FI67322B - Skruvextruder foer plast med en i en cylinder arbetande skruvgaenga - Google Patents

Description

RT*5^71 ral KUULUTUSJULKAISU sn 70 0

Wa [b] ^utlAggningsskaift 6/022 ^ ^ (51) K»Jk?/k*.Ct3 B 29 F 3/02 SUOMI—FINLAND (21)Ρκμ«»ιιμμ-ι^μ«α^ 76 i 884 (22) HilwwhpM»» — Awttknlnffdi 29.06.76 ' ' (23) AMmpaivC—GIUgMtdag 29.06.76 (41) TttHwt lutklMksI — Mhrtt affamMg 3 1 .1 2.76

Patentti- ia rekisterihallitus _ * . . (+4) NlhtivUolp-»». f kvuLJulkiimn p*m._ ,n n ok

Patent· och registwstyrelsen ' 1 AmMo* nt%d odi uti^kiiften puMcarad 30.11.04 (32)(33)(31) Pyyd*tjr *weikeu* —8sg«rd prtorhet 30.06.75

Sveitsi-Schweiz(CH) 8^86/75 (71) Maillefer S.A., Route du Bois, 1024 Ecublens, Kanton Waadt, Sveitsi-Schwe iz(CH) (72) Charles Maillefer, Renens, Kanton Waadt, Sveitsi-Schweiz(CH)

Ok) Lei tzinger Oy (Sk) Kierrepursotin muoveja varten, jossa on sylinterissä toimiva ruuvikierukka - Skruvextruder för plast med en i en cylinder arbetande skruvgänga Tämän keksinnön kohteena on kierrepursotin muoveja varten, jossa on sylinterissä toimiva ruuvikierukka, jota käytetään määrätyllä kierrosluvulla ja joka pursotin pituussuunnassa on jaettu ainakin kolmeen käsiteltävän aineen peräkkäin läpäisemään vyöhykkeeseen, nimittäin syöttövyöhykkeeseen, plastisointivyöhykkeeseen ja homo-genisointivyöhykkeeseen, joka ruuvikierukka plastisointivyöhykkeessä on varustettu kahdella kierteellä, jotka jatkuvina ulottuvat yli koko vyöhykkeen pituuden ja jotka sylinteriseinämän ja ruuvikierukan rungon kanssa muodostavat kaksi jatkuvaa kanavaa, joiden kautta muoviaines johdetaan vyöhykkeen sisääntulopäästä poistopäähän, joista kanavista toisella on läpileikkaus, joka pienenee vyöhykkeen poistopäätä kohti ja toisella kanavalla on läpileikkaus, joka suurenee poistopäätä kohti ja joista kierteistä ainakin toinen on varustettu usealla raolla.

Tunnetaan, että pursutuskoneissa lähtöaine, joka ympäristön lämpö tilassa rakeissa tai jauheena syötetään koneen täyttösuppiloon, on 2 67322 sylinterissä toimivalla ruuvikierukalla työstettävä korotetussa lämpötilassa plastisoiduksi ja täysin homogeeniseksi massaksi, joka on sitten korotetulla paineella vietävä koneen ulosmenopäähän sovitettuun purostinpäähän. Ruuvikierukan on siis kuljetettava aine sisääntulosta ulosmenoon, minkä aikana se kuumenee ja muuttuu plastisoiduksi sekä tällöin on ainetta perusteellisesti vaivattava, jotta se tulee purstotinpäähän täysin homogeenisena. Tästä syystä ovat pursotinkoneiden jotkin tunnetut ruuvikierukat pituudeltaan jaetut useisiin muodoltaan erilaisiin vyöhykkeisiin, jotka soveltuvat mainittujen toimintojen toteuttamiseen. Niinpä esimerkiksi sveitsiläisessä patenttijulkaisussa 363 149 on esitetty ruuvikierukka, jossa plastisoimisvyöhykkeessä on kaksi kierrettä, joilla on muuttumaton, mutta erilainen nousu ja jotka rajoittavat väliinsä pienenevän poikkipinnan omaavan sisääntulokanavan. Suurempinousuinen kierre on kuljetuskierre. Sen harja kulkee ruuviviivaa pitkin, jonka läpimitta on muutamia kymmenysosamillimetrejä pienempi kuin sylinterin sisäläpimitta, niin että tämän kierteen alavirran puoleisen sivun työntämä aine voi kierukan pyöriessä mennä tämän harjan ja sylinterin välistä, siis tulla sisääntulokanavasta ulsotulokanavaan. Tämä muotoilu on osoittautunut hyvin tehokkaaksi rakeisena syötetyn aineen täydelliseen plastisoimiseen nähden ja siten on myös varmistettu se, että pursotinpäähän johdetussa massassa ei ole mitään huomattavia ainesrakeita.

Tunnetaan myös muita pursotinkierukoiden muotoja, joissa ruuvikierukan kierteiden lukumäärä, niiden korkeus, niiden nousu ja vieläpä niiden profiili vaihtelevat ruuvikierukan pituudella. Määrätyissä tapauksissa ruuviviivan muotoinen ruuvikierukan rajoittama kanava on suljettu plastisointialueella osittain rei'illM varustetuilla sulku-elimillä. Ruuvikierukan pyöriessä painettu aine patoutuu silloin näiden sulkuelimien eteen ja tulee niiden reikien kautta ulos ainoastaan juoksevassa tilassa.

US-patenttijulkaisusta 3,271,819 tunnetaan laite, jossa plastisoin-tivyöhykkeen kierukka on varustettu kahdella kierteellä, jotka muodostavat vyöhykkeen päästä päähän kulkevat kanavat. Tunnetussa laitteessa sula muoviaines kulkee sylinterin sisäseinämän ja kierteiden

II

3 67322 vaippapintojen välisessä tilassa, ja joiden kierteiden päätypin-noissa on uria. Näiden urien syvyys on noin 1,6 mm ja leveys noin 1,6 mm, eli siis leveys ja syvyys ovat samaa suuruusluokkaa. Nämä pienet urat eivät kuitenkaan millään lailla vaikuta itse kierteen toimintaperiaatteeseen.

Pursotinruuvikierukan muotoilun ei ole tyydytettävä ainoastaan edellä esitettyjä laatuvaatimuksia pursotinpäähän tulevan massan homogeenisuuteen nähden, vaan sen on myös tyydytettävä tavalliset taloudellisuusvaatimukset. Toisin sanoen sillä on aikaansaatava purostusruuvikierukka, joka antaa plastisoitua massaa mahdollisimman paljon. Annetuilla parametreillä riippuu tämä määrä nimittäin ruuvikierukan kierrosluvusta, mutta kuitenkaan eri parametrit eivät ole toisistaan täysin riippumattomia, koska varsinkin työaineksen lämpeneminen riippuu myös ruuvikierukan kierrosluvusta. Tämä lämpeneminen johtuu nimittäin osittain työaineksen, varsinkin sen rakeiden, jotka eivät vielä ole saavuttaneet sulamispistettä, hankauksesta sylinterin ja ruuvikierukan metalliosia vasten ja myös sisäisestä hankauksesta, joka syntyy ainetta vaivattaessa. Ruuvi-kierukan liian suuri kierrosluku johtaa paikallisiin ylikuumenemisiin, jotka voivat johtaa hajaantumisilmiöihin niiden vaikutuksen alaisissa kestomucvin osissa. Tässä on siis käyttökelpoisen läpäisyn terminen raja. Käytännössä siis muovia työstävän ruuvikierukan, jonka syöttövaatimukset on annettu, kierrosluku on rajoitettu, jos ruuvikierukan ulostulossa halutaan saada homogeenista, hyvänlaatuista massaa. Tässä ovat hyödyllisen määrän laaturajat.

Keksinnön tehtävänä on siis parantaa patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisen pursotuskoneen tehoa parantamalla mahdollista läpäisy-kykyä samanaikaisesti sen mittoja suurentamatta ja vaikuttamatta pursotinpäähän saapuvan plastisoidun massan laatuun ja homogeenisuuteen, toisin sanoen sallitun läpäisykyvyn termisten rajojen ja myös laaturajojen parantaminen.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että rakojen leveys on pienempi kuin niiden säteettäinen syvyys, ja että raot on sijoitettu sellaisen välimatkan päähän toisistaan kierteelle, että τ _ ___ 4 67322 rakojen poikkileikkauspinta-ala vastaa suunnilleen 20 % koko kierteen pinta-alasta.

Keksintöä selitetään lähemmin viitaten seuraavassa esimerkiksi valittuun piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti sovellutusmuodon aksiaalileikkausta,

Kuvio 2 esittää kuviosta 1 pitkin viivaa II-II otettua poikkileikkausta ja

Kuviot 3 ja 4 esittävät kahden muun sovellutusmuodon poikkileikkauksia.

Piirustuksessa on esitetty keksinnön ymmärtämiseksi tarpeellinen pursotuskone, jossa on sileällä sisäpinnalla varustettu sylinteri 1 ja sen kannattama, virtaukseen nähden alkupäähän sovitettu suppilo 2. Virtaukseen nähden tämän sylinterin vastakkaiseen päähän (ei esitetty) on liitetty purostinpää. Sisäpinnaltaan sylinteri voi olla varustettu urilla.

Sylinterin 1 sisällä on ruuvikierukka 3, jonka ylävirran puoleinen pää on varustettu kytkinurilla 4 käyttömoottoriin liittämistä varten. Lähtien tästä virtaukseen nähden alkupäästä kierukka on jaettu pituudeltaan useisiin alueisiin, nimittäin syöttöalueeseen 5, jonka tulovirtaussuunnan puoleinen pää on erotettu urilla 4 varustetusta osasta tiivistyselimellä 6, plastisoimisalueeseen 7 sekä homogenoimisalueeseen 8, joka ulottuu kierukan alavirtauksen puoleiseen päähän saakka.

Syöttöalueen 5 ja plastisoimisalueen 7 väliin on vielä tehty välialue 5a, jota nimitetään siirtymäalueeksi. Syöttöalueessa 5 kierukassa on kaksi nousultaan samasuuruista kierrettä 9 ja 10. Tämä alue on täyttösuppilon 2 alapuolella ja sen tarkoituksena on johtaa raemaisen työaineksen rakeet sylinteriin 1 ja siinä kokoonpuristaa, jolloin niihin vaikuttaa koneessa olevan aineen työntö ja saattaa ne virtaamaan alavirran puoleiseen päähän. Lisäksi siirtymäalue 5a 5 67322 toimii työainesrakeiden jakamiseksi, minkä johdosta tässä alueessa ruuvikierukan rungon läpimitta on vähän suurempi kuin syöttöalu-eessa. Rungossa on siten tässä siirtymäalueessa siirtymäpinta 5b. Siirtymäaluetta 5a seuraa välittömästi plastisoimisalue 7. Siinä kierukassa on kaksi muuttumattoman, mutta erilaisen nousun omaavaa kierrettä 11 ja 12. Ruuvikierukan kierre 11 ulottuu kierteen 10 jatkeelle ja sillä on sama nousu kuin tällä, jota vastoin ruuvi-kierukan kierteessä 12 on pienempi nousu. Tämä ruuvikierukan kierre 12 alkaa vyöhykkeen 7 alussa kierteen 11 ylävirran puoleiselta sivulta, erkanee sitten vähitellen siitä virran alajuoksuun päin törmätäkseen plastisoimisvyöhykkeen lopussa tämän saman ruuvikierukan 11 alavirran puoleiseen sivuun, kun se on kiertänyt kierroksen enemmän. Ruuvikierukan kierteen 11 päähän on muodostettu kanava 11a, joka on hiukan vähemmän syvä kuin ruuvikierukan kierteiden välinen kanava. Ruuvikierukan kierre 11 ulottuu ainakin kahdelle täydelliselle kierrokselle. Sen ylä- ja alavirran puoleiset siyut ovat hiukan kaltevat sylinterimäiseen pintaan nähden, joka muodostaa ruuvikierukan kanavien pohjat.

Ruuvikierukan 11 vaippapinta saadaan sylinterimäisestä pinnasta, jonka geometrinen akseli yhtyy ruuvikierukan pyörimisakseliin ja jonka läpimitta on vähän pienempi kuin sylinterin 1 sisäläpimitta. Ruuvikierukan kierteellä 12 on sama profiili kuin ruuvikierukan kierteellä 11, siis siinä on myös kaltevat sivut ja tämän ruuvi-kierukan 12 säteittäinen korkeus voisi olla pienempi tai suurempi kuin ruuvikierukan kierteen 11.

Ruuvikierukan kierteessä 11, jota tässä yhteydessä nimitetään myös kuljetuskierteeksi, on joukko rakoja 13, jotka ulottuvat sen koko säteittäiselle korkeudelle, nimittäin ruuvikierukan akselitasoon, siis ruuvikierukan rungon vaippapinnalle. Tyypillisessä sovellutusesimerkissä, jolla suoritettiin alustavia kokeita ja jossa ruuvi-kierukan läpimitta oli 80 mm, oli rakojen luku 60 kierrosta kohti ja niiden leveys oli 0,8 mm. Tästä saatiin se, että kaikkien rakojen kokonaispoikkipinta oli noin 20 % ruuvikierukan kokonaispinnasta.

Kuljetusruuvikierukka 11 rajoittaa ylävirran puolella sisääntulo- 6 67322 f kanavan 15 ja alavirran puolella ulosmenokanavan 16. Sisääntulokana-vassa on poikkipinta, joka pienenee nollaan asti, joka arvo saavutetaan plastisoimisvyöhykkeen lopussa, sitävastoin ulosmenokanavalla on poikkipinta, joka vähitellen kasvaa ja jolla plastisoimisvyöhykkeen lopussa on jatkeena vakiopintainen homogenointikanava 17, jonka rajoittaa ruuvikierukan kierre 14. Tällä ainoalla ruuvikierukan kierteellä 14, joka on homogenoimisvyöhykkeessä 8, on sama nousu kuin ruuvikierukassa 12. Tämä vyöhyke on muuten muotoiltu tunnettujen esikuvien mukaan, niin että on tarpeetonta käsitellä sitä lähemmin.

Todettiin, että edellä mainitut raot 13 antoivat täysin odottamattoman vaikutuksen. Olisi voitu odottaa, että verrattaessa kahta ruuvikierukkaa, jotka erosivat toisistaan ainoastaan siten, että toisen kierukan kierteessä 11 oli läpäisyraot, viimeksi mainitun ruuvikierukan vaikutusaste olisi pienentynyt ruuvikierukan kierteen vaikuttavuuden pienenemisen johdosta ja että sen johdosta puristus-koneen tuottomäärä olisi ollut pienempi annetulla ruuvikierukan kierrosluvulla. Kuitenkin kokeet ovat osoittaneet, että odotettu vaikutus on aivan päinvastainen, koska nimittäin puristuskoneen tuottomäärä on 30 % suurempi. Tämän tuottomäärän suurenemisen lisäksi voitiin myös todeta lämpenemisen pieneneminen, niin että plastisoidun massan ulostulolämpötila oli läpäisyraolla varustetussa pursotuskoneessa alhaisempi kuin näillä raoilla varustamattomassa pursotuskoneessa. Kokeet ovat osoittaneet, että on mahdollista korottaa ruuvikierukan kierrosluku esimerkiksi sadasta sataan kahteenkymmeneen minuutissa, ilman että sellaiset lämpötilat tulevat saavutetuiksi, jotka ovat työainekselle vaarallisia. Lopputuloksena kokonaistuottomäärän suureneminen oli noin 50 % suuruusluokkaa.

Edelleen todettiin, että järjestämällä pienet läpäisyaukot, jotka plastisoimisvyöhykkeessä yhdistävät ruuvikierukan kierteen ylävirran puoleiseen sivuun, pursotuskoneen tuotantomäärä ei suurene ainoastaan silloin, kun nämä läpäisyaukot ovat ainoastaan toisessa ruuvikierukan kierteessä, joilla kierteillä on muuttumaton, mutta erilainen nousu, vaan myös silloin, kun tällaiset läpäisyaukot on tehty esitetyn sovellutusesimerkin ruuvikierukan kierteisiin 12 7 67322 tai kumpaankin ruuvikierukan kierteeseen 11 ja 12. Myös todettiin, että tuotankomäärän suureneminen saavutetaan myös silloin, kun jompikumpi ruuvikierukan kierteistä 11 tai 12 on katkaistu ylävirran tai alavirran puoleisesta päästään, ennen kuin se liittyy toiseen ruuvikierukan kierteeseen. Edelleen ei myöskään ole tarpeellista, että kummallakin ruuvikierukalla on erilainen nousu, eikä myöskään ole tarpeellista, että ruuvikierukan kierteiden luku poikkeaa yhdestä. Missä tahansa ruuvikierukassa, joka kuljettaa ainetta pursotuskoneen plastisoimisvyöhykkeessä alavirtaan, aiheuttavat useat pienet läpäisyaukot, jotka yhdistävät tämän kierteen ylävirranpuoleisen sivun alavirran puoleiseen sivuun, tuotantomäärän nousun plastisoitumista samanaikaisesti parantaen.

Pienet läpäisyaukot 13 voivat olla säiteittäisiä rakoja, jotka ovat ruuvikierukan rungon vaippaviivan suuntaisia, mutta ne voivat myöskin olla viistossa siihen nähden, kuten on asianlaita kuvion 3 mukaisen sovellutusmuodon rakoihin nähden. Pienet läpäisyaukot voivat edelleen olla yksinkertaisia reikiä 19, jotka kuvion 4 mukaan läpäisevät ruuvikierukan kierteen. Edullisesti rakojen leveyden on oltava suurempi kuin ruuvikierukan ja sylinterin välinen säteittäi-nen välys, mutta tämän leveyden suurin mitta on kuitenkin käytännössä rajoitettu rakeiden mitoilla, joista työaines alunperin koostuu. Rakojen ollessa säteittäisiä ne voivat ulottua ruuvikierukan runkoon asti tai niillä voi olla sama korkeus kuin ruuvikierukan kierteen korkeus. Tärkeätä on, että plastisoimisvyöhykkeessä kunkin ainesrakeen on mentävä järjestettyjen pienien läpäisyauk-kojen, siis ruuvikierukan kierteessä olevien rakojen tai reikien ja ruuvikierukan keirteen ja sylinterin välisen ahtaan raon kautta, mikä aikaansaa aineen sulamisen ainakin yläpinnaltaan ja siten rakeiden suuruuden pienenemisen.

Jos sylinterin sisäpinnassa on uria, voivat ne olla akselin suuntaisia tai ruuviviivan muotoisia vyöhykkeiden 5a, 7 ja 8 pituudella tai ainoastaan niiden osalla.

Esitettyjen pienten läpäisyaukkojen ymmärtämiseksi voidaan olettaa, että pursotuskoneessa, kuten esimerkiksi kuvion 1 mukaisessa 8 67322 koneessa, ruuvikierukan kierteet 9 ja 10 tunkevat rakeista työ-ainetta alavirtaan, että vieläpä epätäydellisesti plastisoitunut työaineksen osa, joka on vyöhykkeessä 7, vastustaa alavirtaan pakottamista ja vaikeuttaa paineen alaiseksi saattamista pitkin pursotuskoneen sylinteriä. Tuotantomäärän suurentamiseksi on siis edullista, että työaineksen kuumeneminen ja plastisoituminen tapahtuu mahdollisimman nopeasti, jotta kitkan aiheuttama jarrutus mahdollisimman nopeasti pienenisi. Kosketuspintojen suurentaminen rakojen tai muiden läpäisyaukkojen avulla edistää lämmönsiirtoa. Muuten tapahtuu esimerkiksi esitetyn ruuvikierukan toimiessa verraten suuri lämmönluovutus jo sylinteriin mennessä, siis siellä missä rakeet ovat vielä kiinteitä ja siksi suurella vastuksella vastustavat siirtämistään. Tämä lämmön luovutus johtaa metallisten osien ja tarkemmin sanottuna ruuvikierukan rungon kuumenemiseen lämpötilaan asti, joka on kestomuovin pehmenemispisteen yläpuolella ja sen seurauksena ruuvikierukka lämpenee plastisoimisvyöhykkeeseen asti, jossa metalli on lämpötilassa, joka on korkeampi kuin plasti-soitavaksi otetun massan keskilämpötila. Useat pienet läpäisyaukot, jotka on tehty kuljetusruuvikierukan kierteeseen, mahdollistavat siis pienien työainesosasten jäämisen kosketukseen ruuvikierukan metallin kanssa tai ainakin olemisen tämän metallin lähellä ja lämpenemisen sen vaikutuksesta aikana, joka on pidempi kuin, jos ainoastaan läpäisyaukkona olisi rako ruuvikierukan kierteen ja sylinterin välissä. Siksi koko massan plastisoituminen nopeutuu pienien läpäisyaukkojen johdosta ja siten tulee myös vastus, jolla massa vastustaa kuljettamistaan alavirtaan, pienemmäksi. Ruuvi-kierukan kierteiden 9 ja 10 aloittama pakoitusvaikutus johtaa silloin nopeaan poistovirtaukseen, josta todettu tuotantomäärän suureneminen johtuu, samoin kuin lämpötilan aleneminen, mikä puolestaan vielä mahdollistaa tuotantomäärän suurentamisen suurentamalla sallittua kierroslukua.

Claims (7)

9 67322

1. Kierrepursotin muoveja varten, jossa on sylinterissä toimiva ruuvikierukka, jota käytetään määrätyllä kierrosluvulla ja joka pursotin pituussuunnassa on jaettu ainakin kolmeen käsiteltävän aineen peräkkäin läpäisemään vyöhykkeeseen, nimittäin syöttövyö-hykkeeseen (5), plastisointivyöhykkeeseen (7) ja homogenisointi-vyöhykkeeseen (8), joka ruuvikierukka plastisointivyöhykkeessä on varustettu kahdella kierteellä (11, 12), jotka jatkuvina ulottuvat yli koko vyöhykkeen pituuden ja jotka sylinteriseinämän ja ruuvikierukan rungon kanssa muodostavat kaksi jatkuvaa kanavaa (15, 16), joiden kautta muoviaines johdetaan vyöhykkeen sisääntulo-päästä poistopäähän, joista kanavista toisella on läpileikkaus, joka pienenee vyöhykkeen poistopäätä kohti ja toisella kanavalla on läpileikkaus, joka suurenee poistopäätä kohti ja joista kierteistä ainakin toinen (11) on varustettu usealla raolla (13, 18, 19), tunnettu siitä, että rakojen leveys on pienempi kuin niiden säteettäinen syvyys, ja että raot on sijoitettu sellaisen välimatkan päähän toisistaan kierteelle, että rakojen poikkileikkauspinta-ala vastaa suunnilleen 20 % koko kierteen pinta-alasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pursotin, tunnettu siitä, että rakojen (13, 18, 19) leveys on noin 1 mm.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen purostin, tunnettu siitä, että raot ulottuvat kierteen (11) koko säteettäiselle korkeudelle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pursotin, tunnettu siitä, että raot ulottuvat ainoastaan ruuvikierukan kierteen (11) säteettäisen korkeuden osalle.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pursotin, tunnettu siitä, että raot (19) ovat läpimeneviä reikiä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pursotin, tunnettu 10 67322 siitä, että raot (18) kulkevat viistoon ruuvikierukan akseliin nähden.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pursotin, tunnettu siitä, etä raot (13, 18, 19) ovat jaetut ainakin ruuvikierukan kierteen (11) kahdella täydelle nousukorkeudelle.