ES2274862T3

ES2274862T3 - Procedimiento para introducir aditivos.

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Publication number: ES2274862T3
Application number: ES01901005T
Authority: ES
Inventors: Georg Dr. Techn. Ickinger
Original assignee: Sulzer Chemtech AG
Current assignee: Sulzer Chemtech AG
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2007-06-01
Anticipated expiration: 2021-01-04
Also published as: DE50111437D1; WO2001051267A2; US20020167103A1; EP1159115A1; US6866171B2; EP1159115B1; WO2001051267A3; US7438840B2; EP1724003A2; US20050077642A1; CA2366321A1; AU2651701A; JP2003529444A; EP1724003A3; CA2366321C

Abstract

Procedimiento para introducir un aditivo o varios aditivos en un medio que fluye mediante el empleo de por lo menos un inyector, mediante el cual se inyecta de forma pulsante en el medio el aditivo o uno de los aditivos, con un considerable enriquecimiento de energía cinética así como impulso, concretamente con una presión superior a 40 MPa, y se dosifica en relación a su caudal de volumen, estando dispuesto cada inyector penetrando dentro de la zona de flujo, y comprendiendo por lo menos una tobera en la que se mueve de forma controlada una aguja de tobera con un control de aguja, con una frecuencia de pulsación y duración de inyección predeterminados, presentando una tobera de inyección por lo menos un orificio de inyección cuyo diámetro presenta un valor entre 0, 08 y 0, 2 mm, el aditivo se alimenta al inyector con una presión tal a la que el aditivo penetra desde cada tobera dentro del medio que fluye, a tal profundidad que se pueda conseguir una mezcla íntima sensiblemente homogénea, ydonde el control de la aguja se realiza opcionalmente mediante uno de los siguientes medios: mediante una servoválvula electrohidráulica accionada por solenoide, mediante un actuador piezoeléctrico, mediante medios neumáticos, mediante medios hidráulicos, mediante un campo magnético que acciona la aguja de la tobera desde el exterior, o mediante un accionamiento lineal que mueve la aguja de la tobera.

Description

Procedimiento para introducir aditivos.

La invención se refiere a un procedimiento y al correspondiente dispositivo para introducir un aditivo en el flujo de un medio mediante el empleo de un inyector.

En la patente US-A-4.770.198 se describe un procedimiento (así como el correspondiente dispositivo) mediante el cual se añade un primer líquido con una sobrepresión a un segundo líquido, de forma intermitente y con cantidades predeterminadas. Los elementos de control para la alimentación intermitente comprenden básicamente componentes dispuestos fuera de una tobera de alimentación.

Por la patente DE-A-38 38 139 se conoce un procedimiento así como el correspondiente dispositivo para regular la concentración de una fase dispersa en una emulsión o suspensión, donde la fase dispersa que se ha de añadir se alimenta mediante una tubería de inyección a través de un flujo pulsante.

En la patente US-A-4.182.601 se describe un dispositivo mediante el cual se inyecta un aditivo de forma continua en una masa fundida de plástico en movimiento.

La EP-A-0 137 250 describe una tobera para sustancias múltiples, en la que se reúnen los flujos de dos o más componentes aptos para fluir, en el interior de la tobera para dar lugar a una mezcla reactiva. En uno de los ejemplos de realización (figuras 1 y 2) se alimenta un aditivo (propelente) de forma continua en uno de los componentes aptos para fluir, a través de un canal lateral.

El objetivo de la invención es el de crear un procedimiento y el correspondiente dispositivo para introducir un aditivo en un medio en movimiento, efectuándose una mezcla mediante la introducción de un chorro inyectado en el medio en movimiento. Este objetivo se resuelve mediante el procedimiento definido en la reivindicación 1 o el dispositivo definido en la reivindicación 9.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 8 se refieren a formas de realización ventajosas del procedimiento objeto de la invención. El objeto de las reivindicaciones 10 a 25 es el dispositivo objeto de la invención mediante el cual se puede realizar el procedimiento.

A continuación se describe la invención basándose en otras menciones relativas al estado de la técnica y mediante formas de realización representadas en los dibujos. Esta descripción es una composición de los textos de cuatro solicitudes de prioridad.

Idea esencial de la invención

La idea esencialmente nueva del presente procedimiento consiste en que para una máxima energía cinética posible de los aditivos y una pulsación cíclica exacta y una duración exacta de la inyección en los inyectores resulte posible una buena pulverización, mezcla íntima y penetración profunda, estadísticamente bien distribuida, de los aditivos dentro del flujo de medios.

La dosificación exacta de los aditivos se realiza mediante la regulación de los parámetros de trabajo durante la introducción tales como, por ejemplo, presión, frecuencia, duración de los impulsos, etc. En los motores de combustión, la inyección "common rail" constituye el estado de la técnica. La flexibilidad durante la variación de los parámetros de trabajo es el principal beneficio de esta técnica en comparación con los procedimientos de inyección mecánicos tales como bomba de tobera, etc. Con altas presiones de hasta aprox. 200 MPa el carburante se lleva mediante el "raíl de presión" hasta la tobera, y allí se acciona con precisión la aguja de la tobera mediante el control electrónico de las servoválvulas electrohidráulicas controladas por solenoide o por piezoelectricidad. De esta manera se consigue una dosificación exacta y una distribución homogénea. La aplicación y ampliación de esta técnica de inyección constituye el objeto para aprovechar esta tecnología mejorada también para otras aplicaciones, que ya se han mencionado inicialmente en lo esencial.

Se tratará con detalle sobre el diseño de las toberas y de la aguja de la tobera, la disposición de los orificios de salida y la posición y forma y disposición de los inyectores.

Estado de la técnica relativo al procedimiento para la introducción de aditivos

Los siguientes dispositivos y procedimientos son objeto para la solución de los cometidos anteriores:

EP161614 WOLTON FRANK 1985 ha desarrollado un dispositivo para inyectar cantidades dosificadas en un flujo de líquido. La adición de los aditivos se controla mediante una bomba de carga que es accionada por el medio que fluye a través.

En este dispositivo no se obtiene una mezcla íntima energética, ya que sólo puede haber pequeñas diferencias de presión.

El dispositivo para introducir aditivos en el flujo de líquido de alta viscosidad se presenta en la US 5.913.324 SIGNER ARNO 1997.

Mediante diafragmas se aprovechan las altas fuerzas de cortadura del medio de alta viscosidad para efectuar la mezcla íntima.

La dosificación solamente puede efectuarse en el ramal secundario y con independencia del caudal principal.

El dispositivo para introducir aditivos en un flujo de líquido se presenta en la EP 0432236 CLOUP PHILLIP 1991.

Para la introducción de aditivos después del sistema de plastificación se conocen los siguientes procedimientos:

WO89.053.226 HETTINGA SIEBOLT 1988

Insuflado de aire

US 4.931.238 HETTINGA SIEBOLT 1989

Tubo espumado mediante la introducción dosificada de aire/gas después del sistema de plastificado.

DE1.948.454 BAYER 1971

Inyección de espumantes químicos después de la unidad de plastificado.

En esta última solicitud citada no está prevista la mezcla íntima mediante un chorro de inyección energético y dosificación exacta.

Una tobera pulsante para la aplicación de adhesivos se presenta en la US 5.934.521 KOIKE KATSUHIKO 1998. La aguja de la tobera se mueve hacia arriba y hacia abajo mediante un cilindro neumático, de manera que el adhesivo sale en cantidades pulsantes. No está prevista la mezcla con un medio que fluya.

La introducción pulsante de líquidos en gas constituye un estado de la técnica en quemadores, pulverizadores airless y aparatos pulverizadores (atomizadores).

La presente invención se aparta de estas aplicaciones por el hecho de que el líquido hace posible una pulverización altamente energética mediante alta presión superior a 40 MPa, y estas presiones no se podían trabajar con las toberas utilizadas hasta la fecha. Únicamente son adecuados para esta pulsación los inyectores common rail de accionamiento eléctrico y con servoasistencia hidráulica.

Descripción y ventajas industriales del procedimiento Introducción en el flujo de masa fundida de plástico

La introducción solamente tiene lugar después de la unidad de plastificado. Esto presenta ventajas para los siguientes procedimientos de producción.

Diversos materiales diferentes procedentes de una sola instalación de plastificación.

En las máquinas de fundición inyectada resultan ahora posibles determinadas fases de proceso con la introducción variable de determinadas características tales como porosidad, coloración, que de otra manera solamente podían realizarse con máquinas de colores múltiples.

En las máquinas de extrusión mediante una sola unidad de plastificación se extruyen perfiles, espumándose secciones predeterminadas, para lo cual, después de dividir el flujo de material se alimentan determinadas zonas con gasificadores desde un inyector, y una vez efectuada la expansión se introducen en las secciones de perfil extruídas.

Los plásticos para placas y extrusoras de tubo solamente se dotan de colorante, gasificador, plastificador después de la unidad de plastificación, donde el rápido cambio de propiedades del material da lugar a una flexibilidad económica.

Las máquinas de peletizado en la industria de los productos alimenticios se dotan de inyectores después de la extrusora de manera que los aromatizantes y aditivos se pueden introducir en el conjunto sin atravesar los sin-
fines.

Las instalaciones químicas o de técnica de procesos tales como, por ejemplo, plantas de destilación, plantas de tratamiento de aguas y refinerías.

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La introducción, dosificación y distribución homogénea de decolorantes, disolventes en el circuito de instalaciones para sustancias celulares, de celulosa y homogéneas tiene lugar, de acuerdo con el estado actual de la técnica, mediante métodos de producción que realizan la introducción de los aditivos en unas instalaciones dosificadoras independientes seguidas de mezcladora. Esto tiene como consecuencia una mezcla muy buena, debido a las grandes fuerzas de cortadura, pero presenta el inconveniente que las variaciones de cantidad de aditivo o cambio de color o de los aditivos químicos, solamente resultan homogéneas después de realizar varias cargas.

Procedimiento para la introducción de aditivos

Dosificación exacta y distribución homogénea.

Descripción

La presente invención se ha planteado como objetivo introducir una sustancia gasógena en el flujo de masa fundida de plásticos y de metales de bajo punto de fusión.

La ventaja de esta invención consiste en que las estructuras de la pieza se pueden realizar en construcción ligera allí donde sea necesario. La sustancia gasógena para la expansión del material matriz se introduce en puntos previstos localmente. Pueden ajustarse diversos regímenes de trabajo y sus combinaciones, en primer lugar debido a la diferencia de presión entre la masa fundida y la sustancia gasógena, y en segundo lugar por medio de la frecuencia de pulsación y en tercer lugar por la forma de la tobera y del canal de la masa fundida.

Generación de espuma

En el caso de pulsación de alta frecuencia, y por lo tanto, pulverización con alta diferencia de presión y ventajosamente a contracorriente y fuerte aceleración de la masa fundida mediante variación de la sección. Se elige una diferencia de velocidad alta entre los medios.

Macrocélulas huecas

Dopado de la masa fundida en forma de gotas mediante pulsación de baja frecuencia y pequeña diferencia de presión, a contracorriente y flujo uniforme de la sustancia gasógena y de la masa fundida.

Introducción de una madeja

Introducción continua de una madeja filiforme de sustancia gasógena en la masa fundida que fluye a través prácticamente a la misma velocidad del gas. Es ventajoso que haya una diferencia de presión reducida.

En la memoria descriptiva DE1948454 de Bayer 1971, espumado local predeterminado se ha propuesto un dispositivo para la fundición inyectada de piezas combinadas de plástico mediante tobera de inyección conectada a una bomba unida a un tanque de propelente.

Debido a la mezcla insuficiente, esta instalación no ha producido la formación de espuma deseada.

La presente instalación se diferencia de aquella descripción por el empleo de inyectores (conjunto de tobera y válvula) y de inyección pulsante, y opcionalmente por el empleo de una tubería de presión común "common rail technology" y accionamiento hidroeléctrico de las válvulas, por toberas y conductos de afluencia de forma hidrodinámica en la zona de las toberas y mediante el control de la presión.

El accionamiento de solenoide tiene lugar mediante alimentación eléctrica, que permite generar opcionalmente unas formas de onda de libre diseño, "arbitrary waveform generators".

De este modo se obtienen regímenes de funcionamiento tales como pulverizado, dopado e introducción de madeja. La elección de la diferencia de presión y de la frecuencia de la pulsación dan lugar a la introducción deseada de la sustancia gasógena en la masa fundida. La posibilidad de dosificación exacta y control de la presión da lugar a un dopado controlado de gotas en la masa fundida, que a continuación se expanden para formar macrocélulas
huecas.

El dispositivo para introducir la sustancia gasógena en la masa fundida que se encuentra a alta presión consiste en una tobera de inyección en comunicación inmediata con la válvula de control (inyector), o de un elemento de bomba pulsante conectado con válvula de cierre en la punta (tobera-bomba).

La técnica de inyección constituye ya especialmente el estado de la técnica en los motores diésel, que ha alcanzado un alto nivel de desarrollo debido a las rigurosas normas de gases de escape, y tiene una reproductibilidad exacta.

El estado de la técnica es una "válvula de inyección de carburante para motores de combustión interna" DE2028442, 1970 de DAIMLER BENZ. El accionamiento hidráulico de la válvula tiene lugar mediante válvulas de tres vías.

Un "dispositivo de inyección" con accionamiento hidroeléctrico fue presentado en 1971 por Peugeot en la FR 2145081. El accionamiento de la válvula tiene lugar mediante una presión hidráulica constante en la punta, y una caída de presión regulada en la cara posterior del émbolo.

En la patente US 3.990.422 de 1973 de BENDIX CORP se han perfeccionado el control y el accionamiento electrohidráulico. El mando de las válvulas se efectúa mediante una hidráulica de control de doble circuito.

Los inyectores antes citados presentan aquellas características que son necesarias para cumplir el objetivo ahora planteado. Éstas son: la adaptación de la presión del accionamiento electrohidráulico de la válvula de control del empujador, la válvula de bola en el lado de alta presión que es necesario para la pulsación de alta frecuencia y la aproximación de la alta presión hasta el asiento de la válvula que está situado directamente en la tobera (common rail) para establecer una diferencia de presión y una velocidad exacta entre la sustancia gasógena y la masa fundida.

La presente invención se ha planteado como objetivo utilizar esta tecnología de alta presión, y mediante adaptaciones hacerla útil para el caso de la inyección en una masa fundida.

Para los inyectores en la cámara de combustión se aprovecha la alta diferencia de presión para la pulverización y distribución del carburante. Para la aplicación en las masas fundidas hay que superar una presión de 100 a 140 MPa de la masa fundida. Mediante inyectores con acometida común de alta presión (common rail) se consiguen presiones de hasta 200 MPa. El abastecimiento continuo de los inyectores con estas presiones hasta la válvula y el accionamiento de las válvulas a estas presiones están resueltos y son estado de la técnica.

Una condición esencial para estos inyectores es la capacidad lubricante de los carburantes.

Ahora bien, las sustancias gasógenas (agua, alcohol, gases líquidos) por lo general no tienen ningún efecto lubricante.

La idea esencial de la invención es la utilización de dos circuitos, utilizándose inyectores comerciales y medidas adicionales.

En la patente JP 8170569 de NIPPON SOKEN 1994 se describe la realización de un inyector para motor diésel con una zona de alta presión sometida a presión permanente y un medio de control a baja presión.

Mediante la separación del accionamiento electrohidráulico de las válvulas mediante aceite hidráulico estándar y la introducción de las sustancias gasógenas a una presión ajustada más baja que la del aceite hidráulico de control (es decir, a la inversa de la JP8170569), logra un efecto de bloqueo en el empujador de la aguja, de manera que no puede penetrar medio de inyección en el hidráulico de control. Únicamente el asiento de la aguja y la aguja de la válvula entran en contacto con el medio no lubricante. Estas piezas pueden realizarse en metal sinterizado, y son fácilmente sustituibles como pieza de desgaste. La parte de regulación electrohidráulica en el inyector no se ve afectada por esto, debido al circuito independiente.

Otras alternativas para la realización del inyector son:

Versión bomba-tobera mediante una combinación de émbolo de alta presión y válvulas de bola.

Mediante un oscilador electromagnético se pone en oscilación el émbolo de la bomba. Gracias al tope ajustable y al posicionamiento de la tobera de inyección así como a la utilización del acreditado pulverizador airless, se puede utilizar para aplicaciones sencillas. Lo ventajoso es que debido al efecto de bomba solamente se produce una pequeña diferencia de presión entre el material inyectado y la masa fundida. Por lo tanto esta instalación es especialmente adecuada para dopaje de la masa fundida.

La realización y control de la introducción presenta las siguientes características:

Opcionalmente se realiza el circuito de mando hidráulico separado de la sustancia gasógena que se trata de inyectar. La presión p_{1} de la sustancia inyectada y la del circuito de mando hidráulico p_{2} se controlan mediante una válvula de regulación de presión dinámica.

En función de la presión de la masa fundida p_{2}, el equipo de control regula el circuito de mando hidráulico y la presión de inyección. El inyector se acciona mediante solenoide o piezoelemento. Esta regulación tiene lugar mediante "arbitrary waveform generator".

También se describen la realización del hidráulico, de las toberas, de los inyectores y del canal de masa fundida.

El hidráulico se describe para la fabricación continua, es decir para régimen continuo como por ejemplo extrusión, colada continua y para la fabricación de piezas mediante fundición inyectada y fundición a presión.

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La instalación para la fabricación continua encuentra aplicación en las extrusoras. Se exige una alimentación continua y una disposición múltiple de toberas.

La instalación para piecerío tiene su aplicación en máquinas de fundición inyectada e instalaciones de función a presión. Debido al reducido tiempo de empleo de la instalación de inyección que sólo se utiliza durante la inyección, se propone una solución simplificada mediante cilindro de presión y doble émbolo. La instalación hidráulica de la máquina existente genera aprox. 26 MPa, que se emplean para alcanzar la alta presión mediante convertidores de presión. Durante la plastificación, se cargan los convertidores de presión nuevamente con la sustancia gasógena por una parte y el aceite de mando hidráulico por otra. Para dopar la masa fundida con un tamaño y posición predeterminado concreto de las gotas es necesario asegurar una diferencia de presión exacta durante el proceso de inyección. Una diferencia de presión demasiado alta da lugar a la destrucción de la masa colada. Las variaciones de presión están representadas en la figura 9. La presión de inyección va aumentando a lo largo del proceso de inyección hasta alcanzar la presión nominal.

Durante esta inyección es preciso introducir el generador de gas en la masa fundida con una presión ligeramente superior. La velocidad de la masa fundida en el canal de colada debe coincidir con la velocidad de salida del generador de gas.

Para ello es necesario regular exactamente la presión mediante limitadores eléctricos de presión y un accionamiento preciso de las válvulas electrohidráulicas. Para conseguir un dopaje perfecto son condición necesaria la realización hidrodinámica del asiento de válvula, del postizo de válvula y la realización "strakende" del canal de tobera.

Los inyectores de la "common rail technology" están en condiciones de cumplir estos requisitos.

La activación de los solenoides se efectúa mediante "arbitrary waveform generators", de manera que se puede optimizar la apertura y el cierre.

A continuación se describe el diseño de la tobera y del canal de colada.

Procedimiento para la introducción de aditivos

Dosificación exacta y distribución homogénea.

El presente procedimiento se ha planteado como objetivo proceder a una composición del material en un canal de masa fundida derivado de un flujo de masa fundida, mediante la aportación de aditivos, su dosificación, mezcla y distribución, es decir una alteración del material.

Estos aditivos determinan de forma esencial las propiedades del plástico en el ramal de masa fundida.

Estos aditivos son, por ejemplo, componentes adicionales tales como endurecedores, colorantes, generadores de gas, plastificantes, materiales de carga, fibras de refuerzo.

Este procedimiento se puede aplicar por igual en el interior de las herramientas de extrusión y en los moldes de las máquinas de combustión inyectada, tratándose como mínimo dos ramales de materiales plásticos diferentes.

Los perfiles fabricados mediante este procedimiento presentan por lo tanto diferentes propiedades de material en secciones predeterminadas.

Este procedimiento ahorra por lo tanto una extrusora para la fabricación de otro componente del material.

La ventaja esencial consiste en que partiendo de un mismo material base se facilita la posterior eliminación, puesto que se parte de un único material base, y los aditivos se distribuyen o segregan durante el subsiguiente reciclado.

Los aditivos se introducen mediante inyector.

A continuación se relacionan las siguientes aplicaciones concretas para la fabricación de perfiles:

Perfiles de ventana de PVC

Las partes de los perfiles que están próximas a la cara exterior o a la cara interior de la ventana se rellenan de espuma de acuerdo con el presente procedimiento como aislamiento térmico y acústico. Los mandriles, que hasta la fecha equipan con oquedades el conocido sistema de cámaras múltiples, se equipan con el dispositivo aquí descrito. Del flujo de masa fundida se conduce por el interior del mandril un canal de masa fundida, que mediante control de la cantidad (válvulas, estranguladores) hace pasar la masa colada a lo largo del dispositivo para la alimentación de los aditivos. Después habrá sistemas para la mezcla y homogeneización en el canal que realicen la composición. En el caso del perfil de ventana de PVC, este aditivo es un espumante físico tal como agua, dióxido de carbono, alcohol, glicerina, etc.

La variación de presión en el canal de masa fundida va disminuyendo, de manera que los aditivos desprendan gas, y el aumento de volumen, bien por aumento de la velocidad o por incremento de volumen en la zona de expansión (ensanchamiento en forma de embudo) acercan el material compuesto a las paredes exteriores del perfil de PVC, donde se unen adhesivamente entre sí de forma homogénea.

La ventaja de estos perfiles con componentes múltiples radica en su fabricación favorable y sencilla, en el aislamiento térmico (baja presión en las células de espuma y por lo tanto reducido movimiento molecular y reducida transmisión de calor), y en unos costes de eliminación sencillos.

Como variante se introducen los aditivos como dopaje individual, formando en el perfil unas estructuras celulares de panal de abeja, de alta resistencia. Estas estructuras sustituyen a los perfiles de refuerzo eventualmente necesarios.

Perfiles de ventana de poliolefinas: como los anteriores, pero de polipropileno PP o polietileno PE, HDPE, etc.

"Claddins" o revestimiento exterior semejante a listones para casas o paredes interiores

De forma más sencilla a la antes descrita, todo el perfil extruído se dota en su totalidad de espuma o de grandes estructuras celulares, para lo cual el material se deriva del flujo principal y se compone.

El subsiguiente proceso de calibrado y de enfriamiento se mantiene igual que en el procedimiento actual.

Estos mismos perfiles se utilizan también para el acabado de interiores y para tabiques móviles, y se caracterizan por su alta resistencia en la fabricación de estructuras celulares gruesas.

Tubos de PVC, PO

Mediante la introducción adecuada del flujo de masa fundida espumada o tratada de materiales de carga, fibras de refuerzo, en las zonas previstas del perfil, como por ejemplo la capa intermedia, la capa del borde etc., se obtiene un tubo de varios componentes mediante medidas sencillas. El dispositivo para la composición se instala entre las bridas de la extrusora y la herramienta, y alimenta los canales de la herramienta con el caudal de masa fundida modificado.

Otra posibilidad de fabricación y buena mezcla de masa fundida y aditivos consiste en alimentar los aditivos antes de la bomba de la rueda celular. Los mezcladores y cabezales mezcladores adicionales instalados se encargan de obtener una buena composición.

Coloración en las capas del borde de los perfiles

La introducción de colorantes en el canal de colada independiente permite una coloración diferente que puede cambiarse rápidamente. Los colorantes de alto valor y alto precio resultan económicos porque para el cambio de color ya no es necesario vaciar la extrusora.

El cambio de color resulta efectivo de forma inmediata y sin pérdidas.

El acercamiento de una capa del borde controlada, dotada de colorantes, ofrece otra posibilidad de reducción de costes.

Fabricación de placas, placas aislantes y placas compuestas

En instalaciones de gran anchura de trabajo, el componente adicional se introduce directamente en el centro de la placa extruída, o se deriva el canal de colada y de forma semejante a la descrita para el dispositivo que permite la instalación en un mandril, pero que sin embargo estén diseñados para las grandes anchuras de trabajo necesarias.

Dispositivo para el equipamiento posterior de instalaciones de extrusión para régimen de varios componentes

El dispositivo se monta entre las vigas de la extrusora y la conexión de la herramienta, y comprende los siguientes componentes:

Por lo menos una tolva de entrada con división del canal de colada;

Regulador de presión y caudal del flujo de colada;

Dispositivo para la introducción de los aditivos compuesto por inyector;

Estación de mezcla compuesta por una zona de mezcla, por ejemplo espigas, diafragmas, zonas helicoidales.

Zonas de expansión con secciones variables, especialmente para componentes de espuma o caudal de colada de células huecas.

Dispositivo para dopar y mezclar sustancias en un medio líquido mediante tobera de asiento o de agujero ciego, especialmente en la tobera de canal caliente

La invención se refiere a un cabezal multifuncional de mezcla y dosificación, compuesto por un cono de tobera y una aguja de tobera, que mediante la posición de la aguja dosifica o corta el caudal y la velocidad de flujo del medio que fluye por el exterior, estando realizada esta aguja de tobera a su vez como cono de tobera, con una aguja de tobera que dosifica o corta el caudal y la velocidad de flujo del medio que fluye por el interior.

Esta combinación de válvula, tobera e inyección, en esta conducción de flujo del medio exterior, realizada como doble cono concéntrico, permite realizar una mezcla con ahorro de energía.

La invención también se refiere a una tobera de canal caliente cuya aguja de cierre consta de un inyector para la introducción y dopado de sustancias en la masa fundida que fluye por el exterior.

Se mencionan también numerosas combinaciones de este cabezal mezclador y dosificador, especialmente la instalación en unidades de plastificación, extrusoras, canal de masa fundida y la conexión subsiguiente de una mezcladora estática.

El beneficio económico consiste en el dopaje local exactamente predeterminado, la buena mezcla en el cabezal mezclador y la dosificación exacta de la proporción de mezcla.

Aplicada como tobera de canal caliente con cabezal mezclador integrado, la masa fundida de plástico se dota de sustancias tales como colorantes, endurecedores, plastificantes, generadores de gas, etc., directa e inmediatamente antes de la inyección en la herramienta.

Junto a las numerosas toberas de canal caliente conocidas de dos componentes, la solución propuesta se distingue por las siguientes características:

El empleo de una aguja de cierre concéntrica en la tobera de cierre. En la patente EP 0310 914 de 1987, procedimiento para fundición inyectada BATTENFELD se ha descrito una aguja de cierre concéntrica en la figura 6.1 a 6.5. El presente dispositivo se distingue de aquel porque a diferencia de la EP 0310 914, donde en cada caso se conecta a un solo medio, se persigue un dopaje controlado predeterminado, una dosificación exacta y/o una buena mezcla mediante la inyección en el flujo de líquido y pulsación opcional.

En la patente US 4.657.496 de 1987 de HUSKY se describe una tobera de canal caliente para los componentes con tubo de alimentación concéntrico. A través de unos alojamientos 9 y 6 en la aguja de la tobera, se deja libre el uno o el otro o ambos componentes, según la posición. La realización concéntrica de la tobera interior dentro de la tobera exterior permite efectuar la dosificación mediante la separación de intersticio controlada, respectivamente, de forma independiente tanto de la tobera interior como de la tobera exterior.

Sin embargo no es objeto de esta patente US 4.657.496 la mezcla íntima o una introducción pulsante rápida, tal como muestra el presente dispositivo.

El objetivo de la presente invención no es solamente la introducción concéntrica de por lo menos dos medios, sino también el de mezclar éstos, o bien dopar o inocular el medio exterior con el medio interior.

En la patente US 5.286.184 está representada una variante de las toberas concéntricas que se diferencia de la US 4.657.496 en el accionamiento de la aguja de tobera hueca. También aquí está prevista la introducción concéntrica, pero no la mezcla o dopado.

La aguja de cierre es accionada por medio de un bulón situado en un orificio, y que es controlado por un servomecanismo.

Para conseguir un dopado controlado predeterminado y/o una dosificación exacta y una buena mezcla íntima, es ventajoso el empleo de una tobera de orificio de asiento (VCO valve cone orifice) y de un inyector CDI, tal como se emplean en la técnica de los motores de combustión.

Para un dopaje controlado predeterminado y/o una buena dosificación y una buena profundidad de penetración es conveniente el empleo de una tobera de agujero ciego y de un inyector CDI, tal como se emplean en la técnica de los motores de combustión.

El accionamiento tiene lugar no sólo con los conocidos émbolos hidráulicos sino también mediante un servomecanismo, por ejemplo solenoide, servos hidráulicos piezocontrolados.

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Descripción de las figuras

Relación de las referencias:

1.: Aguja de tobera de movimiento pulsante

2.: Cuerpo de tobera,

3.: Asiento de la aguja

4.: Orificio plano en el cuerpo de la tobera

5.: Espacio libre en la tobera de agujero de asiento

6.: Orificios dispuestos en abanico

7.: Orificio axial en el cuerpo de la tobera

8.: Espacio libre en la tobera de agujero ciego

9.: Bomba de alta presión

10.: Tubo del fluido que fluye

11.: Inyector

12.: Tubería de alta presión

13.: Tubería de aceite de fugas

14.: Depósito de aditivo

15.: Common rail (tubería colectora)

16.: Bomba de engranajes

17.: Fluido que fluye

18.: Chorro de inyección

19.: Cilindro plastificador

20.: Cámara de plastificado en las máquinas de fundición inyectada

21.: Tobera del cilindro de plastificado

22.: Herramienta

23.: Sistema de canal caliente

24.: Cierre

25.: Pistola airless

26.: Compactador

27.: Alimentación de aire

28.: Cámara de combustión

29.: Zona de llama

30.: Mandril con canal de expansión

31.: Fuentes para los perfiles

32.: Mandril para cámaras huecas

33.: Cámara hueca espumada

34.: Cámara hueca

35.: Perfil

36.: Inyección en cascada

37.: Inyección en abanico

38.: Macho de la herramienta

39.: Aire arrastrado/añadido

40.: Sinfín de la unidad de plastificado

41.: Zona de expansión en el canal de niebla, situado preferentemente en el mandril de la herramienta

51.: Herramienta para la fabricación de perfiles extruídos

52.: Entrada de masa fundida, conexión con la extrusora

53.: Mandril con canal de masa fundida, pieza de instalación en la herramienta para conducir el flujo de masa fundida, en este caso con canal de masa fundida integrado

54.: Inyector, tobera para la inyección de aditivos, en el canal derivado

55.: Aditivos inyectados

55a.: Inyección en el mismo sentido

55b.: Inyección a contracorriente

56.: Sección de salida del canal de masa fundida derivado

57.: Mandril para la fabricación de una oquedad y correspondiente oquedad en el perfil

58.: Canal de masa fundida con extruído invariable y perfil correspondiente

59.: Bomba de alta presión para aditivos

60.: Zona de expansión para aditivos gasógenos

61.: Variación de sección regulable en la salida, chicana para realizar la mezcla íntima

62.: Variación de sección en el canal de entrada, regulable

63.: Sensor de presión en el canal de masa fundida derivado para utilizar como parámetro de regulación

64.: Mandril con canal de masa fundida y orificio de entrada

65.: Orificio de entrada anular para perfiles multicapa

66.: Orificio de entrada centrado para la capa de perfil interior

67.: Canal de paso a través de otro canal de masa fundida

68.: Brida de la herramienta

69.: Brida de la extrusora

70.: Pieza intermedia para instalación posterior

71.: Prolongación del canal de masa fundida

72.: Orificios de paso hacia el canal de masa fundida

81.: Aguja de cierre de masa fundida exterior

82.: Aguja de cierre de sustancia interior

83.: Asiento de doble cono

84.: Orificio y bulón para accionamiento de la aguja de cierre de sustancia

85.: Alimentación de sustancia en el orificio

86.: Detalle del cabezal mezclador y dosificador

87.: Toberas de agujero de asiento, postizo de la tobera de agujero de asiento

88.: Inyector CDI

89.: Canal de alimentación de la masa fundida

90.: Émbolo de accionamiento hidráulico

91.: Alimentación de la sustancia

92.: Dopaje, masa fundida con la sustancia

93.: Servomecanismo, por ejemplo solenoide/hidráulico, piezo/hidráulico

94.: Asiento de tobera hotrunner

95.: Asiento de tobera fundición inyectada

96.: Tobera de plastificación fundición inyectada

97.: Asiento de tobera de extrusión

98.: Conducto de alimentación

99.: Canal de masa fundida de extrusión

100.: Mezcladora estática

101.: Dispositivo transportador sustancia gasógena

102.: Válvula de regulación sustancia gasógena p_{1}

103.: Circuito de la sustancia gasógena

104.: Circuito de regulación del hidráulico

105.: Sistema de transporte del circuito hidráulico

106.: Regulación de la presión del circuito hidráulico p_{2}

107.: Tanque del hidráulico

108.: Válvula de bola

109.: Solenoide o unidad piezo

110.: Accionamiento hidráulico de la válvula

111.: Presión de cierre, junta

112.: Válvula del inyector

113.: Tobera del inyector

114.: Flujo de masa fundida

115.: Sensor de presión en el flujo de masa fundida

116.: Pieza intermedia del canal de colada

117.: Introducción de la sustancia gasógena en la masa fundida

118.: Calefacción de la pieza intermedia

119.: Transductor de medida de presión para p_{3} (masa colada)

120.: Generador de forma de onda arbitraria

121.: Sistema de medición de presión

122.: Sistema de control

123.: Conexión SGM, extrusora, prensa continua

124.: Combinación de bomba y tobera

125.: Tubería de aceite de fugas del hidráulico de control

126.: Acometida del hidráulico de control

127.: Inducido de tracción para accionamiento magnético

128.: Inyector

129.: Válvula de estrangulamiento

130.: Émbolo de la válvula

131.: Muelle para la fuerza de cierre

132.: Acometida de la sustancia gasógena

133.: Canal adicional para un segundo medio

134.: Tope final para la limitación de la carrera

135.: Émbolo de la bomba

136.: Acometida al asiento de la válvula

137.: Acometida a la válvula de bola

138.: Muelle de recuperación

139.: Válvula de aislamiento con respecto a la masa colada

140.: Conducción de aceite de fugas

141.: Rebordeado del asiento de la bola de la válvula

142.: Hidráulico de la máquina base

143.: Doble émbolo para la sustancia gasógena

144.: Doble émbolo para el hidráulico de control

145.: Eje de presiones en Mp

146.: p_{1} presión de la sustancia gasógena

147.: p_{2} presión del hidráulico de control

148.: p_{3} presión de la masa fundida

149.: p_{5} presión en el émbolo de mando

150.: Eje de tiempos

151.: Tensión aplicada al solenoide

152.: Eje de referencia

153.: Forma de onda trapezoidal

154.: Forma de onda triangular

155.: Oscilación semisenoidal

156.: Forma de onda de campana

157.: Forma de onda periódica

158.: Forma de campana asimétrica

159.: Calefacción del inyector

160.: Tobera de inyección

161.: Dopado en el sentido de la corriente

162.: Conexión en la herramienta

163.: Pulverización en el sentido de la corriente/a contracorriente

164.: Ensanchamiento de la introducción del ramal

165.: Cuerpo de la tobera

166.: Tobera de ranuras

167.: Tobera de agujeros en estrella

168.: Tobera de agujero ciego

169.: Ampliación de la tobera de Laval

170.: Cono de la tobera dibujado abierto

171.: Canal de la tobera

172.: Tobera de agujero de asiento con tobera axial

173.: Tobera cónica con tobera axial.

Descripción de las figuras

En las figuras 1 y 2 se han representado toberas con aguja de tobera y asiento de la aguja. En las siguientes figuras 3 a 17 se han representado ejemplos para la aplicación del procedimiento para la dosificación exacta y distribución lo más homogénea posible.

En la figura 1 está representada una tobera de agujero de asiento. La referencia (1) se refiere a la aguja de la tobera, que cierra el asiento de la aguja (3) en el cuerpo de la tobera 2. El reducido espacio libre (5) de pequeño volumen caracteriza a la tobera de agujero de asiento, cuyo orificio (4) formando aprox. 80º con el eje, tiene aplicación general en los motores de combustión interna. Los orificios (6), cuyos ejes están representados en el lado derecho, se refieren a los orificios con inclinaciones de 0 a 75º respecto al eje de la tobera.

En la figura 2 está representada una tobera de agujero ciego. El gran espacio libre (8) de la tobera tiende al goteo, pero ofrece un amplio margen para el diseño de los orificios (6) en forma de abanico hasta el orificio axial (7).

En la figura 3 está dibujada la disposición de un dispositivo dosificador y mezclador para un medio que fluya por el tubo (10). En el tubo penetran cinco inyectores (11). Los inyectores están conectados a una tubería de alta presión (12) de los aditivos. Con (14) está identificado el depósito, con (9) la bomba de alta presión a través de la acometida (15) (common rail) y con 13 la tubería de aceite de fugas.

En la figura 4 está representada la disposición de la figura 3 vista en planta para una instalación de extrusión. El dispositivo dosificador y mezclador está situado, en el sentido de flujo, entre la bomba de engranajes (16) en la acometida, que al mismo tiempo constituye el tubo de mezcla (10) del dispositivo, hacia la herramienta (22).

La figura 5 muestra la sección del tubo (10) de forma ampliada. Los cinco cuerpos de tobera (2) están dispuestos distribuidos 72º. Cada cuerpo de tobera tiene siete orificios que forman un ángulo de 75º, 50º, 25º y 0º respecto al eje. Los chorros de inyección (16) ofrecen una cobertura uniforme de la sección del medio (17). La longitud del chorro proyectado viene determinada por el diámetro del agujero, que está entre 0,11 mm. y 0,14 mm.

En la figura 6 está representada una herramienta de extrusión para un perfil cilíndrico. Dos de los múltiples inyectores (11) dispuestos están dibujados en sección. Los aditivos (18) se inyectan de acuerdo con la velocidad de flujo del medio (17), en el sentido del flujo.

En la figura 8 está representado el detalle de la disposición de las toberas. Los cuerpos de tobera (2) tienen por lo menos un orificio (4) que desemboca en el canal y en el sentido de flujo. El chorro de inyección está orientado de tal manera que los aditivos no lleguen a la pared (10) ni al macho (38).

En la figura 8 está representado el caso de aplicación de un único inyector, que está inclinado aproximadamente 45º con respecto al eje del tubo (10). El orificio de inyección (4) está inclinado formando un ángulo tendido respecto al medio que fluye, es decir situado unos 40º respecto al eje del inyector. La inyección pulsante da lugar a la distribución en cascada representada en la figura 9.

La figura 10 muestra casos de aplicación en máquinas de fundición inyectada. De forma semejante a las figuras 8 y 9, pero representado aquí con un mínimo de dos inyectores (11), se inyecta el aditivo en el sentido del flujo, ligeramente inclinado en la dirección de la tobera (21). En la figura 10 esto tiene lugar después del sinfín (40) dentro del cilindro de plastificación (19), es decir todavía dentro de la cámara de plastificación (20). Esto es ventajoso para obtener un buen entremezclado, como por ejemplo para incluir en la mezcla colorantes. Esta disposición también puede imaginarse entre dos tramos de sinfín dentro de una unidad de plastificación.

Para una dosificación exacta sin entremezclado está la disposición de la figura 11. Aquí se inyecta en el orificio de salida de la tobera (21). Esto es adecuado para aplicaciones tales como mezclas con endurecedores y plastificantes.

En la figura 12, la inyección mediante el inyector (11) sólo tiene lugar inmediatamente antes de la entrada a la herramienta (22). Esto se aplica ventajosamente en un sistema de canal caliente (23). La mezcla que efectivamente llega a la herramienta no viene determinada por el material en el cilindro de plastificación (19) sino que solamente se determina de manera flexible y variable después de haber introducido los aditivos.

La figura 13 representa el caso de aplicación de una pistola de pulverizado airless (25). El medio que fluye (39) es en este caso el aire circundante. El aditivo es el esmalte (18).

La pulsación se ajusta de acuerdo con las condiciones de esmaltado. La disposición de la tobera del sistema airless está representada en la figura 14. La imagen del chorro de inyección (19) viene dada por lo menos por un orificio (4) en el cuerpo de la tobera (2), tendido próximo a la dirección del eje.

En la figura 15 está representado el sistema de dosificación y mezcla mediante una instalación de quemador. La tobera (2) penetra en la cámara de combustión (27), cuya envolvente (28) limita la cámara de mezcla. El aire de combustión se comprime mediante el compresor 26 y la pulverización tiene lugar mediante los orificios de inyección situados sobre un cono.

El chorro de inyección (18) del carburante da lugar a una mezcla de combustión (29) exactamente dosificada y mezclada.

Las figuras 16a y b muestran el caso de aplicación de una herramienta para una extrusora para la fabricación de perfiles, como por ejemplo perfiles de ventana. El dispositivo de dosificación y mezcla tiene en este caso la finalidad de dopar el material del ramal principal extruído con generadores de gas. La sección de la matriz está representada en la figura 16b. Los inyectores 11 penetran en el flujo secundario de masa fundida (30). Los flujos (31) que forman el perfil son separados por los canales de entrada de los mandriles (32). El flujo de masa fundida (17) se dopa (18) y forma en el ramal secundario espuma que llega a las cámaras (33) y (35). Las cámaras con mandril macizo se realizan como hasta ahora en forma de cámaras huecas (34).

En las figuras 17a y b está representada la inyección pulsante (18) del canal secundario (30). Esta representación es también adecuada para otras aplicaciones distintas a las de la figura 16, como por ejemplo instalaciones de peletizado, instalaciones de colada continua con tubo mezclador propio (10).

La figura 17a muestra la sección del tubo (30) o también como tubo individual (10).

La figura 17b muestra la sección longitudinal a través del tubo (30/10).

El cuerpo de la tobera (2) lleva siete orificios (4) dispuestos en abanico, que dosifican y mezclan el flujo de material (17) con el chorro de inyección (18).

Como consecuencia se obtienen los chorros de inyección (36) respectivos (37) anteriores inyectados en el sentido del flujo.

En la figura 18 está representado el dispositivo completo para un inyector de construcción sencilla (1973). Debido a la aplicación de bombas (101 y 105), este esquema hidráulico es adecuado para régimen continuo. El medio para inyectar (103) está realizado independiente del medio de control (104). La presión de los circuitos se ajusta mediante una válvula reductora de presión de accionamiento eléctrico (102, 106). La válvula (112) se mueve mediante accionamiento electrohidráulico. Ésta consta del solenoide (109) de la válvula de bola (108) y del cilindro de alta presión para el accionamiento hidráulico (110). El mando (122) del accionamiento electrohidráulico tiene lugar mediante tratamiento de la información (120) por medio del ciclo de inyección/datos de extrusión (123), los sensores de presión de la masa fundida (115), del medio de inyección (102), del medio de control (106). Mediante el generador (120) que tiene forma de onda de libre configuración se optimiza la apertura y cierre de la válvula (112). La introducción de la sustancia gasógena (17) en el flujo de masa fundida (114) tiene lugar en la pieza intermedia (116), entre la extrusora/inyector (160), por medio de la tobera (113) que penetra en el flujo de masa fundida (114). Para introducir la sustancia gasógena a temperatura acondicionada hay una calefacción (159) situada en la zona de la tobera (113).

La figura 19 representa un inyector conforme al estado de la técnica de 1973. Éste consta de una tobera de agujero ciego (113) para poder mantener pequeño el contenido de la tobera en la cámara de combustión. El asiento de válvula (112) cierra la tobera respecto a la zona sometida a presión permanente. El muelle de apriete (131) complementa la diferencia de fuerza de la aguja de tobera (112) y el apriete hidráulico (110). La apertura tiene lugar accionando el solenoide (109), que deja libre la bola de la válvula (108) y deja que el medio de control fluya fuera de la cámara de alta presión (110).

La figura 20 muestra los inyectores conformes al estado de la técnica. Esencialmente presenta las características que ya se observan en 1973, habiéndose ampliado la realización del accionamiento electrohidráulico mediante estranguladores (129), inducido de tracción (127) y doble cámara. Los inyectores comerciales presentan en la alimentación (126) dos orificios para la acometida al circuito de mando y a la tobera de inyección.

La figura 21 muestra una modificación sencilla de un "common rail injector" comercial. Los dos orificios ya existentes se alimentan por separado mediante racores especiales.

La figura 22 muestra la modificación de un "common rail injector" comercial, con un segundo orificio. El orificio del medio de control en la alimentación original (132) se cierra. Se taladra un acceso adicional a la cámara de alta presión (133) y se fabrica un segundo racor de conexión (126) para el medio de control.

La figura 23 muestra un conjunto de bomba-tobera, estando situada la cámara de alta presión en la zona de la tobera. El medio de inyección se alimenta por un orificio en el émbolo (135), y el efecto de bomba se logra mediante una válvula de entrada (137) y una válvula de salida (139). La bola (139) impide que penetre la masa fundida. El muelle de retroceso (138) empuja la bola (137) contra el asiento.

El émbolo (135) se desplaza con movimiento de vaivén mediante un oscilador magnético (127). Mediante el tope final (134) se determina el tamaño de las gotitas. La tubería de aceite de fugas (140) elimina el medio de inyección que escape.

La figura 24 representa una bomba de rociado airless, que se diferencia del estado de la técnica por la bola de válvula (139) que hay en la tobera. El volumen de la tobera se mantiene convenientemente muy reducido, lo cual se logra mediante el rebordeado (141) del asiento de la bola (134, 135 140), como en la figura 23.

La figura 25 muestra el sistema hidráulico para un régimen discontinuo, como por ejemplo en máquinas de fundición inyectada e instalaciones de fundición a presión. El accionamiento del inyector tiene lugar en el sistema de doble circuito. El aumento de presión se realiza mediante el sistema hidráulico existente (142). Dado que en régimen discontinuo hay fases largas en las que no se utiliza la inyección, se muestra aquí un régimen discontinuo. Los cilindros de aumento de presión para el medio de inyección (143) y para el medio de control (144) se someten a la presión p_{4} durante la fase de inyección, a través de la válvula de regulación de presión (142). A continuación se llenan las cámaras del lado de alta presión con las bombas (101) para el medio de inyección y (105) para el medio de
control.

La figura 26 muestra las características de la variación de presión (eje X en MPa (145) en función del tiempo t (150)), para el procedimiento que aquí se propone.

La presión de la masa fundida p_{3} está representada mediante la curva (148), la presión de inyección p_{1} mediante la curva (146), la presión del medio de control p_{2} mediante la curva (147). La tensión de excitación (153) acciona el mando electrohidráulico de la válvula con la presión que está representada en la curva (149). Las diferentes formas de onda para tensión de excitación están representadas por (154) forma triangular, (155) oscilación semisenoidal con frecuencia y fase variable, (156) forma de campana en diferente fase y (158) formas asimétricas, que se generan mediante un generador de forma de onda de libre configuración.

Las figuras 27, 28 y 29 representan el canal de masa fundida.

La figura 27 muestra un canal de masa fundida paralelo (114), con tobera en el sentido del flujo en la pieza intermedia (116), que está situada entre la herramienta (162) y el inyector (160). Esta disposición es adecuada para dopado de gotitas (161) en el flujo de masa colada (114).

La figura 28 muestra una tobera en estrella (163), en el sentido del flujo y en contraflujo para lograr un buen entremezclado de la sustancia gasógena con la masa fundida, en un canal de masa fundida (114) ensanchado, que además asegura también un buen entremezclado debido a la variación de velocidad de la masa fundida.

La figura 29 muestra la introducción de un ramal (164) en el canal de la tobera. Esto es apropiado para la introducción de espacios huecos axiales al extruir perfiles.

Las figuras 30, 31 y 32 muestran toberas, donde la figura 30 representa el estado de la técnica.

La figura 30a muestra una tobera con agujero de asiento, la figura 30b muestra una tobera con agujero en estrella, la figura 30c muestra una tobera con agujero ciego.

La figura 31 muestra una tobera que es adecuada para introducción en el sentido del flujo y a contracorriente. Para la introducción de la masa fundida en forma de gotas se configura la tobera de acuerdo con la invención según aspectos hidrodinámicos. Con el fin de evitar la pulverización se trata de obtener unas transiciones tendidas entre el cono de válvula (170) y el perfil de la tobera (171).

La figura 32 muestra una tobera que introduce en dirección transversal a la del flujo, y que es adecuada para dopado mediante gotitas.

La figura 33 muestra una forma de tobera con pulverización, con asiento de cono (172) y asiento plano (173) dispuestos transversalmente con relación a la dirección del flujo.

La figura 34 muestra el detalle del dispositivo para la composición de un ramal de masa fundida. Esto se realiza en las versiones de mandriles (53) de herramientas de perfilado (51) o en la alineación en fila para herramientas destinadas a la fabricación de placas. La vista muestra el mismo sentido de corte que las figuras 16a y b.

El sentido del flujo también está representado de izquierda hacia la derecha.

El mandril (53) está realizado por el lado de entrada como embudo (64). En el lado de entrada está representado un sensor de presión (63), cuyo cometido es el de suministrar datos al regulador de caudal (62) y al control de la bomba dosificadora. La introducción está representada con (55b) a contracorriente y con (55a) en el sentido de la corriente. El principio de la contracorriente (55b) tiene la ventaja segura de que la introducción puede realizarse en forma de dopajes cerrados, no unidos. La introducción (4) puede realizarse opcionalmente también de forma pulsante. Con (61) se ha representado a título de ejemplo una chicana para desviar la masa fundida. La variación de velocidad en el canal de masa fundida da lugar a un efecto de cortadura y por lo tanto a un entremezclado adicional. Con (60) se ha referenciado la zona de expansión.

La figura 35 muestra el dispositivo de la figura 34 en un plano de sección perpendicular al eje. Las referencias tienen igual significado. Hay que señalar el estrechamiento del canal de masa fundida en esta sección.

En las figuras 36a y b está representada la sección en el lado de salida del dispositivo de las figuras 34 y 35. En la figura 36b está dibujada en sección la entrada. Las figuras 37a y 37b muestran la realización semejante a la figura 33a y 33b, pero para perfiles espumados sencillos, como por ejemplo perfiles de revestimiento con efecto aislante, revestimientos de casas y tubos.

Las referencias tienen el mismo significado que en la figura 33.

La figura 38 muestra una variante de la configuración del canal de masa fundida hasta antes de la cámara de distribución de la herramienta. Se han dibujado dos embudos de entrada (64, 65), que permiten una zona central de entrada (66) de la masa fundida.

La figura 39 muestra una variante del trazado de los canales de masa fundida con un punto de entrada central del canal secundario y una introducción concéntrica (doble) de los aditivos, así como la subsiguiente subdivisión de la masa fundida en los puntos predeterminados del perfil. También se muestra una conducción de la masa fundida con paso (67) en el centro de la zona rodeada por el flujo.

La figura 40a muestra un perfil rectangular, la 40b un círculo o perfil tubular, la 40c un perfil elíptico, y la 40d un perfil rectangular de esquinas redondeadas. Esto muestra a título de ejemplo posibles formas de perfil con varios componentes, que se fabrican con el dispositivo de las figuras 33, 38, 39 y 41, pero en particular unas formas de tubos sencillos.

La figura 41 representa un dispositivo que se puede instalar como equipo complementario en líneas de extrusión existentes, y que puede equipar matrices para el funcionamiento con componentes múltiples.

Con (68) se ha representado la brida de la herramienta, con (69) la brida de la extrusora.

Con (70) está marcada la pieza intermedia del equipamiento posterior, y con (71) los pasos del canal de masa fundida.

La figura 42 muestra el dispositivo representado en la figura 41, en forma de un dibujo de proyecto.

El dispositivo propiamente dicho se atornilla mediante el disco (70) entre las bridas (68) y (69). Este disco contiene los dispositivos para la introducción de los aditivos, pero también los diafragmas (72) para la derivación de las masas fundidas. El trazado del canal de masa fundida está indicado como tubo (72) con superficie de acoplamiento con los mandriles huecos, hasta el mandril.

En las figuras 43 a 46 están representadas toberas de canal caliente para máquinas de fundición inyectada.

La figura 44 muestra el presente dispositivo en comparación con el estado de la técnica.

Las figuras 45 a 45c muestran el accionamiento de la punta de la aguja.

La figura 47 muestra una versión con accionamiento de la aguja (inyector CDI) activado por un servo de pulsación rápida.

La figura 48 muestra la integración de un inyector CDI en la tobera de canal caliente.

La figura 49 muestra la disposición del cabezal mezclador y dosificador, a título de ejemplo en el canal de masa fundida de la unidad plastificadora de una máquina de fundición inyectada o de una extrusora.

La figura 50 muestra la disposición de una unidad gemela en el procedimiento a contracorriente, adecuada para mezcladoras de líquido/líquido, pero también para extrusoras, antes de una mezcladora estática.

La figura 43 muestra un dispositivo para mezclar, dosificar y dopar. La aguja de tobera interior (82) se acciona mediante el dispositivo de ajuste (93) y junto con la pieza postiza (83) forma una tobera de agujero ciego o una tobera de agujero de asiento. Esta pieza postiza a su vez está realizada como aguja de tobera exterior, y se acciona mediante el dispositivo de ajuste (90). La alimentación de la sustancia tiene lugar a través de un orificio (85), que a su vez está unido a una pieza de conexión (91). El medio viscoso se alimenta por el canal (89) y llega al lugar de destino entre la tobera exterior (81) y la pieza de alimentación (94), por ejemplo una tobera de canal caliente, una unidad de plastificado o un canal de masa fundida en una extrusora.

Arte anterior: muestra la realización de la aguja de tobera interior como bulón (84) que cierra o abre tanto el asiento de tobera interior como también el asiento de tobera exterior (94), o ambos, según la posición del bulón (84). La aguja de tobera exterior se mueve igualmente y regula la afluencia del medio exterior.

En la figura 44 está representado el presente dispositivo, y muestra con la pieza postiza de tobera (83) en el caso representado, la forma de una tobera de agujero de asiento (VPO). Los orificios de la tobera interior (83) quedan cubiertos por la aguja de tobera (82) en estado cerrado. La sustancia interior se alimenta a través de la aguja de tobera (82) y la tobera de agujero de asiento (83) y se introduce a presión en el orificio en el medio viscoso exterior. Según la posición de la aguja de tobera interior (82), se introduce la sustancia (85) en el medio viscoso exterior (89) de forma pulsante, pulverizada o por inyección. La aguja de tobera exterior (83) de forma cónica, que es al mismo tiempo tobera interior, cierra el orificio en el asiento de tobera del canal de colada caliente (94) de la unidad de plastificado (95) o el del canal de masa fundida de la extrusora (97), o bien regula el orificio de acuerdo con el caudal deseado, de manera que se realice el dopado y la mezcla de los dos medios (92).

En la figura 45A está representada la posición abierta para la introducción del medio exterior. La aguja de tobera exterior (81) está abierta, la aguja de tobera interior (82) está cerrada. La sustancia (85) no puede penetrar.

En la figura 45B está abierta ahora también la aguja de tobera interior (82), dejando paso libre a la tobera de agujero de asiento (83), y la sustancia interior (82) fluye dentro del medio exterior (92).

En la figura 45C están representados tanto la aguja de tobera interior (82) como la exterior (83) en posición cerrada.

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Las figuras 46A, 46B, 46C se corresponden con las figuras 45A, 45B y 45C, sólo que en una representación ampliada.

La figura 47 muestra la combinación de un inyector CDI (88) en un elemento de tobera como tobera de asiento o de agujero ciego (87), que asume al mismo tiempo la función de aguja de tobera en el asiento de la aguja de la zona de la masa fundida, que cierra la boquilla de la tobera de canal caliente (94). El inyector CDI se acciona mediante dispositivos de ajuste (93). La aguja de tobera interior se acciona mediante solenoide/hidráulico o servos piezo/hidráulicos. La alimentación de la sustancia tiene lugar a través del racor (91). La masa fundida se alimenta a través del canal (89).

La figura 48 se diferencia de la figura 46 porque el canal de masa fundida (89) se lleva por separado hasta la pieza postiza (87).

La figura 49 muestra la disposición del cabezal mezclador del dosificador (95) en la tobera de una unidad de plastificado (96) de una máquina de fundición inyectada. La pieza postiza (87) penetra dentro del cabezal mezclador (95), y la tobera exterior (81) que es al mismo tiempo pieza postiza (87), regula el caudal de la masa fundida (89).

La figura 50 muestra el cabezal dosificador y mezclador (98) en un tubo, por ejemplo una mezcladora líquido/líquido, o en un canal de masa fundida de una máquina de extrusión (99). Las piezas postizas (87a, 87b) penetran en los asientos de tobera cónicos de la mezcladora, y como aguja de tobera exterior (81) varían según su posición el caudal de paso de la masa fundida (89).

La alimentación se conduce al asiento cónico mediante el dispositivo de acometida (97). Resulta ventajosa la mezcla adicional mediante el impacto mutuo de las dos vías de flujo después de los dos cabezales mezcladores.

Opcionalmente se mezclan también entre sí en esta disposición cuatro medios. Opcionalmente se dispone después del dispositivo mezclador y dosificador una mezcladora estática.

Claims

1. Procedimiento para introducir un aditivo o varios aditivos en un medio que fluye mediante el empleo de por lo menos un inyector, mediante el cual se inyecta de forma pulsante en el medio el aditivo o uno de los aditivos, con un considerable enriquecimiento de energía cinética así como impulso, concretamente con una presión superior a 40 MPa, y se dosifica en relación a su caudal de volumen, estando dispuesto cada inyector penetrando dentro de la zona de flujo, y comprendiendo por lo menos una tobera en la que se mueve de forma controlada una aguja de tobera con un control de aguja, con una frecuencia de pulsación y duración de inyección predeterminados, presentando una tobera de inyección por lo menos un orificio de inyección cuyo diámetro presenta un valor entre 0,08 y 0,2 mm, el aditivo se alimenta al inyector con una presión tal a la que el aditivo penetra desde cada tobera dentro del medio que fluye, a tal profundidad que se pueda conseguir una mezcla íntima sensiblemente homogénea, y donde el control de la aguja se realiza opcionalmente mediante uno de los siguientes medios: mediante una servoválvula electrohidráulica accionada por solenoide, mediante un actuador piezoeléctrico, mediante medios neumáticos, mediante medios hidráulicos, mediante un campo magnético que acciona la aguja de la tobera desde el exterior, o mediante un accionamiento lineal que mueve la aguja de la tobera.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se regula por lo menos una de las magnitudes de trabajo del aditivo o del medio, siendo las magnitudes de trabajo del aditivo, su temperatura y presión, así como la duración de los impulsos y la frecuencia de la inyección pulsante, y las magnitudes de trabajo del medio son su temperatura, presión o caudal de masa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el aditivo se introduce en el medio en un estado fundido, pastoso, plástico, líquido, disuelto, disperso, emulsionado o en combinación de tales estados, y porque el medio está presente en forma de gas, líquido, masa fundida, pasta, disolución, dispersión, emulsión, carga a granel fluidificada, o una combinación de estas formas.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aditivo es por ejemplo un endurecedor, colorante, generador de gas o plastificante, cuyo aditivo se introduce exactamente dosificado en una masa fundida de plástico, una masa fundida metálica o un material fluidizado, y se mezcla con este medio.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el aditivo se inyecta en una instalación de fundición inyectada opcionalmente en uno de los puntos siguientes: entre dos tramos de una unidad de plastificado, después de una unidad de plastificado, en una cámara de plastificado anterior antes de la tobera, después de la tobera de cierre, en un canal de masa fundida, en un sistema de canal caliente, en ramales parciales del sistema de canal caliente o en partes de los canales de colada de matrices.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el aditivo se inyecta en una instalación de extrusionado opcionalmente en uno de los puntos siguientes: entre dos tramos de una unidad de plastificado, en una cámara de plastificado anterior, después de una extrusora, después de una bomba de engranajes, en el canal de colada antes de una matriz, en una matriz antes de un sistema de distribución, en la sección anterior a una salida.

7. Procedimiento según la reivindicación 6 caracterizado porque el flujo de masa fundida se conduce por lo menos por dos canales de colada de la matriz, de tal manera que al producto extruído se le alimenta con un componente adicional en por lo menos un canal de colada derivado, de manera que se forma un segundo componente, porque mediante una conducción adecuada del canal de colada se hace llegar este segundo componente a zonas predeterminadas, de manera que en la matriz se funden formando un cordón a base de diversos componentes de material.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el aditivo, concretamente un carburante o colorante, se inyecta de forma pulsante en una corriente de aire (39) en instalaciones de calefacción y de quemadores o en instalaciones de pulverizado airless.

9. Dispositivo para introducir por lo menos un aditivo en un de medio que fluye mediante la aplicación del procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, donde el aditivo se puede dosificar en el medio mediante por lo menos un inyector con inyección pulsante, comprendiendo cada inyector por lo menos una tobera en la cual se puede mover de forma controlada una aguja de tobera mediante un control de aguja, que provoca una frecuencia de pulsación y duración de inyección predeterminada, estando dispuesto el inyector con accionamiento pulsante penetrando dentro de la zona de flujo, y porque una tobera de inyección presenta por lo menos un orificio de inyección cuyo diámetro tiene un valor entre 0,08 y 0,2 mm, según la profundidad de penetración necesaria del aditivo que se ha de introducir en el medio, estando conectada al inyector una bomba para aplicar una presión superior a 40 MPa y estando realizado el control de la aguja opcionalmente con uno de los medios siguientes: mediante una servoválvula electrohidráulica accionada por solenoide, mediante un actuador piezoeléctrico, mediante medios neumáticos, mediante medios hidráulicos, mediante un campo magnético que acciona la aguja de la tobera desde el exterior o mediante un accionamiento lineal que mueve la aguja de la tobera.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el inyector (128) con una tobera de inyección (113) está realizado de tal manera que la tobera de inyección está en comunicación directa con una válvula de control (112), que está conectada por lo menos a una acometida sometida a presión y depresión regulada, un "common rail".

11. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el inyector está conectado a una instalación de extrusionado, estando prevista esta instalación por ejemplo para formar perfiles, por ejemplo perfiles de ventana, y porque el inyector (11) penetra en un canal secundario (31) de un ramal principal (17), y preferentemente está incorporado en un mandril (32), estando equipado este canal secundario preferentemente con una zona de expansión (41) de forma cónica.

12. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el medio que fluye es una masa fundida, porque el medio de control de un circuito de control hidráulico (104) está separado del medio de inyección, el aditivo que se trata de incorporar, y porque la presión (102) del medio de inyección y/o del medio de control se pueden regular opcionalmente mediante una válvula de regulación de presión dinámica (102, 106), y se pueden ajustar mediante un aparato de control (122) en función de la presión de la masa fundida (119).

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque la regulación de la presión del medio de control (106) y del medio de inyección (102) pueden realizarse mediante una válvula de regulación de presión de accionamiento eléctrico y regula mediante un sistema de control, de acuerdo con una evaluación de sensores de presión (115), una presión p_{3} en la masa fundida, una presión p_{2} en el medio de control y una presión p_{1} en el medio de inyección, una presión del medio de control (106) en función del medio de inyección (102), y ésta a su vez en función de la de la masa fundida (109).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque la regulación de presión para formar una presión de cierre entre los medios mantiene sensiblemente constante la diferencia de presión entre el medio de inyección y la masa fundida así como la diferencia de presión entre el medio de control y el medio de inyección.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque el inyector se fabrica mediante modificación de un inyector comercial previsto para un carburante, y en éste el carburante se puede utilizar tanto como medio de control como también como medio de inyección, y que por lo tanto se alimenta conjuntamente, y porque una unión atornillada de la acometida de carburante se sustituye por un racor especial mediante el cual puede realizarse una alimentación independiente para el medio de control y el medio de inyección.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque en el inyector modificado se ha obstruido, dejándolo ciego, un orificio para el medio de control en la acometida de carburante, con lo cual ya solamente se puede alimentar el orificio para el medio de inyección en el racor especial, y porque para la alimentación del medio de control está previsto un orificio independiente con rosca para un segundo racor.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque la tobera está conformada para favorecer el flujo para un régimen de trabajo en el cual está previsto el dopado mediante gotitas del medio que
fluye.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque la tobera está conformada de tal manera que por medio de unas transiciones angulosas (163, 172, 173) y unos orificios de tobera en forma de estrella (167) se puede conseguir un efecto de pulverizado.

19. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el aditivo se ha de introducir en la instalación de extrusión como componente adicional, porque con la instalación de extrusión se pueden fabricar perfiles de plástico compuestos por varios componentes plásticos, porque en la matriz se puede conducir un flujo de masa fundida de por lo menos una extrusora a por lo menos dos canales de colada, porque en el producto extruído y a través de una alimentación se puede conducir el componente adicional en por lo menos un canal de colada derivado, de manera que se forme un segundo componente, porque mediante un trazado adecuado del canal de colada derivado se puede llevar el segundo componente a zonas predeterminadas del perfil, pudiendo fundirse en la matriz formando un cordón compuesto por varios componentes de material.

20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la división del canal de colada, la alimentación del componente adicional, la conducción de alimentación a los puntos de la matriz están situados en una pieza intermedia, estando esta pieza intermedia fijada como dispositivo adicional a las matrices existentes, entre la brida de la extrusora y la brida de la matriz existente.

21. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el inyector (128) presenta una tobera de inyección que comprende un cono de tobera exterior y una aguja de tobera exterior hueca, estando formada una oquedad de la aguja de tobera en una zona anterior, bien como tobera de agujero de asiento o como tobera de agujero ciego, conteniendo una aguja de tobera interior que hace cierre estanco con ajuste de forma con un asiento cónico, pudiendo accionarse las agujas de tobera respectivamente con un correspondiente mecanismo de ajuste, de manera que se pueda dosificar o cortar el caudal y la velocidad de flujo de un medio que fluye por el exterior, pudiendo realizarse la dosificación, dopado y mezcla de por lo menos un componente viscoso con una sustancia viscosa.

22. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el inyector (128) presenta una tobera de inyección que es una tobera de canal caliente para matrices de fundición inyectada, y que comprende una aguja de cierre dirigida hacia el exterior, siendo la aguja de cierre hueca, y presentando en la punta de la aguja por lo menos un orificio de inyección inclinado, en particular perpendicular a la superficie de asiento de la aguja, y estando la aguja de cierre conectada por su extremo posterior mediante una tubería de alta presión a una bomba de presión controlada que suministra medio a la aguja de cierre.

23. Dispositivo según la reivindicación 21 o 22, caracterizado porque la aguja de cierre es hueca, y en su interior está dispuesta una aguja mediante la cual se pueden cerrar los orificios de inyección, pudiendo accionarse esta aguja interior mediante un mecanismo.

24. Dispositivo según la reivindicación 21 o 22, caracterizado porque la aguja de cierre está realizada en forma de un inyector CDI y este inyector se puede accionar mediante un émbolo de ajuste.

25. Dispositivo según la reivindicación 23, caracterizado porque un intersticio entre la aguja de cierre hueca y la aguja interior está realizado de tal manera que debido a la masa fundida se puede ejercer un efecto de aspiración sobre la sustancia dispuesta en el interior de la aguja interior.