CN1370107A - 双螺旋挤压机的挤压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双螺旋挤压机用的挤压缸,其中挤压缸(1)围绕挤压机的双螺旋构成挤压腔(2),以及挤压缸本身被一个内表面光滑的空心圆柱形外套(10)环绕,在挤压缸(1)外侧加工有至少一个螺旋线形沿挤压缸(1)纵向延伸的通道(3),它可与能流动的控温介质的输入和排出管道(12、13)连接,以及,至少沿挤压缸(11)的部分圆周被空心圆柱形外套(10)沿径向封闭。至少一个的通道(3)通过螺旋回转过程加工在挤压缸(1)上,以及至少一个的通道(3)沿整个圆周被空心圆柱形外套(10)封闭。至少一个的通道(3)径向的螺纹深度沿挤压缸(1)的圆周按这样的方式改变,即,它在挤压缸(1)原始壁厚最大的那些区域内为最大值,以及它在挤压缸(1)原始壁厚最小的那些区域内为最小值。

Description

双螺旋挤压机的挤压缸
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于双螺旋挤压机的挤压缸。
螺旋挤压机按多种方式用于加工塑料。为保证高质量的加工结果，关键在于被加工的塑料应在尽可能保持不变和处于最佳范围内的温度下被挤压，因此，设有一个与螺旋机组的尺寸相应并构成所要加工的塑料挤压腔的孔的挤压机挤压缸，通常在其壁内布有一些通道，能流动的控温介质(通常进行冷却，但必要时也进行加热)可通过它们导引。
由EP 00 42 466 A1已知一种用于双螺旋挤压机的挤压缸，它由两个同轴地互相插套的部分组成，亦即由一个在内部的有一个用于双螺旋机组的眼镜式双孔(挤压腔)的挤压缸部分以及一个在外部的空心圆柱形外套组成，外套紧贴着在内部的挤压缸部分并鉴于挤压压力所引起的力因而满足支承功能。在这里，无论在内部的挤压缸部分还是空心圆柱形外套均布有沿挤压缸纵向延伸用于控温介质的通道。为了使挤压腔即使在其壁最厚的区域内，亦即在双联孔楔形尖角区内也能尽可能有效地冷却，内部的挤压缸部分在此楔形尖角区内设一些冷却通道。在通过双螺旋机组的纵轴线展开的平面附近的区域内，挤压腔的冷却主要借助于空心圆柱形外套的冷却通道进行。这意味着，来自内部的挤压缸部分的热量必须在空心圆柱形外套内流过。这由于在挤压缸两个部分之间的分界缝而受到阻碍。因此为了改善传热和取得或多或少更好的效果，建议在此关键区内采用导温膏(Temperaturleitpaste)。就加工技术而言这种方案是有缺点的，因为必须在挤压缸的两个部分都加工冷却通道。此外，此空心圆柱形外套也不能使用于单螺旋挤压机的内部挤压缸部分，因为冷却通道只集中在其圆周的一个部分上。
由DE 26 59 037 C3已知双螺旋挤压机挤压缸的另一种设计，它同样由内部的挤压缸部分和空心圆柱形外套组成。为了冷却挤压腔设有冷却通道，它沿挤压缸的纵向有类似于螺旋线的基本走向。此冷却通道设在内部的挤压缸部分与空心圆柱形外套之间的分界面区域内。在这里它以下列方式由形状不同的分段组成：在内部挤压缸部分的上侧按这样的形式铣出多个互相等间距延伸的有垂直壁面的槽，即，使槽底总是处于平行于由双螺旋机组的纵轴线展开的平面的位置以及沿其纵向相对于此纵轴线成一倾斜角。在下侧按相应的方式同样设一些槽，不过它们相对于纵轴线的定位正好选择为与之相反的角度。下槽与上槽的配置以及它们的间距选择为，使它们的端部总是成对重叠。为了使重叠的端部能流过控温介质而互相连通，在空心圆柱形外套的内表面上铣出镰刀状连接槽。按此方式制成的螺旋线状延伸的冷却通道的优点在于，在用于双螺旋机组的双联孔楔形尖角区内，控温介质能相当邻近挤压腔地流过。但是就加工技术而言制造这种冷却通道需要比较高的费用，因为不仅必须在内部的挤压缸上侧和下侧铣槽，而且还有必要在空心圆柱形外套内侧铣削加工，以便制成连接槽。除此以外，以此方式制成的空心圆柱形外套只能应用于双螺旋挤压机相应的内部挤压缸部分，而不适用于单螺旋挤压机的内部挤压缸部分。
由此类型的DE-OS 20 61 700已知另一种双螺旋挤压机挤压缸的方案，这种双螺旋挤压机有一个内部的挤压缸部分和一个围绕它的空心圆柱形外套。内部挤压缸部分的壁在用于双螺旋机组的双联孔的上、下及侧旁切出许多并列的槽。这些槽的底部按这样的方式直线或圆弧状地延伸，即应使留下的壁往挤压腔方向到处有大体相同的厚度。这样做要求比较高的加工费用。为了使各个槽连接成一个用于冷却介质的螺旋线状延伸的通道，在内部挤压缸部分下侧的槽由三个分段，即其中两个垂直于双螺旋机组的纵轴线延伸的分段以及一个相对于纵轴线倾斜定向的中央分段按这样的方式组成，即导致从冷却通道的一个圈转向下一个圈。这样做进一步提高了内部挤压缸部分的生产成本。因为在冷却通道各圈之间留下的壁(隔板)应当用于将负荷传递给围绕着内部挤压缸部分的空心圆柱形外套，所以设在挤压腔双联孔上方和下方本来特别高的、尺寸比较狭窄的隔板在一个平行于双螺旋机组的平面延伸的平面内被铣平。在隔板的这些铣出的表面上分别在内部挤压缸部分的上侧和下侧安装一个实心材料构成的柱段，它的外轮廓形状与空心圆柱形外套的内表面一致。这些柱段向上覆盖了冷却通道的各圈。以此方式使冷却通道沿周向看的横截面大体保持同样大小。虽然这种已知的设计允许使用具有光滑内表面的空心圆柱形外套，但是不仅需要为制成冷却通道的各圈支付很高的加工费，而且为了制造两个柱段还需附加的费用。
本发明的目的是，对于按权利要求1所述类型的用于双螺旋挤压机的挤压缸作下列改进，使为此所需要的生产成本保持得尽可能低，与此同时应保证挤压腔特别均匀和有效的温度控制。此外，挤压缸的空心圆柱形外套应尽可能具有通用性，也就是说它们不仅仅能应用于双螺旋挤压机的内部挤压缸部分。确切地说，它既可使用于单螺旋挤压机又可使用于多螺旋挤压机。
此目的通过权利要求1中所述的特征达到。本发明有利的进一步发展由从属权利要求给出。
本发明从一种有一挤压缸的双螺旋挤压机出发，挤压缸围绕挤压机的双螺旋以构成挤压腔。挤压缸本身被一个其内表面设计为光滑面的空心圆柱形外套环绕。在挤压缸外侧加工至少一个通道，通道螺旋线形沿挤压缸纵向延伸并可与用于一种能流动的控温介质的输入和排出管道连接。与此类型的先有技术不同，在先有技术中螺旋线形通道在径向沿部分挤压缸被单独加工的柱段封闭，而在圆周其余区域内的相应的封闭直接借助于空心圆柱形外套实现，但在按本发明设计的挤压缸中规定，至少一个通道沿全部圆周均由空心圆柱形外套本身封闭。也就是说，不需要任何与此类型先有技术中的柱段相应的构件。按本发明的挤压缸由于下列情况使成本显著下降，即，用于控温介质的一个或多个通道通过螺旋回转过程制成。在这里涉及一种特别简单的加工过程，它可通过夹紧工件进行并加工出具有完全均匀的螺旋线走向的通道，这对于流过控温介质是极其有利的。因此，一个或多个通道没有任何突然的拐点或其他的流动棱边。
原则上挤压缸可设唯一的一个螺旋线形通道。但在大多数情况下恰当的是，如在多头螺纹中那样并列地设多个通道。优选地在挤压缸的外侧加工三个或四个这种互相平行延伸的通道。一个或多个通道的螺距通常沿挤压缸纵向保持常数。但在个别情况下合理的是变螺距，以便沿挤压缸纵轴线在挤压缸的有关区段内影响控温介质的滞留时间。通过选择大的螺距，控温介质可比螺距较小时更迅速地流过。控温介质可按需沿挤压机的输送方向或也可逆其输送方向流动。
在许多情况下有利的是，一个或多个通道采用矩形的横截面形状。各通道沿径向的深度，亦即其螺纹深度可沿挤压缸的周向保持常数，有利的是挤压腔的壁厚沿周向同样是常数，因而沿周向看要传输的热量通过挤压腔的壁的流程同样保持常数。对于挤压缸的一个或多个通道各圈的布局，业已证明恰当的是，尤其在具有矩形横截面和等螺纹深度的通道的情况下，一个或多个通道(沿挤压缸纵向计量)的宽度调整为在一个或多个通道的两个直接并列的圈之间隔板厚度的0.7至1.2倍的范围内。隔板的尺寸设计为，为了将负荷传递给空心圆柱形外套，应保证隔板有直接和足够的支承作用，而为此不需要如按DE-OS 20 61 700的柱段那样单独的构件。
按本发明的实施形式，沿周向看，一个或多个通道采用螺纹深度不同的设计，在这种情况下，在挤压缸的原始壁厚，亦即在加工相关的通道之前的壁厚最小的那些区域内，选择最小的螺纹深度。在原始壁厚最大的那些区域内则采用最大的螺纹深度。在最大和最小螺纹深度之间的过渡，基于为加工通道所采用的螺旋回转工艺方法，因而是完全平缓和均匀地变化。对于双螺旋挤压机推荐一种挤压缸，其中通道的最大螺纹深度约为最小螺纹深度的3至5倍，特别优选约4倍。在这里恰当的可以是选择不同于矩形横截面的横截面形状以及采用沿径向向外呈锥形扩张的横截面。这意味着，通道的侧面在通过挤压缸的纵剖面内彼此并不是平行地延伸，而是形成一个夹角α。此角度α有利地在8-15°的范围内，尤其约10°。当通道为锥形的横截面形状时，建议在一个或多个通道的每两个直接并列的圈之间隔板的平均厚度选择为一个或多个通道平均宽度的1.5至4倍。优选地，隔板平均宽度约为通道平均宽度的2.5倍。
为了以尽可能简单的方式实施控温介质的输入和排出管道，优选地规定，在具有多个错开地并列延伸的通道的挤压缸中，在挤压缸端部附近的区域内，在挤压缸上分别加工一环形槽，通道汇入此槽中。在这种情况下，控温介质输入和排出管道用的接头按恰当的方式分别设在空心圆柱形外套上两个槽之一的所在区域内。也就是说以此方式赋予槽作为各通道的分配器或收集器的功能，从而在需要时控温介质的供应可分别用唯一的一个用于输入管道和排出管道的管道接头完成。
按本发明的挤压缸除了生产成本低以外还保证有效地热交换，因为通过影响通道的螺纹深度，可以按需缩短热量在挤压缸的壁内部的流程。在本发明中避免了由于在各构件之间存在分界面而引起的增加热流的阻力。在挤压缸的直径给定时，在挤压缸上设多少个通道和通道有什么样的横截面形状和螺纹深度有多少，这对于围绕挤压缸的空心圆柱形外套的设计是完全无关紧要的。
下面借助附图中表示的实施例进一步说明本发明。其中：
图1按本发明的挤压缸透视图；
图2图1所示挤压缸右端侧视图；
图3按图2中线A-A的纵剖面和上半部侧视图；
图4按图2中线B-B的纵剖面和下半部侧视图；
图5按图3中线C-C的横截面；
图6图1所示挤压缸左端侧视图；以及
图7插入圆柱形外套内的图1所示挤压缸部分侧视图和部分纵剖面。
图1透视表示的挤压缸1规定用于有双螺旋机组的挤压机并因而有两个部分重叠的、用于两个图中未表示的互相啮合的螺杆的孔，这两个孔共同构成有眼镜状横截面的挤压腔2。在挤压缸1的左端部设支承法兰14，尤其如图3和4所示，支承法兰有比挤压缸1沿其其余长度的直径只略大一些的直径。在挤压缸1的外侧设沿挤压缸1纵向螺旋线形延伸的通道3的许多圈，在圈与圈之间竖立着称为隔板的横挡4。
通道3的设计具体可见图3至5的剖视图。图3表示沿图2中线A-A得出的轴向纵剖面，通道3分别有侧壁5、6，它们彼此倾斜成一个约10°的角α，所以通道横截面沿径向向外呈锥形扩张。在通道3的各圈之间形成的隔板4的平均宽度约为通道3(沿挤压缸1纵向计量的)平均宽度的2至2.5倍。由图5所示的沿图3中的线C-C得出的横截面可见，这里总共涉及四个通道3，它们相互等间距地沿挤压缸1轴向长度的绝大部分螺旋线形延伸。由图5还可看出，这些通道3的螺纹深度，亦即通道沿挤压缸1圆周延伸的过程中沿挤压缸1径向的深度并不是常数，而是均匀变化的。在通过挤压腔2纵轴线展开的平面附近的区域内，其中挤压缸1的壁厚有最小的值，同样存在最小的螺纹深度，它用h1表示。相对于此分别错开90°，亦即在双联孔的楔形尖角区内，挤压缸1有其最大的壁厚。在那里用h2表示的通道3的螺纹深度也分别是最大值。螺纹深度在最大值h2与最小值h1之间均匀地改变，以简单的方式通过适当调整在制造通道3所采用的螺旋回转工艺方法中的过程参数实现。图3分别表示侧视图和在最大螺纹深度h2区域内的纵剖面，而在图4中表示的是沿图2中的线B-B进行的错开了90°的纵剖面，亦即在最小螺纹深度h1区域内的纵剖面。通过沿挤压缸1周向改变螺纹深度，实现了显著减少沿挤压缸1周向在挤压腔2与通道3之间热流路程的极大差别。总共四个的通道3分别汇入一个设在挤压缸1端部附近的环形槽7或8中，环形槽有要通过通道3导引的控温液体的分配器或收集器的功能。
图6表示带有支承法兰14的挤压缸1的端侧视图。由图2也可看出，在挤压缸1的两个端侧，分别在最大壁厚区设安装配合螺栓15的孔，配合螺栓具体表示在图7所示的侧视图中。图7在二分之一纵剖面中表示挤压缸整体11的装配，挤压缸整体由挤压缸1和配属的空心圆柱形外套10组成。空心圆柱形的在其端面分别有一连接法兰17、18的外套10，在其内侧设计为光滑表面。仅仅在支承法兰14的所在区内，它有一个内径较大的台阶，此内径与挤压缸1的支承法兰14的外径相对应，所以支承法兰14可以靠放在此台阶上并作为止挡防止沿挤压缸1的纵向移动。空心圆柱形外套10的内径与挤在缸1隔板4的外径一致，因此挤压缸如“湿式缸套(nasse Buchse)”那样插入空心圆柱形外套10内，所以通道3的各圈沿径向向外被封闭。通过连接法兰17、18分别导引一个用于控温介质输入管道12和排出管道13的径向孔，它们终止在已提及的环形槽7、8的区域内。环形槽8与排出管道13的连接不是如环形槽7与输入管道12那样直接进行的。确切地说，在这里此连接通过一个在支承法兰14内的槽19实现。因此控温介质可通过输入管道12流入起分配器作用的环形槽7中，并从那里进入四个螺旋线形通道3。在流过通道3后，控温介质进入起收集器作用的环形槽8内，并从那里经过槽19和排出管道13重新从挤压缸整体11排出。在通道3的通流过程中，在控温介质与挤压腔2之间发生有效的热交换。
为了使挤压缸1不能相对于空心圆柱形外套11旋转，在支承法兰14的圆周区内设止动槽9，从外部通过相应的沿径向穿过连接法兰18的孔在止动槽内插入止动螺钉16。借助于连接法兰17、18可逐段组合并互相固定连接多个挤压缸整体11。当然可以在空心圆柱形外套10结构不变的情况下采用在通道设计方面不同的挤压缸，以便最佳地满足沿挤压腔对热交换(冷却或加热)不同的需要。
采用按本发明的挤压缸，为螺旋挤压机过程合理的温度控制提供一种非常经济的以及在满足技术要求方面非常有效的方案。
附图标记表
1.挤压缸
2.挤压腔
3.通道
4.隔板
5.通道侧面
6.通道侧面
7.环形槽
8.环形槽
9.止动槽10.空心圆柱形外套11.挤压缸整体12.输入管道13.排出管道14.支承法兰15.配合螺栓16.止动螺钉17.连接法兰18.连接法兰19.槽α端壁夹角h1最小的螺纹深度h2最大的螺纹深度

Claims (10)

1.双螺旋挤压机的挤压缸，其中挤压缸(1)围绕挤压机的双螺旋构成挤压腔(2)，以及挤压缸本身被一个内表面光滑的空心圆柱形外套(10)环绕，在挤压缸(1)外侧加工有至少一个螺旋线形沿挤压缸(1)纵向延伸的通道(3)，通道可与能流动的控温介质的输入和排出管道(12、13)连接，以及，至少沿挤压缸(11)的部分圆周被空心圆柱形外套(10)沿径向封闭，其特征为：至少一个的通道(3)通过螺旋回转过程加工在挤压缸(1)上，以及至少一个的通道(3)沿整个圆周被空心圆柱形外套(10)封闭；以及，至少一个的通道(3)径向的螺纹深度沿挤压缸(1)的圆周按这样的方式改变，即，它在挤压缸(1)原始壁厚最大的那些区域内为最大值，而它在挤压缸(1)原始壁厚最小的那些区域内为最小值。
2.按照权利要求1所述的挤压缸，其特征为：作为多头螺纹并列地设多个通道(3)，尤其三个或四个通道(3)。
3.按照权利要求1-2之一所述的挤压缸，其特征为：至少一个的通道(3)各圈的螺距沿挤压缸(1)的纵向是常数。
4.按照权利要求1-3之一所述的挤压缸，其特征为：至少一个的通道(3)有一种基本上矩形的横截面。
5.按照权利要求1-4之一所述的挤压缸，其特征为：至少一个的通道(3)沿挤压缸(1)纵向的宽度为在一个或多个通道(3)的两个直接并列的圈之间的隔板(4)厚度的0.7至1.2倍。
6.按照权利要求1-5之一所述的挤压缸，其特征为：最大的螺纹深度大约为最小的螺纹深度的3至5倍，尤其约4倍。
7.按照权利要求1-3或5-6之一所述的挤压缸，其特征为：至少一个的通道(3)的宽度沿径向向外渐增。
8.按照权利要求7所述的挤压缸，其特征为：至少一个的通道(3)的侧面(5、6)构成的夹角α在8-15°范围内，尤其约10°。
9.按照权利要求1-8之一所述的挤压缸，其特征为：在一个或多个通道(3)的两个直接并列的圈之间的隔板(4)平均厚度为一个或多个通道(3)平均宽度的1.5至4倍，尤其为2.5倍。
10.按照权利要求1-9之一所述的挤压缸，其特征为：在挤压缸(1)端部附近区域内的通道(3)分别通入环形槽(7、8)内，以及，在空心圆柱形外套(10)上两个槽(7、8)之一的所在区分别设控温介质输入和排出管道(12、13)的接头。
CNB008118876A 1999-08-24 2000-08-22 双螺旋挤压机的挤压缸 Expired - Lifetime CN1190310C (zh)

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