ES2225813T3 - Un dispositivo mezclador para extrusores. - Google Patents
Un dispositivo mezclador para extrusores.Info
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Abstract
Un dispositivo de mezclado para extrusoras que comprende un cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico para ser aplicado terminalmente con un husillo de extrusión (2) que tiene un vástago o cuerpo (10) y un filete o rosca de transporte (11) arrollado helicoidalmente sobre el vástago (10); al menos un filete (15) de mezclado primario arrollado helicoidalmente al menos parcialmente alrededor del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico en una dirección de arrollamiento (V) predeterminada y que tiene un diámetro de cresta (d2) predeterminado; al menos un filete (16) de mezclado secundario arrollado helicoidalmente al menos parcialmente alrededor del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico en la misma dirección que dicha dirección de arrollamiento (V) predeterminada y que tiene un diámetro de cresta (d3) menor que el diámetro de cresta (d2) del filete (15) de mezclado primario; delimitando al menos dicho filete (15) de mezclado primario al menos un canal (17) de flujo primario y al menos un canal (18)de flujo secundario que son sustancialmente paralelos; teniendo al menos dicho filete (15) de mezclado primario además al menos una garganta (20) de comunicación en su cresta (19) entre el canal (17) de flujo primario respectivo y el canal (18) de flujo secundario respectivo; caracterizado porque el cuerpo (14) cilíndrico tiene una primera parte (24) y una segunda parte (25) que son consecutivas axialmente, siendo la dirección de arrollamiento (V1) de dicho filete (15) de mezclado primario y filete (16) de mezclado secundario de la primera parte (24) opuesta a la dirección de arrollamiento (V2) del filete (15) de mezclado primario y del filete (16) de mezclado secundario en la segunda parte (25).
Description
Un dispositivo mezclador para extrusores.
El presente invento se refiere a un dispositivo
de mezclado para extrusoras.
Es sabido que en el campo de los materiales
plásticos en lo que se refiere al trabajo y producción de artículos
de fabricación, se usan extrusoras de husillo giratorio en las que
el material plástico en forma granular es introducido para obtener
un compuesto a la salida que está adaptado para las subsiguientes
operaciones de extracción o inyección en moldes de inyección
apropiados u otros. En muchos casos la extrusora es parte de una
denominada "unidad de plastificación" conectada directamente a
un molde, un conjunto de rodillos u otro tipo dispositivo para
conformar o formar el material plástico entregado desde la
extrusora.
Las extrusoras consisten en un cuerpo cilíndrico
dentro del cual está montado axialmente un husillo o tornillo que es
puesto en rotación por motores apropiados. El diámetro inferior del
filete o rosca del husillo aumenta a lo largo de la extensión axial
del husillo comenzando desde una abertura de entrada interior hacia
una abertura de salida; además las paredes del cilindro están
provistas de resistencias de calentamiento apropiadas. El material
que se mueve hacia delante en la carrera del filete del husillo es
sometido a aumentos de temperatura y presión cuando es necesario
para obtener las propiedades físicas requeridas.
Uno de los problemas principales típicos de los
husillos de extrusión del tipo tradicional es una homogeneidad
insuficiente del material que afecta adversamente al producto final
obtenido por extracción o moldeo.
Por ejemplo, como el calentamiento es
proporcionado a través de las paredes del cilindro, se ha observado
la presencia de una variación de temperatura en el espesor del
material incluido entre el cuerpo del tornillo y la pared interior
del cilindro. Esta variación de temperatura corresponde a una
variación en la densidad del propio material. La variación de
densidad en el material puede dar lugar a una distribución no
homogénea del material en el molde, por ejemplo.
Además, las moléculas de polímero que componen
cada resina tienden a permanecer mutuamente conectadas para formar
las denominadas "mallas de memoria" en las que las moléculas de
polímero se mantienen unidas entre sí dando al compuesto una
apariencia grumosa, en la que son identificables pequeños grupos de
material compacto sumergidos en una corriente más fluida.
Finalmente, cuando se tratan resinas de diferente
color y naturaleza, un mezclado incompleto de las mismas conduce a
la producción de artículos de fabricación en los que regiones de
diferente color son reconocibles debido al predominio de una resina
con respecto a la otra.
Para resolver parcialmente los problemas
anteriores, se conocen husillos de extrusión que están provistos, en
el extremo del husillo próximo a la salida, de un dispositivo
mezclador cuya función es mejorar la homogeneidad del material y
hacer la distribución de temperatura más uniforme.
Por ejemplo, el documento
US-5318357 muestra un husillo de extrusión que tiene
una parte mezcladora provista de una pluralidad de filetes primarios
helicoidales interrumpidos a intervalos a lo largo de la extensión
del mismo. Los distintos filetes están conectados entre sí por
placas que se extienden circunferencialmente alrededor del cuerpo
del husillo y que definen regiones de profundidad reducida en las
carreras confinadas por los filetes primarios.
El documento US-5056925 describe
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1ª, un
transportador de husillo que consigue la fusión acelerada y mejorada
de sólidos introducidos en extrusoras de plastificación que emplean
tal transportador de husillo. El transportador de husillo incluye
una paleta principal y una paleta de barrera. La paleta principal
define un canal y ese canal está divido por la paleta de barrera de
una manera ahora bien conocida en transportadores de husillo con
paleta de barrera. Medios de transferencia de fusión en forma de
muescas, que se extienden radialmente hacia adentro desde el
perímetro exterior de la paleta principal, proporcionan conductos
entre primeras posiciones en la cara anterior de la paleta principal
a segundas posiciones en la cara posterior de la paleta
principal.
Finalmente, el documento
US-3701512 muestra una extrusora de husillo para el
tratamiento de materiales termoplásticos en que el paso de la
hélice, formado por un husillo de transporte, está subdividido en
dos compartimientos opuestos de sección transversal diferente y
variable opuesta por un husillo de corte intermedio que tiene una
holgura radial desde el cilindro de la extrusora de al menos dos
veces el del husillo de transporte. La profundidad de filete en cada
subdivisión o compartimiento del paso de la hélice es variada
continuamente sobre la longitud del husillo entre los valores máximo
y mínimo, provocando por ello un flujo predeterminado de material
termoplástico a través de la longitud de la paleta del husillo de
corte.
La solicitante ha encontrado que el nivel de
mezclado alcanzado por los dispositivos de la técnica conocida puede
ser mejorado adicionalmente.
Consiguientemente, es un propósito del presente
invento proponer un dispositivo de mezclado para extrusoras que
asegure una elevada homogeneidad del material que sale del cilindro
de extrusión.
Más detalladamente, es un propósito del presente
invento proponer un dispositivo de mezclado para extrusoras que
permita una plastificación óptima del material que ha de ser
obtenido sin aumentar demasiado la temperatura del cilindro.
Es otro propósito del invento proporcionar un
dispositivo mezclador para extrusoras que optimice el mezclado de
resinas reduciendo las mallas de memoria de los polímeros que
componen las resinas.
Los propósitos anteriores y otros que resultarán
más aparentes en el progreso de la descripción siguiente son
conseguidos sustancialmente por un dispositivo mezclador para
extrusoras que comprende las características expresadas en una o más
de las reivindicaciones adjuntas.
En particular, tales propósitos son conseguidos
por un dispositivo mezclador para extrusoras que comprende un cuerpo
sustancialmente cilíndrico para ser aplicado terminalmente con un
husillo de extrusión que tiene un vástago o cuerpo y un filete de
transporte arrollado helicoidalmente sobre el vástago; al menos un
filete de mezclado primario arrollado helicoidalmente al menos
parcialmente alrededor del cuerpo sustancialmente cilíndrico en una
dirección de arrollamiento predeterminada y que tiene un diámetro de
cresta predeterminado; al menos un filete de mezclado secundario
arrollado helicoidalmente al menos parcialmente alrededor del cuerpo
sustancialmente cilíndrico en la misma dirección que dicha dirección
de arrollamiento predeterminada y que tiene un diámetro de cresta
menor que el diámetro de cresta del filete de mezclado primario;
delimitando al menos dicho filete de mezclado primario al menos un
canal de flujo primario y al menos un canal de flujo secundario que
son sustancialmente paralelos; teniendo al menos dicho filete de
mezclado primario además al menos una garganta de comunicación en su
cresta entre el canal de flujo primario respectivo y el canal de
flujo secundario respectivo; caracterizado porque el cuerpo
cilíndrico tiene una primera parte y una segunda parte que son
consecutivas axialmente, siendo la dirección de arrollamiento de
dicho filete de mezclado primario y filete de mezclado secundario en
la primera parte opuesta a la dirección de arrollamiento del filete
de mezclado primario y filete de mezclado secundario en la segunda
parte.
Otras características y ventajas serán mejor
comprendidas a partir de la descripción detallada de una realización
preferida pero no exclusiva de un dispositivo mezclador para
extrusoras de acuerdo con el presente invento. Esta descripción será
explicada a continuación con referencia a los dibujos adjuntos,
dados a modo de ejemplo no limitativo, en los que:
La fig. 1 es una vista lateral en alzado
parcialmente en sección de una extrusora de husillo que comprende un
dispositivo mezclador de acuerdo con el presente invento;
La fig. 2 es una vista en sección transversal del
dispositivo de acuerdo con el presente invento, tomada a lo largo de
la línea II-II de la fig. 1;
La fig. 3 es una vista en sección transversal del
dispositivo de acuerdo con el presente invento, tomada a lo largo de
la línea III-III de la fig. 1;
La fig. 4 es una vista en sección transversal del
dispositivo del invento, tomada a lo largo de la línea
IV-IV de la fig. 1;
La fig. 5 es una vista en sección transversal del
dispositivo del invento, tomada a lo largo de la línea
V-V de la fig. 1; y
La fig. 6 es una vista en sección transversal del
dispositivo de acuerdo con el presente invento, tomada a lo largo de
la línea VI-VI de la fig. 1.
Con referencia en particular a los dibujos
anteriores, se ha identificado en general un dispositivo mezclador
para extrusoras de acuerdo con el presente invento mediante el
número de referencia 1.
El dispositivo 1 está montado coaxialmente en un
husillo de extrusión 2, preferiblemente en un extremo de salida 3
del mismo para la salida del material. El husillo 2 está instalado
en un cuerpo tubular de tipo conocido ilustrado sólo parcialmente en
la fig. 1 y es puesto en rotación por medios de accionamiento
apropiados, no mostrados. El husillo 2, el cuerpo tubular 4 y los
medios de accionamiento definen todos juntos un aparato de extrusión
o extrusora 5.
La extrusora 5 tiene una abertura de entrada 6,
formada en una pared lateral 7 del cuerpo tubular 4 y mostrada
diagramáticamente en la fig. 1, y una abertura de salida 8 formada
en una base 9 del cuerpo tubular 4, en el extremo de salida 3 del
tornillo 2. El cuerpo tubular 4 está además provisto de elementos de
calentamiento apropiados, no mostrados, definidos preferiblemente
por una o más resistencias embebidas en el espesor del propio cuerpo
4.
El husillo 2 se extiende entre la entrada 6 y la
salida 8 y tiene la función de mover el material admitido hacia la
salida mientras lo somete a un aumento de temperatura y presión.
El husillo 2 comprende un vástago o cuerpo 10, y
un filete de transporte 11 arrollado helicoidalmente sobre el
vástago 10 en una dirección R predeterminada. El diámetro exterior
"d_{1}" del filete de transporte 11 es sustancialmente el
mismo que el diámetro interior del cuerpo tubular 4, aparte de
posibles holguras requeridas para la rotación libre del husillo 2 en
el propio cilindro 4.
Como se ha mostrado claramente en la fig. 1, el
filete de transporte 11, el cuerpo 10 y la superficie interior 12 de
la pared 7 del cuerpo tubular 4 delimitan un trayecto helicoidal 13
fijo para el material plástico.
Además, el vástago 10 tiene un diámetro creciente
desde la abertura de entrada 6 a la abertura de salida 8 para
reducir progresivamente la sección de paso del trayecto helicoidal
13 fijo y forzar al material plástico a mezclarse.
Más detalladamente, el dispositivo mezclador 1
comprende un cuerpo sustancialmente cilíndrico 14 coaxial con el
husillo 2 y en aplicación, preferiblemente en una posición de
extremo junto a la salida 3, con el propio husillo 2.
En la realización preferida ilustrada aquí, el
dispositivo 1 forma un elemento de construcción de una pieza con el
husillo 2, pero en realizaciones alternativas no mostradas podría
hacerse como una parte separada para ser montada subsiguientemente
en el husillo 2 de una manera móvil o inmóvil.
El dispositivo 1 tiene al menos un filete de
mezclado primario 15 y al menos un filete de mezclado secundario 16
arrollados helicoidalmente alrededor del cuerpo cilíndrico 14 en una
dirección de arrollamiento predeterminada V. Los filetes de mezclado
15, 16 se extienden desde un extremo de entrada 14a del cuerpo
cilíndrico 14 mirando al husillo de extrusión 2 a un extremo de
salida 14b del propio cuerpo cilíndrico 14, mirando a la abertura de
salida 8 del cuerpo tubular 4. Además, los dos filetes 15, 16 se
extienden sustancialmente en paralelo y delimitan al menos un canal
de flujo primario 17 y al menos un canal de flujo secundario 18
entre ellos, siendo dichos canales sustancialmente paralelos y
estando arrollados helicoidalmente alrededor del cuerpo cilíndrico
14 en la dirección predeterminada V.
Preferiblemente, el dispositivo comprende una
pluralidad de filetes de mezclado primarios 15 y una pluralidad de
filetes de mezclado secundarios 16 dispuestos en una secuencia
alterna a lo largo de la extensión circunferencial del cuerpo
cilíndrico 14.
La realización preferida ilustrada en las figuras
adjuntas comprende en particular un dispositivo 1 provisto de tres
filetes de mezclado primarios 15a, 15b, 15c y tres filetes de
mezclado secundarios 16a, 16b, 16c que forman tres canales de flujo
primarios 17a, 17b, 17c y tres canales de flujo secundarios 18a,
18b, 18c.
Los filetes de mezclado 14, 15 tienen un paso
diferente que el paso del filete de transporte 11 del husillo 2,
ventajosamente un paso mayor que el paso del husillo 2 y están
arrolladas sólo parcialmente alrededor del cuerpo cilíndrico 14.
Ventajosamente, cada uno de los filetes de
mezclado primarios 15 tienen una cresta 19 de un diámetro máximo
constante "d_{2}" igual al diámetro de la cresta
"d_{1}" del husillo de extrusión 2. De este modo, como se ha
mostrado en las figs. 2, 3, 4, 5 y 6, el filete primario 15 se
desplaza sustancialmente en contacto con la superficie interior 12
del cuerpo tubular 4, para impedir el paso de material plástico a lo
largo de toda la extensión de la cresta 19 del filete primario.
Además, una o más gargantas 20 están formadas en la cresta 19 de
cada filete de mezclado primario 15 para poner el canal de flujo
primario 17 respectivo y el canal de flujo secundario 18 respectivo
en comunicación entre sí y proporcionar al material plástico un
trayecto de paso fijo entre los dos canales 17, 18. Gargantas 20 se
extienden transversalmente a la cresta 19 respectiva,
preferiblemente en una dirección perpendicular a la extensión de la
propia cresta 19.
Las gargantas 20 tienen además una superficie
inferior 21, vista en una sección transversal al eje longitudinal X
del husillo 2 (figs. 3 y 6) y conformado en forma de un perfil
arqueado con una profundidad "h_{1}" de menor magnitud que la
profundidad de los canales de flujo 17, 18, e incluida, justo como
una indicación, entre el 20% y el 90% de la profundidad del
canal.
Cada uno de los filetes de mezclado secundarios
16 tiene un diámetro máximo "d_{3}" de cresta 22 menor que el
diámetro de cresta "d_{1}" del filete 11 del husillo de
extrusión 2, para dejar una puerta de paso 12 entre el filete
secundario 16 y la superficie interior 12 del cuerpo tubular 4
(figs. 2-5). La altura "h_{2}" de la puerta
de paso 23 está incluida preferiblemente entre 0,5 mm y 5 mm, en el
orden de aproximadamente 1,5 mm por ejemplo, para un diámetro de
cresta "d_{1}" de 80 mm.
Los canales primario y secundario, 17 y 18
delimitados por los filetes de mezclado 15, 16 vistos en sección
transversal tienen un perfil arqueado cuya concavidad mira hacia
fuera del eje longitudinal X del husillo 2.
Ventajosamente, cada uno de los canales de flujo
primario 17 tiene un diámetro inferior "d_{4}" que aumenta
desde el extremo de entrada 14a al extremo de salida 14b del cuerpo
cilíndrico 14. La profundidad "h_{3}" de los canales de flujo
primario 17, medida con respecto al diámetro "d_{2}" de
cresta 19 de los filetes de mezclado primarios 15 disminuye hacia la
salida 8 del cuerpo tubular 4.
Además, cada uno de los canales primarios 17 es
puesto aguas debajo del filete de mezclado primario respectivo 15
con respecto a una dirección de rotación predeterminada asignada al
cuerpo cilíndrico 14, que es de la misma dirección que la dirección
de rotación "\omega" (fig. 1) del husillo 2 y es opuesta a la
dirección de arrollamiento R del filete 11.
Cada uno de los canales de flujo secundarios 18
tienen un diámetro inferior decreciente "d_{5}" desde el
extremo de entrada 14a al extremo de salida 14b del cuerpo
sustancialmente cilíndrico 14. Por ello, la profundidad
"h_{4}" de los canales de flujo secundarios 18 aumenta hacia
la salida 8 del cuerpo tubular 4.
Además, cada uno de los canales secundarios 18 es
puesto aguas arriba del filete de mezclado 15 primario respectivo,
con respecto a una dirección de rotación asignada al cuerpo
cilíndrico 14.
El valor máximo de las profundidades
"h_{3}" y "h_{4}" tanto de los canales primarios 17
como de los canales secundarios 18 está incluido preferiblemente
entre 1/5 y 1/20, y más preferiblemente es de aproximadamente 1/10,
del diámetro exterior "d_{1}" del husillo de extrusión. El
valor mínimo de las profundidades "h_{3}" y "h_{4}" de
los canales primarios 17 y canales secundarios 18 está incluido a su
vez entre 1/3 y 2/3, y preferiblemente es de aproximadamente 1/2, de
dicho valor máximo.
La dirección de arrollamiento V_{1}, V_{2},
V_{3} de los filetes de mezclado primarios y secundarios, 15 y 16,
y consiguientemente de los canales primarios 17 y secundarios 18
también, puede estar en la misma dirección o en la dirección opuesta
con respecto a la dirección de arrollamiento R del filete de
transporte 11 en el husillo de extrusión 2.
Preferible y ventajosamente, el cuerpo cilíndrico
14 tiene unas primera 24, segunda 25 y tercera 26 partes dispuestas
consecutivamente en sucesión a lo largo del eje longitudinal X del
husillo 2 que coincide con el eje de rotación del cuerpo cilíndrico
14. La dirección de arrollamiento V_{2} de los filetes 15, 16 en
los tramos dispuestos en la segunda parte 25 es opuesta a las
direcciones de arrollamiento V_{1}, V_{3} de los tramos de los
filetes 15, 16 en la primera y tercera partes 24, 26. Además, en el
tramo del filete primario 15 asociado con cada una de las partes 24,
25, 26, hay previstas al menos dos, y preferiblemente tres,
gargantas de paso 20 y están separadas a la misma distancia una de
otra.
En más detalle, la primera parte 24 está situada
en el extremo de entrada 14a del cuerpo cilíndrico 14 y tiene una
dirección de arrollamiento V_{1} de sus filetes de mezclado 15, 16
opuesta a la dirección de arrollamiento R del filete de transporte
11 del husillo de extrusión 2. En la realización mostrada, el filete
de transporte 11 está arrollado en el sentido de las agujas del
reloj desde la entrada 6 a la salida 8 de la extrusora 5 mientras
los filetes de mezclado 15, 16 de la primera parte 24 están
arrollados en sentido contrario a las agujas del reloj.
La dirección de arrollamiento V_{2} de los
filetes 15, 16 de la segunda parte 25 dispuesta en relación lado por
lado axial con la primera parte 24, está en la misma dirección que
la dirección de arrollamiento R del filete de transporte 11 y
opuesta a la dirección de arrollamiento V_{1} de los filetes 15,
16 de la primera parte 24.
Finalmente, los filetes de mezclado 15, 16 de la
tercera parte 26 se extienden en una dirección de arrollamiento
V_{3} opuesta a la dirección de arrollamiento R del filete de
transporte 11 y por ello igual a la dirección de arrollamiento
V_{1} de la primera parte 24.
Como se ha mostrado en las figuras adjuntas, cada
parte 24, 25, 26 tiene una longitud axial "l" sustancialmente
igual al diámetro exterior "d_{1}" del filete de transporte
11, e incluido en todos los casos preferiblemente entre 0,5 y 1,5
veces el diámetro de la cresta "d_{3}" de los filetes
primarios 15.
Preferiblemente los filetes de mezclado 15, 16
están arrollados solo parcialmente alrededor del cuerpo cilíndrico
14. En particular, cada uno de los filetes primarios 15 y
secundarios 16 está arrollado en la parte respectiva 24, 25, 26 de
acuerdo a un arco que, alrededor del eje de rotación del cuerpo
cilíndrico 14, subtiende un ángulo incluido entre 45º y 180º,
preferiblemente a 60º. Los canales primario 17 y secundario 18
también están arrollados siguiendo la misma abertura angular. De
hecho, teniendo en consideración el canal primario 17c
correspondiente, como se ha mostrado en la fig. 2, a la sección
transversal de entrada de la primera parte 24 del cuerpo cilíndrico
14, y, como se ha mostrado en la fig. 4, a la sección transversal de
salida de la primera parte 24, es posible ver que el canal está
arrollado en sentido contrario a las agujas del reloj en un ángulo
igual a aproximadamente 60º.
Además, cada uno de los filetes primario 15 y
secundario 16 está inclinado a un plano ortogonal al eje de rotación
X del cuerpo cilíndrico 14 en un ángulo \omega (fig. 1) incluido
entre 30º y 80º, preferiblemente de 60º.
Ventajosamente, cada tramo del filete de mezclado
primario 15 que pertenece a la segunda parte 25 está unido
terminalmente, en cada uno de sus extremos opuestos, a un tramo
respectivo de uno de los segundos filetes de mezclado secundarios 16
que pertenece a la primera parte 24 y/o a la tercera parte 26.
Sucesivamente, cada tramo del filete de mezclado secundario 16
dispuesto en la parte secundaria 25 está unido terminalmente, en
cada unos de sus extremos opuestos, a un tramo respectivo de uno de
los filetes de mezclado primarios 15 que pertenece a la primera
parte 24 y/o la tercera parte 26.
Además, aparece que el tramo de cada canal de
flujo primario 17 dispuesto en la segunda parte 25 une terminalmente
un tramo respectivo del canal de flujo secundario 18 asociado con la
primera parte 24 y la segunda parte 25. Los canales de flujo
secundario 18 en la segunda parte 25 unen a su vez los canales de
flujo primario respectivos 17 dispuestos en la primera parte 24 y la
tercera parte 26.
Con referencia a la fig. 4 que representa la
sección transversal de salida de la primera parte 24 y a la fig. 5
que representa la sección transversal de entrada de la segunda parte
25 junto a la sección transversal de salida de la primera parte 24,
es posible ver que las crestas de los filetes primario 15 y
secundario 16 tienen posiciones invertidas entre sí.
En la sección de transición desde cada parte 24,
25, 26 a la parte subsiguiente, cada filete tiene un escalón debido
a la altura diferente de los filetes primarios 15 con relación a los
filetes secundarios 16.
La parte inferior de cada canal de flujo primario
17 de la segunda parte 25 está por el contrario preferiblemente
conectada a la parte inferior del canal de flujo secundario 18
respectivo de las primera y tercera partes 24, 26 y la parte
inferior de cada canal de flujo secundario 18 de la segunda parte 25
está a su vez conectada con la parte inferior del canal de flujo
primario 17 respectivo de las primera y tercera partes 24, 26. En
otras palabras, los diámetros inferiores de cada par de canales
mutuamente enfrentados, en la sección de paso desde una parte a la
parte subsiguiente, son del mismo valor.
Además, como se ha mostrado en los dibujos
adjuntos, la primera y tercera partes 24, 26 están previstas
preferiblemente para ser de estructura idéntica.
El dispositivo mostrado tiene por ello seis
trayectos principales que se extienden a lo largo del eje X desde el
extremo de entrada 14a al extremo de salida 14b del cuerpo
cilíndrico 14. Cada uno de estos trayectos está formado por un tramo
de canal primario y dos tramos de canal secundario o por dos tramos
de canal primario y un tramo de canal secundario. En la fig. 1 dos
de tales trayectos P_{1}, P_{2} son parcialmente visibles. El
primer trayecto P_{1} está formado por un tramo de canal primario
que pertenece a la primera parte 24, un tramo de canal secundario
que pertenece a la segunda parte 25 y un tramo de canal primario que
pertenece a la tercera parte 26. El segundo trayecto P_{2} está
formado por un tramo de canal secundario que pertenece a la primera
parte 24, un tramo de canal primario que pertenece a la segunda
parte 25 y un tramo de canal secundario que pertenece a la tercera
parte 26.
Con referencia a la realización preferida aquí
ilustrada, durante el funcionamiento el material plástico tiene
forma de fluido aunque no convenientemente homogéneo que llega del
trayecto helicoidal fijo 13 del husillo 2 entra en los canales
primario 17 y secundario 18 de la primera parte 24, en el extremo de
entrada 14a del cuerpo cilíndrico 14. La dirección del componente de
movimiento principal de la masa de fluido que entra en canales 17,
18 es igual a la dirección de arrollamiento R del filete 11 del
husillo 2 de extrusión. El curso de los canales primario y
secundario, 17 y 18, que se extiende en la primera parte 24 en la
dirección de arrollamiento V_{1} opuesta a la dirección de
arrollamiento R del filete de transporte 11 del husillo de extrusión
2, tiene una tendencia a restringir el movimiento de la masa de
material plástico.
Parte del material plástico entra en los canales
primarios 17 que inicialmente tienen una profundidad mayor, cuya
profundidad sin embargo disminuirá subsiguientemente y, debido a la
reducción progresiva en la sección de paso a lo largo de la
extensión del canal, el material es forzado a exudar o fugarse por
encima de las crestas 22 de los filetes secundarios 16 dispuestos
aguas abajo del canal primario 17 con respecto a la dirección de
rotación \omega del husillo 2, así como a través de las gargantas
de comunicación 20, situadas en las crestas 19 de los filetes
primarios 15 situados aguas arriba del canal 17 con respecto a la
dirección de rotación \omega del husillo 2. La sección de paso
reducida ofrecida por las gargantas 20 causa un incremento en la
velocidad de masa capaz de generar una turbulencia importante en el
canal secundario 18 al que se abren dichas gargantas 20.
La masa que sale de los canales primarios 17
fluye a los canales secundarios 18 circunferencialmente adyacentes a
los canales primarios 17 y cuya sección transversal aumenta hacia la
segunda parte 25 del cuerpo cilíndrico 14. Cada canal secundario 18
recibe material procedente de la cresta 22 del filete secundario
adyacente 16 en una pluralidad de direcciones y velocidades, dando
origen a un importante efecto de mezclado con la masa que está ya
fluyendo en el propio canal secundario 18.
En particular, las gargantas 20 de los filetes
primarios 15 causan fundamentalmente un efecto de mezclado
turbulento mientras que las crestas 22 de los filetes secundarios 16
provocan principalmente un efecto de corte, pretendido como
estiramiento y separación de las estructuras poliméricas que
componen cada resina admitida a la extrusora.
La masa de plástico, al alcanzar la segunda parte
25, tiende a aumentar su velocidad como un todo, ya que los canales
17, 18 a los que la masa es introducida están en la misma dirección
que la dirección de arrollamiento R del filete 11 del husillo
12.
Además, cada trayecto P_{1}, P_{2} en la
segunda parte 25 causa adicionalmente un efecto en la masa de
plástico que en opuesto al producido en la primera parte 24 debido a
que los canales secundarios 18 continúan su extensión como los
canales primarios 17 y viceversa.
Los movimientos de la masa de plástico son
similares a los descritos anteriormente con relación a la primera
parte pero están caracterizados por velocidades mayores. Para
compensar los componentes de movimientos diferentes, está previsto
preferiblemente que en la segunda parte 25 cada garganta de
comunicación 20 debe extenderse en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje de rotación del cuerpo 14 sustancialmente
cilíndrico, en vez de extenderse en una dirección perpendicular al
filete primario 15, como en la primera y tercera partes 24, 26.
Finalmente en la tercera y última parte 26 hay de
nuevo un cambio en el carácter operativo de los canales 17, 18 y una
nueva tendencia de los movimientos de masa a decelerar hacia la
salida, ya que la orientación del canal es opuesta a la dirección de
arrollamiento R del filete 11 en el husillo 2, como ha sucedido para
la primera parte 24.
En conclusión, el material plástico fluido que
circula a través del dispositivo de mezclado 1 es desplazado desde
un trayecto P_{1}, P_{2} al otro durante su movimiento hacia la
abertura de salida 8 de la extrusora 5. Los flujos de material que
forman la masa se cruzan mutuamente y están sometidos a aumentos y
disminuciones de velocidad así como a variaciones en la dirección de
desplazamiento de tal naturaleza que el material es sometido a
operaciones de corte, mezclado y laminado.
El presente invento consigue los propósitos
pretendidos.
Los expedientes innovadores propuestos por el
invento dan origen a importantes perfeccionamientos en términos de
homogeneidad del material que sale de la extrusora.
De hecho, el dispositivo de acuerdo con el
presente invento permite que la densidad del material sea hecha
uniforme y el mezclado de las resinas constituyentes sea optimizado,
mediante una reducción de las mallas de memoria de los polímeros que
forman la propia resina.
Además, el dispositivo de referencia permite que
el nivel de plastificado del material sea incrementado sin recurrir
a un excesivo incremento de temperatura que podría dar origen a un
deterioro físico/químico del material que se está trabajando.
Finalmente, la adopción del dispositivo de
referencia permite que el tiempo de residencia del material en la
extrusora sea reducido y consiguientemente la productividad sea
aumentada. Por ejemplo, si la extrusora es usada en combinación con
una prensa de inyección, el dispositivo del presente invento permite
la reducción del tiempo de inyección.
Claims (22)
1. Un dispositivo de mezclado para extrusoras que
comprende un cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico para ser
aplicado terminalmente con un husillo de extrusión (2) que tiene un
vástago o cuerpo (10) y un filete o rosca de transporte (11)
arrollado helicoidalmente sobre el vástago (10); al menos un filete
(15) de mezclado primario arrollado helicoidalmente al menos
parcialmente alrededor del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico en
una dirección de arrollamiento (V) predeterminada y que tiene un
diámetro de cresta (d_{2}) predeterminado; al menos un filete (16)
de mezclado secundario arrollado helicoidalmente al menos
parcialmente alrededor del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico en
la misma dirección que dicha dirección de arrollamiento (V)
predeterminada y que tiene un diámetro de cresta (d_{3}) menor que
el diámetro de cresta (d_{2}) del filete (15) de mezclado
primario; delimitando al menos dicho filete (15) de mezclado
primario al menos un canal (17) de flujo primario y al menos un
canal (18) de flujo secundario que son sustancialmente paralelos;
teniendo al menos dicho filete (15) de mezclado primario además al
menos una garganta (20) de comunicación en su cresta (19) entre el
canal (17) de flujo primario respectivo y el canal (18) de flujo
secundario respectivo; caracterizado porque el cuerpo (14)
cilíndrico tiene una primera parte (24) y una segunda parte (25) que
son consecutivas axialmente, siendo la dirección de arrollamiento
(V_{1}) de dicho filete (15) de mezclado primario y filete (16) de
mezclado secundario de la primera parte (24) opuesta a la dirección
de arrollamiento (V_{2}) del filete (15) de mezclado primario y
del filete (16) de mezclado secundario en la segunda parte (25).
2. Un dispositivo según la reivindicación 1ª, en
el que al menos dicho canal (17) de flujo primario tiene una
profundidad decreciente (h_{3}) desde un extremo de entrada (14a)
a un extremo de salida (14b) del cuerpo (14) sustancialmente
cilíndrico.
3. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicho
canal (17) de flujo primario está situado aguas abajo del filete de
mezclado (15) primario respectivo con respecto a una dirección de
rotación (\omega) predeterminada asignada al cuerpo cilíndrico
(14).
4. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicho
canal (18) de flujo secundario tiene una profundidad creciente (h)
desde un extremo de entrada (14a) hasta un extremo de salida (14b)
del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico.
5. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicho
canal (18) de flujo secundario está dispuesto aguas arriba del
filete de mezclado (15) primario respectivo con respecto a la
dirección de rotación (\omega) predeterminada asignada al cuerpo
cilíndrico (14).
6. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicha
garganta (20) de comunicación se extiende en una dirección
sustancialmente perpendicular a la extensión de la cresta del filete
de mezclado (15) primario.
7. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicha
garganta (20) de comunicación tiene una profundidad (h_{1}) de
menor magnitud que la profundidad (h_{3}, h_{4}) de los canales
de flujo primario y secundario (17, 18).
8. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, en el que el filete de
mezclado (15) primario tiene al menos dos gargantas (20) de
comunicación en su cresta (19).
9. Un dispositivo según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones precedentes, que comprende al menos
dos filetes de mezclado (15) primarios y al menos dos filetes de
mezclado (16) secundarios arrollados alrededor del cuerpo (14)
sustancialmente cilíndrico y dispuestas en una secuencia alterna a
lo largo de la extensión circunferencial de dicho cuerpo (14)
sustancialmente cilíndrico.
10. Un dispositivo según se ha reivindicado en
una o más de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de
los filetes de mezclado primario (15) y secundario (16) están
arrollados alrededor del cuerpo cilíndrico (14) según un arco que
subtiende un ángulo incluido entre 45º y 180º alrededor de un eje de
rotación (X) del cuerpo cilíndrico (14).
11. Un dispositivo según se ha reivindicado en
una o más de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de
los filetes primario (15) y secundario (16) está inclinado en un
plano ortogonal al eje de rotación (X) del cuerpo cilíndrico (14) en
un ángulo (\omega) incluido entre 30º y 80º.
12. Un dispositivo según la reivindicación 1ª, en
el que en dicha segunda parte (25) cada ranura (20) de comunicación
se extiende en una dirección sustancialmente perpendicular al eje de
rotación del cuerpo (14) sustancialmente cilíndrico.
13. Un dispositivo según la reivindicación 1ª, en
el que el cuerpo cilíndrico (14) tiene además una tercera parte (26)
axialmente consecutiva a la segunda parte (25), siendo la dirección
de arrollamiento (V_{3}) de dichos filete de mezclado (15)
primario y filete de mezclado (16) secundario en la tercera parte
(26) opuesta a la dirección de arrollamiento (V_{2}) del filete de
mezclado (15) primario y el filete de mezclado (16) secundario en la
segunda parte (25).
14. Un dispositivo según la reivindicación 1ª,
caracterizado porque cada filete de mezclado (15) primario en
la segunda parte (25) está unido terminalmente al filete de mezclado
(16) secundario respectivo en la primera parte (24).
15. Un dispositivo según la reivindicación 13ª,
caracterizado porque cada filete de mezclado (15) primario en
la segunda parte (25) está unido terminalmente al filete de mezclado
(16) secundario respectivo en la primera parte (24) y a un filete de
mezclado (16) secundario respectivo en la tercera parte (26).
16. Un dispositivo según la reivindicación 1ª, en
el que cada canal (17) de flujo primario en la segunda parte (25) se
une terminalmente un canal (18) de flujo secundario respectivo en la
primera parte (24).
17. Un dispositivo según las reivindicaciones 1ª
o 13ª, en el que cada parte (24, 25, 26) del cuerpo cilíndrico (14)
tiene una longitud axial (l) incluida entre 0,5 y 1,5 veces el
diámetro de la cresta (d_{2}) del filete de mezclado (15)
primario.
18. Un dispositivo según se ha reivindicado en
una o más de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos
dicho canal (17) de flujo primario y al menos dicho canal (18) de
flujo secundario muestran, vistos en sección transversal, una forma
de perfil en arco.
19. Un husillo de extrusión que comprende un
vástago o cuerpo (10) y un filete de transporte (11) arrollado
helicoidalmente en el vástago (10), en el que comprende un
dispositivo de mezclado (1) como se ha reivindicado en una o más de
las reivindicaciones precedentes.
20. Un husillo de extrusión según se ha
reivindicado en la reivindicación 19ª, en el que cada filete de
mezclado (15) primario del dispositivo de mezclado (1) tiene un
diámetro de cresta (d_{2}) igual al diámetro de cresta (d_{1})
del filete de transporte (11).
21. Un husillo de extrusión según la
reivindicación 19ª, en el que la dirección de arrollamiento (V) de
al menos dicho filete de mezclado (15) primario y al menos dicho
filete de mezclado (16) secundario es opuesta a la dirección de
arrollamiento (R) del filete de transporte (11).
22. Una extrusora que comprende: un cuerpo
tubular (4) que tiene una abertura de entrada (6) y una abertura de
salida (8); un husillo de extrusión (2) montado giratoriamente
dentro del cuerpo tubular (4); medios de accionamiento para ajustar
el husillo en rotación (2); caracterizado porque comprende
además un dispositivo mezclador (1) según se ha reivindicado en una
o más de las reivindicaciones 1ª a 18ª.
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