CN102123844A - 单螺杆挤出机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单螺杆挤出机，包括：机筒(1)，所述机筒具有一个熔融区域(14)和一个紧接着熔融区域(14)的均化区域(12)；以及在机筒(1)中可旋转支承的螺杆(2)，所述螺杆在均化区域(12)的范围内具有至少两个接连的处理元件(6，8)，其中沿输送方向的第二处理元件构造成剪切元件。本发明的目的是，提供一种单螺杆挤出机，其能够实现改善的熔化效果，同时提高生产量，降低熔化温度和改进压力增大能力。按照本发明已确认，可以通过以下措施达到该目的，即：在单螺杆挤出机的均化区域(12)内在机筒内壁中设置至少一个沿纵向方向延伸的槽(4)，朝输送方向看，所述槽终止在第一处理元件与下游的剪切元件(8)之间的区域内。

Description

单螺杆挤出机
技术领域
本发明涉及一种单螺杆挤出机，包括：机筒，所述机筒具有熔融区域和紧接着熔融区域的均化区域；以及在机筒中可旋转支承的螺杆，所述螺杆在均化区域的范围内具有至少两个接连的处理元件，其中沿输送方向的第二处理元件构造成剪切元件。
背景技术
就已知的单螺杆挤出机而言，本领域的技术人员的始终的任务是，提高单螺杆挤出机的生产量，同时保持或甚至改善熔化质量。
为此具有各种各样的研发，它们一方面涉及在机筒中可旋转支承的螺杆的构造，从而在此期间具有大量不同类型的螺杆型式，它们特定地在挤出机的不同的区域内构造。对此实例是屏障型螺杆或多边形螺杆，其具有循环的螺纹横截面变化部。多边形螺杆包括ET螺杆(能量转换螺杆)和波形螺杆，如它们例如在US 4,405,239或US 4,015,832和US 4,173,417中描述的。
在机筒结构和螺杆结构的组合的领域内也进行了各种研发。这样例如由DE 2624589A1或DE 19928870C2是已知的，在具有在熔融区域的范围内构成为屏障型螺杆的螺杆的单螺杆挤出机中，设置带有槽的机筒，借此能够提高单螺杆挤出机的生产量。
此外由DE 10130759A1已知，也在均化区域的范围内开槽地实施增塑系统，所述均化区域具有至少两个剪切元件和一个混合元件。借此可以实现生产量提高。但由于在这里Maddock剪切元件或屏障型剪切元件可旋转地支承于开槽的机筒部段中也产生缺点。在各槽中，在原料熔体中残留的残余固体同样可以被挡住并因此越过剪切部分的隔板。这种效应也称为静力的排水效应或冰块效应。通过残余固体越过而进入到剪切元件的相邻的通道的熔体中一方面可以很好地加热残余固体并同时冷却周围的熔体，但另一方面也具有以下的危险，即：未熔化的残余固体随溶体离开挤出机并且因此影响熔体的质量。剪切元件因此可能不符合它的本身的功能，亦即截留包含在原料熔体中的残余固体并且在适度的剪切变形的作用下将所述残留固体在剪切元件的各隔板与机筒内壁之间的剪切间隙中塑化。并且剪切元件根据原料熔体的准备状态可以是大的压力消耗元件。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种单螺杆挤出机，其能够实现改善的熔化效果、特别是改善的残余熔化效果，同时提高的生产量，降低的熔化温度和改进的压力增大能力。
通过一种具有权利要求1的特征的单螺杆挤出机达到该目的。
按照本发明已确认，当在单螺杆挤出机的均化区域内，至少一个沿纵向方向延伸的槽设置在机筒内壁中时，可以避开所述缺点，所述槽朝输送方向看终止在第一处理元件与下游的处理元件、特别是第二处理元件之间的区域内。因此按照本发明不是整个的均化区域设有至少一个槽，而只在紧接熔融区域之后的均化区域的开始与在第一处理元件和下游的处理元件之间的区域之间的区域设有至少一个槽，所述下游的处理元件构成为剪切元件。处理元件在这里作为螺杆元件设置在均化区域内。螺杆在均化区域的范围内也可以具有多于两个接连的处理元件，但按照本发明重要的是，正好处于输送方向的处理元件构成为剪切元件，其支承在机筒的无槽的区域内。由此可以确保，该处理元件可以满足剪切元件的功能，亦即特别是起粉碎的作用并且将在原料熔体中可能仍存在的残余固体可以通过剪切变形在剪切间隙中塑化。
在该实施形式中已证明有利的是，通过在第一处理元件的区域内设置至少一个槽，由于通过槽的所述的静力的排水效应，实现改善的输送和较小的压力损失。存在的残余固体可能被挡在一个或多个槽中并通过槽导出到处理元件的相邻的螺纹中，并由此和通过与加热的机筒壁的紧密接触特别有效地加热。由此可以进一步减小存在的残余固体块的大小。通过由于一个或多个槽能实现在第一处理元件的区域内的原料熔体更好的增塑或加热，可以将熔体以更好的准备状态供给下游的处理元件、特别是第二处理元件，其按照本发明构成为剪切元件。在这个意义上“更好的”是指，残留的残余固体块是小的并且更好地被加热。由此降低残余固体的变形阻力并且结果减小在第二处理元件中的压力损失。
由于在下游的处理元件的区域内没有设置槽，剪切元件在这里可以完全发挥作用，因为它保证通过剪切元件的隔板拦住仍包含的残余固体并且由于在剪切间隙中、亦即在剪切元件的各隔板与机筒内壁之间的间隙中的剪切变形而塑化。由于在这里在机筒内壁中没有槽，在机筒内壁与剪切元件的各隔板之间可以没有残余固体通过，由此可以实现改善的均匀化效果。这样通过按照本发明单螺杆挤出机的实施形式可以确保可能仍存在的残余固体的可靠的残余塑化，同时系统的压力损失较小，因为在第一处理元件的区域内一个或多个槽有助于更好地加热残余固体和减少留下的残余材料块。因此通过按照本发明的单螺杆挤出机可以提供一种系统，其具有总计较小的压力损失和熔体的不仅热方面而且机械方面改善的均匀化。
按照本发明的优选的进一步构成，按照本发明的单螺杆挤出机在熔融区域的范围内在机筒内壁中可以具有至少一个沿纵向方向延伸的槽。在该区域内也可以有利地利用残余固体的改善熔化的已知的效应。特别是优选在这种情况下，至少一个在熔融区域内的槽可以连贯地转为至少一个在均化区域内的槽。不过也可以设定，在熔融区域的范围内比在均化区域的范围内设置更多或更少的槽。
按照本发明的单螺杆挤出机的另一优选的实施形式，也可以在供料区域的范围内在机筒内壁中设置至少一个沿纵向方向延伸的槽。通过在供料区域内设置槽，能够大大地改进固体进入和固体输送。该效应可以有利地与在熔融区域内的改善的熔化性能和在均化区域内的改善的均匀化性能相组合。优选在供料区域的范围内的至少一个槽也可以特别是连贯地转为在熔融区域内的至少一个槽，但在这里也可以在供给区域内比在熔融区域内又设置更多或更少的槽。特别是优选不仅供料区域而且熔融区域和均化区域具有相同数目的槽，这能够特别简单地提供相应的单螺杆挤出机。当机筒制成一件式时，在这里特别得出优点。但可选择的是，也可以由不同的机筒部分组成不同的区域，它们可以分别单独地设有槽。
按照特别优选的实施形式，所述至少一个槽可以在均化区域内在沿输送方向第一处理元件的范围内螺旋形地延伸。在这里可以设置槽的不同的导程角并且特别是与输送有效的螺杆的转向相反地选择槽的转向。在熔融区域和供料区域如果存在槽的话，所述槽同样可以构成螺旋形的。
按照本发明的另一优选的实施形式，单螺杆挤出机可以具有多个沿机筒的圆周间隔开的槽。这关于输送性能和压力形成提供特别有利的结果。
按照本发明的优选的实施形式可以改变一个或多个槽的深度和/或宽度。这样优选一个槽沿输送方向逐渐终止，亦即减小其深度并且基本上适应于机筒内壁。这样可以有效地避免不期望的死区，在这些死区内熔体残留和恶化。
特别是优选机筒内壁中的槽在均化区域内在第一处理元件和一个下游的处理元件之间的范围内这样地逐渐终止，使得其深度基本上减小到零，从而可以确保，在各槽和构成为剪切元件的下游的处理元件的隔板之间不产生重叠，在其中可以导致所述排水效应。按照本发明在下游的处理元件的区域内应该避免这种排水效应，以便可以确保熔体的符合要求的热的和机械的均匀化。特别是一个或多个槽的深度在均化区域内可以沿第一处理元件这样地减小，即深度连续地减小到零并因此也沿第一处理元件减小排水效应。即使在熔融区域的范围内已存在多个槽的情况下也可以将所述槽在均化区域内构成较浅的，以便由此影响排水效应。
按照有利的实施形式，在均化区域内沿输送方向的第一处理元件也构成为剪切元件。借此可以已经实现原料熔体包括可能存在的残余固体的第一均匀化，而由于同时存在一个或多个槽，仍出现排水效应，并且残余固体块同时被有效地分散和加热。
特别优选沿输方向的第一剪切元件在该实施形式中可以具有较大的过流间隙。所谓过流间隙在这里应该被理解为在剪切元件的过流隔板与机筒内壁之间存在的间隙。借此可以减小在该剪切元件上的压力损失，这对在按照本发明的单螺杆挤出机中的整个螺杆上的压力损失产生有利的影响。并且借此与在该区域内机筒内壁中的槽相配合可以进一步改善加热，并且将熔体最好地与残余固体块相混合。
沿输送方向的第一剪切元件按照本发明也可以具有各隔板通口，借此单螺杆挤出机还可以更好地适应于极不同的处理功能。在这方面在设计时按照加工的材料从残余固体块的相应的份额及其大小出发。
按照本发明的单螺杆挤出机的另一优选的实施形式，沿输送方向的第一处理元件也可以构造成混合元件。在这种情况下根据加工的材料充分利用，使得混合元件具有较强的分散作用，借此固体残留物更好地分散于在熔融区域内已经熔化的其余的材料中。此外在这种情况下可以优选使用具有输送作用的混合元件，借此可以进一步减小在按照本发明的单螺杆挤出机上的压力损失。这样可以特别优选使用输送有效的菱形混合元件作为在均化区域内的第一处理元件，它有利地与在该区域内的一个或多个槽配合作用。
对于沿输送方向的第一处理元件和对于沿输送方向下游的处理元件的剪切元件的选择可以由Le Roy剪切元件、Maddock剪切元件和/或Gregory剪切元件的数量实现。在这种情况下这些剪切元件可以以任意的组合来使用，此时使其适合于待加工的材料和相应的处理功能。这样在第一处理元件构造为混合元件的情况下在下游的处理元件、特别是第二处理元件的区域内按选择也可以使用全部上述剪切元件。此外在沿输送方向的第二处理元件的后面也可以设置另一处理元件。它可以再次构成为剪切元件。但特别优选在这里设置多个混合元件，它们能够实现通过第二处理元件在均化区域内完全熔化的材料的最好的彻底混合，并且因此向单螺杆挤出机的排出端供给不仅关于温度而且材料组分的大的均匀性的熔体。在此这些混合元件可以是输送有效的或中性的(neutral)。
按照本发明的另一优选的实施形式，螺杆在熔融区域的范围内构成特别常规的多头螺纹的输送螺杆或屏障型螺杆或多边形螺杆(ET螺杆或波形螺杆)。通过相应地选择在熔融区域的范围内的螺杆可以确保，最好地考虑待加工材料的材料特性并且确保尽可能好的熔化效能，以便接着将绝大部分熔化的材料在均化区域的范围内通过挤出机的按照本发明的构造尽可能好地均匀化。在这种情况下机筒内壁也可以在熔融区域的范围内开槽地制成。
通过本发明可以这样取得上乘的产品质量。同时，按照本发明的单螺杆挤出机的总熔化效能是很高的，因此达到高的总产量，此时机筒中的压力水平保持较低，这导致单螺杆挤出机的各构件的使用寿命的延长。由于压力水平的降低，作用到各个元件上的负荷减小，以及作用到螺杆和机筒的表面上的负荷减小，并且只在较长时间的使用以后才出现磨损现象。
附图说明
借助以下各附图还要详细地描述本发明的优选的实施形式。其中：
图1a  按照本发明的单螺杆挤出机的均化区域和熔融区域的范围的示意剖面图，所述单螺杆挤出机包括容纳在其中的断开示出的螺杆和在机筒内壁中的槽，
图1b  示出具有实心示出的螺杆的同一视图，
图1c  示出不带有容纳在其中的螺杆的同一机筒部分，以及
图2示出可装入在按照本发明的挤出机中的螺杆的输送方向侧的一端。
具体实施方式
图1a中示意剖开地示出按照本发明的单螺杆挤出机的机筒1的一部分，其中示出均化区域12和熔融区域14的一个区域。机筒1中包含螺杆2的一部分，所述螺杆的输送方向侧的一端在图中处在左侧并且所述螺杆向右延续到熔融区域中，但在这里中断地示出。螺杆穿透地示出，从而人们透过它看到机筒内壁。机筒内壁设有多个槽4，它们在图中沿纵向方向延伸并且在当前的情况下不仅处于均化区域12的范围内而且处于熔融区域14内，其中所述槽从均化区域12的范围连贯地延伸到熔融区域14中。在均化区域12内，所述槽4终止在第一处理元件6与第二处理元件8之间的区域内。它们在这里突然终止地示出，但也可以逐渐地向零延伸，以便避免可能出现的对于熔体的死区。
在所示的实施例中，在均化区域12中的两个接连的处理元件6和8构造成剪切元件、在这里构成为螺旋剪切元件。它们具有不同的通道，所述通道分别通过各隔板构成。所述两个处理元件6和8通过一个退刀槽10彼此分开；按照本发明，正好在该区域内且在第二处理元件8开始之前，所述槽4终止在机筒1的内壁。第二处理元件8沿输送方向连接一个在当前示意示出的且构成为齿盘混合元件的螺杆区域。
图1b中示出如图1a中同一视图，对于相同的特征采用相同的标记。在这里仅仅不穿透地示出螺杆2。
图1c再次示出同一机筒1而没有螺杆2。由此可看出的是，槽4大约终止在第一处理元件与第二处理元件之间的区域。这仅仅示意地示出。
图2中示出螺杆2的朝输送方向看前面的部分区域，如其以上关于图1a至1c已描述的。在处理元件6和8的画阴影线示出的各隔板中(在这里构成为螺旋剪切元件)涉及所谓过流隔板，所述过流隔板按照本发明在第一处理元件6中可以构造成比在第二处理元件8中较低的，从而在第一剪切元件中产生较大的过流间隙，它是在过流隔板与机筒内壁之间的间隙。
在操作中，通过螺杆2在机筒1中的旋转运动从右向左输送利用单螺杆挤出机加工的材料并同时将其熔化。按照所示的实施形式在熔融区域14内设置的槽4已实现，可以在各槽中挡住当时仍未熔化的残余固体，所述残余固体以小块或团出现，并且所述残余固体由于经由螺杆2的相应的隔板增大的压力移动并落进一个相邻的螺杆通道或同一螺杆通道的不同的位置中。由于在那里通常大部分材料已作为熔体存在，残余固体可以通过与包围它的熔体的接触被更好地熔化，其温度同时略微下降。同样地，残余固体与加热的机筒内壁的接触在停留在槽中的过程中也有助于将其进一步加热。这样通过设置槽借助一种静力的排水效应(其也称为冰块效应)可以更好地熔化材料，同时各槽对轴向输送在机筒中材料也附加地具有有利的作用。借此还增强相应的单螺杆挤出机的压力增大能力。
通过在均化区域12内在第一处理元件16的范围内按照本发明地设置多个槽，其中所述槽4终止在第一处理元件6与第二处理元件8之间，也仍可以在这里构成为剪切元件的第一处理元件6的范围内利用这种效应。这对在原料熔体中在熔融区域14的终端上仍存在的残余固体的残余增塑进一步产生有利的作用。通过静力的排水效应有效地加热该残余固体，这通过略微地加大在该区域内的过流间隙还可以给予加强。由于各槽还是输送有效的，经由第一处理元件6不发生很高的压力损失。并且材料由于有效的加热具有较低的粘度，借此进一步减小经由下游的处理元件的压力损失，所述下游的处理元件构成为剪切元件。
通过使用按照本发明的单螺杆挤出机因此可以确保所产生的熔体的特别好的热的及机械的均匀化。
附图标记列表
1    机筒
2    螺杆
4    槽
6     第一处理元件
8     第二处理元件
10    穿孔
12    均化区域
14    熔融区域

Claims (12)

1.单螺杆挤出机，包括：
机筒(1)，所述机筒具有熔融区域(14)和均化区域(12)，所述均化区域紧接于熔融区域(14)，以及
在机筒(1)中可旋转支承的螺杆(2)，所述螺杆在均化区域(12)的范围内具有至少两个接连的处理元件(6，8)，其中沿输送方向下游的处理元件构造成剪切元件，
其中在机筒内壁中在均化区域(12)内设置至少一个沿纵向方向延伸的槽(4)，所述槽朝输送方向看终止在第一处理元件(6)与下游的剪切元件(8)之间的区域内。
2.按照权利要求1所述的单螺杆挤出机，其特征在于，在机筒内壁中在熔融区域(14)的范围内设置至少一个沿纵向方向延伸的槽(4)，在熔融区域内的所述至少一个沿纵向方向延伸的槽转为所述至少一个在均化区域(12)内的槽(4)、特别是连贯地转为所述至少一个在均化区域内的槽。
3.按照权利要求1或2所述的单螺杆挤出机，其特征在于，在机筒内壁中在供料区域的范围内设置至少一个沿纵向方向延伸的槽(4)，在供料区域内的所述至少一个沿纵向方向延伸的槽转为所述至少一个在熔融区域(14)中的槽(4)、特别是连贯地转为所述至少一个在熔融区域中的槽。
4.按照权利要求1至3之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，所述至少一个槽(4)螺旋形地延伸。
5.按照权利要求1至4之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，设有多个在机筒(1)的圆周上间隔开的槽(4)。
6.按照权利要求1至5之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，所述槽(4)的深度和/或宽度是变化的。
7.按照权利要求1至6之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，沿输送方向的第一处理元件(6)构造成剪切元件。
8.按照权利要求7所述的单螺杆挤出机，其特征在于，沿输送方向的第一剪切元件具有较大的过流间隙。
9.按照权利要求7或8所述的单螺杆挤出机，其特征在于，沿输送方向的第一剪切元件具有隔板通口。
10.按照权利要求1至6之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，沿输送方向的第一处理元件(6)构造成混合元件、特别是构造成菱形混合元件。
11.按照权利要求1至10之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，作为剪切元件以任意的组合提供由Le Roy剪切元件、Maddock剪切元件和/或Gregory剪切元件的选择。
12.按照权利要求1至11之一项所述的单螺杆挤出机，其特征在于，螺杆(2)在熔融区域(14)的范围内构造成特别是多头螺纹的常规的输送螺杆、屏障型螺杆或多边形螺杆、特别是构造成能量转换螺杆或波形螺杆。
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