带有扁平流道截面的可调节流阀的制作方法

专利名称：带有扁平流道截面的可调节流阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可调金属节流阀，用它可以在流动过程中从外部控制通过流道宽度或周边的介质的质量流量特性。
节流阀应用在技术的各个领域中，它用于测量或控制一种流体的流速或体积流量。最简单的结构也就是隔板或喷嘴，它的几何形状已固定设置，所以不具有调节的可能性(参看Dubbel编写的，由Springer出版社1987年出版的第16版袖珍本《机械制造》一书第V16页和第V17页内容)，由于这种原因，它们不适合作为与一第二尺寸有关来进行控制液体的体积流量的调节装置，有关这种调节装置的概况也可以参看已引用的Dubbel编写的书第G156页。
对于这种调节装置，一方面涉及到圆形的流道截面，另一方面和控制总质量流量的系统有关，在这个系统中没有注重整个流量截面产生的局部变化，现在，特别是对于宽和高之比或周边和高之比至少等于10的流道来说，常常有必要局部限制地控制流过整个宽度或流过整个圆周一定位置的质量流量。
这样的流道截面的节流阀主要应用在塑料加工成型领域中，已知的节流阀是这种主要应用在宽缝挤出喷嘴中的滞流横板(参看W.Michaeli先生编写的，由Carl Hanser出版社1991年出版的第二版《塑料和橡胶挤出机》一书第5.2.1章节)。在共挤压接合器的领域中，它的流道宽度和高度之比和宽缝喷嘴相比要小得多，并且也具有在单个阀中为了实现弯曲配有″滞流横板″这种类型的结构(DE 87 17 629 V1和DE 40 01 479 C1)。
这种滞流横板的组合体作为一种控制通过整个流道宽度流量的节流元件在一个喷嘴中带来一系列的问题，由于对于滞流横板来说所要求的调节装置的拉压连接件使这偏移的滞流横板密封熔体的必要性，那么当期望它用于微调和在很小的距离内进行调整时，滞流横板就要有一个相对较高的结构高度，因此也就有一个较大的刚性。为了使这种刚性的滞流横板能够完全变形，则需要较大的力，因而这也就导致了调节元件必须增加尺寸，当然这就要求单个调节元件具有较大尺寸，并且这些调节元件组合到喷嘴中要具有一个较大的安装空间，结果是单个调节元件互相之间有一个较大的距离，一般情况下它不小于50MM，因此就不可避免地不能够再控制在一个较小距离内的熔体流量差。
滞流横板调节装置另外的一个重要的缺点是这个滞流横板必须或多或少地伸进到流道中，那么就使它具有两个垂直于流动方向相对于喷嘴体的分界面，这就会在结构上不可避免地造成横板的头和尾存在有死角，这些过渡区常常也是喷嘴中材料分解的原因，至今还没有令人满意的方法来解决这些问题。
通过采用可弯曲的薄唇板(DE 88 13 801 V1和DE 89 15 137 V1)可以在喷嘴的出口区达到一个熔体的无分界面和微调的目的，当然这种方法只用于喷嘴出口区，也就是说只可能用在流道的端部，因为在该处不须要流道的继续延伸和密封处于压力下的熔体。
在这一点上，本发明可和用在共挤压接合器中的结构进行比较。在接合器上应用的现有技术是将″滞流横板″在整个宽度上分成多个滑阀板(EP0 418681和DE 3 741 793)。这些结构有很大的不足，即由于移动滑阀板的多个密封面的原因，会使滑阀和接合体之间不能完全密封，另外，这种解决方法也具有已在滞流横板方面所述的问题，即具有垂直于流动方向分布的分界面，该分界面带有不可避免的死角和因此而引起的由于熔体组成部分在高温时具有特别长的停滞时间的原因而形成的材料分解的问题。
用一个薄的流道壁来完成节流功能已经是许多年的试验，在德国资料1125 146中曾试验过，在一个流道薄壁的后面设置一个滞流横板。采用这种结构虽然达到了无分界面的目的但不能够获得一个充分的节流作用。因为，为了保证能够复位，滞流横板不能超过薄壁的弹性极限。对于钢来说，众所周知这个极限低于延伸极限的0.01％，也就是说，薄壁能够达到的最大长度是30-60MM时，垂直于流动方向上可达到的最大调节距离小于0.1MM，这对于要求达到的节流效果来说还远远不够。另外，这种结构中，由于采用滞流横板进行调节的原因，也满足不了一个微量的、在小距离内进行控制的要求。
一个相类似的结构如W.Michaeli编写的书中图5.15B所示。对于这一种结构，避免了薄壁后面的不可弯曲滞流横板的缺点，但在这种情况下为了使在喷嘴体中固定夹紧在两侧的薄壁区产生弹性变形，也要采用一个较大尺寸的调节元件。由于只有较小的调节距离，这种结构因而也具有节流效果不足的缺点。
另外，上述两种解决方法都具有这个缺点，由于调节了喷嘴薄唇板区域，节流区范围的流道高度也随之改变，那么就不可避免地出现这两个节流部件的干扰的交替作用。基于所述的这些弱点，所述的这种的节流阀在实际应用中经受不起检验。
由于目前使用不充分的节流结构，特别在塑料挤出成型范围内不可能获得一个令人满意的通过整个流道宽度上的均匀质量流量。当在熔体从挤出机中出来以后不再经过下道的精整机和平整机来控制板材的厚度分布时，那么就会常常因此而忍受比要求值大的厚度公差。特别对于共挤压的产品，因为，由于对单层的补加控制有不足之处，因而在最终产品中所存在的厚度分布不可避免地和在各个流道中通过整个宽度上产生的质量流量差成正比。
由于目前仍不能在大批量的生产中避免板材宽度上产生厚度差，那么许多令人感兴趣的产品还不能够生产，例如很薄的(半)透明单色覆层还不能够共挤在一个镶片上，以产生一个均匀的色印(Farbeindruck)，因为，带有这种厚度的覆层也会使它的色觉亮度波动。
本发明的目的在于，开发一种可以微调的金属节流阀，用这种节流阀可以改变通过流道整个宽度上的质量流量。本发明另外的目的是在采用按发明的装置的情况下生产出具有一个至今仍未能达到的均厚层的共挤压成型板材。
通过使用一种扁平形的，具有一个宽和高之比或周边和高之比至少等于10的，控制一种可流动材料的质量流量的流道达到了本发明的目的。这个流道包括一个流道入口区，一个流道出口区和一个连接这两个流道区的中间流道区。按发明的流道在流道出口和流道入口之间的整个流道区中，在沿垂直于流动方向无分界面和无死角。在中间流道区内，从外部操纵调节件，通过至少一个壁区域中薄壁大于0.1MM的弹性变形可以改变这个流道的高度。此外，如果在中间流道区前和后有一段其几何形状不能改变的流道区，如果调节元件的调节距离至少等于0.1MM，如果在调节元件范围内的流道至少局部具有一个小于5MM的高度，如果至少一个薄壁具有一个弯曲，如果调节元件的距离小于15MM，如果流道可加热并且位于一个挤出喷嘴中或在一个共挤压接合器(Coextrusionsada pter)中，那么对于这种结构来说是很有利的。同样作为这个发明的目的，提供一种借助于一个宽和高之比或周边和高之比至少等于10的可调节流阀来调节通过流道整个宽度上的质量流量的方法，用这种方法可以在节流阀流道中或流道的后面测量通过局部宽度的质量流量，然后这个测量值在调节器中同一个所设定的通过流道的整个宽度质量流量或质量流量截形相比较，再操纵节流阀上的调节件，按照调节器中所得出的调节参数进行精调，目的是调节到所规定的质量流量或质量流量特性值。
此外，这也是本发明的目的，即开发一种借助于共挤压技术生产由可热塑加工成型材料制成的至少两层的板材或型材的方法，用这种方法从至少二台挤出机出来至少两束熔体喂入至少带有两个入口流道的多流道喷嘴。在一个流道区域中这至少两束熔体合成一束以及在一个随后流道中一起进入挤出口，之后对这至少两层的熔体板材进行冷却，并且借助于一个选择层厚测量装置在横穿整个板材宽度上的多个分布点对多层板材的各层进行测量，并进行理论值和实际值的比较，从而根据比较结果获得调节参数，再操纵调节元件，按调节参数进行调节，以改变和每一层测量的厚度分布相对应的质量流量相对应的流道区域的通量高度。对于这种方法来说是有利的是采用驱动电机进行调节元件的调节。
通过如

图1剖面图所示的一种结构可达到所提出的目的。流道的宽度和高度之比应大于10，尤其在20～5000范围内。在此(多个)调节元件5的调节距离应至少等于0.1毫米，最好在1～1.5毫米之间，主要是为了局部充分地改变流道的整个宽度上的流道阻力。为了保证这个调节距离，薄壁4应至少有一个轻度弯曲和一个小于6毫米的壁厚A，但壁厚最好在0.5～4毫米之间。在整个流道宽度的小距离内进行调节(微调)是通过这个方法产生的壁弯曲和通过一个尽可能小于40毫米的调节螺栓间距，最好是小于15毫米的间距来达到的。
由于图1中所示出的流道区3的壁4的较小厚度A使该壁有一个较大的柔性，那么这个薄壁就通过较小尺寸的调节螺栓5而施加一个微小变形所需要的调节力而使在沿流道3的方向上局部变窄。这样，就可以微调流道3的通量高度H，从而有效地控制质量流量。
节流阀只由3部分组成，上端盖6，下端盖7和中间件8，因此它在流道区内垂直直于流动方向上没有分界面，只是在三部分6，7和8之间存在有两个分界面。它们在流道的两个边缘区中沿流道方向延伸，使堵塞的危险非常小。另外，同时也减少了不密封性的危险。通过这种特殊的结构可保证流道的几何形状沿流动方向可以进行稳定不断地变化。因此阶跃式地改变流道高度也不会产生死角，而在伸进到流道中的滞流横板上死角情况是不可避免的。
采用所述的可调式节流阀可以在恒定压力差的情况下改变总质量流量，这可通过以相同的量调节所有的调节元件来实现。也可以改变通过流道整个宽度上的质量流量分布，这可通过调节单个调节元件来实现。这个特殊的节流结构特别适用于控制热塑加工成型材料，最适用于所有种类的塑料，如聚乙烯；聚丙烯；聚苯乙烯；聚氯乙烯；聚甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酯；尼龙；PSU；PES和PEEK。它也能控制非聚合物，只要它(们)具有足够的流动性。
可以将一个这样结构的节流阀组合在所有构件中，在这些构件中液体在一个扁平流道中流动。特别有意义的是，可将它组合在通常的塑料加工机中。图2示出了在生产扁形塑料板材的一个挤出喷嘴中的应用，被熔化的熔体在此通过一个窄小的流道10流进喷嘴，并在分配流道11中均匀分布在喷嘴的出口宽度上。柔性薄壁4在随后的流道区域12的整个宽度延伸，这个壁4可以通过调节件14在其空间位置中进行局部改变。
在这个节流区紧接有一个几何尺寸不可改变的流道区域15，壁4具有一个90度的弯曲部分。从两方面来看它都是有利的，一方面提高了壁的可弯曲性，另一方面通过壁弯成90度的结构，一般情况下使来自于水平设置的挤出机流入喷嘴的熔体，在喷嘴中转向垂直方向，在以前就已指出，熔体垂直流入一个水平设置的平整机中比它水平流入一个垂直设置的平整机中要有利一些。在这种情况下，这个可弯曲的薄壁属于一个在流道10区域内与喷嘴上端盖17螺纹连接在流道10区域内的喷嘴中间件16的组成部分，并且在流道15的范围内与喷嘴上端盖17钎焊或焊接在一起。
以类似的方式，这个节流阀也可以组合成一个多流道喷嘴，这样的一种结构如图3所示，特别是在多流道喷嘴方面，在对加工要求和目前已应用的或已了解的技术上的可能性之间至今仍存在着很大的距离。通过把按发明的节流阀组合到支流流道40中，可以控制次层的熔体在进入流道区43之前流过整个宽度，以便使一个流过整个流道宽度的几乎恒定的次层熔体在流道41范围内覆在流过流道42的主层熔体上。
通过以这种方式将其组合在一个多流道喷头的支流流道中的节流阀使人们第一次掌握了用于调节整个板料宽度上各层厚度的结构先决条件。到目前为止已知的具有一个滞流横板调节装置的结构都是由于需要较高的调节力而不适合于层厚调节。只有可弯曲的薄唇板(Lippe)才能按照产品上所测量的层厚进行调节通过流道整个宽度的各层的质量流量，但这个可弯薄唇板只要求较小的调节力，并且在这里钢的弹力和通过熔体产生的内部压力可提供一个复位力。
通过采用按发明的节流阀，人们第一次可用一个多流道喷嘴，借助于一个调节器来调节一个次层的厚度，这种方法在图4中举例示意出。在这里由挤出机27和28生产出两束熔体，再供给多流道喷头30。通过借助于一个选择层厚测量装置34来测量离开设备26之后的产品次层厚度和在一个调节器35中进行设定值和实际值的比较来按要求操纵调节件36，并且通过这种方法来完成调节通过整个板料宽度的层厚差。在这条生产线中可以使用有选择测量层厚的方法，现在用于目的的调节系统在薄膜生产领域中属于现有技术。这个板材在此可以借助于平整机33进行轧平并冷却。对于型材的情况来说也可以通过固定设置的孔型(Kalibrierung)进行冷却，型材将从孔型中通过。
这种节流阀在一个共挤压接合器中的应用如图5所示，在这种结构中，共挤压熔体的流道在真正节流前有一个几何形状不能改变的流道区20，在尾部共挤压流道进入主熔体的流道21中之后，又重新具有一个几何形状不能改变的流道区22。这种节流阀也是通过可由调节件24改变其状态的薄壁4构成的。
根据上述的所有应用，通过操纵调节元件可以灵敏地改变通过整个宽度上的流道阻力。用这种方法可以抵消人们所不希望的通过整个流道宽度上的熔体流量差，并且也可以象通常在共挤压接合器上所要求的一样，按要求制造出所希望的通过整个流道宽度的熔体截形。
无死点可调节流阀也可以用于例如由一个单个挤出机供料的分开式流道上，在此它可以非常有利地控制质量流量特性。型材喷嘴通常就是这样，在这情况常常要达到由一个唯一的主流道供料的各个壁之间具有一个精确的壁厚比。例如双连接板喷嘴中(Stegdoppelplattenduesen)，尽管喷嘴中是有固定的所规定的流道几何尺寸，但在一定的区域内连接板厚相对于带材厚还可以改变还是很有意义。以由聚碳酸酯制成的双连接板的情况为例，这些带材也和一种防风化的保护层共挤压在一起。那么为了避免在连接板喂入区内共挤压层缺陷地的变厚或变薄，保持连接板熔体流道和带材熔体流道中的一个精确的压力比是非常重要的。通过将按发明的可调节流阀组合到两个流道的任何一个之中的方法，使这个流道阻力相对于另外的的流道来说可以改变，其结果是在流道中引起质量流量特性的变化和压力分布的变化。
权利要求
1.可调节流阀具有一个扁平形流道，该流道的宽度和高度之比或周边和高度之比至少等于10，它用于控制一种可流动材料的质量流量，并具有一个入口区(1)和一个出口区(2)以及一个连接这两个流道区的中间流道区(3)，其特征在于，在流道 入口和流道出口之间的总流道区中的流道垂直于流动方向无分界面和死角，并且通过从外部操纵调节装置，通过至少一个壁范围的薄壁产生大于0.1MM的弹性变形而可以改变中间流道区(3)中的流道高度。
2.按权利要求1所述的节流阀，其特征在于，在流道区域(3)前后存在着其几何形状不能改变的流道区域。
3.按权利要求1和2所述的节流阀，其特征在于，调节装置的调节距离至少达0.1MM。
4.按权利要求1，2，或3所述的节流阀，其特征在于，在调节元件范围内的流道至少局部高度(H)要小于5MM。
5.按权利要求1，2，3，或4所述的节流阀，其特征在于，所述的薄壁(4)具有一个弯曲。
6.按权利要求1，2，3，4或5所述的节流阀，其特征在于，调节元件互相之间的距离小于15MM。
7.按权利要求1，2，3，4，5或6所述的节流阀，其特征在于，所述的流道可以加热并位于一个挤出喷嘴中。
8.按权利要求1，2，3，4，5或6所述的节流阀，其特征在于，所述的流道位于一个共挤压接合器中。
9.借助于一个具有一个宽度和高度之比至少等于10的可调节流阀进行通过整个流道宽度上流量的调节方法，其特征在于，在节流阀的流道中或后面部分测量通过局部流道宽度的流量，然后在一个调节器中比较这个测量值和通过流道宽度上的一个设定的流量或流量截形，并操纵节流阀上的调节元件，按照调节器中测定的调节值进行精调，以达到所规定的质量流量或质量流量特性值。
10.由热塑成型材料共挤压而成的，至少具有两层的带材或型材的生产方法，其中至少由两台挤出机(27，28)供应至少两束熔体流入至少具有两个入口流道(29，30)的一个多流道喷嘴(26)中，然后在流道区域(31)中至少有两束熔体合成为一束熔体，在随后的一个流道(32)中一起流向出口，紧接着进行冷却至少两层的熔体，其特征在于，用一个选择测厚装置在整个带材宽度上分布的多个位置上对多层带材的各层进行测量，在一个调节器中进行理论值和实际值的比较，根据比较值计算出一个调节参数，并输送给调节元件，这些调节元件根据调节参数作相应的调节以改变和各层测得的厚度分布相对应的质量流量的流道区域的流通高度。
全文摘要
本发明涉及一种可调节流阀元件(6，7，8)，用于控制在一带圆整的边缘区域扁平流道或一直角流道(3)中的质量流量。节流阀由于其独特的结构没有垂直于液流方向的分界面，并且可利用该节流阀调节流道高度，对此通过在宽度上局部改变流道阻力控制质量流量，而不会在流道中产生不稳定。由于该在宽度方向和在流道方向形成的稳定的几何形状的改变使流道(1，2，3)中不产生死区。
文档编号F16L55/10GK1141018SQ94194765
公开日1997年1月22日 申请日期1994年12月2日 优先权日1994年1月4日
发明者海茵茨·格罗斯 申请人:海茵茨·格罗斯