粒化装置制造方法
【专利摘要】用于颗粒化热塑性材料的粒化装置(100)，其具有模头、切削室外壳和由热隔绝材料组成的至少一个绝热元件(20；124，125)，所述绝热元件定位在模头元件(10，110)和切削室外壳元件(30；134)之间；提供至少一个回火设备(12，32；119；132，135)，该回火设备位于绝热元件(20；124，125)和切削室外壳元件(30；134)之间或位于切削室外壳元件(30；134)内邻近绝热元件(124)的区域中。
【专利说明】粒化装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于使热塑性材料和/或药物材料颗粒化的粒化装置。
【背景技术】
[0002] 通常，在使热塑材料颗粒化时，特别是在使例如聚乙烯或聚丙烯之类的聚合物或 者药物材料颗粒化时，常常要用到粒化装置，在该粒化装置中挤压出的、熔融的塑料或药物 材料在模头中形成了缆股。其发生通常由于热的材料在熔融状态下被推动通过模头的喷嘴 配置的喷嘴进入到冷却流体中，该冷却流体是包含在切削室中的例如水或者空气。在切削 室内有带叶片的叶片配置，该叶片经过喷嘴板的开口上方并且切削材料缆股，从而形成了 丸粒。
[0003] 在模头一侧，有必要使得熔融一输送部分尽可能的热，以防止熔融物在通过喷嘴 形成缆股之前硬化。
[0004] 在缆股形成之后，切削室内的熔融材料必须通过冷却尽可能迅速地达到硬化状 态。因而在切削室侧，切削室的外壳部因此必须尽可能的凉以防止颗粒粘附在其上。
[0005] 由此在一方面的模头的部分和另一方面的切削室外壳之间存在很大的温差。
[0006] 在模头的部分和切削室外壳的部分相接或接触的地方，由于大温差而升高的高温 梯度产生相应地高的热量流动，从而热量从热模头通过接触点流入切削室外壳的材料中。
[0007] 为了抵消该不希望产生的热量流动，使用绝热材料，其被插入到接触点中并且使 它们彼此热隔绝。
[0008] 由此可知，例如从文献WO 03/031132中，利用绝热层来从粒化器外壳中分离出颗 粒化头部。
[0009] 文献DE 10344793 Al描述了在粒化装置内水箱牢固地连接到喷嘴板；密封件插 入水箱和喷嘴板之间并且相对于填充了冷却水的水室隔离被加热的喷嘴板。
[0010] 为了尽可能多地减小热流动，应该使用具有最低可能的热穿透系数b的理想绝热 材料。热穿透系数b是由材料的热导率λ、密度P和具体热容C的乘积平方根给出的：
[0011] b=-JIpc
[0012] 除了热穿透系数，在选择绝热材料时，必需考虑材料的其它技术要求，例如材料密 封性、产品兼容性、绝热性能，特别是接触点的机械稳定性和载荷速率。这些不同的需求通 常不能同时最佳地满足，以至于绝热材料的选择大多数常常不得不在这些不同的需求之间 折衷。因此，这就在多数时候导致没有达到所需的低热穿透系数b的材料必须用来作为绝 热元件。于是绝热作用只能部分地存在，残存热输入继续出现。
[0013] 该进入切削室外壳的残存热输入可能变成破坏性的，并且不合乎需要。
[0014] 特别地，这涉及利用空气作为工艺流体的热切削粒化，其也被称为空气冷却的热 压模-面制粒。根据工艺流体空气的低的热容量，通常不可能做到使上述的残存热输入最 小化以防止切削室的外壳温度超过有益的值。因此会有颗粒粘附到切削室的壁的危险。
[0015] 残存的热流还可以对模头具有不利的影响，这是由于残存的热流导致在模头和切 削室之间的接触点处热量从模头上被除去，由此使得后者在该接触点处局部地冷却。该局 部温度降低反过来又可以导致在模头的其它点或元件处，对所需温度轮廓存在负面作用， 尤其是对模头中需要的、均匀的、稳定的温度和不合乎需要的温度演化存在负面作用。这尤 其出现在水下粒化时，其中工艺流体水由于它的高热容量，产生相对较高的散热。水有效地 带走进入切削室外壳的热流，随后导致更多热量通过接触点从模头被除去，以及上述的模 头的局部冷却在接触点处被加强。
[0016] 为了更好地理解，结合图IA至ID对这些问题进行详细的解释。
[0017] 图IA示意地描述了模头1的元件，其通过绝热元件2接触切削室外壳3的元件。 如上面所解释的，在模头1中应当存在有高温，其被称为模头的设定点温度T e_s^。相反，切 削室外壳3应该尽可能地冷。相应地，在切削室外壳3中应当存在切削室外壳的明显更低 的温度 Ts-SOLL0
[0018] 在理想条件下，绝热元件2在接触点处将模头1和切削室外壳3彼此完全地热隔 离，因此没有热流出现。这些理想条件相当于热穿透系数b为0的理想的绝热元件2,所述 这些理想条件将产生如图IB所示的温度演化：一直到隔离体2,切削室外壳3具有均匀的、 不变的冷设定点温度T S_S(^的同时，模头1将具有均匀的、不变的热设定点温度Thm。温度 变化可可以仅仅限制在绝热元件2的区域。
[0019] 如上所述的，该理想条件通常不能达到或不能充分地达到，而且残余的热输入继 续出现，如图IC所示的热流? th4。该热流?th4是的热量被从模头1除去，然后模头沿接 触点的方向逐渐地冷却。模头的设定点温度Thm被超出。在切削室外壳3内，热输入产生 相反的情况：切削室外壳3被局部加热，并且超出切削室外壳的设定点温度T S_S(^。
【发明内容】
[0020] 因此，本发明目的在于公开一种能够克服上述缺点的粒化装置。
[0021] 本发明的另一个目的在于公开一种粒化装置，其中模头对切削室外壳的热效应被 有效地预防或至少减少了它的影响，并且/或者反之亦然。
[0022] 本发明的这些目的及其他目的通过具有权利要求1的特征的一种粒化装置来达 到。
[0023] 其它优选的实施方式在从属权利要求中被公开。
[0024] 一方面，本发明涉及一种用于颗粒化热塑性材料的粒化装置，其具有模头、切削室 外壳和由热隔绝材料组成的至少一个绝热元件，该绝热元件位于模头元件和切削室外壳元 件之间；此外，提供至少一个回火设备，其位于绝热元件和切削室外壳元件之间，或者位于 切削室外壳元件内邻近于绝热元件的区域内。
[0025] 回火设备能起冷却单元或加热单元的作用。
[0026] 通过将冷却单元形式的回火设备直接地放在绝热元件处或放在绝热元件周边位 置处，有可能吸收和消散从之前的模头的入口点不可避免地辐射到应该保持冷却的切削室 外壳中的热量，其中所述绝热元件的目的在于使模头和切削室彼此热隔离。
[0027] 结果，吸收和消除多余的热的冷却单元的主动作用协助绝热元件的被动绝热作 用，该被动绝热作用通过高的热流阻使热输入最小化。
[0028] 以相反的方式，加热单元形式的回火设备能抵消热排放并因此预防冷却。
[0029] 该至少一个回火设备具有一个或多个管道，其允许回火的传热流体流过。传热流 体可以是水、传热用油、空气或气体。
[0030] 可选择地或此外，所述至少一个回火设备可以具有电的珀耳帖（Peltier)元件。
[0031] 切削室外壳元件可以是切削室外壳的连接凸缘部。在该情况下，所述至少一个绝 热元件可以具体实现为由绝热材料组成的环的形式，其在连接凸缘部的环形表面上实现， 以便至少部分地相对于环形间隙热隔绝连接凸缘部，该环形间隙位于连接凸缘部和模头单 元之间。
[0032] 模头可以具有喷嘴板、用于给喷嘴板供应熔融材料的单元和固定喷嘴板至所述单 元的扣环；该扣环位于环形间隙内。
[0033] 该连接凸缘部可以被固定于单元的凸缘。
[0034] 可选择地或此外，所述至少一个绝热元件可以位于连接凸缘部和单元的凸缘之 间。
[0035] 在连接凸缘部中的回火设备优选地具体为至少一个环形管道或如同至少一个环 形槽，其接近绝热元件的一侧。
[0036] 优选地，所述至少一个回火设备具体实现为用作冷却装置，以便吸收和消散因热 流通过绝热元件而被引入切削室外壳元件中的热能，从而防止或减少由被引入的热量引起 的切削室外壳元件的变热。在该情况下，冷却装置可以被具体地控制，因此在切削室外壳元 件内设定点温度得以保持。
[0037] 粒化装置可以是一种使用风冷热模面的造粒方法的粒化装置或者水下粒化方法 的粒化装置。
[0038] 优选地，粒化装置具体实现为使药物材料成粒状。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 下面在优选实施方式中参照附图将描述本发明：
[0040] 图IA示出了假设为理想条件下模头和切削室外壳之间的接触点；
[0041 ] 图IB示出了图IA中的接触点的温度演化；
[0042] 图IC示出了根据现有技术的在模头和切削室外壳之间的接触点；
[0043] 图ID示出了图IC中的接触点的温度演化；
[0044] 图2A示出了根据第一实施方式的在模头和切削室外壳之间的接触点；
[0045] 图2B示出了图2A中的接触点的温度演化；
[0046] 图3A示出了根据第二实施方式的在模头和切削室外壳之间的接触点；
[0047] 图3B示出了图3A中的接触点的温度演化；以及
[0048] 图4示出了根据本发明的实施方式的粒化装置。
【具体实施方式】
[0049] 图2A示出了本发明的第一实施方式。图2A示意地描绘了通过绝热元件20与切 削室外壳30的元件接触的模头10的元件。
[0050] 相应的元件例如可以是圆周的、圆形的固定凸缘，切削室外壳和模头通过所述固 定凸缘彼此机械地固定。模头还可以是喷嘴板、用于喷嘴板的扣环或者模头的另一个元件。 同样地，切削室外壳可以是诸如切削室壁之类的其它元件。
[0051] 在该连接中，模头的元件与切削室外壳的元件相连接的点被称为接触点，无论其 是否通过直接接触的连接还是具有借助于由热隔绝材料组成的绝热元件的部分或完全分 离的连接。
[0052] 在图2A所示的第一实施方式的接触点处，切削室30具有回火设备32,如图2A所 示，其可以具体实现为用于回火的传热流体的一个或多个管道32的形式。水、传热用油或 气体能被用作传热流体。管道32位于切削室元件30内邻近于绝热元件20的区域中。由 管道32组成的回火设备能被用作为冷却单元；传热流体被回火至低温，优选地基本上达到 切削室外壳30的设定点温度T S_S(^。
[0053] 这样，回火设备32可以作为用于多余的热的散热器，来自模头10的热流51将该 多余的热通过绝热元件20引进切削室外壳30中，绝热元件没有提供理想的热隔绝。多余 的热通过管道32中的传热流体被吸收和向外消散，如热流箭头52所示的。因此多余的热 不能透过管道32进入切削室外壳30内，并且位于管道32之后（从绝热元件20的视角看） 的切削室外壳30的部分没有经历任何热输入，结果在这部分内没有出现超过设定点温度 的加热。这产生的温度演化示意地描绘在图2B中。
[0054] 在另一个实施方式中，如图3A所示，回火设备12还被具体实现在模头侧。回火设 备12同样地可以具体实现为用于回火的传热流体的一个或多个管道32的形式，其中管道 位于绝热元件20附近。此处，回火设备12可以具体实现为加热单元的形式；传热流体被 回火至高温，优选地基本上达到模头的设定点温度T e_S(^。此处，回火设备12可以作为加热 源，被引入模头元件10,如图中热流61所示。优选地，热流61引入热量，所述热量如热流 62 -样通过绝热元件20被引入切削室元件30,并且借助于管道32如热流63 -样向外消 散。因此热流61为模头元件10补充由于热流62而从该模头元件通过绝热元件20被除去 的热量。总而言之，没有从模头元件10热排放，因而不会出现模头元件10的局部冷却。这 被示意性地描绘在图3B中的温度演化中。
[0055] 通过如图3B所示的温度演化所说明的，两个回火设备的使用可以达到图IB所示 的理想化温度演化的良好逼近，其中一个回火设备在模头元件10中，而另一个回火设备在 切刀头外壳元件30中，每一个回火设备都与绝热元件20峨连或邻近的相应区域内。
[0056] 图4示出了根据本发明的一个较佳实施方式的粒化装置100。粒化装置100具体 可以为一种粒化装置，其根据风冷热模面的制粒原理运行，特别用于颗粒化药物材料。
[0057] 粒化装置100具有带喷嘴板116的模头和在流体流向上位于喷嘴板116的上游的 单元110。在单元110中，提供有通道114,用于输送熔融物料至喷嘴板116。单元110可以 是有延性的锚定板、熔化的分配器、连接板或另一个单元，就如本领域技术人员所熟知的用 于输送熔融物料至粒化装置的喷嘴板。
[0058] 在单元110中，提供了加热单元，其具体实现为用于流体对流加热的环形管道112 的形式。可选择地，还可能提供电加热元件，其位于单元110之内或之上。加热单元用来加 热该单元110和喷嘴板116到温度T e_n，该温度下保持熔融物料在要求的熔融状态。
[0059] 图4中的粒化装置还具有切削室，具有至少一个切刀142的切刀头140位于其内， 在操作过程中该切刀头越过具体实现在喷嘴板116中的喷嘴开口，以便切割通过开口出现 的材料缆股，由此形成小颗粒。
[0060] 切削室由切削室外壳限定。切削室外壳可以具体实现为一体的或多片的。在图4 所示的实施方式中，切削室外壳由切削室主外壳130和与该切削室主外壳连接的连接凸缘 部134组成。连接凸缘部134用来将切削室外壳机械地固定至单元110的相应的凸缘表面。
[0061] 在切削室中，提供了间隙套筒136。该间隙套筒136可以是偏移的，以便让间隙开 着，工艺流体可以从工艺流体管道138通过该间隙流入切削室内。
[0062] 如图4所示，喷嘴板116可以借助于扣环118被固定于单元110。在该情况下扣环 118可以位于环形间隙122内，该环形间隙122位于单元110和连接凸缘部134之间。由热 隔绝材料组成的环形绝热元件124位于连接凸缘部134上，以便使得连接凸缘部134的朝 空隙122定向的至少一部分表面与间隙122热隔绝，并且因此热隔绝间隙中出现的热，所述 热通过热单元110和/或喷嘴板116其被引入间隙122。
[0063] 在连接凸缘部134中，有两个槽状的环形管道132,其与绝热元件124毗邻。槽状 的管道132被用来输送传热流体并用作回火设备。特别地，管道132用作冷却单元以吸收 和消散经过绝热元件124的热能，从而防止连接凸缘部的加热，如上面结合图2A至3B中的 回火设备32解释的。
[0064] 可选择地或此外，可以提供绝热元件125,其被插入在连接凸缘部134的凸缘和单 元110之间。邻近于绝热元件125,可以在单元110和连接凸缘部134中分别提供环形的、 槽形的管道119和135。在该情况下管道119可以起加热单元的作用并且可以作为热源，同 时管道135可以起冷却装置的作用并且用作散热器，如上结合图3A和3B所述的。
[0065] 这样，使用环形的管道132和/或135,从而借助于起冷却单元作用的环形管道 135和/或132将热能运送走，该热能由于在喷嘴头和切削室外壳之间存在的温度梯度，特 别是由于在一方的单元110、喷嘴板116、和/或扣环118和另一方的连接凸缘部134之间 存在的温度梯度而被引导，通过绝热元件125和/或通过空隙122和绝热元件124进入连 接凸缘部134。这样，防止连接凸缘部134的不希望的加热。这样，连接凸缘部134可以被 有效地保持在该连接凸缘部134所需的设定点温度T S_S(^。
[0066] 由于能够防止连接凸缘部134的不希望的加热，还可以防止（不希望加热的）连 接凸缘部134反过来影响和不希望地加热在工艺流体管道138中流动的工艺流体。
[0067] 尽管上面已经描述了传热流体传送管道形式的回火设备，还是有可能使用其它实 施方式。
[0068] 因此回火设备例如可以具体实现为电的珀耳帖元件的形式，其一侧接触绝热元件 而且其另一侧接触模头元件或切削室元件的表面。在该情况下运行珀耳帖元件，从而加热 一侧并且冷却另一侧，以便由此产生经过珀耳帖元件的热流，沿着与热流经过绝热元件相 反的方向定向该泊耳帖元件。
[0069] 对于作为热源的回火设备，还可能使用诸如电阻加热单元、加热器线圈等等电加 热元件。
【权利要求】
1. 用于颗粒化热塑性材料的粒化装置（100)，具有模头； 切削室外壳；以及 由热隔绝材料组成的至少一个绝热元件（20 ;124,125)，其位于模头元件（10 ;110)和 切削室外壳元件（30 ;134)之间， 其特征在于， 提供至少一个回火设备（12,32 ;119 ;132，135)，其位于绝热元件（20 ;124，125)和切 削室外壳元件（30 ;134)之间或位于切削室外壳元件（30 ;134)内邻近于绝热元件（124)的 区域中。
2. 根据权利要求1所述的粒化装置（100)，其特征在于回火设备（12,32 ;119 ;132， 135)具有一个或多个管道，所述一个或多个管道允许回火的传热流体流过。
3. 根据权利要求2所述的粒化装置（100)，其特征在于所述传热流体能够是水、传热用 油、空气或气体。
4. 根据权利要求1所述的粒化装置（100)，其特征在于所述回火设备（12,32 ;119 ; 132,135)包括至少一个电的珀耳帖元件。
5. 如权利要求1至4中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于切削室外壳元件 是切削室外壳的连接凸缘部（134)。
6. 根据权利要求5所述的粒化装置（100)，其特征在于所述至少一个绝热元件实现为 由隔热材料组成的环（124)的形式，其实现在所述连接凸缘部（134)的环形表面上，以便至 少部分地相对于所述连接凸缘部（134)和模头单元（110)之间存在的环形间隙（122)热隔 绝所述连接凸缘部（134)。
7. 根据权利要求6所述的粒化装置（100)，其特征在于模头具有喷嘴板（116)、用于 传送熔融物料至所述喷嘴板（116)的单元（110)和将所述喷嘴板（116)固定至所述单元 (110)的扣环（118);所述扣环（118)位于所述环形间隙（122)内。
8. 如权利要求5至7中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于所述连接凸缘部 (134)被固定于所述单元（110)的凸缘。
9. 如权利要求8中所述的粒化装置（100)，其特征在于所述至少一个绝热元件（125) 位于所述连接凸缘部（134)和所述单元（110)的凸缘之间。
10. 如权利要求5至9中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于在所述连接凸缘 部（134)中的所述回火设备实现为至少一个环形的管道或槽（132,135)的形式，其接近于 所述绝热元件（124,125)的一侧。
11. 如权利要求1至12中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于所述至少一 个回火设备实现为用作冷却单元，以便吸收和消散由于热流经过所述绝热元件（20 ;124， 125)而引入所述切削室外壳元件（30 ;134)中的热能，从而防止或减小由于引入的热引起 的切削室外壳元件（30 ; 134)的变热。
12. 根据权利要求10所述的粒化装置（100)，其特征在于冷却单元可以被具体地控制， 从而维持所述切削室外壳元件（30 ; 134)中的设定点温度（Ts_^)。
13. 如权利要求1至12中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于所述粒化装置 (100)是使用风冷热模面的造粒方法的粒化装置。
14. 如权利要求1至12中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于所述粒化装置 (100)是使用水下粒化方法的粒化装置。
15.如权利要求1至14中任何一项所述的粒化装置（100)，其特征在于所述热塑性材 料是药物材料。
【文档编号】B29B9/06GK104487217SQ201380031026
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】林哈特-卡斯滕·穆布 申请人:自动化塑料机械有限责任公司