DE2756214A1

DE2756214A1 - Stroemungsverteilerventil

Info

Publication number: DE2756214A1
Application number: DE19772756214
Authority: DE
Inventors: Fox John Herrington
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-29
Also published as: US4081231A; FR2375027A1; JPS5380467A; DE7738459U1; CA1081087A; CH624457A5; ES465007A1; IT1192216B; AU509458B2; NL7713180A; JPS609893B2; FR2375027B1; GB1560437A; AU3080177A

Description

27562U

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsverteilerventil für ein Extrudersystem für thermoplastische Harze, wie Polyäthylen.

Beim Extrudieren von thermoplastischen Materialien, wobei das geschmolzene Polymerisat von einem einzigen Extruder zu zwei Extruderdüsen oder Werkzeugen geführt wird, sollten die Verteilung und der Druck des geschmolzenen Polymerisats, das die Düsen verläßt, leicht und genau regelbar sein, um eine gute Qualität und Gleichförmigkeit der Produkte zu gewährleisten.

Es wurden bisher verschiedene Arbeitsweisen zur Einstellung der Dicke von Folien, die mittels eines Paars von Extruderdüsen, die von einem gemeinsamen Extruder gespeist werden, angewandt, wobei jedoch verschiedene Schwierigkeiten auftraten. Es wurden auch Strömungsverteilerventile entwickelt, die jedoch im allgemeinen bezüglich ihrer Einstellung überempfindlich waren.

Gemäß der Erfindung wird ein Strömungsverteilerventil zur Regelung von Strömen aus geschmolzenem Polymerisat zu mehreren Extruderdüsen geschaffen, das ohne übermäßig empfindlich zu sein, eingestellt werden kann und das es gestattet, daß der Gesamtstrom vom Extruder konstant bleibt, dieser aber in unterschiedlichen Verhältnissen auf die Extruderdüsen verteilt werden kann.

Das Strömungsverteilerventil zur Regelung von Strömen aus geschmolzenem Polymerisat, die von einer gemeinsamen Quelle zu getrennten Extruderdüsen geführt werden, umfaßt einen Strömungskanal mit einem Polymereinlaß, der im wesentlichen zentral bezüglich der Länge des Kanals

-A-

809B76/D740

27562H

-A-

angeordnet ist. Der Einlaß steht mit der gemeinsamen Versorgung in Verbindung. Im Strömungskanal ist ein Durchflußbegrenzer vorgesehen, der aus einem Stab besteht, der in dem Kanal längs verschiebbar ist und der wenigstens einen Bereich mit vergrößertem Querschnitt aufweist. Wie nachstehend näher erläutert werden wird, wird durch die longitudinale Bewegung des Stabs im Kanal der Strom von geschmolzenem Polymerisat zu den beiden Extruderdüsen, die mit den Polymerauslässen des Strömungskanals in Verbindung stehen, und die im allgemeinen an gegenüberliegenden Enden des Kanals angeordnet sind, geregelt. Aufgrund der einfacheren Herstellung hat sowohl der Stab als der Strömungskanal kreisförmigen Querschnitt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von bekannten

Systemen für die Schlauchextrusion,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Schlauchextrudiersystems unter Verwendung des Strömungsverteilerventils gemäß der Erfindung,

Fig. 3A eine Querschnittsansicht eines bekannten Strömungsregelventils,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Strömungsverteilerventils gemäß der Erfindung, und

809826/0740

Fig. 5 eine Teilansicht einer alternativen Ausführungsform des Strömungsverteilerventils gemäß der Erfindung.

Es war bisher allgemeine Praxis, die rohrförmigen Extruderwerkzeuge mit einem einzigen Extruder (nicht gezeigt) zu beschicken, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Wenn die durchschnittliche Dicke der Folienschläuche 11 eingestellt werden soll, kann dies durch Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der angetriebenen Abnahmewalzen 12 erfolgen. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit der Abnahmewalzen wird das halbfeste Polymerisat unmittelbar an der Extruderdüse von dieser Düse 13 mit höherer Geschwindigkeit abgezogen. Dies führt zu einer Verringerung der Dicke des schließlich erhaltenen schlauchförmigen Produkts. Eine solche Anordnung zur Einstellung der Dicke kann jedoch nur angewandt werden, wenn die Schläuche stromab zu getrennten Bearbeitungsstufen, z.B. Beutelherstellungsmaschinen, geführt werden, und zwar aufgrund des Unterschieds in der Produktionsgeschwindigkeit der beiden Schläuche.

In Fig. 2 ist eine alternative Arbeitsweise zur Herstellung von zwei Schläuchen ausgehend von einem einzigen Extruder (nicht gezeigt) dargestellt, wobei ein verhältnismäßig breiter Schlauch 14 hergestellt wird, der durch die Zusammendrückbleche 15 z.u den Haltewalzen geführt wird und anschließend geschlitzt und versiegelt wird, wobei ein geheizter Draht oder ein geheiztes Messer 16 eingesetzt werden. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß beide Schläuche durch einen Satz von nachgeordneten Einrichtungen, wie Druckpressen oder Beutel-

809826/0740

27562U

herstellungsmaschinen, geführt werden können, jedoch den Nachteil, daß eine zusätzliche Heißschweißnaht im Endprodukt erforderlich ist, wodurch dieses unter Belastung leichter reißt, beispielsweise aufgrund der Beanspruchung bei der Verwendung von Beuteln, die aus einer solchen Folie hergestellt sind.

Es wäre möglich, den Qualitätsvorteil der mit zwei Schläuchen arbeitenden Ausführungsform nach Fig. 1, bei denen keine Seitennaht erforderlich ist, mit den wirtschaftlichen Vorteilen der Schlitzsiegeltechnik (Fig. 2), bei der nur ein einziger Satz von nachgeordneten Einrichtungen erforderlich ist, zu kombinieren, indem zwei Schläuche extrudiert werden und diese durch den gleichen Satz von Haltewalzen geführt werden. Bei dieser Ausgestaltung wäre es jedoch nicht möglich, die beiden Schläuche mit unterschiedlichen Abnahmegeschwindigkeiten herzustellen, um deren relative Durchschnittsdicke einzustellen. Eine solche Anordnung würde deshalb die Verwendung von getrennten Strömungsregelventilen für jede Düse erforderlich machen.

Ein typisches Strömungsregelventil, das bisher allgemein eingesetzt wurde, ist in Fig. 3A gezeigt. Das geschmolzene thermoplastische Material 203 fließt durch den Spalt 201, wo es einem Druckabfall ausgesetzt ist. Bei Einstellung des Ventils durch Bewegung des Durchflußbegrenzers 202 wird der Spalt 201 verändert und entsprechend der resultierende Druckabfall variiert.

Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Ventil ist in etwa der 5. Potenz der Spaltgröße proportional. Da der Spalt im allgemeinen schmal ist, führt eine ge-

8098?(5/074O

ringe Änderung der Spaltbreite zu einer unerwünscht hohen Änderung der Strömungsgeschwindigkeit. Ist der Spalt beispielsweise 2,5 mm und wird dieser sehr geringfügig geändert, beispielsweise 0,13 mm, führt dies zu einer Strömungsänderung durch den Spalt von etwa 28 % unter der Voraussetzung, daß der Druck bezüglich der Zuführung und des Austritts unverändert bleibt. Eine genaue Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit ist mit einem solchen Ventil, wenn überhaupt, sehr schwierig. Werden solche Ventile paarweise verwendet (eines für jede Düse) und gemeinsam beschickt, ist eine zufriedenstellende genaue Regelung der Durchflußgeschwindigkeiten durch die Düsen nicht möglich, und zwar aus folgenden Gründen:

1.) Die Ventile gestatten keine genaue Einstellung der Strömungsverteilung aus oben genannten Gründen.

2.) Die Einstellung eines Ventils führt zu einer Änderung des Rückdrucks auf den Extruder, was zu einer Änderung des den Extruder verlassenden Gesamtstroms führt. Deshalb macht jede Änderung eines Ventils eine Neueinstellung der Extrudergeschwindigkeit

erforderlich, um die gewünschte Durchschnittsdicke der beiden Filme aufrechtzuerhalten. 3.) Da getrennte Ventile für jede Düse vorliegen, muß das Bedienungspersonal entscheiden, welches Ventil eingestellt werden soll. Nach zahlreichen Einstellungen führt dies manchmal dazu, daß beide Ventile fast vollständig geschlossen sind oder fast vollständig geöffnet sind, so daß jedesmal unterschiedliche Betriebsbedingungen (Rückdruck) für den Extruder vorliegen.

809826/0740

275621A

Gemäß der Erfindung gleicht das Verteilerventil den Strom aus geschmolzenem thermoplastischen Harz zwischen den beiden Düsen aus, die vom gleichen Extruder beschickt werden. Das Ventil ist in einer Leitung angeordnet, mittels der die beiden Düsen oder Werkzeuge beschickt werden. Das geschmolzene Polymerisat, das im Mittelteil der Leitung eingeführt wird, kann von einem einzigen üblichen Drehschraubenextruder zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Ventil einen länglichen Stab oder eine längliche Spule mit einem Querschnitt (Durchmesser), der an den entgegengesetzten Enden größer ist als in der Mitte. Der Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Stabes steigt allmählich konisch von der Mitte in axialer Richtung an. Der Bereich mit vergrößertem Durchmesser weist konstanten Querschnitt bis zum Ende des Stabes auf. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Stab so ausgebildet, daß der Mittelteil größeren Durchmesser als die Endteile aufweist. Der Innendurchmesser des Strömungskanals ist selbstverständlich größer als der Bereich des Stabes mit größerem Durchmesser, um einen kontinuierlichen Strömungsweg für das Polymerisat sicherzustellen und eine Bewegung des Stabes zu gewährleisten.

Bei beiden Ausführungsformen sind Vorrichtungen vorgesehen, mittels denen eine axiale Verschiebung des Stabes möglich ist, beispielsweise eine unverlierbare Mutter, die sich auf einem Gewinde an einem Ende des Stabes dreht. Alternativ können eine fixe Mutter und ein drehbarer Stab angewandt werden. Der Stab kann auch per Hand bewegt werden. Die axiale Verschiebung des

fi09B?6/07AO

Stabes führt zu einer axialen Verschiebung des Bereichs oder der Bereiche mit vergrößertem Durchmesser. Diese Verschiebung führt zu einer Erhöhung des Druckabfalls (und folglich zu einer Verringerung der Strömung) auf das geschmolzene Polymerisat, das an einem Ende der Leitung austritt und führt gleichzeitig zu einer Verminderung des Druckabfalls (und folglich zu einer Erhöhung der Strömung) bezüglich des geschmolzenen Polymerisats, das am entgegengesetzten Ende der Leitung austritt. Die Erhöhung der Strömung an einem Ende entspricht der Verringerung der Strömung am entgegengesetzten Ende, so daß der Rückdruck gegen den Extruder unverändert bleibt. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit des den Extruder verlassenden Materials bleibt unverändert, da die Strömungsgeschwindigkeit vom Rückdruck auf den Extruder abhängt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird thermoplastisches Harz der Verteilerleitung 21 mittels eines Rotationsschraubenextruders für thermoplastisches Material (nicht gezeigt) zugeführt. Das geschmolzene thermoplastische ,Harz tritt von dem Extruder in die Leitung über Zufuhrkanal 22 unter Druck ein. über den Zufuhrkanal 22 wird das thermoplastische Material zum Strömungskanal 23 geführt, wo ein Strömungsteiler 24 den eintretenden Strom zu den entgegengesetzten Enden des Strömungskanals 23 führt. Der Strömungsteiler 24 wirkt auch als Träger für den Strömungsverteilerventilstab 25, um dem Druck des eingebrachten Polymerisats ohne Verdrehung widerstehen zu können. Der Strömungsverteilerventilstab 25 ist länglich ausgebildet und weist gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform einen Mittelteil mit verringertem Durchmesser und gegenüber-

- 10 -

809826/0740

- 10 liegende Endteile mit vergrößertem Durchmesser auf.

Das geschmolzene thermoplastische Material wird durch den Ringraum zwischen Ventilstab 25 und der Wand des Strömungskanals 23 zu den rohrförmigen Extruderdüsen 26 und 27 geführt, die an entgegengesetzten Enden der Leitung 21 angeordnet sind. Das geschmolzene thermoplastische Material wird schließlich in Form einer Schlauchfolie 28 durch die ringförmigen Extruderdüsen (nicht gezeigt) der Werkzeuge 26 und 27 gepreßt.

Ein Ende des Verteilerventilstabes 25 erstreckt sich durch die Verteilerleitung und ist mit einem Gewinde versehen. Das Gewinde des Stabes steht mit einem Gewinde einer Mutter 30 in Eingriff, die, um eine seitliche Bewegung zu verhindern, von Trägern 101 gehalten wird. Eine Nut 102 in dem mit dem Gewinde versehenen Teil der Spule steht mit einem Keil 103 in Eingriff, der mit dem Träger 101 verbunden ist, um eine Drehung der Spule zu vermeiden, während die Mutter 30 mittels Antriebsmotor 29 und Antriebskette 31 gedreht werden kann, so daß dem Ventilstab 25 die erforderliche Längsverschiebung erteilt wird.

Der Druckabfall des geschmolzenen Polymerisats im Verteilerzuführkanal 22 ist abhängig von den radialen Abmessungen und der Länge des Ringspalts, durch den das Polymerisat geführt wird, bevor es die entgegengesetzten Enden des Strömungskanals 23 verläßt. Der Druckabfall je Weglängeneinheit ist in dem Bereich größer, wo der Stab 25 größeren Durchmesser aufweist. Folglich wird, wenn der Stab 25 nach links bewegt wird, d.h. in

- 11 -

809826/0740

27562U

Richtung der Extruderdüse 26, die Länge des Bereichs mit vergrößertem Durchmesser, an dem sich das strömende thermoplastische Material vorbeibewegt, links verringert und gleichzeitig rechts vergrößert. Dies führt zu einer Verringerung des Druckabfalls auf der linken Seite und gleichzeitig zu einer gleich großen Erhöhung des Druckabfalls auf der rechten Seite. Die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich dann auf der linken Seite bis der Druckabfall gleich groß ist als vor der Bewegung des Stabes 25 und entsprechend verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit auf der rechten Seite bis der ursprüngliche Druckabfall erreicht ist. Danach ist der Druck in der Zufuhrleitung 22 gleich wie vorher und die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf der linken Seite wurde durch eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit auf der rechten Seite ausgeglichen.

Das vorstehend beschriebene System zeichnet sich besonders durch eine einfache Handhabung aus. Vor dem Einstellen des Ventils können die Geschwindigkeit des Extruders und der Abnahmeeinrichtungen eingestellt werden, um eine gewünschte Durchschnittsdicke der extrudierten Folie einzustellen. Dann ändert sich die durchschnittliche Dicke nicht, wenn das Ventil so eingestellt wird, daß bei beiden Düsen Schläuche mit gleicher Dicke erzeugt werden. Dies beruht darauf, daß der Rückdruck in Kanal 22 sich nicht ändert, der Druck, gegen den der Extruder ausstossen muß,unverändert bleibt und folglich die Ausstoßgeschwindigkeit des Extruders sich auch nicht ändert.

Dieses System hat den weiteren Vorteil, daß eine genaue Einstellung möglich ist. Die Strömungsgeschwindigkeit

- 12 -

809826/0740

27562H

durch die beiden Ventile ist etwa der 3. Potenz der Länge des Ringraums proportional. Da der Ringraum im Verhältnis zum Radius verhältnismäßig lang ist, ist eine feine Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit bei wesentlicher Änderung der Länge möglich. Ist beispielsweise die ursprüngliche Länge des Ringraums 20 cm und wird diese um einen wesentlichen Betrag, beispielsweise 6 mm, geändert, führt dies zu einer Änderung der Strömung durch den Spalt von etwa 10 % unter der Voraussetzung, daß der Druck bezüglich der Zuführung und Ausbringung unverändert bleibt.

Das System hat den weiteren Vorteil, daß eine einzige Regelung, die zur Verteilung der Strömung eingesetzt wird, vorhanden ist. Es ist deshalb für das Betriebspersonal nicht erforderlich, zu entscheiden, welches Ventil einzustellen ist. Bei Bewegung der Spule nach links wird die Durchschnittsdicke des Produktes auf der linken Seite erhöht und die Dicke auf der rechten Seite vermindert und umgekehrt.

Der in Fig. 5 gezeigte Ventilstab hat einen Mittelbereich 301 mit vergrößertem Querschnitt und Endbereiche 302 mit verringertem Querschnitt. Es ist ersichtlich, daß eine seitliche Verschiebung dieses Stabes zu einer Verschiebung des vergrößerten Bereichs 301 entweder nach rechts oder nach links führt. Eine solche Verschiebung führt zu einer Änderung der Länge des Ringspalts um den vergrößerten Querschnittsbereich, was wiederum zu einem Druckabfall und einer relativen Änderung der Fließgeschwindigkeit führt, wie dies vorstehend näher erläutert wurde.

809876/0740

Leerse ite

Claims

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER K 12 098/3S Mobil Oil Corporation 150 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 USA Strömungsverteilerventil Patentansprüche

1.JStrömungsverteilerventil zur Regelung von Strömen aus geschmolzenem Polymerisat von einem gemeinsamen Extruder zu getrennten Extruderdüsen, wobei ein Strömungskanal mit einem längs verschiebbaren Durchflußbegrenzer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungskanal (23) einen zentralen Einlaß (22) und an gegenüberliegenden Enden Ausläße (26, 27) aufweist, der Durchflußbegrenzer einen langgestreckten Strömungsverteilerventil stab (25) umfaßt, der im Strömungskanal (23) längs verschiebbar angeordnet ist, und der Stab (25) auf seiner Länge wenigstens einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser aufweist.

2. Strömungsverteilerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit vergrößertem Durchmesser in der Mitte des Stabes (25) vorgesehen ist.

809826/0740

27562U

3. Strömungsverteilerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Bereiche mit vergrößertem Durchmesser an entgegengesetzten Enden des Stabes (25) vorgesehen sind.

809826/0740