用于粒化熔体材料的设备的制作方法
【专利摘要】一种用于由熔体材料生产小粒的设备，其包括穿孔板(2)，该穿孔板(2)具有位于其中的喷嘴(1)，熔体材料从喷嘴(1)冒出，其中位于穿孔板(2)对面的是电机驱动的切割器装置，该切割器装置具有带有至少一个刀片(3)的切割器头和切割器轴(5)，其中所述设备在壳体(6，6a，6b)中具有切割室(7)，所述切割室邻接穿孔板(2)并且至少包围切割器装置的至少一个刀片(3)，冷却剂流动通过所述切割室，其中至少在旋转区域中产生冷却剂的向心流动，并且随后将冷却剂及位于其中的小粒传送到切割室(7)的出口(11)，其中入口喷嘴装置(9)实施为具有可调节的狭槽宽度的环形狭槽式喷嘴。
【专利说明】用于粒化熔体材料的设备
【技术领域】
[0001] 根据权利要求1的前序部分，尤其出于例如由相应的熔体材料制造制药产品的目 的，本发明涉及一种用于将熔体材料粒化为小粒的设备，其中，熔体材料来自于例如具有活 性制药成分的材料或者材料混合物，或者例如塑料熔体材料（例如，聚合物熔体材料）。
【背景技术】
[0002] 当今，通常通过例如制粒加工和处理熔体材料。一般而言，经常将挤出机或熔体泵 用在熔体材料的制粒中，到目前为止，熔体材料尤其例如塑料。这些挤出机或熔体泵将熔融 的塑料原材料挤压通过穿孔板的喷嘴到冷却剂（例如，水）中。在该过程中，通过具有至少 一个转动刀片的切割器装置在那里切割通过喷嘴的开口冒出的材料，以产生小粒。已知的 执行水下制粒方法的相应设备是水下造粒机，例如，Automatik Plastics Machinery GmbH 公司的产品名为SPHERO?的造粒机。
[0003] 用于在作为冷却剂的空气中执行热切割粒化的系统已经上市了很长时间，原因在 于它们代表了用于粒化挤出的热塑性塑料的相对容易构建的机器。在这些机器中，从穿孔 板冒出的熔体细条由尽可能靠近表面旋转的刀片斩断，并且由小段细条状材料中固有的惯 性形成为小粒。作为刀片旋转的结果，从周围环境或者壳体内部引入空气，空气或多或少自 由并离心地引导小粒脱离切割位置。这些系统中出现的问题在于刀片的冷却效果差，刀片 经过一定的时间会过热且粘结，以及易于导致这些系统的整体粘结和堵塞，尤其在实际生 产条件下以高生产率生产大量小粒时。此外，以这种方式生产的小粒倾向于具有圆柱形和 不规则形状（尤其在熔体材料的粘性相对高时），而在具体的制药材料的情况下，下游应用 更可能需要具有均匀尺寸的很多球形小粒。
[0004] 一般而言，在使用热切割粒化方法的制粒中，（例如）熔融的聚合物基质被挤压通 过终止于平直表面的一个或多个喷嘴的装置，其中由一个或多个刀片组成的切割器装置通 过所述平直表面。冒出的细条由一个或多个刀片切割成小单元（所谓的"小粒"），每个小 粒开始依然是熔融的。随后，通过冷却使小粒低于聚合物基质的固化温度，从而使得它们固 化并且这样做将失去熔体的固有粘性以及粘接到表面或者彼此粘接的倾向。根据现有技 术，在这里将使用这些方法的方法和机器进行进一步的细分为使用水或者类似的液体作为 冷却剂、称之为水下热模面粒化的方法和机器，以及称之为空气冷却热模面粒化的方法和 机器，也就是说以下的方法和机器：其中切割之后的冷却最初只使用气体（优选地，空气） 而排出液体介质或者利用由气体和液体微滴的混合物组成的雾状物而完成。后一组由针对 处理而言处于下游的附加的冷却方法的类型来进一步区分，即，这样的方法和机器：其中水 膜在切割室的壁上流动，切割室具有近乎圆柱形到截去顶端的圆锥形的形状，小粒落到水 膜中并且水膜将小粒输送出切割设备。这些也被称为水环式粒化机。
[0005] 然而，如果待粒化的产品与水接触是不期望的，那么使用以下粒化机：其中专门通 过冷却和输运气体来冷却新切割的、依然熔融的小粒。虽然如此，对于与现有技术相应的机 器，典型的是：首先，通过切割器装置的离心力径向向外加速新切割的小粒，其次，冷却处理 相对缓慢地进行，并且因此小粒在被允许与表面接触之前，必须自由飞行地行进相对长的 距离。因此，这种粒化机非常庞大，甚至对于小生产量来说也是如此。尺寸和与之相关的低 冷却剂气体流动速率导致内部紊流出现，使得一部分小粒太快地与壳体部分和其他机器部 分接触，在那里它们会粘结。此外，环境空气一般作为冷却气体吸入，其本身已经充满有灰 尘和不期望的物质，对环境空气来说检测温度和水分含量特性以及去除灰尘即便不是不可 能也是困难的。为了获得尽可能无故障的粒化机的操作，将期望小粒足够快速地冷却，以使 得它们在开始与壳体或者切割器部分或者其他小粒接触之前，已经具有固化表面。冷却速 率首先是温度差的函数，其次是气体的体积元素彼此快速交换（在本【技术领域】中，其也被 称为紊流度）的函数。雷诺数可以用作紊流度的参数。在这种情况下，冷却效果主要取决 于聚合物熔体的特性（特别地，温度、热容量、表面、导热率、颗粒尺寸和比表面）以及冷却 气体自身的特性（特别地，温度、热容量、紊流度、冷却剂气体/聚合物小粒质量流量比）。 这些因素中的大部分是由工艺技术确定的材料常量或参数，所以对于影响冷却效应的力度 而言，仅仅存在少量可能性。在最终的分析中，必须将聚合物小粒的热含量传送给冷却剂气 体。如果不考虑与壳体部分和其他机器部分的热交换，熔体材料中的热含量差等于冷却剂 气体中的热含量差。
[0006] 因而，对于液体和气态冷却液体（例如，水或加工空气）的馈送而言，简单地将调 整冷却流体的体积流率以适应粒化设备的切割室是期望的。
[0007] 公布的德国未审查的专利申请DE 10 2009 006 123 Al已经描述了一种用于粒化 热塑性材料的方法和设备，其展示了用于粒化机的切割室的流优化的进口喷嘴装置，但是 该专利申请并没有描述环形喷嘴装置的狭槽宽度的简单可调节性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种用于粒化熔体材料的设备，其克服了现有技术的缺点 并且允许有效的粒化，该有效的粒化在具有均匀的小粒尺寸以及均匀且一致性的形状的应 用中是灵活的，特别地，本发明通过经济的且在结构上相对简单同时降低小粒粘结倾向性 的方式实现有效的粒化。
[0009] 根据本发明，通过具有权利要求1的特征的设备实现该目的。本发明的优选实施 方式在从属权利要求中限定。
[0010] 根据本发明的用于由熔体材料生产小粒的设备具有穿孔板，该穿孔板具有位于其 中的喷嘴，熔体材料从喷嘴冒出，其中位于穿孔板对面的是电机驱动的切割器装置，该切割 器装置具有带有至少一个刀片的切割器头和切割器轴，从而使得至少一个刀片以旋转方式 在穿孔板中的喷嘴上方通过，并因而切割在那里冒出的熔体材料的小粒，其中所述设备在 壳体中具有切割室，所述切割室邻接穿孔板并且至少包围切割器装置的至少一个刀片，并 且从入口装置引入到切割室中的冷却剂（例如，空气或水）流动通过所述切割室，从而使得 在该过程中，熔体材料的小粒在冷却剂中固化，其中入口装置具有分离的入口室，该入口室 在周向地包围至少一个刀片的旋转区域中的切割室，并且具有入口喷嘴装置，所述入口喷 嘴装置在入口室和切割室之间周向地围绕切割室，从而使得可以从外部自径向向内的不同 侧将冷却剂在那里周向地引入到切割室中，或者从外部基本地自径向向内的不同侧将冷却 剂在那里周向地引入到切割室中，其中至少在旋转区域中产生冷却剂的向心的或者至少基 本上向心的流动，并且随后将冷却剂及位于其中的小粒被传送到切割室的出口。根据本发 明，在该设计中，入口喷嘴装置实施为具有可调节狭槽宽度的环形狭槽式喷嘴。
[0011] 因此，对于根据本发明的装置，可以轻易地通过调节狭槽式喷嘴的狭槽宽度调节 冷却和输送介质的体积流率，可以有利地选择流率，从而使得在切割之后，小粒立即分离， 也就是说，存在很大余量。
[0012] 在有益方式中，至少是狭槽式喷嘴和/或入口室能够内衬有绝热和/或不粘结的 材料，优选地，由TefloiP或搪瓷构成的材料。通过这种方式，可以防止从那里通过的冷却 剂不遭受不期望的加热，并且至少可以减少例如熔体材料以及其他物质堆积在那里的沉积 物导致的狭槽式喷嘴的堵塞。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 以下，通过参照附图以及参照所引用例子，以示例的方式详细解释本发明。其中：
[0014] 图1是根据本发明的一个实施方式的粒化设备的示意性的纵向横截面视图。
【具体实施方式】
[0015] 图1示意性示出了用于粒化从穿孔板2中的喷嘴1冒出的熔体材料（例如，制药 熔体材料）的设备的纵向横截面视图，
[0016] 图1中示意性示出的粒化设备具有穿孔板2,该穿孔板2具有设置在其中的喷嘴 1，其中喷嘴1的装置基本上旋转对称，并且该设备的其余设计也旋转对称或者基本上旋转 对称。根据图1的展示，与穿孔板2相关联的是具有至少一个刀片3的切割器装置，其由位 于刀片轴5上的刀片托架4构成。切割器装置由电机（图1中未示出）驱动，从而使得至 少一个刀片3通过穿孔板2中的喷嘴1上方，并且因而切割例如从喷嘴2冒出的制药熔体 材料的小粒。可以通过常规方式熔融熔体材料，并且可以通过例如挤出机或者熔体泵（图1 中未示出）将熔体材料传输到穿孔板2的区域并且被迫在那里离开喷嘴1。该设备在壳体 6内具有切割室7,壳体6具有外壳体区域6a和内壳体区域6b，切割室邻接穿孔板2。根据 本发明，在操作期间，切割室7填充有流动通过其的冷却剂，例如通常为空气或水，其中切 割室7包围至少一个刀片3和刀片托架以及刀片轴5的至少一部分。刀片轴5在壳体的背 离穿孔板2的部分中以流体密封形式穿出壳体6,并且电机（图1中未示出）被设置成通过 切割器轴5驱动至少一个刀片3旋转运动。
[0017] 根据本发明，入口装置被设置成具有分离的入口室8，入口室8周向地在至少一个 刀片3的旋转区域包围切割室7,并且具有装置成在入口室8和切割室7之间周向地延伸的 入口喷嘴装置9,其中在图1所示情况中的入口喷嘴装置9是喷嘴宽度为例如3_的周向延 伸的环形间隙喷嘴，所述喷嘴宽度在圆周上是恒定的并且可调节。根据本发明，入口室8具 有在其圆周上（即，周向地，在至少一个刀片3的旋转方向上）从用于入口室8中的冷却剂 的入口开口 10开始减小的横截面。
[0018] 根据图1所示的设计，周向地均匀的流率的冷却剂流过入口喷嘴装置9,其中根据 本发明，入口喷嘴装置9在这里就可以实施为节流设备，一旦冷却剂通过入口喷嘴装置9， 冷却剂绝热膨胀，从而冷却。另外，由于入口室8和切割室7之间的入口喷嘴装置9的环形 设计（如图1中所示），因此根据本发明，冷却剂从外部自径向向内的所有侧被引入到切割 室7中，或者从外部自基本径向向内的所有侧被引入到切割室7中。在该过程中，至少在至 少一个刀片3的旋转区域产生冷却剂的向心或者至少基本上向心的流动。该实施方式中的 入口喷嘴装置9被设计成狭槽宽度可调节的环形狭槽式喷嘴，从而使得在周向方向，冷却 剂总是可以从周向的入口室8的所有区域流动。根据图1的展示，入口喷嘴装置9的狭槽 宽度的可调节性源于壁元件6c的可能的位移，该壁元件6c至少在至少一个刀片3的旋转 区域包围切割室7并且具有背离穿孔板2的第一喷嘴表面，该壁元件可以借助于连接至其 的内壳体部分6b、内环14以及可旋转的微调螺钉13 (图1中的双箭头），相对于外壳体部 分6a，因而也相对于出现在穿孔板2的侧面上的入口喷嘴装置9的喷嘴表面，作为整体在装 置的轴向方向（图1中的双向箭头）上位移。替代如图1所示的具有微调螺钉13的装置， 也可以通过壳体6中的门引导部（图1中未示出）实施入口喷嘴装置9的狭槽宽度的轴向 调节。借助于可调节的狭槽宽度，可以选择入口喷嘴装置的几何结构，从而使得入口喷嘴装 置可以例如充当用于冷却流体的节流装置，其中冷却流体在那里通过其进入切割室7,当狭 槽宽度合适时，冷却流体同时通过其的同时绝热膨胀并因而冷却。
[0019] 如图1所示，出口 11位于切割室7的背离入口装置的区域中。在旋转区域之后， 具有位于其中的小粒的冷却剂向前流到切割室7的出口 11的区域中，其中它们以例如优选 地小于10°的角度被导向切割室7的壁，从而使滚动运动施加于位于在那里的冷却剂中的 熔体材料的小粒上。
[0020] 图1所示的设备例如用作由合适的熔体材料生产制药产品或小粒的应用。
【权利要求】
1. 一种用于由烙体材料生产小粒的设备，其具有穿孔板（2)，该穿孔板（2)具有位于 其中的喷嘴（1)，烙体材料从喷嘴（1)冒出，其中电机驱动的切割器装置位于穿孔板（2)对 面，该切割器装置具有带有至少一个刀片（3)的切割器头和切割器轴巧），从而使得至少一 个刀片（3) W旋转方式在穿孔板（2)中的喷嘴（1)上方通过，并且因而切割在那里冒出的 烙体材料的小粒，其中所述设备在壳体化，6a，化）中具有切割室（7)，所述切割室邻接穿孔 板（1)并且至少包围切割器装置的至少一个刀片（3)，并且从入口装置巧，9)引入到切割 室（7)中的冷却剂流动通过所述切割室（7)，从而使得在该过程中，烙体材料的小粒在冷却 剂中固化，其中入口装置具有分离的入口室巧），该入口室（8)在至少一个刀片（3)的旋转 区域周向地包围切割室（7)，并且具有入口喷嘴装置巧），该入口喷嘴装置（9)在入口室巧） 和切割室（7)之间周向地围绕切割室（7)，从而使得可W从外部自径向向内的不同侧将冷 却剂引入到切割室（7)中，或者，从外部自基本上径向向内的不同侧将冷却剂引入到切割 室（7)中，其中至少在旋转区域中产生冷却剂的向也或者至少基本上向也的流动，并且随 后将冷却剂及位于其中的小粒传送到切割室（7)的出口（11)， 其特征在于， 入口喷嘴装置（9)实施为具有可调节的狭槽宽度的环形狭槽式喷嘴。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少所述狭槽喷嘴（9)和/或入口室巧） 内衬有绝热材料和/或不粘结材料，优选地，由Teflon?或搪瓷构成的绝热材料和/或不粘 结材料。
【文档编号】B29B9/06GK104428118SQ201380031178
【公开日】2015年3月18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