NO814272L - Adapter for ekstrudering av flere strenger av plastmaterial samtidig fra ett og samme ekstruderingsapparat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en adapter for ekstrudering

av flere strenger av syntetisk plastematerial (f.eks poly-styren, polyetylen, polypropylen) samtidig fra et enkelt ekstruderingsapparat.

Utrykket "streng" anvendes her i den mest omfattende be-tydning for å angi profilerte seksjoner og rør av hvilket som helst tverrsnitts-form. Det mest typiske strengformer som fremstilles i henhold til foreliggende oppfinnelse er varmeisolerende rørprofiler av syntetisk skummaterial for isolering av rørledninger for varme eller kalde fluider.

For de fleste anvendelser har varmeisolerende rørprofiler

av syntetisk skummaterial moderate diametere og fremstilles ved hjelp av ekstruderingsapparater med liten produksjonskapasitet (f.eks. 20 - 40 kg bearbeidet plastmaterial pr. time). For å øke produksjonstakten vil det være nødvendig å benytte flere ekstruderingsapparater som arbeider samtidig. Større varmeisolerende rørprofiler fremstilles imidlertid

ved hjelp ekstruderingsapparater med passende produksjonskapasitet, f.eks. 120 - 200 kg pr. time. I praksis vil det da være en vesentlig fordel å kunne anvende et ekstruderingsapparat med høy produksjonskapasitet for samtidig ekstrudering av flere rørprofiler (eller strenger i sin almihdelighet)

som vanligvis fremstilles ved hjelp av små apparater, særlig flere rørprofiler eller strenger som er innbyrdes like.

Den tanke å ekstrudere flere strenger av plastmaterial, eller annet material, samtidig fra et enkelt ekstruderingsapparat er ikke ny. I prinsipp går dette ganske enkelt ut på opp-deling av hovedstrømmen av det material som forlater ekstru-deringsylinderen i flere grenstrømmer som rettes mot hvert sitt ekstruderingsmunnstykke. Forholdene kompliseres imidlertid enormt når det gjøres forsøk på å unytte dette prisipp ved ekstrudering av termoplastskum, da nærvær av flyktig ekspansjcnsmiddel, vanligvis et "FREON" - material (registrert varemerke) eller f.eks. n - pentan, oppløst under trykk, i hovedstrømmen av den materialmasse som avgis fra ekstru-deringsapparatet. Vanskelighetene økes i særlig grad når det er ønskelig å oppnå meget lav materialdensitet for de ekstruderte strenger, nemlig av størrelseorden 0,05 g/cm 3, samt samme densitetsverdi i alle strenger. Selv små trykk-forandringer mellom de forskjellige delstrømmer vil faktisk i dette tilfelle frembringe partsialfordampning av ekspan-sjonsmiddelet, med tilsvarende temperaturvariasjoner, således at de ekstruderte strenger av skummaterial vil få densiteter som aviker innbyrdes p.g.a. av forskjellig ekspansjonsgrad. Rørprofiler av skummaterial som ekstruderes på denne måte er ikke innbyrdes like, idet de kan ha for-sjellige! diameter p.g.a. forskjéllig ekspansjonsgrad. Selv ekstruderingshastigheten (utrykt lineært i meter pr. minutt) for de enkelte rørprofiler vil være forskjellige, således at en separat uttagsanordning behøves for hver ekstrudert rør-profil. Kort sagt er det problem som må løses i denne for-bindelse å bli i stand til å tilpasse mengdestrømmen i hver av delstrømmene i forhold til de øvrige delstrømmer ved hjelp av reguleringsutstyr som sørger for å unngå uakseptable lokale trykkvariasjoner .(' f.eks. på grunn av turbulens) i regulerings-sonen. Et ytterligere formål går ut på å benytte enkelt og pålitelig reguleringsutstyr.

Oppfinnelsen gjelder således en adapter for ekstrudering av flere strenger av syntetisk plastmaterial samtidig fra et og samme ekstruderingsapparat ,. idet appatates blokklegeme er innrettet for aksial tilkobling til ekstruderingsapparatets trykksylinder ved sin ene ende.

På denne bakgrunn består adaptorens særtrekk i henhold til oppfinnelsen i at den omfatter et fordelingskammer ved blokklegemets nevnte ene ende for å motta plastmasse fra trykksylinderen, flere kanaler utformet i blokklegemet utifrå fordeligskammeret og med utløpsåpninger i motsatt ende av legemet samt utstyrt med festeorganer for hvert sitt ekstruder.ingshode, en klaff ventil i hver av kanalene, og utstyr for å låse ventilklaffene hver for seg i ønsket vinkelstilling.

I henhold til en særlig hensiktsmessig utførelse av oppfinnelse-z/gj.en standen har skiveklaf f ene i hver av ventilene et rombe-formet tverrsnitt på midten med rombeformens to stumpe vinkler avrundet samt! med hver av de to motstående spisse vinkler ikke større enn 60° (fortrinnsvis fra 30 - 55°).

Hvis de nevnte spisse vinkler gjøres større enn 60° vil ventilen ha en tendens til å danne virvler i materialstrømm-en selv i vinkelstillinger nær ventilens største åpning. En lignende tendens er også påvist når de spisse vinkler er mindre enn 30°, samt når en sådann utført ventil dreies mer enn 30° fra den stilling som tilsvarer maksimal ventil-åpning, selv om det i praksis er sjelden at ventilklaffen dreies over et så stort vinkelområde.

Med hensyn til ventilens fininnstilling, bør ventilskiven fortrinnsvis være slik dimensjonert i forhold til strømnings-kanalens tverrsnitt at den ikke er istand til å lukke kanalen fullstendig. Nærmere bestemt bør klaffventilen i sin maksimalt lukkede stilling fortrinnsvis redusere kanalens strømning-tverrsnitt med minst 70°, men ikke mer enn 90°. For samme formål er det fordelaktig at ventilklaffens utstrekning langs sin rotasjonsakse er 60 - 80% av den tilsvarende kanal-dimensjon.

I en adapter i henhold til oppfinnelsen utført for ekstrudering av skummaterialstrenger som er innbyrdes like(naturlig-vis under anvendelse av like ekstruderingshoder) er strømnings-kanalene i adapterens blokklegeme fortrinnsvis like, samtidig som klaffventilene også er like samt er anordnet på tilsvarende steder i de respektive kanaler og nær festeorganene for ekstruderingshoder. i særlig hensiktsmessig adapterut-førelse divergerer:Strømnings.kanalene.. bort fra hverandre i like stor grad og er anordnet i radialplan som stråler ut fra adaptorlegemets akse i samme innbyrdes vinkelavstand. Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser sett fra siden et ekstruderingsapparat for ekstrudering av oppskummet syntetisk plastmaterial og utstyrt med en adapter i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et aksialtverrsnitt gjennom adapteren langs et radialplan som går gjennom en av strømningskanalene,

fig. 3 viser et aksialtverrsnitt gjennom en av klaffventilene,

fig. 4 er et tverrsnitt gjennom ventilen i fig. 3 langs et medianplan perpendikulært på ventilklaffens akse,

fig. 5 viser klaffventilens klaffskive sett fra siden,

fig. 6 viser et tilsvarende oppriss,

fig. 7 viser adapteren i fig. 2 sett forfra.

Fig. 1 viser et hensiktsmessig ekstruderingapparat 10 for termoplastskum og med en trykksylinder 12 utstyrt med en "FREON" - injektor 14. Til den fri ende av trykksylinderen er det ved hjelp av klembakker 16 (se også fig. 2) tettende tilsluttet en adapter 18 for samtidig ekstrudering, av tre rørprofiler 20, 20^ 20" av skummaterial og som for dette formål er utstyrt med tre ekstruderingshoder 22, 22,' 22"

(se også fig. 7) som er innbyrdes like.

Adapteren omfatter også et blokklegeme som utgjørren av en sirkulær, sylinderformet metallblokk 24 (fig. 2) samt en tykk sirkulær metallplate 26 som er tettende fastskrudd til forsiden av blokken 24, således at det dannes en sylinderformet enhet med en akse som er angitt ved X. Ved sin bakre ende er blokken 24 utformet med en flens 28 for til- slutning til ekstruderingsapparatets trykksylinder 12. I driftstilling faller adaptorens akse X sammen med aksen X'

for trykksylinderen, mens tett sammkobling sikres ved hjelp av en sylinderformet tetningsring 30, hvis indre diameter er lik trykksylinderens innerdiameter i dette området.

Foran flensen 28 er det utformet et fordelingskammer 32 med sirkelformet tverrsnitt'sentrertr om aksen X. Fordelingskammeret 32 kan ha kuppelform, men er fortrinnsvis utført i form av en dobbelkonus, slik som vist, og hvis grunnflate har samme diameter som ringen 30.

I fig. 7 er tre radialplan med innbyrdes vinkelavstand 120° om aksen X, betegnet med P,P^P". I hver av disse tre plan er det i adapterlegemét utformet en strømningskanal, " hen-holdvis C, C' C", med sirkulært tverrsnitt, idet kanaler er innbyrdes like. Hver av kanalene.utgjøres av et rettlinjet parti 34 (fig. 2) utformet.'.i blokken 24 med konstant diameter og som stråler ut fra fordelingskammeret 32 og divergerer fra aksen X, samt av et avsnitt 6 utformet i platen 26 med konstant diameter og som ved sin innløpsende passer sammen med kanalpartiet 34 (fig. 3) samt forløper parallelt med aksen X. Ved utløpsenden av avsnittet 36 nær forsiden 26'

av adapteren er det utformet et skruegjenget sete 38 for innskruing.av vedkommende ekstruderingshode. Temperaturen i de forskjellige strømninger av ekspanderbart material i kanalene C, C'og C" holdes under kontroll ved hjelp av en kjølekappe 40 som omgir blokken 24 samt ved hjelp av en termometersonde (ikke vist) som er skrudd inn i et radialt sete 42 utformet i blokken.

Like klaffventiler V, V', V" er anbragt på tilsvarende steder, (fig. 2 og 7) i hvert sitt parti 36 av kanalene. Hver av disse ventiler omfatter en dreibar aksel 44 (fig. 3) med sirkulært tverrsnitt og som ligger i hvert sitt av de for - skjellige plan P, P, ' P" samt er anordnet vinkelrett på aksen X. Hver aksel 44 ført diametralt gjennom partiet 36 av de for skjellige kanaler C, C, ' C" og har innenfor dette parti et prismeformet avsnitt (firkantet tverrsnitt i det viste tilfelle) 44 * med redusert tverrsnitt slik at det dannes en skulder S på akselen. Et 'endeparti 44A av akselen 44 ér utformet separat og har sirkulært tverrsnitt således at det dannes en skulder S'ved overgangen til det prismeformede parti 44 *. Ventilens klaffskive er angitt ved 46 og utgjøres av en sirkelformet skive med diameter D (fig. 5) hvis rotasjonsakse er angitt ved Xf og hvis medianplan på tvers av aksen er angitt ved Pm. Tverrsnittet av skiven 46 i planet Pm er av symetrisk rombeform, hvis to motstående stumpe vinkler M er avrundet og hvis to motstående spisse vinkler har de tidligere angitte verdier, fortrinnsvis 50°. Ved aksen Xf har omkretsen av skiven 46 to motstående flate parti-er 46'som står vinkelrett på asken Xf samt et prismeformet aksialt hull 48 som passer sammen med det prismeformede avsnitt 44'' 'av akslen 44. Ytterendene av hullet 48 er utvidet og har sirkelformet tverrsnitt for å motta skulderene S, S'. Både klaffskivens diameter D og dens dimensjon å langs aksen Xf er mindre enn diameteren D'for vedkommende parti 36 av strømningskanalen. Fortrinnsvis utgjør diameteren D 75 - 48% av Do,- mens .dimensjonen H utgjør 80 r- 90% av-D. De" følgende verdier kan f.eks. anvendes: D = 28mm, D'= 32mm, idet diameteren av akselen 44 (samt dens ytterende 44A) er 12mm. I dette tilfellet avsperrer ventilen i maksimalt lukket stilling omkring 81 - 82% av strømningstverrsnittet av kanalpartiet 36. Det bør erindres at "maksimalt lukket stilling" er en ren konstruksjonsparameter, da det i det følgende vil fremgå at denne stilling neppe noen gang vil bli nådd under vanlig drift av adapteren.

I fig. 3 er det vist at .akslen 44 er omgitt av en pakning 50 som trykkes sammen av en trykkmuffe 52 som er skrudd inn i et radialt sete i flaten 26 og har et innhult sekskantet hode 52'. I hulromssonen i hodet 52'er akslen 44 like innenfor sin ytterende et sylinderformet part 44B og et prismeformet endepart 44C,idet partiet 44B har nedsatt diameter og danner en skulder S" på akslen. En låsemuffe 54 med sekskanthode 54' kan skrus inn i hodet 52'. Den indre diameter av låsemuffen 54 tilsvarer ytterdiameteren av partiet 44B ved akslens ytterende-, således at låsemuffen ved påskruing trykker mot' skulderen S" og dette trykk overføres til akslens nedre endeparti 44A således at ventilen låses fast.

Under disse forhold befinner -ventilens klaffskive 46 seg sentrert i strømningskanalens parti 36 i retning av aksen Xf,,hvilket vil si at medianplanet Pm av skiven faller sammen med aksen Y for dette parti 36 (fig. 3). Endelig er en linje eller pil (ikke vist) fortrinnsvis innrisset i endeflaten 44C'av den prismeformede ytterende 44C av akslen 44 i samme plan som klaffskiven 46 for å angi

- skivens vinkelstilling med hensyn på dreieaksen Xf.

Den adapter som er beskrevet ovenfor arbeider på følgende måte; Innledningsvis bringes alle ventiler til minst lukket stilling, slik som angitt i fig. 4, hvoretter ekstruderings-prosessen innledes. Strømmen av myknet, ekspanderbart plastmaterial når fordelingskammeret 32 (fig. 2) og deles tre paralelle materialstrømninger langs henholdsvis kanalene C, c',og C". På grunn av det forhold at kanalene, ventilene og ekstruderingshodene er helt like, antas også at del-strømmene vil være innbyrdes like og frembringe identiske rørprofiler 20, 20', 20" (fig. l))av skummaterialet. "I praksis er dette sjéldént tilfelle, særlig når det gjelder fremstilling av skummaterialer med lav densitet, selv om temperaturen av den varme masse som forlater ekstruderings-apparatet og passerer gjennom adapteren slik det er ønskelig, ligger meget nær temperaturpunktet for innledende størkning. Vanligvis vil ekstruderingshastigheten for et av rørprofil-ene 20, 20', 20" være mindre enn for de øvrige to profiler, som i sin tur har innbyrdes forskjellig ekstruderingshastig-het. Som angitt ovenfor har dette forhold sin grunn forskjellig utvindelsegrad og fører til at de forskjellige strenger av skummaterial får forskjellig densitet og de ekstruderte rørprofiler forskjellig diameter. Hvis f.eks. materialstrømmen gjennom ventilen V har lavest hastighet, må ventilene V'og V" innstilles slik at deres respektive strømningshastigheter reduseres, med tilsvarende økning av materialstrømmen gjennom ventilen V, inntil de tre materialstrømmer er hovedsakelig like store. Dette kan oppnås på forskjellige måter. Man kan f.eks. begynne med å innstille ventilen med den raskeste gjennomstrømning, f.eks. V" . - For dette formål skrues låsemuffen 54 for- ventilen v"

ut en brøkdel av en omdreining, og klaffskiven 46 dreies noen få grader ved påvirkning av prismeformede ytterende 44C av akslen 44 ved hjelp av en nøkkel. Dette fører til at strømningen gjennom ventilen V" reduseres ., mens følgelig strømningen gjennom ventilene V og V'øker. Ventilen V" innstilles slik at dens strømning ligger mellom de respektive strømninger gjennom V og V', hvoretter muffen 54 skrues inn for å låse akslen 44 i sin innstilte vinkelstilling. Vinkelstillingen for ventilen v' innstilles derpå-.- Ved

denne innstilling reduseres strømningen gjennom V', mens materialstrømningene gjennom V og V" økes, men strømnings-økningen gjennom V er større enn gjennom V" (for å forstå dette forhold er det nødvendig å ta den tidligere innstilling av ventilen V" i betrakning) . Etter den ovenfor beskrevende innstilling av ventilen V'er de tre strømninger hovedsakelig like store-.; Hvis nødvendig kan innstillingen forbedres ytterligere ved å gå videre i samsvar med de overfor angitte kriterier, hvilket vil si at man begynner med den raskeste strømning.

Det som imidlertid i størst grad særmerker innstillingssystemet i henhold til oppfinnelsen, og som er forskjellig fra annet utstyr, er at de ovenfor beskrevne klaffventiler tillater en meget nøyaktig innstilling over ét vidt område uten at det innføres forstyrrelser som ikke kan tolereres i de respektive materialstrømninger, således at det oppstår merk-bare gjensidige forskjeller i densiteten av de forskjellige frembrakte produkter 20 , 20', 20" eller lokale variasjoner innenfor hvert enkelt produkt. Den nødvendige klaffvinkel-stilling for en sådann regulering er vanligvis mindre enn 30° til begge sider omkring aksen Xf og er bare sjeldén større enn 45°. Innstillingens følsomhet øker ved senkning av forholdet H/D (fig. 5), men ved forhold under omkring 50/100 vil store innstillingsvinkeler være nødvendig,

hvilket vil føre til risiko for å innføre uakseptable virvel-bevegelse i materialstrømmen med resulterende vesentlige variasjoner i skummateriålets ekspansjonsgrad. Ved den konstruksjon som er beskrevet ovenfor som et utførelseeksempel, kan det oppnås en fininnstilling som, utrykt som maksimal tetthetsvariasjon av det ekstruderte skummaterial, er mindre enn 5%.

Claims (6)

1. Adapter for ekstrudering av flere strenger av syntetisk skummaterial samtidig fra et og samme ekstruderingsapparat idet adapterens blokklegeme er innrettet for aksial tilkobling til ekstruderingsapparatets trykksylinder ved sin ene ende, karakterisert ved at adapteren videre omfatter et fordelingskammer ved blokklegemets nevnte ene ende for å motta plastmasse: fra trykksylinderen, flere kanaler utformet i blokklegemet utifrå fordelingskammeret og med ut-løpsåpninger i motsatt ende av legemet samt utstyrt med hefte-organer for hvert sitt ekstruderingshode, en klaffventil i hver av kvanalene, og utstyr for å låse ventilklaffene hver for seg i ønsket vinkelstilling.

2. Adapter som angitt i krav 1, karakterisert ved at ventilklaffen i hver ventil har et midtre tverrsnitt i rombeform med rombens to motstående stumpe vinkler avrundet og dens to motstående spisse vinkler ikke større enn 60°.

3. Adapter som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at ventilklaffene i ventilens maskimalt lukkede stilling sperrer minst 70%, men ikke mer enn 90% av strømningstverrsnittet i vedkommende kanal.

4. Adapter som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at klaffskivens utstrekning langs sin rotasjonsakse er 60 - 80% av tilsvarende tverrsnitt sdimensj on av strømningskanalen.

5. Adapter som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at strømningskanalene er innbyrdes like, samtidig som klaffventilene også er like samt anordnet på tilsvarende steder i sine respektive strømningskanaler og i nærheten av festeorganene for de repektive ekstruderingshoder.

6. Adapter som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at strømningskanalene divergerer innbyrdes og er anordnet i hvert sitt radialplan med samme innbyrdes vinkelavstand om aksen for adapterens blokklegeme.