DE2153466A1

DE2153466A1 - Vorrichtung mit hohem widerstand an der zusammenflusstelle von teilstroemen eines viskosen mediums

Info

Publication number: DE2153466A1
Application number: DE2153466A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Dr Ing Lenk
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1971-10-27
Publication date: 1973-05-03
Also published as: FR2157967A1; DE2153466B2; FR2157967B3

Description

Bag.

B a r m a g

Barroer Maschinenfabrik Aktiengesellschaft

Wuppertal

Vorrichtung mit hohem Widerstand an der Zusammenflußstelle von Teilströmen eines viskosen Mediums

Die Erfindung bezieht sich auf eine von hochviskosen Medien, insbesondere von thermoplastischen Kunststoffen, durchströmte Vorrichtung, in der eines oder mehrere der Medien in einzelnen Teilströmen vorliegen, die in einem gemeinsamen Raum mit angeschlossenem Auslaßspalt zusammenfließen.

Eine solche Vorrichtung kann bevorzugt als Schlauchextrusionswerkzeug, als Rundschlitz- oder Breitschlitzwerkzeug, als Ubergangsabschnitt zwischen einer Strangpresse und einem angeschlossenen Werkzeug oder als Schmelzspinnkopf ausgebildet sein.

Zusammenfließende Teilströme liegen bei aus benachbart und getrennt angeordneten öffnungen ausströmenden Medien vor. Teilströme entstehen beispielsweise während des Durchströmens eines Vergleichmäßigungs- oder Mischelementes oder während des UmstrOmens eines im Mediumstrom befindlichen Vorrichtungsteils, etwa in der Form eines Trägerelementes für ein innerhalb der Vorrichtung angeordnetes Einsatzteil, einen Verdrängerkörper, einen Dorn oder dergleichen.

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An der Zusammenflußstelle der Teilströme aus hochviskosen Medien bilden sich je nach Mediumart und -verhalten, das auf verschiedene, hier nicht näher erläuterte Einflüsse beruht, mehr oder weniger stark ausgeprägte Fließlinien, auch Fließnähte genannt. Ursache hierfür sind sogenannte "tote" Strömungsräume bzw. Räume oder Zonen im Bereich der Zusammenflußstelle mit gegenüber der Normalströmungsgeschwindigkeit in Richtung des Druckgefälles verminderter bis wesentlich verminderter Strömungsgeschwindigkeit.

Hierdurch wird bewirkt, daß an der Zusammenflußstelle zwischen den Teilströmen ständig Mediumpartikel aus den erwähnten Räumen aufgrund lokalen Stagnierens des Mediums mit zeitlicher Verzögerung mitgenommen werden, die im wesentlichen eine unterschiedliche Verweilzeit, ein unterschiedliches thermisches Verhalten, z.B. durch unterschiedlichen thermischen Abbau, oder unterschiedliche Viskosität im Bereich der vorliegenden Wandungen an der Zusammenflußstelle aufweisen.

Das Problem, Toträume für den Massefluß zu vermeiden, ist seit langem bekannt. Es hat auch nicht an Vorschlägen zur Verbesserung gefehlt. Beispielsweise ist bei Einbauten, wie Stegen, Leitflächen usw.,die den Strom eines hochviskosen Mediums zerteilen, vorgeschlagen worden, die Wiedervereinigung der Teilströme nach Passieren der Einbauten durch einen Staueffekt zu erzwingen, der durch eine drastische Verminderung des Fließquerschnitts zwischen einem Dornhalter und dem Austrittsspalt erreicht werden kann. (Vergl. Schenkel, Kunststoff-Extrudertechnik, 2. neu bearbeitete Auflage 1963, Seite 242, Abs. 2). Es wird ferner auf Toträume bei Strainer-Platten, Folienblasköpfen und Breitschlitzköpfen verwiesen (Schenkel, Kunststoff-Extrudertechnik, 2. neu bearbeitete Auflage 1963, Seite 247, Abs. 3, Seite 387, Abs. 2b

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und Seite 431, letzter Absatz).

In der praktischen Ausbildung der in Frage stehenden Vorrichtungen werden unmittelbar hinter der Zusanunenflußstelle Sammelräurae oder Sammelkanäle vorgesehen, die im wesentlichen die* Wirkung einer Beruhigung auf das Medium ausüben.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die zwischen Dorn und Gehäuse verlaufenden Stege tangential anzuordnen oder wirksame kreissymmetrische Querschnittsänderungen in Form von Spaltweiten-, Durchmesser-, mittlere Querschnittsumfangsänderungen oder Stauwulsten vorzusehen, oder im Dorn- und Gehäuseteil mehrfach gegenläufige Gewindegänge einzuschneiden (vergl. Mink, Grundzüge der Extrudertechnik 1964, Seite 167, Abs.2,3 und 4).

Eine allgemein gültige Lehre, jede Art und nicht nur bestimmte Anwendungsfälle von Totraum zu vermeiden und den nachteiligen Einfluß von Räumen oder Zonen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit beim Zusammenfluß mehrerer Teilströme viskoser Medien zu verhindern, liegt nach dem Bekannten nicht vor.

Ziel der Erfindung ist es, in einer Vorrichtung der einleitend geschilderten Gattung Mittel und Maßnahmen vorzusehen, durch die ein Strömungsverlauf zusammenfließender Teilströme an den Zusammenflußstellen erzwungen wird, der nicht durch Mediumstromreste aus Toträumen oder Zonen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zusammenflußstellen durch eine unmittelbar in Strömungsrichtung anschließende, über den gesamten Strömungsquerschnitt sich erstreckende Drosselstelle

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begrenzt sind und die in Strömungsrichtung davor sich befindenden Verteilerkanäle hohe Strömungsgeschwindigkeiten hervorrufende geringe Durchflußquerschnitte aufweisen, und daß der Strömungsquerschnitt unmittelbar an der Zusammenflußsteile der Teilströme auf angenähert Null abnehmend ausgebildet ist, wobei der Widerstandswert der Drosselstelle wesentlich größer, vorzugsweise 2 - 20-fach größer ist als der Widerstandswert in den Verteilerkanälen.

Durch die Kombination dieser Mittel und Maßnahmen, in der die Erfindung gesehen wird, werden zwangsläufig hohe Strömungsgeschwindigkeiten des hochviskosen Mediums an allen Stellen erzielt und bis einschließlich der vorgesehenen Drosselstelle an der Zusammenfluß- . stelle beibehalten. Es liegt ferner hierdurch ein geringes Verweilzeitspektrum sowohl der Teilströme als auch des vereinigten Stromes vor und es wird eine Vergleichmäßigung des hochviskosen Mediums im Strömungsverlauf durch das erzwungene Durchfließen durch eine einen hohen Widerstand erzeugende Drosselstelle erreicht.

Bevorzugte AusfUhrungsformen einer hohen Widerstand erzeugenden, sich über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckenden Drosselstelle nach der Erfindung können als unmittelbar an der Zusammenflußstelle sich .anschließender enger Spalt, insbesondere Drosselspalt, als strömungsumlenkender enger Spalt oder anstelle solcher Spalte ein unmittelbar hinter der Zusammenflußstelle angeordnetes Sieb oder dergleichen Element oder stattdessen ein Sintermetallfilter vorliegen. Diese vorgesehenen Mittel sind überdies baulich und fertigungstechnisch einfach, ferner einfach und günstig innerhalb der Vorrichtung anzuordnen und im beabsichtigten

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Sinne hoch wirkungsvoll.

Der Widerstand der Drosselstelle kann über den gesamten Strömungsquerschnitt an allen Stellen konstant vorliegen, er kann aber auch über den Strömungsquerschnitt derart verändert vorliegen, daß die in den Verteilerkanälen vorhandenen Druckabnahmen am Ende der Drosselstelle ausgeglichen sind.

Als Aus £ uhr ungs form für den zuletzt genannten Fall kann eine Drosselstelle mit unterschiedlich vorliegenden Drossellängen in Betracht gezogen werden.

Die auf angenähert Null abnehmenden Strömungsquerschnitte an der Zusamtaenflußstelle können auf einfache Weise durch polygonartig oder zackenförmig ausgebildete Abströmflächen der Verteilerkanalauslässe vorgesehen sein, wobei sich die Polygon- oder Zackenspitzen unmittelbar vor der Drosselstelle oder Wandung eines anderen Widerstand erzeugenden Elementes befinden. Auch die Ausführungsform der Abströmflächen ist baulich und fertigungstechnisch einfach.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Schemazeichnungen dargestellt.
Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung mit getrennt und benachbart angeordneten Verteilerkanälen und unmittelbar den Zusammenflußstellen zugeordnetem Filterelement im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Vorrichtung mit getrennt und benachbart angeordneten Verteilerkanälen und unmittelbar den Zusammenflussteilen zugeordnetem Drosselspalt im Schnitt B-B der Fig. 3;

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- 6 Fig. 3 Vorrichtung im Schnitt A-A der Fig. 2.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 sind im Gehäuseteil 1 mehrere Einspeiseleitungen 2, 2', 2¹¹ ... für ein hochviskoses Medium vorgesehen, an die sich je ein Verteilerkanal 3, 3', 3¹¹ ... in Strömungsrichtung anschließt. Die Zusammenflußstellen sind mit χ bezeichnet. Unmittelbar im Anschluß an diese Zusammenflußsteilen liegt eine sich über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckende Drosselstelle 4 vor. Sie besteht aus einer Lochplatte 5 mit Siebelement 6. Diese sind im Bereich der Trennfuge zwischen den aneinandergefügten Gehäuseteilen 1, la angeordnet. Der gemeinsame Raum für die zusammenfließenden Mediumströme ist mit 7 bezeichnet. Die Verteilerkanäle weisen geringe Durchflußquerschnitte auf zum Zwecke des Erzeugens einer hohen Strömungsgeschwindigkeit. Die Abströmflächen 8 der Verteilerkanäle 3, 3',3" sind derart ausgebildet und angeordnet, daß der Strömungsquerschnitt an den Zusammenflußstellen χ der Mediumteilströme auf angenähert Null abnehmend vorliegt. Diese Abströmflächenstellen sind als Zackenspitzen 9 gekennzeichnet. Durch die in Strömungsrichtung unmittelbar an die Zusammenflußstellen χ anschließend angeordnete Drosselstelle 4 liegt ein hoher Widerstand vor, dessen Widerstandswert wesentlich höher ist als der Widerstandswert in den Verteilerkanälen 3, 3', 3''.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 und 3 besteht im wesentlichen aus einem topfförmigen Außenteil 10 und einem in dessen Innenrauro sich befindenden dornförmigen Innenteil 10a, die beide einen Auslaßspalt 17 bilden. Beide Teile sind fest, jedoch lösbar zusammengefügt.

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Das hochviskose Medium wird über einen Kanal 11 mit angeschlossenem Sternkanalsystem, bestehend aus sternförmig angeordneten Leitungen 12,12', 12'· ..., in die Vorrichtung eingespeist. An jede Leitung 12,12' ...
schließt sich je ein Verteilerkanal 13,13',1S¹¹... an. Die Abströmflächen 18 der Verteilerkanäle sind durch die gleichseitige polygone Umfangsfläche des Innenteils ]oa gebildet, deren Polygonecken mit 19 gekennzeichnet sind. An den Ecken befinden sich die Zusaramenflußstellen y, deren Strömungsquerschnitt hier auf
angenähert Null abnehmend ausgebildet ist, sie sind
von einer konzentrischen inneren Umfangsfläche des
Außenteils 10 umgeben.

Unmittelbar in Strömungsrichtung anschließend an die Verteilerkanäle mit den Zusammenfließstellen y liegt eine Drosselstelle 14 vor. Ihr Widerstandswert ist
groß u.z.T. wesentlich größer als der Widerstandswert in den Verteilerkanälen. Die Drosselstelle liegt hier als konzentrischer Drosselspalt vor und wird von der Außenfläche 16 des Innenteils 10a und von der Innenfläche 15 des Außenteils 10 gebildet. Im Anschluß an den Drosselspalt zwischen diesem und dem Auslaßspalt ist ein im Ströinungsquerschnitt vergrößerter Ringraum als Verweilzeitzone vorgesehen.

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Claims

Patentansprüche

rl) jVorrichtung, die von hochviskosen Medien, insbesondere V*ythermoplastischen Kunststoffen, durchströmt wird und in der eines oder mehrere der Medien in einzelnen Teilströmen vorliegen, die in einem gemeinsamen Raum mit angeschlossenem Auslaßspalt zusammenfließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenflußstellen (x;y) durch eine unmittelbar in Strömungsrichtung anschließende, über den gesamten Strömungsquerschnitt sich erstreckende Drosselstelle (4,14) begrenzt sind und die in Strömungsrichtung vor den Zusammenflußstellen sich befindenden Verteilerkanäle (3,3',3''...,- 13,13·,13·'...) hohe Strömungsgeschwindigkeiten hervorrufende geringe Durchflußquerschnitte aufweisen, daß der Strömungsquerschnitt unmittelbar an den Zusammenflußstellen der
Teilströme auf angenähert Null abnehmend ausgebildet ist, wobei der Widerstandswert der Drosselstelle
wesentlich größer, vorzugsweise 2 - 20-fach größer
ist als der Widerstandswert in den Verteilerkanälen.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselstelle hohen Widerstands als Drosselspalt (14) vorliegt.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselstelle hohen Widerstands als Sieb
o.a. Element (5,6) vorliegt.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselstelle hohen Widerstands als Sintermetallfilter vorliegt.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Drosselstelle

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über den gesamten Strömungsquerschnitt an allen Stellen konstant vorliegt.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Drosselstelle über den Strömungsquerschnitt derart verändert vorliegt, daß Druckunterschiede durch in den Verteilerkanälen vorhandene Druckabnahmen am Ende der Drosselstelle kompensiert sind.
7) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt der Verteilerkanäle von der Eintrittsstelle des Mediums bis zur Zusammenflußstelle abnehmend ausgebildet ist.

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