CS252278B1

CS252278B1 - Mixing worm for rubber compounds treatment

Info

Publication number: CS252278B1
Application number: CS856044A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Celak
Original assignee: Frantisek Celak
Priority date: 1985-08-22
Filing date: 1985-08-22
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS604485A1

Abstract

Řešeni se týká konstrukce míchacího šneku pro vytlačovací stroje na zpracování kaučukových směsí. Účelem řešení je zlepšení homogenizačního účinku se zvýšeným výkonem šneku, dosažitelné jednodušší a výrobně méně nákladnější konstrukcí, než má dosud známý systém QSM (Quersrom-Mishhzylinder). Řeší se míchací sekce, umístěné na šneku a tvořící s ním jeden kompaktní celek, které s ním ovšem při.vytlacování nerotují. Uvedeného účelu se dosáhne tak, že šnek má na svém povrchu obvodové drážky, ve kterých jsou ná jeho -jádru umístěny otočně žebrovahé míchací prstence, znehybněné ve směru otáčení šneku k vnitřnímu povrchu pracovního válce bu3 vzpěrnými tělísky, nebo vložkami, radiálně přitlačovanými tlakem kaučukové směsi. Shek je určen pro zpracování kaučukových směsí na bázi přírodních a syntetických kaučuků v širokém,vížkožitním spektru.The solution relates to the construction of the mixing device screw for extrusion machines rubber mixtures. The purpose of the solution is improving the homogenization effect with increased the power of the screw, achievable easier and a less costly construction than has a known QSM (Quersrom-Mishhzylinder) system. The mixing section is located on the screw and forming one compact with it whole, but with it when extruding nerotují. This purpose is achieved so that the auger has circumferential on its surface the grooves in which its core is rotatably ribbed mixing rings placed immobilized in the direction of rotation of the screw the inner surface of the working cylinder bu3 braces, or inserts, radially pressure of the rubber mixture. Shek is designed for rubber processing mixtures based on natural and synthetic rubbers in a wide, multi-spectrum spectrum.

Description

Předmětem vynálezu je míchací šnek pro vytlačovací stroje na zpracování kaučukových směsí, opatřený míchacími sekcemi, znehybněnými k vnitřnímu povrchu pracovního válce.The subject of the invention is a mixing screw for extruders for processing rubber mixtures, provided with mixing sections immobilized to the inner surface of the working cylinder.

Stále se zvyšující požadavky na lepší parametry vytlakovacích strojů vyvolávají u všech renomovaných výrobců potřebu neustálého vývoje progresivních konstrukcí jednotlivých funkčních skupin a dílů, mezi nimiž mají rozhodující úlohu šneky. Optimální geometrie šneku je pak výsledkem nákladných výzkumů producentů a praktických zkušeností uživatelů, přičemž u současných výkonných šneků je charakterizována složitou konstrukcí s relativně většími hodnotami hloubek závitu, stoupání a délky šneku vůči jeho průměru.The ever-increasing demand for better extruder performance has led all reputable manufacturers to continually develop the progressive designs of each function group and component, among which worms play a decisive role. The optimum screw geometry is the result of costly research by producers and practical user experience, and is characterized by a complex design with relatively larger thread depths, pitches and screw lengths relative to its diameter for today's high performance screws.

V všech výkonných šneků je nutné současně řešit otázku míchání materiálu, jakožto následek omezených míchacích schopností a krátké doby setrvání materiálu ve šnekových kanálech. Vlivem laminérního proudění a malé tepelné vodivosti kaučukové směsi dochází totiž v konvenčním šnekovém kanálu jen k omezené látkové a tepelné výměně mezi jednotlivými vrstvami materiálu, takže především u hlubokých šnekových kanálů šneků větších průměrů vzniká neprohřáté studené jádro, které se spirálovitě táhne po celé délce šneku. Výrobky z tohoto nehomogenního materiálu mají obvykle nejakostní povrch a nevyhovující rozměrové tolerance.In all powerful worms, it is necessary to simultaneously address the issue of material mixing as a result of limited mixing capabilities and short material residence times in the screw channels. Indeed, due to the laminar flow and the low thermal conductivity of the rubber mixture, there is only limited material and heat exchange between the individual layers of the material in the conventional screw channel, so that especially the deep screw channels of larger diameters result in an unheated cold core which spirally extends throughout the screw. Products of this non-homogeneous material usually have a quality surface and non-conforming dimensional tolerances.

Je známo, že požadavky na mechanickou a tepelnou homogenitu sé současným vysokým výkonem šneku vyvolaly používání celé řady kohstrukcí míchacích sekcí, ve kterých je materiál promícháván rozrušováním laminárního proudu a podrobován krátkodobému zvýšenému smykovému namáhání. Výrobci aplikovali velmi mnoho nejrozmanitějších provedení, diferencujících ae množstvím disipované energie s ekvivalentním zvýšením teploty zpracovávaného materiálu. Míchací sekce jsou umístěny přímo ha šneku» se kterým se otáčejí a tvoří je obvykle protiběžné závity, kombinované a rozličně uspořádanými přehradními žebry, která mohou mít další drážky, rozdělující proud kaučukové směsi nebo mohou vytvářet vůči stěně pracovního šálce frikční štěrbiny.It is known that the requirements for mechanical and thermal homogeneity with simultaneous high screw performance have caused the use of a variety of mixer section kits in which the material is agitated by breaking the laminar flow and subjected to short-term increased shear stress. Manufacturers have applied a wide variety of designs, differentiating the amount of dissipated energy with an equivalent increase in the temperature of the material being processed. The mixing sections are located directly on the screw with which they rotate and are usually counter-rotating threads, combined and differently arranged dam ribs, which may have additional grooves dividing the rubber mixture stream or may form friction slots relative to the working cup wall.

252 278252 278

Všechny uvedené varianty mají společný nedostatek v tom, že vyhovující kvalita extrudátu při přijatelných výkonech je dosažitelná jen v určitém vizkožitním spektru. V širším rozsahu použití se pak ukazují slabiny jednotlivých konstrukcí, spočívající především v překročení přípustných zpracovatelských teplot kaučukových směsí. Ani vysoké gradienty smykového namáhání mělčích šnekových kanálů však nejsou dokonalou zárukou rozrušení 1 nm-íné-rního proudění a následným přerušením transportu nepromíchaných částic.All of these variants have the common drawback that satisfactory extrudate quality at acceptable performances is only achievable within a certain viscosity spectrum. In a wider range of applications, the weaknesses of the individual structures are shown, consisting mainly of exceeding the permissible processing temperatures of the rubber mixtures. However, even the high shear stress gradients of the shallower screw channels are not a perfect guarantee of the disruption of the 1 nm-low flow and the consequent interruption of the transport of the unmixed particles.

Požadavky na univerzálnost, vysoký výkon, mechanickou a tepelnou homogenitu, nízké teploty extrudátu a nižší spotřebu energie vedly k vývoji systému, známému pod označením QSM (Querstrom-Mischzylinder). Na pracovním válci jsou v několika řadách uspořádány kolem šaeku kolíky, které zasahují až k jeho jádru. Šroubovice je vždy v odpovídajícím místě kolíkové řady přerušená, aby při rotaci Šneku nedocházelo ke vzájemné kolizi. Dělením transportu materiálu kolíky na jednotlivé proudy dochází k vzájemnému promíchání s účinnou výměnou tepla a materiálu. To vše se odehrává při nízkém smykovém namáhání kaučukové směsi, která se tedy termicky nepřetžžuje. Navíc se zde ještě uplatňuje efekt zdánlivého zvýšení tření kaučukové směsi o vnitřní stěnu pracovního válce, což se projevuje vyšším stupněm účinnosti transportu mate riálu. Proto tento systém dosahuje až 70 % zvýšení vytlačeného výkonu směsi proti konvenčním šnekům, přičemž je možno zpracovávat směsi jak na bázi přírodního, tak i syntetického kaučuku. Všechny uvedené přednosti má popsaný systém za cenu konstrukčních komplikací a zvýšených nákladů na výrobu temperovaného kolíkového pracovního válce, který má mezi svým vnějším a vnitřním povrchem vytvořeny cirkulační kanály, jimiž uložení kolíků prochází. Montáž kolíků se provádí z vnějšího prostoru pracovního válce a jejich uložení musí umožňovat nejenom radiální představitelnost a spolehlivé upevnění, ale i těsnost vůči vnějšímu a vnitřnímu povrchu pracovního váloe, neboť prochází teplosměnným prostorem, protékaným temperačním mediem. Konstrukční a výrobní problematika vynikne především tehdy, zváží-li se, že obvykle jedna řada obsahuje osm kolíků a že se jednotlivé řady až desetkrát opakují. Při jakékoliv montáži a demontáži šneku je tedy nutno vyjmout a zpět nasadit a seřídit všech 80 kolíků.The requirements for versatility, high performance, mechanical and thermal homogeneity, low extrudate temperatures and lower energy consumption led to the development of the system known as QSM (Querstrom-Mischzylinder). On the work roll, pins are arranged in several rows around the shaker and extend to its core. The helix is always interrupted at the corresponding point of the pin row to avoid collision with the screw. By dividing the material transport by pins into individual streams, they mix together with efficient heat and material exchange. All this takes place at low shear stress of the rubber compound, which therefore does not thermally overload. In addition, the effect of the apparent increase in the friction of the rubber composition against the inner wall of the working roll is also exerted, which results in a higher degree of material transport efficiency. Therefore, this system achieves an up to 70% increase in the extrusion performance of the blend over conventional worms, and both natural and synthetic rubber blends can be processed. All of these advantages have the described system at the expense of constructional complications and increased cost of manufacturing a tempered pin work roll having circulating ducts between its outer and inner surfaces through which the pin receiving passes. The pins are mounted from the outer space of the working cylinder and their mounting must allow not only a radial imagination and reliable fastening, but also tightness to the outer and inner surface of the working roll as it passes through the heat exchange space flowing through the tempering medium. Design and manufacturing issues are particularly evident when it is considered that usually one row contains eight pins and that each row repeats up to ten times. It is therefore necessary to remove and reinstall all 80 pins for any assembly and disassembly of the worm.

- 3 252 278- 3,252,278

Uvedené nedostatky jsou odstraněny u míchacího šneku pro zpracování kaučukových směsí, opatřeného míchacími sekcemi podle vynálezu, který má v obvodových drážkách šneku na jeho jádru umístěny otočné žebrované míchací prstence, znehyhněné ve směru otáčení šneku k vnitřnímu povrchu pracovního válce buď vzpěrnými tělísky, nebo vložkami, radiálně přitlačovánými tlakem kaučukové směsi.These drawbacks are overcome with a rubber compound mixing screw provided with mixing sections according to the invention which has rotating ribbed mixing rings immobilized in the circumferential grooves of the screw on its core, immobilized in the direction of rotation of the screw to the inner surface of the working roller by either radially pressurized rubber compound pressures.

Předloženou konstrukcí se dosáhne nuceného dělení proudu materiálu, které se při otáčení šneku vůči znehybněným žebrovaným míchacím prstencům neustále opakuje s navazujícím, zpětným spojováním a vytvářením nových povrchů. Složité proudové poměry, vzniklé vzájemnou interakcí jednotlivých proudů, způsobují intenzivní výměnu tepla a materiálu s účinnoa homogenizací při nízké vThe present design achieves a forced separation of the flow of material, which, as the worm rotates relative to the immobilized finned mixing rings, is constantly repeated with subsequent reconnection and formation of new surfaces. The complex flow conditions resulting from the interaction of the individual streams cause intense heat and material exchange with efficient and homogenization at low flow rates.

hodnotě smykového namáhání, Zebra míchacích prstenců omezují otáčení kaučukové směsi a pozitivně navádějí její proudy na otáčející se závity šneku, což se projevuje zvýšenou dopravní účinností a tedy i výkonem šneku. Šnek tvoří se žebřovánými míchacími prstenci relativně jednoduchý, kompaktní konstrukční celek, jehož montáž a demontáž z pracovního válce je možné provádět zcela obvyklým jednoduchým způsobem, bez jakýchkoliv dalších nutných úkonů. Významná je rovněž snadná-vyrobitelnost a nižší výrobní náklady, což spolu s lepší kvalitou vytlačovaoího materiálu, nižšími zpracovatelskými teplotami, nižší spotřebou energie, vyšším výkonem a stabilními výrobními tolerancemi podstatně zefektivňuje produkci výrobků, vytlačovaných z kaučukových směsí.value of shear stress, Zebra mixing rings limit the rotation of the rubber mixture and positively direct its currents to the rotating screw threads, which results in increased transport efficiency and hence the screw performance. With the ribbed mixing rings, the worm forms a relatively simple, compact assembly whose assembly and disassembly from the working cylinder can be carried out in the usual simple manner, without any further necessary action. Easy-to-manufacture and lower manufacturing costs are also significant, which, together with improved extrusion material quality, lower processing temperatures, lower energy consumption, higher throughput and stable manufacturing tolerances, substantially streamlines the production of rubber extruded products.

Ua připojených výkresech je zobrazena příkladná konstrukce míchacího šneku pro zpracování kaučukových směsí. Ua obr. 1 je celkový pohled na míchací šnek, obr. 2 v částečném řezu detailněji zobrazuje příkladnou konstrukci míchací sekce podle bodu 2 předmětu vynálezu, obr. 3 představuje řez rovinou A-A z obr. 2.In the accompanying drawings, an exemplary construction of a mixing screw for processing rubber mixtures is shown. Fig. 1 is an overall view of the mixing auger; Fig. 2 is a partial sectional view showing in detail the exemplary construction of the mixing section according to point 2 of the present invention; Fig. 3 is a section along line A-A in Fig. 2.

Ua obr. 4 je příkladná konstrukce míchací sekce podle bodu 3 předmětu vynálezu, kdežto na obr. 5 je řez rovinou B-B z obr. 4.Fig. 4 is an exemplary construction of a mixing section according to point 3 of the present invention, while Fig. 5 is a section along line B-B in Fig. 4.

- 4 252 278- 4,252,278

Míchací šnek pro zpracování kaučukových směsí sestává ze šneku 1 (obr. 1), který má na svém povrchu vytvořeny obvodové drážky 2, v nichž jsou uloženy žebrované míchací prstence otočně vůči jádru J. Při rotaci šneku _1 v pracovním válci jsou žebrované míchací prstence 4 znehybněné vůči vnitřnímu povrchu pracovního válce J. První varianta znehybnění je zobrazena na obr. 2 a 3. V drážkách žeber 6 jsou vsunuta vzpěrná tělíska zajištěná proti vypadnutí kolíky 8 a k vnitřnímu povrchu pracovního válce J přitlačovaná například pryžovými válečky J. Žebrované míchací prstence j jsou složeny ze dvou shodných polovin, navzájem spojených na jádru J nýty 10. Při otáčení šneku je proud kaučukové směsi rozdělován žebrovanými míchacími prstenci J na jednotlivé pramence, přičemž vlivem unášivého momentu dojde k pootočení žebrovaných míchacích prstenců J a ke vzpříčení vzpěrných tělísek J mezi vnitřním povrchem pracovního válce J a dnem 11 drážky žebra 6. Tak se tedy zablokují a znehybní žebrované míchací prstence J, které při pracovní činnosti se šnekem nerotují. Kaučuková směs, proniklá vůlemi mezi jádro J3 a vnitřní plochu žebrovaného míchacího prstence J je vynášena závitem 12. vytvořeným na jádru J šneku 1, do čelních drážek 13 a z nich pak zpět do závitů šneku JL.The mixing screw for processing rubber mixtures consists of a screw 1 (FIG. 1) having circumferential grooves 2 on its surface, in which the ribbed mixing rings are rotatably mounted relative to the core J. When the screw 1 is rotated in the working cylinder, the ribbed mixing rings 4 The first variant of restraint is shown in Figs. 2 and 3. In the ribs of the ribs 6, support elements secured against falling out of the pins 8 are inserted and to the inner surface of the work roller J pressed by rubber rollers J, for example. When the screw is rotated, the stream of rubber mixture is divided by the ribbed mixing rings J into individual strands, whereby the torque causes the ribbed mixing rings J to rotate and the buckling bodies to jam. k J between the inner surface of the working roller J and the rib groove bottom 11. Thus, the ribbed mixing rings J, which do not rotate with the screw, are blocked and immobilized. The rubber mixture, penetrated by clearances between the core 13 and the inner surface of the ribbed mixing ring J, is carried by the thread 12 provided on the core 1 of the screw 1, into the front grooves 13 and from them back into the threads of the screw 11.

Druhá varianta fixace je na obr. 4 a obr. 5. V žebrech 14 jsou vytvořeny radiální drážky 15. které vystupují z axiálních otvorů 16. V radiálních drážkách 15 jsou posuvně umístěny jednak kovové vložky 17 a dále vložky 18, zhotovené z adhezních důvodů například z pryže. Vlivem zpracovatelského tlaku kaučukové směsi, jejíž část protéká axiálními otvory 16. dojde k radiálnímu přitlačení vložek 18 přes kovové vložky 17 na vnitřní povrch pracovního válce J. Tím vznikne na jednotlivých žebrech 14 tangenciální adhezní síla, která žebrovaný míchací prstenec J znehybní. Žebrované míchací prstence 4 jsou opět složeny ze dvou shodných polovin a vůči jádru J šneku JL uloženy otočně a zajištěny v obvodové drážce 2_}například pružným zámkem.A second variant of fixation is shown in FIGS. 4 and 5. Radial grooves 15 are formed in the ribs 14 and protrude from the axial holes 16. In the radial grooves 15, metal inserts 17 and inserts 18 made for adhesive purposes are displaceably disposed, for example. of rubber. Due to the processing pressure of the rubber mixture, part of which flows through the axial holes 16, the inserts 18 are pressed radially over the metal inserts 17 onto the inner surface of the working roller J. This creates a tangential adhesion force on the individual ribs 14. The ribbed mixing rings 4 are again composed of two identical halves and are rotatably mounted relative to the screw core 11 and secured in the circumferential groove 2 _, for example by a resilient lock.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Mixing screw for processing rubber mixtures, provided with mixing sections, characterized in that in the circumferential grooves (2) of the screw (1) rotary ribbed mixing rings (4) are fixed on its core (3), immobilized in the direction of rotation of the screw to inner surface of the working cylinder (5) ·

Mixing screw according to claim 1, characterized in that the ribbed mixing rings (4) are unidirectionally fixed to the inner surface of the working cylinder (5) by means of support bodies (7) located in the rib grooves (6).

Mixing screw according to claim 1, characterized in that the ribbed mixing rings (4) are fixed to the inner surface of the working cylinder (5) by radially displaceable inserts (18) located in the radial grooves (15) of the ribs (14) and pressurized by rubber. mixtures.