion por extrusion.
La placa de toberas con disposicion concava de las toberas (vista desde el lado de la maquina de extrusion), ver la figura 2) se fija en lugar de la placa de toberas plana habitual en el vaciador de extrusion o bien en la cabeza de extrusion.
Durante el proceso de procesamiento se alimenta la colada plastificada a traves de la maquina de extrusion de uno o varios ejes a traves de la maquina de extrusion propiamente dicha o a traves de una bomba de colada o tornillo sin fin de descarga que estan conectados a continuacion. En el vaciador de extrusion se lleva a cabo, en general, una distribucion de la colada sobre la seccion de entrada respectiva de la placa de toberas. La colada se distribuye de una manera uniforme en la camara concava de la placa de toberas y se prensa a traves de las toberas. Sobre el lado convexo de la placa de toberas sale la colada formada en trenzas o fibras y es alimentada para la granulacion siguiente de la colada o de la colada submarina.
Las figuras indicadas a continuacion sirven para la explicacion siguiente ejemplar de la invencion.
La figura 1 muestra una placa de toberas plana de acuerdo con el estado de la tecnica (1), que esta fijada en un vaciador de colada, cabeza de extrusion, en la salida de una bomba de colada o de una prensa (2) (para los fines de la invencion se menciona tambien el dispositivo de extrusion), con toberas o taladros de toberas (3). En el ejemplo mostrado aqrn: 36 toberas con un diametro de 3,6 mm y una distancia entre las toberas de 4,9 mm.
La figura 2 muestra una placa de toberas concava-convexa de acuerdo con la presente invencion (4) (con el lado concavo de la placa de toberas fijado en el dispositivo de extrusion (2)). Este presenta con la misma anchura de conexion en el dispositivo (2) de la misma manera 36 toberas - pero aqrn en disposicion convexa - (3) con un diametro de 3,6 mm. En virtud de la disposicion convexa de las toberas de acuerdo con la invencion, la distancia entre las toberas es, sin embargo, 6,9 mm.
La figura 3 corresponde a la figura 2, con la diferencia de que con la misma anchura de la conexion se reduce la distancia de las toberas a 5,8 mm y de esta manera se eleva el numero de toberas con el mismo diametro de 3,6 mm a 41.
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La figura 4 muestra como en la placa de toberas (4) de acuerdo con la invencion las coladas extruidas (5) salen en forma de abanico y a mucha distancia entre si desde el lado convexo de la placa de toberas (4).
Por lo tanto, la presente invencion comprende, ademas de la placa de toberas ya descrita y su utilizacion para la extrusion de coladas, pastas y masas de moldeo en los mas diferentes campos de aplicacion y en los sectores de la mezcla, elaboracion y fabricacion de carga maestra, tambien un dispositivo de extrusion, por ejemplo en forma de una maquina de extrusion de uno o varios ejes, de una prensa o de una bomba de colada, que presenta una placa de toberas de acuerdo con la invencion, y la utilizacion de este dispositivo en los campos de aplicacion y sectores mencionados anteriormente.
La invencion se explica en detalle a traves de los ejemplos siguientes, sin que este limitada a ellos. Los parametros mencionados en los ejemplos y en las figuras tienen individualmente validez general para la presente invencion y no estan limitados a las combinaciones de parametros especiales mencionadas en los ejemplos o figuras.
Ejemplos
En una maquina de extrusion de doble tornillo sin fin se conduce un compuesto de poli(butileno tereftalato) en calidad de fundicion por inyeccion habitual (materia prima-MRV a 250°C / 2,16 kg de 38 cm3/10 min) con 30 % de refuerzo de las fibras de vidrio.
Ejemplo comparativo 1
Estructura de una placa de toberas plana convencional con 36 toberas en una serie, rendimiento de caudal de la maquina de extrusion de doble tornillo sin fin antepuesta de 1700 kg/h, velocidad de eyeccion del granulador de la colada a continuacion del bano de refrigeracion de la colada y del trayecto seco de la colada de 140 m/min.
Descripcion del resultado:
Las coladas salientes presentan en virtud de la distribucion irregular de la presion de la colada delante de la placa de toberas un diametro diferente de 3 a 4 mm.
El granulador de la colada ha alcanzado con 140 mm/min. su velocidad maxima de eyeccion.
El numero de toberas no se puede elevar adicionalmente, puesto que la distancia de las coladas salientes entre si solamente es todavfa aproximadamente 5 mm y esta no se puede reducir adicionalmente, puesto que se puede observar ya en ocasiones una adhesion mutua de coladas individuales.
El comportamiento de marcha de las coladas es inestable, aparecen grietas ocasionales en la colada.
Ejemplo comparativo 2
Estructura de una placa de toberas plana convencional con 40 toberas en dos series, rendimiento de caudal de la maquina de extrusion de doble tornillo sin fin antepuesta de 1700 kg/h, velocidad de eyeccion del granulador de la colada a continuacion del bano de refrigeracion de la colada y del trayecto seco de la colada de 123 m/min.
Descripcion del resultado:
Las coladas salientes presentan en virtud de la distribucion irregular de la presion de la colada delante de la placa de toberas un diametro diferente de 3 a 4 mm.
El granulador de la colada ha alcanzado con 123 mm/min., 88 % de su velocidad maxima de eyeccion.
El comportamiento de marcha de las coladas es inestable, aparecen grietas ocasionales en la colada.
Ejemplo 1
Estructura de una placa de toberas plana concava-convexa con 41 toberas en una serie, rendimiento de caudal de la maquina de extrusion de doble tornillo sin fin antepuesta de 1700 kg/h, velocidad de eyeccion del granulador de la colada a continuacion del bano de refrigeracion de la colada y del trayecto seco de la colada de 120 m/min.
Descripcion del resultado:
Las coladas salientes presentan en virtud de la distribucion mas regular de la presion de la colada en la placa de toberas concava un diametro casi regular de 3,4 a 3,8 mm.
El granulador de la colada es accionado con 120 mm/min., 85 % de su velocidad maxima de eyeccion.
El comportamiento de marcha de las coladas es estable y uniforme, no aparecen grietas en la colada.
Ejemplo 2
De nuevo estructura de una placa de toberas del ejemplo 1 con 41 toberas en una serie, rendimiento de caudal de la maquina de extrusion de doble tornillo sin fin antepuesta de 2000 kg/h, velocidad de eyeccion del granulador de la colada a continuacion del bano de refrigeracion de la colada y del trayecto seco de la colada de 140 m/min.
5 Descripcion del resultado:
Las coladas salientes presentan en virtud de la distribucion mas regular de la presion de la colada en la placa de toberas concava un diametro casi regular de 3,4 a 3,8 mm.
El granulador de la colada es accionado en virtud del caudal mas elevado ahora que en el ejemplo comparativo con 140 mm/min., 100 % de su velocidad maxima de eyeccion.
10 El comportamiento de marcha de las coladas es estable y uniforme.
El numero de toberas se puede elevar en el caso de utilizacion de la forma de construccion concava-convexa en comparacion con la placa de toberas plana, de una serie, de 36 taladros todavfa a 45 taladros, hasta que la distancia de las coladas salientes entre sf es de la misma manera aproximadamente 5 mm (ver el Ejemplo comparativo 1). El caudal de produccion se puede elevar en el caso de utilizacion de la placa de toberas de 45 taladros descrita hasta 15 aproximadamente 2125 kg/h, y a pesar de la capacidad de eyeccion mas elevada, se reduce la perdida de produccion a traves de grietas de la colada.
20

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. - Placa de toberas concava-convexa, en la que las toberas estan dispuestas sobre el lado convexo de la placa de toberas, en la que la placa de toberas posee la forma de un segmento de superficie esferoide o segmento se superficie cilmdrica y en la que las toberas propiamente dichas presentan al menos una parte de forma cilmdrica, que esta dispuesta dentro de la placa de toberas de tal forma que el eje del cilindro de las toberas se extiende a traves del punto medio de la esfera del segmento de superficie esferoide que forma la placa de toberas o esta perpendicularmente al eje de rotacion del cilindro del segmento de superficie cilmdrica que forma la placa de toberas, caracterizada por que el angulo (D-K/B), que se extiende entre la anchura plana del canal de la colada (B) y la conexion desde el borde interior de la tobera hacia el punto de interseccion del arco de la palca de toberas con la mediatriz (Ms) sobre la anchura del canal de la colada (B), es mayor que 0° y menos que 22°.
  2. 2. - Placa de toberas de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que las toberas estan dispuesta sobre un fragmento poligonal.
  3. 3. - Placa de toberas de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que las toberas estan dispuestas sobre un fragmento circular o arco circular.
  4. 4. - Placa de toberas de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el angulo (D- K/B) tiene 12°.
  5. 5. - Placa de toberas de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que la placa de toberas presenta de 5 a 1000, con preferencia de 5 a 150 y de manera especialmente preferida de 5 a 50 toberas en una a cinco series.
  6. 6. - Placa de toberas de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que las toberas estan realizadas como taladros o como toberas insertadas en taladros con o sin paredes elasticas.
  7. 7. - Dispositivo de extrusion, que presenta una placa de toberas de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 6.
  8. 8. - Utilizacion de una placa de toberas de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 6 durante el procesamiento de coladas, pastas y masas de moldeo.
  9. 9. - Utilizacion de acuerdo con la reivindicacion 8 durante la extrusion de coladas de materiales termoplasticos, masas de moldeo aptas para vulcanizacion o reticulables, vidrio, metales o productos alimenticios.
  10. 10. - Utilizacion de acuerdo con la reivindicacion 8 para la granulacion de la colada, granulacion submarina o granulacion de cinta.
  11. 11. - Utilizacion de un dispositivo de extrusion de acuerdo con la reivindicacion 7 durante la extrusion de coladas de material termoplastico, masas de moldeo aptas para vulcanizacion o reticulables, vidrio, metales o productos alimenticios.
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