ES3064571T3

ES3064571T3 - A single-screw extruder and a method for extrusion

Info

Publication number: ES3064571T3
Application number: ES20701834T
Authority: ES
Inventors: Hannu Minkkinen; Juha Mannila
Original assignee: VTT Technical Research Centre of Finland Ltd
Current assignee: VTT Technical Research Centre of Finland Ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2026-04-27
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: US20220097014A1; WO2020144407A1; EP3908442A1; EP3908442B1; FI128422B; US12115508B2; JP7457715B2; FI20195016A1; JP2022517003A; EP3908442C0

Abstract

Una extrusora de un solo husillo (100) y un método. La extrusora comprende un rotor cilíndrico, dispuesto en un cilindro (2), y un sistema de accionamiento (4) para la rotación del rotor (1) dentro del cilindro (2). La extrusora también comprende una salida (16) provista de una boquilla (23), que comprende un anillo exterior (24) dispuesto en el cilindro (2), una parte interior de la boquilla (25), la boquilla (23) que establece un canal de flujo (26) que es continuamente circular en todas sus secciones transversales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Extrusora de un solo husillo y procedimiento para extrusión

[0003] ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

[0004] La invención se refiere a una extrusora de un solo husillo, que comprende un elemento de rotor cilíndrico con un diámetro y una longitud y que comprende una zona de alimentación, estando el elemento de rotor dispuesto en un cilindro.

[0005] La invención se refiere, además, a un procedimiento para extrusión.

[0006] La demanda para el procesamiento de materiales reciclados está creciendo de manera continua. Este tipo de materiales son, en su densidad, estado físico, tamaño y forma de partícula, etc., materiales extremadamente heterogéneos. Un problema que surge con estos materiales es que los materiales heterogéneos son extremadamente difíciles de procesar en extrusoras y dispositivos de mezclado comúnmente conocidos. La Patente WO 2018/037164 A1 da a conocer una extrusora de un solo husillo según el estado de la técnica.BREVE DESCRIPCIÓN

[0007] Visto desde un primer aspecto, se puede dar a conocer una extrusora de un solo husillo, que comprende: - un elemento de rotor cilíndrico con un diámetro y una longitud y que comprende una zona de alimentación, - el elemento de rotor dispuesto en un cilindro,

[0008] - la superficie cilíndrica del elemento de rotor que está dotada de una o varias cavidades y/o uno o varios salientes dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

[0009] - teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor un paso y una profundidad en la zona de alimentación del elemento de rotor, y comprendiendo, además, la extrusora, - un sistema de accionamiento para la rotación del elemento de rotor (1) en el cilindro, en el que

[0010] - la relación de la profundidad con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

[0011] - la relación del paso del elemento de rotor con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4, en la que una salida de la extrusora está dotada de una boquilla, que comprende:

[0012] - un anillo exterior dispuesto en el cilindro,

[0013] - una parte interior de la boquilla dispuesta en el elemento de rotor cilíndrico y que gira con este,

[0014] - estableciendo la boquilla un canal de flujo que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales,

[0015] y en la que el anillo exterior está dotado, como mínimo, de una abertura radial como orificio de salida de material, y de un medio de bloqueo para bloquear el extremo del canal de flujo después de la abertura radial que está dispuesto en la boquilla.

[0016] De este modo, se puede conseguir una extrusora para procesar materiales heterogéneos.

[0017] Visto desde un segundo aspecto, se puede dar a conocer una extrusora de un solo husillo, que comprende: - un elemento de rotor cilíndrico que tiene diámetro y longitud y que comprende una zona de alimentación, - el elemento de rotor dispuesto en un cilindro,

[0018] - la superficie cilíndrica del elemento de rotor que está dotada de una o varias cavidades y/o uno o varios salientes dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

[0019] - teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor un paso y una profundidad en la zona de alimentación del elemento de rotor, y comprendiendo, además, la extrusora, - un sistema de accionamiento para la rotación del elemento de rotor en el cilindro, en el que

[0020] - la relación de la profundidad con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

[0021] - la relación del paso del elemento de rotor con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4, en la que

[0022] - el elemento de rotor comprende un canal cilíndrico, cuyo diámetro es como mínimo el 75 %, preferentemente entre el 80 y el 85 %, del diámetro del elemento de rotor, que

[0023] - una salida de la extrusora está dotada de una boquilla, comprendiendo la boquilla un anillo exterior y una parte interior de la boquilla que crean un canal de flujo que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales,

[0024] - el anillo exterior está unido al cilindro, y que

[0025] - la parte interior de la boquilla está soportada en una estructura de soporte que está dispuesta en el interior de dicho canal cilíndrico,

[0026] - estando el elemento de rotor dispuesto de manera rotatoria con respecto a la parte interior de la boquilla, y en la que

[0027] el anillo exterior está dotado como mínimo de una abertura radial como orificio de salida de material, y un medio de bloqueo para bloquear el extremo del canal de flujo después de la abertura radial, que está dispuesto en la boquilla.

[0028] De este modo, se puede conseguir una extrusora para convertir flujos de material heterogéneo en materia prima para su posterior procesamiento.

[0029] Visto desde un tercer aspecto, se puede dar a conocer un procedimiento para extrusión, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

[0030] A) alimentar el material en una extrusora de un solo husillo, comprendiendo la extrusora:

[0031] - un elemento de rotor cilíndrico con un diámetro y una longitud y que comprende una zona de alimentación,

[0032] - el elemento de rotor dispuesto en un cilindro,

[0033] - la superficie cilíndrica del elemento de rotor que está dotada de una o varias cavidades y/o uno o varios salientes dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

[0034] - teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor un paso y una profundidad en la zona de alimentación del elemento de rotor, y comprendiendo, además, la extrusora: - un sistema de accionamiento para la rotación del elemento de rotor en el cilindro, en el que

[0035] - la relación de la profundidad con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

[0036] - la relación del paso del elemento de rotor con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4,

[0037] B) calentar el material en dicha extrusora de un solo husillo hasta un estado fluido, y

[0038] C) alimentar el material en la salida de la extrusora, estando la salida dotada de una boquilla, que comprende:

[0039] - un anillo exterior dispuesto en el cilindro,

[0040] - una parte interior de la boquilla dispuesta en el elemento de rotor cilíndrico y que gira con este, - estableciendo la boquilla un canal de flujo que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, y

[0041] D) permitir que el material salga entre el anillo exterior y la parte interior de la boquilla giratoria, y el anillo exterior está dotado como mínimo de una abertura radial como orificio de salida de material, y un medio de bloqueo para bloquear el extremo del canal de flujo después de la abertura radial, que está dispuesto en la boquilla.

[0042] De este modo, se puede conseguir un procedimiento para convertir flujos de material heterogéneo en materia prima para su posterior procesamiento.

[0043] Visto desde un cuarto aspecto, se puede dar a conocer un procedimiento para extrusión, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

[0044] A) alimentar el material en una extrusora de un solo husillo, comprendiendo la extrusora:

[0045] - un elemento de rotor cilíndrico con un diámetro y una longitud y que comprende una zona de alimentación,

[0046] - el elemento de rotor dispuesto en un cilindro,

[0047] - la superficie cilíndrica del elemento de rotor que está dotada de una o varias cavidades y/o uno o varios salientes dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

[0048] - teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor un paso y una profundidad en la zona de alimentación del elemento de rotor, y comprendiendo, además, la extrusora: - un sistema de accionamiento para la rotación del elemento de rotor en el cilindro, en el que

[0049] - la relación de la profundidad con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

[0050] - la relación del paso del elemento de rotor con respecto al diámetro del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4,

[0051] B) calentar el material en dicha extrusora de un solo husillo hasta un estado fluido, y

[0052] C) alimentar el material en la salida de la extrusora, estando la salida dotada de una boquilla, que comprende un anillo exterior y una parte interior de la boquilla que crean un canal de flujo que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, en la que

[0053] - el anillo exterior está dispuesto en el cilindro, y

[0054] - la parte interior de la boquilla está soportada en una estructura de soporte que está dispuesta en el interior de dicho canal cilíndrico,

[0055] - estando el elemento de rotor dispuesto rotatorio con respecto a la parte interior de la boquilla, y D) permitir que el material salga entre el anillo exterior y la parte interior de la boquilla no giratoria, y el anillo exterior está dotado como mínimo de una abertura radial como orificio de salida de material, y un medio de bloqueo para bloquear el extremo del canal de flujo después de la abertura radial, que está dispuesto en la boquilla.

[0056] De este modo, se puede conseguir un procedimiento para convertir flujos de material heterogéneo en materia prima para su posterior procesamiento.

[0057] Las disposiciones y los procedimientos están caracterizados por lo que se expone en las reivindicaciones independientes. Algunas otras realizaciones están caracterizadas por lo que se expone en las otras reivindicaciones. También se dan a conocer realizaciones de la invención en la descripción y los dibujos de esta solicitud de patente. El contenido inventivo de la solicitud de patente también puede estar definido de otros modos distintos de los definidos en las reivindicaciones siguientes. El contenido inventivo también puede estar formado por varias invenciones separadas, especialmente si la invención se examina a la luz de subtareas expresadas o implícitas, o en vista de los beneficios o grupos de beneficios obtenidos. Por lo tanto, algunas de las definiciones contenidas en las reivindicaciones siguientes pueden ser innecesarias en vista de las ideas inventivas separadas. Las características de las diferentes realizaciones de la invención pueden, dentro del alcance de la idea inventiva básica, ser aplicadas a otras realizaciones.

[0058] BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0059] Algunas realizaciones que muestran la presente invención se describen con más detalle en los dibujos adjuntos, en los que:

[0060] la figura 1a es una vista lateral esquemática de una extrusora, en sección transversal parcial,

[0061] la figura 1b es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial,

[0062] la figura 1c es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial,

[0063] la figura 1d es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial,

[0064] la figura 2 es una vista esquemática de una parte de un cilindro de extrusora,

[0065] la figura 3a es una vista lateral de otra extrusora, en sección transversal parcial,

[0066] la figura 3b es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 3a, en sección transversal parcial,

[0067] la figura 4 es una vista lateral de una boquilla de extrusora en sección transversal parcial, y

[0068] la figura 5 es una vista lateral de otra boquilla de extrusora, en sección transversal parcial.

[0069] En las figuras, algunas realizaciones se muestran simplificadas por motivos de claridad. Las piezas similares están marcadas con los mismos números de referencia en las figuras.

[0070] DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0071] La figura 1a es una vista lateral esquemática de una extrusora de husillo, en sección transversal parcial, la figura 1b es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial, la figura 1c es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial, y la figura 1d es una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 1a, en sección transversal parcial.

[0072] El término “extrusora de husillo” o “extrusora” significa, en el presente documento, no solo extrusoras para extrusión de plástico, sino también extrusoras de mezclado y extrusoras para otros materiales que puedan estar en forma fluida, como mínimo parcialmente, o que puedan ser convertidos, como mínimo parcialmente, en forma fluida, tales como materiales reciclados originados, por ejemplo, a partir de actividades industriales o domésticas.

[0073] Según un aspecto, la extrusora 100 se puede utilizar para convertir desechos o materiales reciclados, en materia prima, para su utilización en procesos posteriores. Un aspecto de la invención es que la materia prima puede ser utilizada o almacenada de manera esencialmente más fácil y/o en un estado físico más compacto y/o de manera más limpia, etc., que el material alimentado en la extrusora. El proceso posterior puede ser otro proceso de extrusión, proceso de moldeo, etc.

[0074] Según otro aspecto, la extrusora 100 se puede utilizar para un proceso de mezclado, por ejemplo, en la fabricación de composiciones de fibra polimérica.

[0075] La extrusora 100 es una extrusora de un solo husillo que comprende un elemento de rotor cilíndrico 1, un cilindro 2, una abertura de alimentación 3 y un sistema de accionamiento 4 para la rotación del elemento de rotor 1 en el cilindro 2.

[0076] El elemento de rotor 1 tiene un diámetro D y una longitud L. En una realización, la relación de la longitud con respecto al diámetro, es decir, L:D, está en el intervalo entre 2:1 y 4:1.

[0077] La superficie exterior cilíndrica del elemento de rotor 1 comprende salientes 5 que realizan un roscado del husillo que comprende, como mínimo, un filete del husillo 6 y, como mínimo, un canal del husillo 7 entre la como mínimo un filete del husillo 6.

[0078] El roscado de husillo constituye una estructura que transfiere el material a procesar en el cilindro desde la abertura de alimentación 3 hacia la salida 9 mientras el elemento de rotor 1 está girando en el cilindro 2. En una realización, el perfil del roscado del husillo es invariable. En otra realización, el perfil del roscado del husillo es variable, de tal manera que el volumen del canal del husillo disminuye hacia la salida 16 de la extrusora. En una realización, la profundidad d de la una o varias cavidades y del uno o varios salientes dispuestos en la superficie del rotor, está configurada para disminuir después de la zona de alimentación (10). La disminución del volumen del canal del husillo provoca una relación de compresión que está comprendida habitualmente entre 1:2 y 1:4. El perfil puede cambiar de etapa en etapa, o puede comprender como mínimo una sección en la que el perfil cambia rápidamente de un perfil a otro perfil.

[0079] El filete del husillo 6 tiene un paso P y el canal del husillo 7 tiene una profundidad d en la zona de alimentación 14 del elemento de rotor 1. La “zona de alimentación” significa la parte del elemento de rotor 1 que está directamente debajo de la abertura de alimentación 3 y, de una a cinco vueltas del filete 6 que sigue a la abertura de alimentación.

[0080] Según un aspecto, la relación de la profundidad d con respecto al diámetro D, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y la relación del paso P con respecto al diámetro D, es decir, P:D, no es mayor de 1:4. Una ventaja es que el volumen del canal del husillo 7 es muy bajo en comparación con el diámetro D del husillo. Por lo tanto, es posible dotar a la extrusora 100 de una abertura de alimentación 3 muy grande en comparación con el volumen del canal del husillo 7. A raíz de esto, materiales de baja densidad y/o heterogéneos, tales como materiales que comprenden fibras, desechos/plástico reciclado, pueden ser alimentados en la extrusora 100 en cantidades suficientes para llenar de manera óptima el canal del husillo 7. Otra ventaja es que el bajo volumen en comparación con el diámetro D del husillo disminuye la necesidad de potencia de la extrusora. En una realización, d:D está en el intervalo comprendido entre 1:300 y 1:20 (en la zona de alimentación 14 del elemento de rotor 1). Una ventaja es que la temperatura del material a procesar en el canal del husillo 7 se puede controlar de manera muy precisa debido a la gran área superficial del canal del husillo en comparación con el volumen del material y, por lo tanto, por ejemplo, materiales o procesos altamente sensibles a la temperatura pueden ser procesados por la extrusora.

[0081] En una realización, P:D está en el intervalo comprendido entre 1:60 y 1:4. Una ventaja es que el material a procesar puede ser transferido hacia la salida 7 con un bajo consumo de energía.

[0082] En una realización, el elemento de rotor 1 cumple la ecuación:

[0083] CL • d RD • 0,01,

[0084] en la que

[0085] CL = CL = longitud del canal, medida en la dirección de la longitud (L) del elemento de rotor 1,

[0086] d = profundidad del canal, medida en la dirección radial del elemento de rotor 1, y

[0087] RD = área de la sección transversal del elemento de rotor, incluyendo también el área de la sección transversal del canal 8.

[0088] Una ventaja es que el volumen del canal del husillo 7 es muy bajo en comparación con el diámetro D del husillo y, por lo tanto, se llena fácilmente con el material a procesar debido a una gran abertura de alimentación 3. Por ejemplo, el diámetro del elemento de rotor 1 puede ser de 350 mm, mientras que la longitud que sigue a la abertura de alimentación es de 400 mm.

[0089] En una realización, la abertura de alimentación 3 o la zona de alimentación 14 comprende medios de cizalladura o corte, para reducir el tamaño de partícula del material que se alimenta en la extrusora 100. Estos medios pueden comprender, por ejemplo, dientes de corte dispuestos en el elemento de rotor 1 y una o varias partes homólogas dispuestas en el cilindro 2.

[0090] Según un aspecto, el elemento de rotor 1 es hueco. En una realización, el elemento de rotor comprende un canal cilíndrico 8, tal como un cilindro circular, cuyo diámetro es de como mínimo el 75 %, preferentemente de entre el 80 y el 85 %, del diámetro D del elemento de rotor. Esto significa que el diámetro D del elemento de rotor se puede aumentar en comparación con los elementos de rotor conocidos, sin aumentar el peso y el coste del mismo.

[0091] En una realización, el elemento de rotor comprende un filete del husillo. En otra realización, el elemento de rotor comprende dos, o incluso más, filetes del husillo.

[0092] Gracias al gran diámetro del elemento de rotor 1, el sistema de accionamiento 4 se puede diseñar para transmitir altos pares de torsión en el elemento de rotor 1. Asimismo, la estructura del elemento de rotor 1 puede soportar altos pares de torsión sin riesgo de daños.

[0093] La extrusora 100 se puede realizar de muchas maneras alternativas. Por ejemplo, en una realización, el elemento de rotor 1 comprende filas que se extienden helicoidalmente de una pluralidad de cavidades separadas, en lugar del roscado del husillo. Dichas cavidades constituyen una estructura que transfiere el material a procesar en el cilindro desde la abertura de alimentación 3 hacia la salida 9.

[0094] La forma de las cavidades puede ser, por ejemplo, de cúpula, hemisférica, una sección o casquete de lágrima, ovalada o combinaciones de las mismas.

[0095] Según un aspecto, la relación de la profundidad d con respecto al diámetro D en la zona de alimentación 14 del elemento de rotor 1, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y la relación del paso P con respecto al diámetro D, es decir, P:D, no es mayor de 1:4. Una ventaja es que el volumen de las cavidades es muy bajo en comparación con el diámetro D del husillo y, por lo tanto, materiales de baja densidad y/o heterogéneos, tales como materiales que comprenden fibras o plástico reciclado/desechos, se pueden alimentar en la extrusora 100 en cantidades suficientes para llenar óptimamente el volumen entre el elemento de rotor 1 y el cilindro 2.

[0096] En una realización, d:D está en el intervalo comprendido entre 1:300 y 1:20.

[0097] En una realización, P:D está en el intervalo comprendido entre 1:60 y 1:4.

[0098] En otra realización, el elemento de rotor 1 comprende salientes que forman filas que se extienden helicoidalmente de una pluralidad de salientes discretos, comprendiendo la fila un paso P.

[0099] Según un aspecto, la relación de la profundidad d, o altura de los salientes, con respecto al diámetro D, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y la relación del paso P con respecto al diámetro D, es decir, P:D, no es mayor de 1:4.

[0100] En una realización, d:D está en el intervalo comprendido entre 1:300 y 1:20.

[0101] En una realización, P:D está en el intervalo comprendido entre 1:60 y 1:4.

[0102] Según un aspecto, la superficie interior cilíndrica del cilindro 2 puede comprender una o varias cavidades y uno o varios salientes del cilindro. En una realización, dicha una o varias cavidades y uno o varios salientes de cilindro están dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente. En otra realización, la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes del cilindro están dispuestos paralelos al eje longitudinal del elemento de rotor 1. En otra realización más, la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes del cilindro están dispuestos perpendiculares al eje longitudinal del elemento de rotor 1.

[0103] En una realización, el cilindro 2 comprende un roscado del husillo del cilindro que comprende como mínimo un filete 10 del cilindro y como mínimo un canal 11 del cilindro entre la como mínimo un filete, teniendo el filete del cilindro un paso del cilindro, BP, y teniendo el canal del cilindro, una profundidad del cilindro, BD. Una ventaja es que se puede mejorar la transferencia del material a procesar hacia la salida 9.

[0104] En otra realización, las cavidades dispuestas en el cilindro 2 forman filas que se extienden helicoidalmente de una pluralidad de cavidades separadas.

[0105] Una ventaja es que se pueden mejorar las propiedades de mezclado y combinación de la extrusora.

[0106] Las cavidades dispuestas en el cilindro 2 pueden ser invariables en su forma y tamaño en toda la longitud del cilindro en que existan. En otra realización, el cilindro 2 puede comprender cavidades de tamaño y/o forma variable.

[0107] En una realización, la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes 5 del cilindro no son continuos, de tal manera que están dispuestas varias cavidades o ranuras una al lado de otra.

[0108] La salida 16 de la extrusora está dotada de una boquilla 23. La boquilla 23 comprende un anillo exterior 24 que está unido al cilindro 2, y una parte interior de la boquilla 25 unida al elemento de rotor 1 cilíndrico. La parte interior de la boquilla 25, por lo tanto, gira con el elemento de rotor 1.

[0109] La boquilla 23 establece un canal de flujo 26 que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, como se puede ver mejor en la figura 1c.

[0110] En una realización, el anillo exterior 24 está unido de manera desmontable, a la extrusora 100, por ejemplo, mediante pernos. En otra realización, el anillo exterior 24 está unido permanentemente al cilindro, por ejemplo, mediante soldadura.

[0111] En una realización, la parte interior de la boquilla 25 está unida de manera desmontable a la extrusora 100, más precisamente, al elemento de rotor 1. En otra realización, la parte interior de la boquilla 25 está unida permanentemente al elemento de rotor 1.

[0112] En una realización, tanto el anillo exterior 24 como la parte interior de la boquilla 25 están unidos de manera fija a la extrusora 100. En otra realización, tanto el anillo exterior 24 como la parte interior de la boquilla 25 están unidos de manera desmontable, a la extrusora 100.

[0113] El anillo exterior 24 y la parte interior de la boquilla 25 tienen superficies de flujo 27 que definen el canal de flujo 26. En una realización, la superficie de flujo 27 del anillo exterior 24 es esencialmente lisa. En otra realización, la superficie de flujo 27 del anillo exterior 24 comprende corrugaciones que difieren de la estructura superficial de la superficie interior del cilindro 2.

[0114] En una realización, la superficie de flujo 27 de la parte interior de la boquilla 25 es esencialmente lisa. En otra realización, la superficie de flujo 27 de la parte interior de la boquilla 25 comprende corrugaciones que difieren de la estructura de la superficie dispuesta en el elemento de rotor 1.

[0115] En una realización, la profundidad de dichas ondulaciones en la superficie de flujo 27 mencionada anteriormente está en el intervalo comprendido entre 1:300 y 1:20, preferentemente entre 1:160 y 1:300, en comparación con el diámetro de la superficie de flujo 27 correspondiente.

[0116] En una realización, el área de la sección transversal del canal de flujo 26 de la boquilla es constante en toda la longitud de la boquilla 23. Una ventaja es que la geometría es fácil de fabricar. La presión antes de la boquilla es fácil de controlar mediante la longitud de la sección de la boquilla. Adicionalmente, cuando el canal es constante, es fácil conectar una o varias secciones de boquilla secuencialmente.

[0117] En otra realización, dicha área de la sección transversal se reduce hacia la salida de la boquilla 23. Una ventaja es que la boquilla se puede utilizar para aumentar la presión del flujo de material saliente y mejorar, por lo tanto, el proceso de mezcla.

[0118] En otra realización más, dicha área de la sección transversal se expande hacia la salida de la boquilla 23. Una ventaja es que la boquilla es autolimpiable, cualquier material que entra en la boquilla puede salir. En el caso de una boquilla refrigerada, incluso un material con poca fluidez puede salir de la boquilla.

[0119] Lafigura 2es una vista esquemática de una parte de un cilindro de extrusora. Según un aspecto, el cilindro 2 está construido a partir de dos o más módulos de cilindro 12 que están fabricados por separado y, posteriormente, conectados consecutivamente.

[0120] Una ventaja es que la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes del cilindro, tal como el roscado del husillo del cilindro que comprende como mínimo un filete 10 y como mínimo un canal 11 del cilindro, se pueden fabricar en partes cortas del cilindro más fácilmente en un módulo de cilindro 12 corto y de diámetro grande, de lo que se fabricarían en un solo cilindro monolítico que tuviera la misma longitud. Cabe señalar, no obstante, que el cilindro 2 también se puede fabricar en una sola pieza. En este último caso, la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes del cilindro aún pueden ser fabricados con extrema facilidad debido a la alta relación D:L de la extrusora.

[0121] Lafigura 3aes una vista lateral de otra extrusora en sección transversal parcial, y lafigura 3bes una vista esquemática de un detalle de la extrusora mostrada en la figura 3a en sección transversal parcial.

[0122] La abertura de alimentación 3 es sustancialmente grande en comparación con la capacidad de la extrusora y la profundidad de las cavidades del rotor. En una realización, el área proyectada de la abertura de alimentación es de aproximadamente 50 centímetros cuadrados por kilovatio.

[0123] En una realización, la abertura de alimentación 3 se corta hasta la mitad del diámetro del cilindro 2, es decir, aproximadamente D/2. Por lo tanto, la abertura de alimentación 3 debilita, potencialmente, la estructura del cilindro 2 hasta cierto punto, de tal manera que el cilindro 2 no puede soportar la carga provocada durante un proceso de extrusión. Especialmente cuando el diámetro del cilindro es grande y el cilindro es corto, las fuerzas axiales tienden a doblar el cilindro en la zona de alimentación 14.

[0124] En una realización, el cilindro 2 está soportado por una estructura de soporte 15 que se sitúa fuera del cilindro 2. La estructura de soporte 15 comprende una primera parte de soporte 17 que está unida a una sección del cilindro 2 entre la abertura de alimentación 3 y el extremo de descarga 16 del cilindro, una segunda parte de soporte 18 unida al lado del sistema de accionamiento 19 de la extrusora, y una estructura de transmisión de carga 20 que conecta la primera parte de soporte 17 con la segunda parte de soporte 18. En la realización mostrada en la figura 4, la segunda parte de soporte 18 se ha fijado a un cuerpo envolvente de apoyo 22 que cubre el sistema de accionamiento 4. La estructura de transmisión de carga 20 puede estar compuesta por una o varias vigas, una estructura de placa o una construcción de celosía, por ejemplo.

[0125] La estructura de soporte 15 soporta una parte de las cargas y esfuerzos provocados en un proceso de extrusión, y evita que la estructura de la extrusora se doble.

[0126] En una realización, existe una ranura axial 21 dispuesta entre la zona de alimentación 14 del cilindro y el cuerpo envolvente de apoyo 22 de la extrusora para recibir el material (si lo hubiera) que fluye desde la zona de alimentación hacia atrás. Por lo tanto, la ranura axial 21 sirve para evitar que el material entre en el cuerpo envolvente de apoyo 22. Por el contrario, el material caerá a través de la ranura en un espacio en el que no causa ningún problema a la extrusora o al proceso de extrusión.

[0127] En una realización, el cilindro 2 está totalmente separado del cuerpo envolvente de apoyo 22, es decir, la ranura axial 21 se extiende 360° alrededor del eje longitudinal de la extrusora. En otra realización, están dispuestas una pluralidad de ranuras axiales 21 que están separadas por secciones cortas de material. En la realización mostrada en las figuras 3a y 3b, la salida 16 está dotada de una boquilla 23, cuyo anillo exterior 24 está unido al cilindro 2, y la parte interior de la boquilla 25 está soportada en una estructura de soporte 28 que está dispuesta en el interior del canal cilíndrico 8. Por lo tanto, el elemento de rotor 1 gira con respecto a la parte interior de la boquilla 25 o, en otras palabras, la parte interior no gira.

[0128] En la realización mostrada en las figuras 3a y 3b, la superficie interior de una sección del canal cilíndrico 8 que se encuentra en proximidad a la boquilla 23 comprende un roscado homólogo 29, que se muestra mejor en la figura 3b. El paso del roscado homólogo 29 está dispuesto en la misma dirección que el paso de la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes 5 dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente. El roscado homólogo 29 establece un canal del husillo homólogo 30 con una superficie exterior de la estructura de soporte 28. El roscado homólogo 29 y el canal del husillo homólogo 30 crean un medio de acción contraria que evita o inhibe esencialmente que el material procesado penetre en el canal 8.

[0129] En otra realización, el roscado homólogo 29 está dispuesto en la superficie exterior de la estructura de soporte 28. En esta realización, el paso del roscado homólogo 29 está dispuesto en sentido opuesto al paso de la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes 5 dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente.

[0130] En otra realización más, la extrusora comprende ambos roscados homólogos 29 mencionados anteriormente, es decir, en la superficie exterior de la estructura de soporte 28 y en la superficie interior del canal cilíndrico 8. Lafigura 4es una vista lateral de una boquilla de extrusora en sección transversal parcial.

[0131] En las realizaciones analizadas anteriormente, la salida de la boquilla 23 es coaxial con el eje longitudinal del elemento de rotor 1. En otras realizaciones, el anillo exterior 24 está dotado, como mínimo, de una abertura radial 32 como orificio de salida de material. También existe un medio de bloqueo 33 dispuesto para bloquear el extremo del canal de flujo 26 después de la abertura radial 32, de tal manera que el material procesado puede salir solamente a través de la como mínimo una abertura radial 32.

[0132] En la realización mostrada en la figura 4, la parte interior de la boquilla 25 gira con el elemento de rotor 1. El medio de bloqueo 33 comprende un roscado inverso 34 dispuesto en la parte interior de la boquilla, cuyo paso está dispuesto en sentido opuesto al paso de la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes 5 dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente. El roscado inverso 34 establece un canal de husillo inverso 35 con una superficie interior o superficie de flujo 27 del anillo exterior 24.

[0133] En otra realización, el roscado inverso 34 está dispuesto en el anillo exterior 24. En esta realización, el paso está en la misma dirección que el paso de la una o varias cavidades y/o el uno o varios salientes 5.

[0134] En una tercera realización, tanto la parte interior de la boquilla 25 como el anillo exterior 24 comprenden el roscado inverso 34 mencionado anteriormente.

[0135] El uno o varios roscados inversos 34 dirigen el material para que fluya hacia la abertura radial 32.

[0136] Adicionalmente, el medio de bloqueo 33 puede comprender una disposición de refrigeración 36 dispuesta para enfriar el anillo exterior 24. La refrigeración de la boquilla 23 aumenta la viscosidad del material procesado y, por lo tanto, reduce su capacidad de introducirse en huecos y juntas en la boquilla. La disposición de refrigeración 36 puede comprender, por ejemplo, canales en los que puede fluir líquido refrigerante.

[0137] Las realizaciones que comprenden como mínimo una abertura radial 32 pueden tener una disposición de rascador 37 que está dispuesta para eliminar la materia prima en una parte interior de la boquilla 25 giratoria (como se muestra) o en un elemento de rotor 1 giratorio. Esto puede ayudar a la salida del material fuera de la extrusora.

[0138] Lafigura 5es una vista lateral de otra boquilla de extrusora en sección transversal parcial. En la realización mostrada en la figura 5, la parte interior de la boquilla 25 no gira con el elemento de rotor 1. El anillo exterior 24 está dotado, como mínimo, de una abertura radial 32 como orificio de salida de material, y un medio de bloqueo 33 para bloquear el extremo del canal de flujo 26 después de la abertura radial 32 que está dispuesto en la boquilla 23.

[0139] El medio de bloqueo 33 comprende, en este caso, una placa simple o elemento similar que cierra el canal de flujo 26. La placa puede estar fijada de manera desmontable o permanente, al anillo exterior 24 y a la parte interior de la boquilla 25.

[0140] Asimismo, esta realización del medio de bloqueo 33 puede comprender una disposición de refrigeración 36.

[0141] SÍMBOLOS DE REFERENCIA

[0142] 1 elemento de rotor

[0143] 2 cilindro

[0144] 3 abertura de alimentación

[0145] 4 sistema de accionamiento

[0146] 5 saliente o cavidad

[0147] 6 filete del husillo

[0148] 7 canal del husillo

[0149] 8 canal

[0150] 9 salida

[0151] 10 filete del cilindro

[0152] 11 canal del cilindro

[0153] 12 módulo del cilindro

[0154] 13 barra hueca

[0155] 14 zona de alimentación

[0156] 15 estructura de soporte del cilindro

[0157] 16 extremo de salida de la extrusora

[0158] 17 primera parte de soporte

[0159] 18 segunda parte de soporte

[0160] 19 lado del sistema de accionamiento

[0161] 20 estructura de transmisión de carga

[0162] 21 ranura axial

[0163] 22 cuerpo envolvente de apoyo

[0164] 23 boquilla

[0165] 24 anillo exterior

[0166] 25 parte interior de la boquilla

[0167] 26 canal de flujo

[0168] 27 superficie de flujo

[0169] 28 estructura de soporte

[0170] 29 roscado homólogo

[0171] 30 canal del husillo homólogo

[0172] 31 medios de fijación

[0173] 32 abertura radial

[0174] 33 medio de bloqueo

[0175] 34 roscado inverso

[0176] 35 canal de husillo inverso

[0177] 36 disposición de refrigeración

[0178] 37 disposición de rascador

[0180] 100 extrusora

[0182] BD profundidad del cilindro

[0183] BP paso del cilindro

[0184] C flujo homólogo

[0185] CL longitud del canal

[0186] D diámetro del elemento de rotor

[0187] d profundidad

[0188] L longitud del elemento de rotor

[0189] P paso

[0190] RD área de la sección transversal del

[0191] elemento de rotor

[0192] V fuga

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Extrusora de un solo husillo (100), que comprende:

- un elemento de rotor cilíndrico (1) con un diámetro (D) y una longitud (L) y que comprende una zona de alimentación (14),

- estando el elemento de rotor (1) dispuesto en un cilindro (2),

- la superficie cilíndrica del elemento de rotor (1) está dotada de una o varias cavidades y/o uno o varios salientes (5) dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

- teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor (1) un paso (P) y profundidad (d) en la zona de alimentación (14) del elemento de rotor, y comprendiendo la extrusora (100), además:

- un sistema de accionamiento (4) para la rotación del elemento de rotor (1) en el cilindro (2), en el que: - la relación de la profundidad (d) con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

- la relación del paso (P) del elemento de rotor con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4,caracterizada por que:

- una salida (16) de la extrusora está dotada de una boquilla (23), que comprende:

- un anillo exterior (24) dispuesto en el cilindro (2),

- una parte interior de la boquilla (25) dispuesta en el elemento de rotor cilíndrico (1) y que gira con este, - estableciendo la boquilla (23) un canal de flujo (26) que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, y en la que el anillo exterior (24) está dotado, como mínimo, de una abertura radial (32) como orificio de salida de material, y

un medio de bloqueo (33) para bloquear el extremo del canal de flujo (26) después de la abertura radial (32), que está dispuesto en la boquilla (23).

2. Extrusora, según la reivindicación 1, en la que como mínimo uno de entre el anillo exterior (24) y la parte interior de la boquilla (25) está unido de manera desmontable a la extrusora (100).

3. Extrusora, según la reivindicación 1, en la que como mínimo uno de entre el anillo exterior (24) y la parte interior de la boquilla (25) está unido de manera fija a la extrusora (100).

4. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que una superficie de flujo (27) del anillo exterior (24) es esencialmente lisa.

5. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la superficie de flujo (27) del anillo exterior (24) comprende ondulaciones que difieren de la superficie interior del cilindro (2).

6. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que una superficie de flujo (27) de la parte interior de la boquilla (25) es esencialmente lisa.

7. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la superficie de flujo (27) de la parte interior de la boquilla (25) comprende ondulaciones cuya forma y/o dimensiones difieren de la una o varias cavidades y/o del uno o varios salientes (5) dispuestos en el elemento de rotor (1).

8. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el área de la sección transversal del canal de flujo (26) de la boquilla es constante en toda la longitud de la boquilla (23).

9. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el medio de bloqueo (33) comprende un roscado inverso (34), cuyo paso está dispuesto en sentido opuesto al paso de la una o varias cavidades y/o del uno o varios salientes (5) dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente, y en la que el roscado inverso (34) establece un canal de husillo inverso (35) con una superficie exterior del anillo exterior (24).

10. Extrusora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el medio de bloqueo (33) comprende una disposición de refrigeración (36) dispuesta para refrigerar el anillo exterior (24).

11. Extrusora de un solo husillo (100), que comprende:

- estando el elemento de rotor (1) dispuesto en un cilindro (2),

- la superficie cilíndrica del elemento de rotor (1) está dotada de una o varias cavidades y/o de uno o varios salientes (5) dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

- teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor (1) un paso (P) y

profundidad (d) en la zona de alimentación (14) del elemento de rotor, y comprendiendo, además, la extrusora (100):

- un sistema de accionamiento (4) para la rotación del elemento de rotor (1) en el cilindro (2), en la que: - la relación de la profundidad (d) con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

- la relación del paso (P) del elemento de rotor con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4;

- el elemento de rotor (1) comprende un canal cilíndrico (8), cuyo diámetro es de como mínimo el 75 %, preferentemente de entre el 80 y el 85 %, del diámetro (D) del elemento de rotor (1),caracterizada por que: - una salida (16) de la extrusora está dotada de una boquilla (23), comprendiendo la boquilla un anillo exterior (24) y una parte interior de la boquilla (25) que crean un canal de flujo (26) que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, por que

- el anillo exterior (24) está unido al cilindro (2), y por que

- la parte interior de la boquilla (25) está soportada en una estructura de soporte (28) que está dispuesta en el interior de dicho canal cilíndrico (8),

- estando dispuesto el elemento de rotor (1) de manera rotatoria con respecto a la parte interior de la boquilla (25), y en la que

el anillo exterior (24) está dotado, como mínimo, de una abertura radial (32) como orificio de salida de material, y

12. Extrusora, según la reivindicación 11, en la que la superficie interior de una sección del canal cilíndrico (8) situada en la proximidad de la boquilla (23) comprende un roscado homólogo (29), cuyo paso está dispuesto en la misma dirección que el paso de la una o varias cavidades y/o del uno o varios salientes (5) dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente, y en la que el roscado homólogo (29) establece un canal del husillo homólogo (30) con una superficie exterior de la estructura de soporte (28).

13. Extrusora, según la reivindicación 11 o 12, en la que el medio de bloqueo (33) comprende un roscado inverso (34), cuyo paso está dispuesto en sentido opuesto al paso de la una o varias cavidades y/o del uno o varios salientes (5) dispuestos en las filas que se extienden helicoidalmente, y en la que el roscado inverso (34) establece un canal de husillo inverso (35) con una superficie interior del anillo exterior (24).

14. Extrusora, según la reivindicación 12 o 13, en la que el medio de bloqueo (33) comprende una disposición de refrigeración (36) dispuesta para refrigerar el anillo exterior (24).

15. Procedimiento para extrusión, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

A) alimentar el material en una extrusora de un solo husillo (100), comprendiendo la extrusora:

- estando el elemento de rotor (1) dispuesto en un cilindro (2),

- la superficie cilíndrica del elemento de rotor (1) está dotada de una o varias cavidades y/o del uno o varios salientes (5) dispuestos en filas que se extienden helicoidalmente,

- teniendo la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor (1) un paso (P) y profundidad (d) en la zona de alimentación (14) del elemento de rotor, y la extrusora (100) comprende, además:

- un sistema de accionamiento (4) para la rotación del elemento de rotor (1) en el cilindro (2), en el que - la relación de la profundidad (d) con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, d:D, no es mayor de 1:20, y

- la relación del paso (P) del elemento de rotor con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, P:D, no es mayor de 1:4,

B) calentar el material en dicha extrusora de un solo husillo (100) hasta un estado fluido, y

C) alimentar el material en la salida (16) de la extrusora, estando la salida dotada de una boquilla (23) que comprende:

- un anillo exterior (24) dispuesto en el cilindro (2),

- estando una parte interior de la boquilla (25) dispuesta en el elemento de rotor (1) cilíndrico y que gira con este,

- la boquilla (23) estableciendo un canal de flujo (26) que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales; y

D) permitir que el material salga entre el anillo exterior (24) y la parte interior de la boquilla (25) giratoria, y el anillo exterior (24) está dotado como mínimo, de una abertura radial (32) como orificio de salida de

material, y un medio de bloqueo (33) para bloquear el extremo del canal de flujo (26) después de la abertura radial (32) que está dispuesto en la boquilla (23).

16. Procedimiento para la extrusión, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- estando el elemento de rotor (1) dispuesto en un cilindro (2),

- la una o varias filas que se extienden helicoidalmente del elemento de rotor (1) tiene un paso (P) y una profundidad (d) en la zona de alimentación (14) del elemento de rotor, y la extrusora (100) comprende, además:

- un sistema de accionamiento (4) para la rotación del elemento de rotor (1) en el cilindro (2), en el que - la relación de la profundidad (d) con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, d:D, no es superior a 1:20, y

- la relación del paso (P) del elemento de rotor con respecto al diámetro (D) del elemento de rotor, es decir, P:D, no es superior a 1:4,

C) alimentar el material en la salida (16) de la extrusora, estando la salida dotada de una boquilla (23), que comprende un anillo exterior (24) y una parte interior de la boquilla (25) que crean un canal de flujo (26) que es circular de manera continua en todas sus secciones transversales, en el que

- el anillo exterior (24) está dispuesto en el cilindro (2), y

- estando el elemento de rotor (1) dispuesto de manera rotatoria con respecto a la parte interior de la boquilla (25), y

D) permitir que el material salga entre el anillo exterior (24) y la parte interior de la boquilla (25) no giratoria, y el anillo exterior (24) está dotado como mínimo de una abertura radial (32) como orificio de salida de material, y un medio de bloqueo (33) para bloquear el extremo del canal de flujo (26) después de la abertura radial (32) que está dispuesto en la boquilla (23).