CS224080B1 - Šnek pro zpracování termoplatfckých hmot a kaučukových směsí - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je šiiek, používaný ve vytlačovacích strojích na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí.

Technickou úroveň vytlačovacího stroje určuje nejen jeho výkon, to jest vytlačené množství termoplastické hmoty, nebo kaučukové směsi za časovou jednotku, ale i kvalita vytlačeného materiálu, nebol žádoucí ekonomický efekt vznikne jen tehdy, dosahuje-li se v obou případech světových parametrů.

V tomto smyslu se rozhodujícím způsobem úplat ňuje vliv konstrukce šneku, především řešení jeho geometrie, která hlavně ovlivňuje dokonalost promíchání materiálu, jeho plastifikaci a tepelnou homogenitu. Z průběhu procesů míchání a vytlačování materiálu v závitových drážkách šneku plyne rozpornost požadavků současného vysokého výkonu vytlačovacího stroje a kvality vytlačeného materiálu. U šneků s konvenční geometrií lze tento rozpor řešit především prodlužováním délky šneků, což je zřejmé ze světových trendů minulých let u výrobců vytlačovacích strojů.

Vwtší poměr délky šneku k jeho průměru má ovšem za následek nejenom zvětšení půdorysných rozměrů stroje a tím menší využití výrobní plochy, ale i zvýšení nákladů na výrobu vytlačovacího stroje, zvýšení energetické spotřeby v důsledku vyššího vývoje frikčního tepla. Posledně jmenovaný účinek způsobuje pak problémy se zpracováním tepelně citlivých termoplas tů, nebo k předčasnému navulkanizování kaučukové směsi.

Je známo, že požadavky na mechanickou i tepelnou homogenitu vedly k používání míchacích sekcí, které jsou obvykle umístěny za kompresní zónou šneku. V míchacích sekcích je zpracovávaný materiál krátkodobě vystaven zvýšenému smykovému namáhání, přičemž dochází k disperzi částic polymeru, k rozdělení a rozrušení laminárního proudu materiálu r tím k mechanicko-tepelné homogenizaci. Používá se již celá řada konstrukc míchacích sekcí, s různým podílem smykových a míchacích účinků počínaje nej jednoduššími hladkými torpédy na koncích šneků, přes kolíkové míchací sekce a konče například bariérovými . — - - . - h

224 080

Všechny uvedené typy míchacích sekcí působí současně jako určitý škrtící prvek v proudu materiálu a následkem zvýšeného vývinu tepla nejsou vhodné pro všechny druhy plastomerů a elastomerů.

Uvedené problémy a nedostatky míchacích, sekcí vedly v dalším vývoji k takovým konstrukcím šneků, u kterých se míchání provádí po celé délce šneku, nebo po jeho větší části. Mechanismus míchání je principielně postaven na mnohonásobně se opakující kompresi a dekompresi, čímž dochází k rozrušování proudu taveniny plastomeru nebo kaučukové směsi a k účinnému míchání. Geometrie těchto šneků je vytvořena tak, že se střídavá komprese a dekomprese zpracovávaného materiálu provádí buď v radiálním nebo axiálním směru. V prvém případě se šneky vyznačují určitou excentricitou šnekových drážek vůči hlavní ose šneku, takže při otáčení šneku se v relativním pohybu mezi materiálem a šnekem periodicky opakuje zvyšování a snižování hloubky závitu. V druhém případě se geometrie šneků vyznačuje dalším přídavným závitem, umístěným mezi hlavním závitem, přičemž přídavný závit je obvykle nižší, může mít vůči hlavnímu závitu rozdílné stoupání a při otáčení šneku dochází, k protlačování materiálu přes přídavný závit do sousedních drážek závitu, které mohou mít navíc i různé hloubky.

Tyto typy šneků, nazývané obvykle wave šneky, nekladou toku materiálu, na rozdíl od šneků s bariérovými sekcemi, žádnou překážku a vyznačují se proto podstatně menším vývinem tepla při účinném míchacím efektu. Při vhodně vyřešené geometrii těchto šneků'byl zjištěn i zvýšený výkon proti šnekům . se srovnatelnou konvenční geometrií.

Komplikovaný tvar všech míchacích šneků vyžaduje ovšem při jejich výrobě používání speciálních obráběcích strojů, vybavených doplňkovými zařízeními, která umožňují vytvořit obráběcími nástroji složitou geometrii šroubových drážek, to jest například excentrická jádra, spirálové přechody, závity rozmanitých profilů s progresivním i degresivním stou3

224 080 páním, vytvořeným podle geometrických řad, protiběžné závity, přehradní žebra a podobně. Zvýšené nároky jsou rovněž na přesnost výroby, povrchové úpravy a z toho-vyplývající požadavky na technologii výroby-a kvalifikaci obsluhy. To vše je příčinou podstatně větších nákladů na výrobu těchto šneků vůči šnekům s konvenční geometrií.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u šneku pro zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí s proměnlivou excentrioitou Jádra profilu šroubovice podle vynálezu, který má profil šroubovice vytvořen paráelně k ose», různoběžnÓ s hlavní osou šneku, vůči které je střídavě přikloněn a odkloněn. Je-li šnek opatřen dvou nebo vícechodou šroubovici, pak jsou různoběžné osy jejich jednotlivých chodů rovnoměrně rozděleny po obvodu vůči hlavní ose šneku.

Uvedenou konstrukcí se dosáhne progresivní změny excentricity jader profilu šroubovice po délce šneku. Podle sklonu osy šroubovice vůči hlavní ose šneku se excentricita bud ve směru toku materiálu postupně zvětšuje, nebo naopak postupně zmenšuje. Tím je možné dosáhnout proměnlivé intenzity míchání při postupu materiálu směrem ke konci šneku s ohledem na zpracovatelské vlastnosti materiálu a další požadavky mechanicko-tepelné homogenity. Prvého způsobu je možné použít například pro šneky na zpracování termoplastických hmot, které vstupují do vytlačovacího stroje ve formě granulí. V tomto případě je potom žádoucí, aby charakter přírůstku excentricity korespondoval s průběhem postupného tavení granulí materiálu, to znamená, aby na začátku dopravní zóny byla nulová, neboí granule materiálu nejsou v tomto úseku ještě nataveny. Postupem granulí směrem ke konci šneku dochází k tavení materiálu, takže je žádoucí, aby se excentricita jader profilu šroubovice ve směru toku materiálu postupně zvětšovala, přičemž největší hodnoty se dosáhne na konci šneku, kde je materiál nejintenzivněji míchán těsně před vstupem do vytlačovací hlavy.

224 Nf

Druhého způsobu, to jest kdy excentricita jader profilu šroubovice je na začátku šneku největší a na konci šneku nejmenší, je možné využít například u šnekových míchačů pro případy, kdy jednotlivé komponenty vstupují do šneku v tekuté, polotekuté nebo pastovité formě·

Kombinace obou způsobů se například využije u dvoustupňových šneků, kde se v prvém stupni může excentricita jader profilu šroubovice postupně zvětšovat, kdežto v druhém stupni naopak postupně zmenšovat a nebo naopak·

Nejvýhodnější použití vynálezu je u šneků dvou a vícechodých, nebot v důsledku rovnoměrného rozdělení os jednotlivých chodů šneku po obvodu vůči hlavní ose šneku je potom šnek v radiálním směru tlakově vyvážen a nemůže tak dojít k eventuelnímu přitlačení šneku na stěny válce·

Významná je rovněž snadná vyrobítelnost, nebot šnek podle vynálezu je možné zhotovit na běžném univerzálním soustruhu, používaném pro výrobu konvenčních šneků, tak, že se jednotlivé chody obrábí vždy při jednom vyoseném konci šneku· Tím je možné využít stávajícího výrobního zařízení, nezvyšují se nároky na kvalifikaci obsluhy, což výrobu těchto šneků podstatně zefektivňuje.

Kladný vliv geometrie šneku, vytvořené podle vynálezu, se projevuje nejenom v kvalitě vytlačeného materiálu, ale i na vyšším výkonu šneku. Bylo zjištěno, že výkon šneku stoupne v některých případech až o 20 % proti konvenčnímu šneku se srovnatelnou geometrií, to jest se stejným stoupáním šroubovice, stejnými hloubkami šnekových drážek, ale bez excentricity jader profilu šroubovice.

Na připojených výkresech je na obrázku 1 detailněji znázorněna část dvouchodé Šroubovice, vytvořené podle vynálezu. Na obrá' zku 2 je zobrazeno příkladné provedení dvoustupňového evakuačního šneku na zpracování kaučukových směsí, jehož konstrukce odpovídá AO 199 763.

I

224 080

Profil šroubovice 1 prvního chodu 2 (obr. 1) je vytvořen kolem první osy 2» která je různoběžná s hlavní osou £ šneku a svírá s ní úhel 5. Druhý chod 6 je vytvořen kolem druhé osy J, která je vůči první ose J pootočena o 180* kolem hlavní osy J. a svírá s ní rovněž úhel 2* Z obrázku je zřejmé, jak se po délce šneku střídají hlubší a mělčí drážky profilu šroubovice a mění se sklon jádra šneku vůči hlavní ose, přičemž se diference v hloubkách drážek po délce šneku zvětšují. Zároveň jsou drážky stejných hloubek v prvním i druhém chodu umístěny v radiálním směru vždy proti sobě, takže následkem tohoto symetrického uspořádání je šnek v provozním stavu radiálně ^lakově vyvážen.

Dvoustupňový evakuační šnek na zpracování kaučukových směáí na obrázku 2, má první stupeň šneku 8 opatřen konvenční geometrií šroubovice, to jest jednochodou,šroubovicí, přecházející na -konci šneku v dvouchodou. Za evakuačním nákružkem 2 začíná druhý stupeň šneku ÍO, opatřený dvouchodou šroubovicí, která má oba chody •vytvořeny podle dvou různoběžných os tak, že se exoentrieita jader profilů od evakuační zóny směrem ke konci šneku progresivně zvětšuje.

Claims (2)

1 ) Šnek pro zpracování termoplastických, hmot a kaučukových směsí s proměnlivou excentricitou jádra profilu šroubovice, vyznačující se tím, že profil sroubovice (1), vytvořený parcelně k ose (3, 7), různoběžné s hlavní osou šneku (4), vůči která je střídavě přikloněn a odkloněn.

2 ) Šnek podle bodu 1, vyznačený tím, že u dvou a vícechodé sroubovice jsou různoběžné o-sy (3, 7) jejich jednotlivých cho^ů rovnoměrně rozděleny po obvodu vůči hlavní ose (4) šneku. . .