VORRICHTUNG ZUR BEHEIZUNG VON STATISCHEN MISCHERN
Die vorliegende Vorrichtung hat sich zur Aufgabe gestellt statische Mischer mittels ohmscher, induktiver oder hochfrequenter Beheizung zu erwärmen. Beispiele zur Anwendung dieser Vorrichtung beim Schmelzen von Kunststoffen. Die Herstellung der Wicklung wird beschrieben.
Ziel ist die gleichmäßige Wärmeeinbringung in das durchströmende Medium. Bei ohmschen Beheizung tritt besondere Erwärmung an den Anschlußstellen auf. Dies wird wohl durch die gute Mischwirkung des statischen Mischers im Falle der Strömung vermieden. Für die Beheizung von Kunststoffen wäre mit Veränderungen der physischen und chemischen Zusammensetzung des Kunststoffes ein Ausschlussgrund für diese Anwendung gegeben.
Die vorliegende Vorrichtung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beheben und die Anwendung für hohe Drücke und sehr homogene Wärmeverteilung zu erzielen.
Im Falle der ohmschen Beheizung wird der Strom beidseitig über einen ringförmigen Verteiler an der Stirnseite des statischen Mischers eingebracht. Ebenso wird durch Verwendung von hochfrequentem Strom eine bessere Verteilung über den Querschnitt in Längsrichtung gesehen erzielt. Die induktive Beheizung des statischen Mischers erfolgt rundum in einer druckfesten Wicklung im festen Abstand vom Mischer durch einen hochfesten Isolator getrennt. Je nach Erfordernisse können Teilbereiche des Mischers getrennt über eigene Erreger, gesteuert von der Temperaturmessung des Sektors, unterschiedlich beheizt werden.
Durch diese Maßnahmen werden die störenden ungleichmäßigen
Wärmeverteilungen beseitigt. Anwendungen im Bereich von Schmelzeleitungen,
Hotrunners, Shotpots und Plastifiziereinrichtungen können somit bedient werden.
Der Vorteil der kurzen Bauart ergibt vielfältige Anwendungen im Anlagenbau.
Stand der Technik
Vorrichtung zur Beheizung von Statischen Mischern
Die nachfolgende Vorrichtung sieht die Verwendung von statischen Mischern in
Rohrleitungen bei Strömen bis 42 Volt vor.
Heat transfer device passes electric current at low voltage less than 42 Volts through static mixer in pipeline, thereby heating mixer, which mixes and heats medium in pipeline
Patent number: DE10116983 Publication date: 2002-10-10
Inventor: GRAHMANN UWE (DE) Applicant: ZELLINSKY GEORG (DE)
Die vorliegende Vorrichtung grenzt sich bei der ohmsche Beheizung dadurch von DE10116983 ab, da die Anspeisung über einen Ringverteilererfolgen und nicht über einen seitlichen Anschluß. Ebenso wird durch den Einsatz von hochfrequenten Strömen wesentlich höhere Spannungen ermöglicht.
Die vorliegende Vorrichtung legt den Schwerpunkt auf die induktive Erwärmung, die in DE10116983 nicht dargestellt wird.
Die induktive Erwärmung hat den Vorteil der tief eindringenden Wärme über den ganzen Körper des statischen Mischers.
In US 2,381,866 M.A.CROSBY aus 1939 ist die Induktionsheizung eines Plastifizierzylinders bekannt. Die indirekte Beheizung eines statischen Mischers ist nicht erwähnt.
In US 4,249,877 wird eine Beheizungszone einem statischen Mischer vorgeschaltet.
Der statische Mischer selbst wird jedoch nicht beheizt.
Ein statischer Mischer mit Beheizung wird im folgenden Patent erwähnt.
Patent number: US6412975 Publication date: 2002-07-02
Inventor: KOHLGRUEBER KLEMENS (DE); SCHUCHARDT HEINRICH (DE)
Applicant: BAYER AG (DE)
Ein beheizbarer und Kühlbarer statischer Mischer, der durch
Durchführungskanäle an den Kreuzungspunkten des statischen Mischers erzielt wird.
Im folgenden Patent wird ein "Heatable static mixing device" beschrieben. Patent number: US6217208 Publication date: 2001-04-17
Inventor: SCHUCHARDT HEINRICH (DE)
Die Mischstäbe des statischen Mischers enthalten teilweise Kanäle, die zum
Wärmeaustausch dienen
Ebenso gibt es Vorschläge zu einem beheizbaren statischen Mischer
"Static mixer-heat exchanger"
Patent number: EP0884549 Publication date: 1998-12-16
Inventor: KING LEONARD TONY (US) Applicant: KOMAX SYSTEMS INC (US)
Die Beheizung erfolgt über ein durchflossenes Helix Rohrschlange die in den statischen Mischer integriert ist.
Die letzten drei Beheizungen von Statischen Mischern beziehen sich auf
Wärmetauscher Medium zu Medium. Die vorliegende Vorrichtung zielt auf eine elektrische Beheizung und gute Steuerung ab.
Beschrieben wird "AN AGITATED REACTOR" in
Patent number: EP0873781 Publication date: 1998-10-28
Inventor: HUANG WEIMIN (CN) Applicant: HUANG WEIMIN (CN)
Der verbesserte Wärmetauschvorgang durch einen statischen Mischer erfolgt über Düsen, Gegenstrom und Rührwerk.
Folgende Patente befassen sich mit Kombinationen von Statischem Mischer und Wärmetauscher:
US5580171, US4380684, US4249877, GB1526514, EP0752269
Die gegenständliche Vorrichtung vereinheitlicht Wärmetauscher und statischen Mischer in einer Einheit.
Vorrichtung zur schneckenlosen Schmelzen von Kunststoffen
Die vorliegende Vorrichtung hat sich zur Aufgabe gestellt die derzeit verwendeten Plastifiziereinheit bestehend aus Plastifizierzylinder, Schnecke, Spitze und Sperre sowie die Spritzeinheit bestehend aus Drehantrieb und Einspritzzylinder zu vereinfachen.
Der wesentliche Gedanke zur Umsetzung einer schneckenlosen Plastifiziereinheit besteht in der Anwendung von beheizten statischen MischetiHO Die Beheizung erfolgt mittels:
ohmscher Widerstandsheizung des Mischers mittels Stromdurchleitung hoch - Frequenz Wechselstrom Durchleitung induktive Magnetfeld Erhitzung mittels erregter Spulen
Das Granulat wird mittels Stopfvorrichtung in die bestehende Schmelze des Plastifizierzylinder eingebracht. Der Einspritzzylinder wird entsprechend des Volumenzuwachs zurückgezogen. Die Entlüftung erfolgt über die Stopfvorrichtung.
Nach Befüllung des Plastifizierzylinders wird die Stopfvorrichtung in
Verschlussposition an der Öffnung gebracht.
Der Einspritzvorgang erfolgt mittels Einspritzkolben.
Die Zielsetzung der vorliegenden Vorrichtung besteht in der Reduzierung von aneinanderreibenden Teilen, die entsprechender Abnützung unterliegen und hohe Kosten verursachen.
Der hohe Wärmeübergang, der durch Heizelemente außen am
Plastifizierzylinder und durch Reibung der drehenden Schnecke bisher von hoher Leistung geprägt ist, wird durch Beheizen der Mischelemente direkt an der Schmelze bewerkstelligt.
Dies führt zu rascheren Zyklen der Plastifizierung und zu kürzerer Bauart der
Plastifiziereinrichtung.
In Verbindung mit Shot Pots kommt es zu weiteren Vereinfachung und Verbilligung, da diese Einrichtungen miteinander kombiniert werden können.
Stand der Technik
Vorrichtung zur schneckenlosen Aufschmelzung von Kunststoffen
In den Anfängen der Spritzgießtechnik wurden Maschinen gebaut (ANKER V4 -
10 aus 1967) die mittels Stopfvorrichtung zugleich dosiert und eingespritzt haben.
Die Aufschmelzleistung war klein, da der Plastifizierzylinder lediglich mit einen
Mischkopf mit Heizbändern vor der Einspritzdüse ausgerüstet war.
Die vorliegende Vorrichtung grenzt sich davon dadurch ab, dass der statische Mischer mittels durchfließendem Strom an den Lamellenstrukturen - also an den Berührstellen der Schmelze mit dem Mischer erhitzt wird.
Unter der Patentnummer: DE10116983 veröffentlicht am 2002-10-10 von GRAHMANN UWE (DE) ist ein Wärmeübertragung von Medium in einer Rohrleitung mittels statischem Mischer unter einem Stromdurchfluss durch den Mischer von weniger als 42 V bekannt.
Die vorliegende Vorrichtung grenzt sich durch die Verwendung des durchfließenden Stromes von hoher Frequenz und Spannung ab. Geeignete
Isolation und isolierte Trennung der Anschlusselemente ermöglichen höhere
Spannungen als 42V. Die Verwendung in Plastifiziereinheiten ist nicht
Gegenstand von DE10116983.
Die vorliegende Vorrichtung nutzt auch Induktionswärme und Hochfrequenz zur
Erwärmung.
Zahlreiche Patente zitieren Hochfrequenz und Induktionsheizungen als Anwendung für die Plastifizierung. Immer erfolgt jedoch die Erwärmung des Plastifizierzylinders und nicht die indirekte Erwärmung des statischen Mischers.
Hochfeste Wicklung für ohmsche, induktive und hochfrequente Zwecke
Da die Herstellung eines kommpaktierten Wicklung als Fertigteil oder als Grünling einer nachfolgenden Sinterung sind nahezu identisch. Deshalb nimmt das vorliegende Verfahren die Einheitlichkeit in Anspruch. Die Beschreibung des Verfahrens zur Kommpaktierung der Wicklung nimmt naturgemäß breiten Raum ein, wohingegen der optionale nachfolgende Sinterprozeß Stand der Technik ist.
Beschreibung der Figuren:
Bezugszeichenverzeichnis
1. elektrischer Leiter 2. Isolator 3. Anschlußpiatte 4. Statischer Mischer 5. Temperaturmeßstelle 6. Rohr 7. Flansch 8. stirnseitiger Kontaktring 9. umfangsseitiger Kontaktring 10. Durchtritt 11. Längsseitiger Schlitz 12. Befestigungsschraube
21. Windung 22. Keramischer Isolation 23. Klemmplatte 24. Statischer Mischer für Kunststoff 25. Temperaturmessung für Kunststoff 26. Plastifizierrohr 27. Schmelze 28. Stopfvorrichtung 29. Granulat 30. Einspritzkolben 31. Einspritzzylinder 32. Ohmsche Widerstandsheizung 33. Hochfrequente Erwärmung 34. Induktive Erwärmung 35. Dosieren 1 Stufe 36. Dosieren 2 Stufe 37. Fertig zum Einspritzen
41. Kabel Einlegeteil 42. Isolator Einlegeteil 43. Anschlussplatte Einlegeteil
44. Kern 45. Stromleiter (auch im Pulvermetallurgischem Sinne) 46. Isolationsmaterial 47. Wickeldorn, später auch Presskern 48. erste Reihe der Wicklung 49. Zweite Reihe der Wicklung 50. Bewegliche Werkzeigteil 51. Fester, hohler Werkzeugteil 52. Komprimierung Vorgang 53. Wickelband für Leiter 54. Wickelband für Isolator 55. Isolator auch als Spritzgiess Hinterfüllung
Die Figuren 1 bis 3 beziehen sich auf die ohmsche Beheizung
Die Figuren 4 bis 6 stellen die hochfrequente Beheizung dar.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen die induktive Erwärmung
Die Figur 10 zeigt das Verfahren zur Herstellung der hochfesten Wicklung
Die Figur 11 zeigt die Plastifizierung mit ohmscher Widerstandsheizung
Die Figur 12 zeigt die Plastifizierung mit Induktionserwärmung
Die Figuren 13 bis 15 zeigen den Ablauf des Dosierens mit konventioneller Beheizung des Zylinders mit Heizbändern.
Die Figur 16 zeigt die Plastifizierung mit hochfrequenter Erwärmung
In Figur 1 wird die Serienschaltung zweier statischer Mischer (4) verbunden mit den Kontaktflächen (3) dargestellt. Der Isolator trennt das Rohr (6) vom Mischer (4). Die Kontaktberührung wird über den Flansch (7) gefestigt.
In Figur 2 werden zwei statische Mischer (4) getrennt über stirnseitige Kontaktringe (8) angespeist. Diese stirnseitigen Kontaktringe (8) sind wiederum mit Durchtritten jeweils isolierte Anspeisungen versorgt.
Die Figur 3 zeigt die Variante der ringförmigen Anspeisung über umfangsseitige Kontaktringe (9).
Die Figur 4 zeigt die hochfrequente Erwärmung über die Spule bestehend aus Flachdraht (1), wobei jeweils ein statischer Mischer getrennt angespeist wird.
Figur 5 zeigt eine Spule bestehend aus Runddraht (1), der über einen Durchtritt (10) im Rohr (6) angespeist wird.
Figur 6 zeigt ein längs der Achse geschlitztes Rohr und seitlich durch diesen Schlitz (11) geführte Austritte der Anspeisung (3).
Figur 7 zeigt in Draufsicht und Seitenansicht ein Heizelement mit induktiver Erwärmung des statischen Mischers (4). Jeweils eine volle Umschlingung der kreisförmigen Stromschiene (1) wird mittels Anschlußplatten (3) angespeist. Temperaturanzeigen (5) kontrollieren den Temperaturfluß.
Figur 9 zeigt eine Querschnittsvariante, wobei ein dickwandiges geschlitztes Rohr (6) im Schlitz (11) den Stromschienendurchgang (1) ermöglicht. Das geschlitzte Rohr wird mittels Schreiben (12) geklemmt.
Figur 10 a bis d zeigt die Verfahrensschritte nach dem Extrusionsverfahren zur Herstellung der dargestellten zweilagigen Wicklung für hochfrequente Zwecke. Figur 10a zeigt die Wicklung direkt aus dem Extruder auf den Kern (47) Figur 10b zeigt dier fertiggestellte 2 lagige Wicklung (48), (49) mit groben Hohlräumen. Figur 10c stellt die konfektionierte Wicklung mit Kontaktplatten (43) im Werkzeug dar. Die bewegliche Platte (50) läuft dicht im Zylinder (51). Das Werkstück hat nur in Achsrichtung Komprimierungswirkung In Figur 10d wird das Werkzeug (50) und (51) geschlossen (52).
Figur 11 zeigt mit (11) die Stromschienen der Induktion Schleife, die im keramischen Isolator (12) eingebettet liegt. Die Klemmen (13) werden durch den geschlitzten Plastifizierzylinder (16) nach außen geführt. Die statischen Mischer (14) liegen im Schmelzestrom. Mit (15) sind die Temperaturmessstellen angezeigt.
Die Schmelze (17) und die neuen Granulate (19), die durch die Stopfvorrichtung (18) in den Schmelzeraum gedrückt werden. Die Einspritzeinrichtung (21) betätigt den Spritzkolben (20)
Figur 12 zeigt mit (14) die statischen Mischer, die im keramischer Isolator (12) eingebettet liegt. Die Klemmen (13) werden durch Durchtritte durch den Plastifizierzylinder (16) nach außen geführt. Mit (15) sind die Temperaturmessstellen angezeigt.
Die Schmelze (17) und die neuen Granulate (19), die durch die Stopfvorrichtung (18) in den Schmelzeraum gedrückt werden. Die Einspritzeinrichtung (21) betätigt den Spritzkolben (20).
Figur 13 zeigt den ersten Schritt der Dosierung. Das Verschlussventil (28) wird geschlossen, der Stopfkolben (29) fährt in Ladeposition und der Einspritzkolben ist bereit zum Rückzug.
Figur 14 zeigt den Dosiervorgang, wobei der Stopfeinrichtung (31) das Granulat in die Schmelze schiebt, während der Einspritzkolben (32) volumskonstant zurückfährt.
Figur 15 zeigt die Endlage des Dosierens, wobei die Dosiervorrichtung den Schmelzeraum schließt (33) und der Einspritzkolben bereit zum Einspritzen ist. Das Verschlussventil wird beim Einspritzen geöffnet und der Kolben fährt vor. Der Vorgang beginnt wieder bei Figur 13.
Figur 16 zeigt mit (11) die Windungen der Spule, die im keramischer Isolator (12) eingebettet liegt. Die Klemmen (13) werden durch den geschlitzten Plastifizierzylinder (16) nach außen geführt. Mit (15) sind die Temperaturmessstellen angezeigt. Der statische Mischer (14). Die Schmelze (17) und die neuen Granulate (19), die durch die Stopfvorrichtung (18) in den
Schmelzeraum gedrückt werden. Die Einspritzeinrichtung (21) betätigt den Spritzkolben (20)