SE433190B - Blandar- och kylanordning for anvendning med enskruvstrengsprutmaskin vid strengsprutning av termoplastskum - Google Patents

Description

<7 SÜÛSSSS-T 'JL EI 2 beroende på att det erhållna skummets cellstruktur blir grov och långt från jämn. Det hittills vanligast använda arrangemanget för erhållande av jämn struktur innefattar kylning av strängspruthusets sista parti. Exempelvis beskriver italienska patentskriften 831 699 (och motsvarande brittiska patentskrift 1 231 535 och franska patentskrift 1 600 010) en strängsprutmaskin för termoplastskum, inne- fattande åtminstone en jäsmedelsinjektor i ett mellanområde av det smält material innehållande huset, vilket följs av en första kylzon med vattenmantel och av en andra (slutlig) kylzon med en från ett kylsystem matad kylslinga. Inte ens med denna intensiva kylning kan man emellertid sänka det smälta materialets temperatur till det värde som skulle behövas för optimalt resultat. När materialet framskrider genom kylzonen, ökar dess viskositet, och därmed ökar också utvecklingen av friktionsvärme vid skruvens eller skruvarnas arbete. Det uppstår därför ett jämviktstillutänd, där materialets temperatur inte sjunker, medan materialet fortfarande är vid en temperatur långt över det för sträng- sprutningen önskade låga värdet. Det är möjligt att delvis avhjälpa denna olägenhet genom att minska skruvarnas rota- tionshastighet, men med denna åtgärd minskar man också strängsprutmaskinens produktion per tidsenhet. Ett annat medel består i att utföra kylningen i en annan strängsprul- maskin, som matas med smält material vid hög temperatur fran den första strängsprutmaskinen och vari skruven eller skruv- arna arbetar med låg hastighet. Det på så sätt erhållna skum- met har acceptabel kvalitet. Kostnaden för att driva den andra uträngsprutmaskinen är emellertid endast sällan lägre än kostnaden för den första maskinen, vartill kommer höga investeringskostnader.

Huvudsyftet med uppfinningen är att eliminera ovan angivna olägenheter. I synnerhet syftar uppfinningen till att skapa ett kylsystem för det jäsmedel innehål- lande smälta materialet, vari materialströmmen undergâr minimal friktion trots viskositetshöjningen, varigenom utvecklingen av friktionsvärme minskas, och vari (II [fi 8005538-7 3 samtidigt en tillfredsställande homogenisering av det kyl- ning undergående materialet erhålles, så att materialet vid strängsprutningen homogent har den önskade låga tempera- turen. Ett annat syfte med uppfinningen är att skapa en enkel kompakt anordning, som har lågt pris och är ekonomisk i drift, och varvid det nyssnämnda syftet kan ernás. Ett annat syfte är att utforma denna apparat så, att den lätt kan anbringas på en konventionell strängsprutmaskin för framställning av termoplastskumföremål. Andra syften och fördelar framgår av det följande.

Uppfinninyen avser i enlighet därmed en blandar- och kylanordning för strängsprutning av termoplastskum innefat- tande ett par radiellt perforerade rörformiga cylindriska block rantspända i axiell linje mot motsatta ytor på en barriärskíva, vilken har en axiell cirkulär öppning, mede1sL en gavelplatta för anslutning till strängspruthuset och en gavelplatta för anslutning till strängspruthuvudet, en inom de båda blocken tätande roterbar matarskruv, som är anslut- bar till längning en skruv i strängsprutmaskinen för att bilda en för- av denna och har en inom barriärskivans öppning roterbar barriärsektion, ett rörformigt hölje, som förbinder de båda gavelplattorna under bildning av en rörformig sam- lingskanal, som utifrån omsluter de båda blockens perforera- de zoner, och ett i gavelplattorna, blocken och skivan upp- taget kanalsystem för genomledning av en kylvätska för de båda blocken.

En utföringsform av anordningen enligt uppfinningen beskrivs med hänvisning till bifogade ritningar. figur 1 är en sidovy av en med anordningen enligt uppfinningen utrustad strängsprutmaskin för framställning av termoplastskum.

Figur 2 visar i axiellt snitt den zon där anord- ningen enligt uppfinningen är fastsatt vid strängsprut- maskinens hun.

Figur 2A är en fortsättning av figur 2 och visar an- ordningen enligt uppfinningen i axiellt snitt. snosssa-7 CPI 4 Figur 2B är en fortsättning av figur 2A och visar schematiskt ett av anordningen enligt figur 2A matat sprut- huvud.

Figur 3 visar ett tvärsnitt efter linjen III-III i figur 2A. ” I figur 1 visas en strängsprutmaskin 10, som kan ha en eller flera skruvar. I det exemplifierade fallet har strängsprutmaskinen två medlöpande, i varandra ingripande skruvar 12 och 14 (figur 2). I ett mellanparti av sträng- sprutmaskinens hus 16 mynnar en insprutningsanordning 18 för jäsmedlet. Skruven 1H slutar på vanligt sätt med en konisk spets lä' (figur 2), och på skruvens 12 fria ände är medelst ett gängat skaft matarskruven 20 i anordningen 21 enligt uppfinningen fastskruvad. Skruven 20 är dubbelgängad och har relativt stor stigning för att kunna framdriva hela den från strängsprutmaskinens båda skruvar 12, 14 kommande mate- rialströmmen. Skruvens 20 stigning och diameter är konstanta på skruvens hela längd.

Som framgår av figur 2A är ett kort mellanparti 20" av skruven 20 ogängat, och detta parti är tätande roterbart i en motsvarande axiell öppning 22 hos en cirkulär skiva 24, så att en barriär mot direkt passage av materialet längs skruven förbi skivan 24 bildas. Detta parti 20" begränsar på skruven 20 en uppströms från partiet 20" belägen matarsek- tion 20A och en nedströms från partiet 20" belägen över- föringssektion 2GB. Eventuellt kan barriärpartiet 20" ha en gänga med motsatt stigning mot skruven i övrigt eller vara på annat sätt utformat så att det åtminstone i huvudsak hindrar direkt materialpassage.

Två rörformiga cylindriska block 26, 28 av väl värme- ledande metalliskt material, t.ex. aluminium, i vilka skru- vens 20 båda sektioner 70A, 20B är tätande roterbara, är an- bragta axiellt i linje med varandra mot skivans QH båda motsatta sidor. Det av blocken och skivan bestående aggre- gatet omges av ett rörformigt hölje 30, som runt detta aggregat bildar en med skruven 20 koaxiell ringformig upp- samlíngskanal 39. Blnnken 26, 28 är fastspända mot skivan 8005538-7 24 medelst centralt öppna cirkulära gavelplattor 34, 3b och bultar 38, som är inskruvade i höljet genom gavelplattorna.

Varje gavelplatta 34, 36 har en utåtriktad rörformig stuts 34A, 36A, som slutar med en fästfläns 34B, 36B. Past- sättningen av anordningen enligt uppfinningen på strängsprut- maskinens 10 hus 15 återges i figur 2. Ett vid båda ändarna flänsat övergângsstycke 38 är fastlåst på husets 16 fria ände medelst två klämringshalvor 40, 40'. Likaså är flänsen 34B fastlåst vid kopplingsstycket medelst två klämringshalvor 42, 42'. Som framgår av figur 2, tjänar övergängsstycket till att samla materialströmmen från skruven 14 och avge den till denfrån skruven 12 kommande strömmen på sådant sätt, att den bildade totala strömmen framförs av matarskruven 20, som bildar en förlängning av skruven 12. Stutsen 34A är in- vändigt cirkulärcylindrisk och har samma innerdiameter som blocken 26, 28 och skivan 24, d.v.s. en diameter väsentligen lika med matarskruvens 20 ytterdiameter.

Skruvens 20 sektion 20B (figur*2A) intränger på en kort sträcka i gavelplattans 36 stuts 36A, och i detta omrâde Vid stutsens 36A fläns 368 är inloppsänden 46A till ett sträng- har stutsen 36A samma innerdiameter som blocket 28. spruthuvud 46 (figur 2B) fäst medelst klämringshalvor 44, 44'. Spruthuvudet 46 avslutas med ett snrutmunstycke 468 av önskat tvärsnitt (exempelvis cirkulärt eller ringformigt eller utfört som plan slits). I huvudet 46 inskjuter en temperatursond 48 för kontroll av strängspruttemperaturen, och en liknande, icke visad sond är anordnad i övergångs- stycket 32 för övervakning av materialets temperatur vid in- loppet till anordningen 21 enligt uppfinningen.

De båda blocken 26, 28 är företrädesvis identiskt lika och monterade motsatt på skivan 24 (figur 2A). Varje block har ett stort antal radiella häl 50, företrädesvis fördelade i flera periferiella ringar anordnade i följd i axiell led. En av dessa ringar syns i figur 3. För tyd- lighets skull visar den i figur 3 återgivna ringen med endast tolv hål 50 på ganska stort avstånd från varandra, men i praktiken är det lämpligt att ha tätare fördelning, 80055238- 7 6 t.ex. 34 hål per ring för en skruv 20 med 120 mm diameter Med fördel bör totala arean (itvärsnitt) av hålen i varje block uppgå till minst 50 % av blockets inre cylindriska yta. Vidare har alla hålen 50 företrädesvis samma diameter.

Varje block 26, 28 genomgâs axiellt av flera hål 52, vilka kanwara jämnt fördelade mellan hålen 50, såsom framgår av figur 3. I linje med dessa längsgående hål 52 finns motsvarande hål SH i skivan 24 och hål 56 i gavel- plattorna 34, 36. Mot utsidan av varje gavelplatta är med- elst bultar tätt fastsatt en krage 58, 60 av C-formigt tvär- snitt, vilken tillsammans med plattan begränsar en med hålen 56 i gavelplattan kommunicerande ringformig kammare 62. Varje krage har en gängad öppning 64, 66 för anslut- ning till en icke visad kylvätskekrets, t.ex. en oljekrets, så att blocken 26, 28 under drift kan hållas vid lämplig temperatur, medan det av skruvens 20 matarsektion 20A fram- drivna materialet strömmar först genom blockets 26 hål 50 i form av individuella smala strömmar, som kyls indivi- duellt av blocket. Dessa enskilda radiella strömmar förenas och blandas med varandra i samlingskanalen 32, där en enda mot blocket 28 axiellt riktad ringformig ström bildas.

Därpå delas materialet ånyo i enskilda radiella strömmar, som går genom blockets 28 hål 50 och återigen kyls var för sig. Vid blockets 28 utlopp förenas dessa strömmar återigen och blandas med varandra på mycket effektivt sätt i så måtto som blockets 28 insida kontinuerligt "sveps" av gängorna i skruvens 20 sektion 2GB. Detta leder till en mycket grundlig homogenisering, och det sålunda homogeniserade materialet drivs fram till spruthuvudet H6 av sektionen 20B. Kylvätske- strömningen regleras som funktion av den med sonden H8 be- stämda temperaturen. Om temperaturen är för hög, ökas ström- ningen, och tvärtom.

För att få bäst resultat bör man iaktta vissa be- tingelser.

För det första bör hålens 50 diameter vara minst 3 mm, oberoende av hur stort antalet sådana radiella hål 50 i varje block 26, 28 är. Eljest är det risk för att (fl 8005538-7 7 tryckfallet blir oacceptabelt högt. Hålens 50 diameter bör under beaktande av strängsprutmaskinens kapacitet generellt väljas inom området från 3 mm (för kapaciteter av H0 - 50 kg/h bearbetat material) till 10 mm (för kapaciteter av storleksordningen 250 kg/h).

Vidare är förhållandet mellan hålens 50 längd och diameter också relevant. Det är lämpligast att detta förhål- lande (l/d) är högst ca 12 och minst ca 4. Följande tabell erbjuder praktiska anvisningar.

Håldiameter l/d Föredraget _31; ...___ ___L/_@L____ 3 U-7 5-B 6-10 7-9 6 7-ll 8-10 8 7-12 8-10 7-12 8-11 Vidare är det enligt uppfinningen tillrädligt att beakta förhållandet mellan totala arean av hålen i varje block och skruvens 26 "kolvarea", varmed förstås differensen HR? - ¶r2 där R är skruvens 20 gängradie och r är skruvens kärnradie.

Detta förhållande bör helst vara större än 1 och företrädes- vis mindre än 2; eljest försämras kylningen och ökar tryck- fallet inom anordningen.

Homogeniseringseffekten av anordningen enligt uppfin- ningen ökar givetvis vid ökning av antalet hål 50 i varje block. Den beror emellertid också på icke försumbart sätt av samlíngskanalens 32 form och radiella vidd. Vid för stor radiellvidd ansluter sig de från blocket 26 kommande enskilda radiella strömmarna till varandra med ringa inter- ferens och därmed ringa blandning. Genom att tillräckligt begränsa samlingskanalens 32 radiella vidd kan man öka inten- siteten av strömmen i denna kanal i axiell riktning, och betingelser för interferens mellan denna ström och de blocket 26 lämnande enskilda radiella strömmarna kan så- lunda skapas artificiellt, så att homogeniseringen förbätt- ras. Förutsatt att blockens 26, 28 och skivans 2u yttre 8005538-7 8 diameter är konstant (figur 2A), bör den radiella vidden av samlingskanalen 32 öka från varje ände mot den centrala cylindriska zonen 32' omkring skivan 24. Företrädesvis upp- går denna vidd vid varje ände av kanalen 32 till 1 - 1,5 gånger diametern av de radiella hålen 50 vid varje ände.

Slutligen bör kanalens area i tvärsnitt vid den cylindriska zonen 32' vara 0,9 - 1,5 gånger den totala arean av hålen 50 i varje block 26, 28. Under dessa betingelser påverkas den axiella strömningen av materialet i samlingskanalen 32 endast i begränsad utsträckning av störningar från den lokala turbulensen vid vart radiellt hål 50, så att de motstridiga kraven på god homogenisering och lågt tryckfall uppfylls på tillfredsställande sätt. Det är att märka, att "lågt tryck- fall" antyder en minimering av friktionen med åtföljande minimering av friktionsvärmen, vilket är till fördel för effektiviteten av kylningen och homogeniseringen med anord- ningen enligt uppfinningen.

Exempelvis kan följande dimensioner föreslås för en skruv 20 med 120 mm diameter (kärndiameter 80 mm).

Blocken 26, 28: radiella hål 50 av 7 mm diameter fördelade i lä ringar med vardera 34 hål. Detta ger förhållandet l/d =10; total hål- area 18,326 mmz, kolvarea 5,500 mmz, förhållandet mellan Längd ca 130 mm, ytterdiameter 260 mm, de båda areorna 3,33.

Samlingskanal: Radiell vidd vid varje ände 10 mm; den cylindriska zonens 32' tvärsnittsarea 17,600 mmzg för- hållandet mellan denna area och totala arean av hålen i varje block 0,96.

Skivans 24 tjocklek 50 mm.

Anordningen 21 med dessa proportioner kan anbringas på en dubbelskruvssprutmaskin RC H1/E för framställning av 180 - 220 kg/h polystyrènskum med en skruvhastighet av 8,5 - 28 r/min. I hittills utförda försök har anord- ningen enligt uppfinningen (kyld med olja av QOOC) visat sig kunna homogent kyla 220 kg/h material från ca 14000 till ca 118oC för framställning av ett skum med jämn densi- tet i området 0,029 - 0,030 g/ml. 8005538-7 9 Det är givet, att uppfinningen inte är begränsad till den beskrivna utföringsformen. I synnerhet kan det vara lämpligt att utföra skruven 20 med progressivt ökande kärn- diameter inom sektionerna 20A och 20B mot den ogängade sektionen 20" över hela längden av de perforerade blocken 26, delningen och/eller diametern av de radiella hälen 50 28 eller över en del av deras längd. Vidare kan för- vara variabel, ehuru jämn fördelning och enhetlig diameter är att föredra ur konstruktionssynpunkt. Höljet 30 kan vara försett med utvändiga fenor för ökning av värmeavgivningen från det i samlingskanalen 32 strömmande materialet. Det torde dock inte vara lämpligt att i alltför hög grad utnyttja höljet 30 för kylning av materialet, enär det därvid finns risk för bildning av en "kylhud" på strömmen i kanalen 32.

Vidare kan diametern av skruvens 20 parti 20" och diametern av hålet 2? i skivan YU reduceras, exempelvis till samma värde som skruvens 20 kärndiameter. Emellertid är den i figur 2A visade konstruktionen att föredra, enär den med- för, att skruven lätt kan tas ut utan att aggregatet behöver demonteras.

Claims (10)

8005538-7 10 15 20 25 30 35 X0 PATENTKRAV

1. Blandar- och kylanordning för användning med en skruv- strängsprutmaskin vid strängsprutning av termoplastskum, k ä n n e t e c k n a d av en barriärskiva (24) med en axiellt gående central cirkulär öppning (22), ett par cylindriska block (26, 28) med axiellt löpande cirkulära öppningar anordnade i axiell linje mot ömse sidor av skivan, varvid varje block har flera genomgående radiella hål (50), ett rörformigt hölje (30), som omger skivan och blocken i koncentriskt åtskilt förhållan- de för att begränsa en samlingskanal (32), ett par gavelplattor (34, 36) med centrala axiellt gående cirkulära öppningar an- slutna till motsatta ändar av höljet och fastklämmande blocken mot skivan, en i de cirkulära öppningarna roterbart lagrad matarskruv (20) med en i barriärskivans öppning anordnad, under tätning däremot roterande mellanliggande barriärsektion (20"), så att termoplastmaterial, som befordras av matarskruven från anordningens ena ände till den andra drivs utåt genom de radi- ella hålen i det ena blocket, axiellt över skivans omkrets och inåt genom de radiella hålen i det andra blocket, och ett i gavelplattorna, blocken och skivan upptaget kanalsystem (52, 54, 56, 62) för genomledning av en kylvätska för de båda blocken.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d av att totala arean av de radiella hålen (50) i varje block (26, 28) är minst 50 % av blockets cylindriska yta och är större än skruvens kolvarea (20).

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att den nämnda totala arean är minst två gånger den nämnda kolvarean.

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d av att de radiella hålens (50) diameter är 3 - 10 mm och förhållandet mellan hålens längd och diameter är inom området 4 - 12.

5. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att samlingskanalens (32) radiella vidd ökar från varje ände av kanalen mot en central cylindrisk zon omkring skivan (24). _

6. ,Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e - t e c k n a d av att vidden vid varje ände av kanalen (32) är 10 15 8005538~7 11 1 - 1,5 gånger diametern av de vid denna ände mynnande radi- ella hålen (50).

7. Anordning enligt patentkravet 5 eller 6, t e c k n a d centrala cylindriska zonen är 0,9 - 1,5 gånger totala arean k ä n n e - av att kanalens (32) area i tvärsnitt vid den av hålen i varje block (26, 28).

8. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att matarskruven (20) har konstant gängstigning och diameter, bortsett från barriärsektionen (20").

9. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 7, k ä n n e- t e c k n a d barriärsektionen (20").

10. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 9, t e c k n a d av att barriärsektionen (20") är ett cylindriskt ogängat parti, vilket är tätande roterbart i skivans (24) öpp- av att matarskruvens kärndiameter ökar mot k ä n n e- ning.