HU181502B - Homogenizáló fröccs-csiga, fröccsöntőgépekhez - Google Patents

Description

A találmány tárgya olyan homogenizáló fröccs-csiga, amely lehetővé teszi, hogy a színezetlenül kereskedelmi forgalomba kerülő hőre lágyuló műanyagokból a hagyományos felépítésű fröccsgépeken lehetővé váljon fénystabilizált termékek előállítása.

Az alapanyagpiacon egyre nagyobb a festetlenül és fénystabilizálatlanul eladásra kínált anyagok mennyiségi aránya.

A színezetten és fénystabilizáltan eladott anyagok mennyiségének csökkenésével ellentétben nőtt ezen anyagok ára és hosszabbodott a megrendeléstől a leszállításig eltelt idő. Addig amíg a színezetlen anyagokat az alapanyaggyártók raktárról azonnal szállítják, a festett, de különösen a fénystabilizált anyagokat csak rögzített színskálában és előírt minimális mennyiség megrendelése esetén hajlandók legyártani, majd szállítani.

Az utóbbi években a felhasználók igényei is megváltoztak, mivel az optimális alapanyagkészletet és a vevők színigényéhez való gyors igazodást a feldolgozó üzemben történő színezéssel és fénystabilizálással jobban lehet biztosítani.

A feldolgozó üzemen belüli festésre, fénystabilizálásra többféle megoldás létezik, melyeket két csoportba lehet sorolni.

Az egyik csoportba tartozó megoldások a festéshez, fénystabilizáláshoz poralakú pigmenteket és stabilizátorokat, a másik csoportba tartozók 2—3 mm átmérőjű mesterkeveréket az ún. masterbatch-t használják. A két módszer megvalósításához más-más berendezésekre és anyagmozgatási technológiákra van szükség és természetesen ezek beruházási költsége is eltérő.

A porfestés és stabilizálás legfejlettebb módszerénél a gép iga, fröccsöntőgépekhez adagoló tölcsére helyére egy olyan keverő berendezést szerelnek fel, amely tölthető festékpor- és stabilizátortartályt tartalmaz és a natúr (festetlen) alapanyagot vákuum felszivóval szívja fel a gép mellett felállított hordóból, vagy csővezetéi ken keresztül jut el az anyag a gépig.

A keverőgép az adag összemérése után, a keverő folyamat során olyan elektrosztatikus feltöltődést hoz létre a granulátum szemcséken, amely biztosítja a festéknek és a stabilizátomak az egyes szemcsék körüli egyenletes eloszlását. Ebből következik, hogy az ilyen keverékből a gép nehézségek nélkül tud homogén színű terméket előállítani még nagyfelületű darabok esetén is. A megoldás hátránya, hogy minden egyes fröccsgépet el kell látni ezzel a berendezéssel és ez a gép árához képest jelentős többlet beruházást jelent.

A gépenkénti keverőgépre azért van szükség, mert a festékporral kevert anyagot pneumatikusan nem lehet szállítani, gépbe juttatni, mivel a levegőáram a festéket a granulátum szemcsék felületéről leszívja.

Alkalmazzák még azt a módszert is, hogy a porral kevert alapanyagot egy szinttel magasabb helyről gravitációval juttatják a gépbe egy mozgatható silóból. Ebben az esetben lehet központi, nagyteljesítményű keverőt alkalmazni, de a megoldás alkalmazásának előfeltétele a többszintes üzem. Ez pedig csak ritkán adott.

A mesterkeverékkel történő színezésnél, fénystabilizálásnál a kb. 90%-ban festéket és szükség esetén fénystabilizátort az alapanyagokkal azonos, vagy legalábbis rokon tulajdonságú anyag „ragasztja” össze granulátummá. Ezt a mesterkeveréket nagyteljesítményű, központi ellátást biztosító kelj verőben keverik hozzá az alapanyaghoz, 2—5%-ban. A mes181502 terkeverékes festési, fénystabilizálási módszer előnye, hogy a mesterkeverék bekeverési teljesítménye legalább kétszerese mint ami a festékpor bekeverésénél elérhető. Ennek oka az, hogy itt nincs szükség az elektrosztatikus feltöltődés létrehozására. A mesterkeverékek alkalmazásakor a színátállás gyorsan elvégezhető, ellentétben a porfestéssel, ahol a keverőbe tapadt festékport csak időtrabló munkával lehet eltávolítani.

A mesterkeverék bekeverése ugyan gyorsan, kis fajlagos beruházási költséggel megvalósítható, de hátránya az, hogy a keverék üzemen belüli mozgatása, közbenső tárolása ráfordítást igényel. Ezenkívül nagy probléma a megfelelő szín, ill. fénystabilizátor eloszlatás, a kellő homogenitás elérése. Különösen a nagyméretű termékeknél nehéz a festékporral azonos homogén hatás elérése.

A nehézségek, illetve hátrányok ellenére a mesterkeverékkel való színezés technológiája mégis gazdaságosabb, és főképp kisebb egyszeri beruházással megvalósítható.

A mesterkeverékek alkalmazását azért is kedvelik, mivel a keverék mozgatása, szállítása pneumatikus rendszer segítségével megoldható, tehát a granulátum szállítására, gépbe juttatására a már meglévő berendezések alkalmasak.

A porfestékkel házilag színezett, vagy a színes alapanyag alkalmazása esetén elérhető homogén szinhatás azonban a mesterkeverékek alkalmazásakor is alapvető minőségi igény, mivel a rosszul színezett termék csak alacsonyabb áron értékesíthető, nem beszélve az inhomogén fénystabilizálás élettartam rontó hatásáról.

A mesterkeverék alkalmazása hagyományos gépeknél már korábban megkezdődött. Felhasználási területe azonban eddig a kisméretű termékekre korlátozódott, tehát olyan frőccsdarabok előállításánál volt alkalmazható, amelyek összefüggő sík felülete nem túl nagy, a termék súlya általában nem nagyobb mint maximum 500 gramm.

A hagyományos gépeknél ezenkívül a 3—5% mesterkeverék alkalmazására legtöbbször szükség van.

A hőre lágyuló műanyagok feldolgozása területén a csigás berendezések az extrudálásnál és a fröccsöntésnél alakultak ki. A technológiai sajátosságokból adódóan az extruderek csiga kialakításai az egyes konkrét speciális követelmények jobb elérése céljából nagyon sokféle kialakításban, ill. azok kombinációjában valósultak meg. A legismertebbek az állandó és növekvő magátmérőjű szalagos, szegmenses vagy körmös továbbító elemekkel, állandó vagy növekvő menetemelkedésű stb. kialakítások és ezek variációi.

Az 552 453 ljsz-u svájci szabadalmi leírás pl. olyan keverő és homogenizáló berendezést ismertet, ahol a csiga első és harmadik szakasza hagyományos leveles kiképzésű azonos menetemelkedésű, mig a két rész közötti második szakasz sugárirányban változtatható méretű körmöket tartalmaz. Lehetséges kialakítások különböző változatait ismerteti a Kunstoffverarbeitung 1974 évi 9—10 számában „Maschinen und Prozesse dér Kunstoffverarbeitung” cím alatt. Az ilyen csigáknak a fröccstechnikában való alkalmazása—e technika sajátosságai következtében — nem tekinthető kézenfekvőnek. Az eltérő alkalmazási terület, a más-más elven működő gép, különböző feltételeket biztosít és csak látszólag azonos feladatok megoldására.

Az egycsigás extruderekben a csiga helyhez kötötten, folyamatos forgómozgást végez, a termelés egész ideje alatt. A fröccsgép csigája viszont az anyag megömlesztésén kívül, visszacsapó-szeleppel ellátva, csigadugattyúként is működik. A csiga dugattyúként működve nagy nyomással juttatja az anyagot a szerszámba. E két feladat végrehajtása időben egymástól elkülönülten váltakozva és szakaszosan valósul meg.

A fröccs-csiga tengely mentén akkor is elmozdul amikor a plasztikálási folyamatot végzi. A tengelyirányú csigaelmozdulás a csiga különböző funkcionális szakaszainak — az extruderektől eltérően — más-más hatásfeltételt biztosít, ezért e szakaszok kialakításánál erre tekintettel kell lenni.

A fröccsgépek csigái az összetett szilárdsági igénybevétel miatt lényegesen rövidebb (13—20 D) mint az egycsigás extrudereké (20—30 D). Ez a körülmény nem teszi lehetővé azt, hogy a keverő és nyíró csigaszakaszokat bármilyen kombinációban szabadon alkalmazzuk. Tapasztalataink szerint a keverő-homogenizáló szelepszakasz alkalmazása elengedhetetlen ahhoz, hogy a célul tűzött ömledékminőséget el lehessen érni. A fenti irodalmi helyen ismertetett extrudercsigacsúcs a csigával együtt csupán egyhelyben forog, az ellendarabja pedig a henger meghosszabbított darabjaként működik. A fröccs-csiga két 7,8 szelepszakasz eleme viszont a csiga axiális elmozdulásakor egymáshoz viszonyítva is elmozdulást végez. Ez a körülmény a kialakítást, az axiális illeszkedési hézagokat és e csigaszakasz feladatát alapvetően megváltoztatja. A fröccs-csiga 7 alkatrésze a hengerben illeszkedik és a célszerűen megválasztott illesztése és hosszúsága miatt, az illesztési hézagba befolyt anyag segítségével tapad a henger falához. Hozzáképest a 8 elem forog. Ennek alapján az ismert homogenizáló és a találmány szerinti szelepszakasz egymással nem azonosítható.

A találmány célja:

— a nagyfelületű termékek mesterkeverékes színezését a színes alapanyagokéval azonos minőségi szinten valósítsa meg, — a natúr alapanyagokhoz kevert mesterkeverék mennyiségének csökkentése ne okozzon szín-inhomogenitást. A mesterkeverék mennyiségének csökkentése csupán a szín erősségének csökkenését vonja magával.

— a fénystabilizált mesterkeverékek alkalmazásával nagy (legalább 0,25 m²) oldalfelületű ládák is előállíthatok legyenek szigorú minőségi követelmény igénye esetén is, — a fény stabilizál tság elérése ne igényeljen gazdaságtalanul több fénystabilizátort, mint amennyit az alapanyaggyártók által festett és fénystabilizált anyagok tartalmaznak (kb. 0,5/0,05%), — a megoldás gazdaságosan megvalósítható legyen a hagyományos csigadugattyús fröccsgépeken.

A kitűzött feladatot egy speciális felépítésű homogenizáló fröccs-csiga segítségével valósítottuk meg. A találmány szerinti fröccs-csigát a hossztengelye mentén több, különböző részfeladat megoldását biztosító szakaszra osztottuk. Az egyes szakaszok feladata az, hogy a beadagoló nyíláson keresztül, a kívülről fűtött hengerbe juttatott natúr alapanyag, valamint a festéket és esetleg fénystabilizátort tartalmazó mesterkeverék előkevert keveréke a csiga tengelye mentén úgy haladjon előre, hogy a fellépő keverő-gyúró hatás a lehető legnagyobb legyen.

A csiga egyes szakaszait annak megfelelően alakítottuk ki, hogy a szakasz kezdetéhez érkező anyag milyen halmazállapotú, mennyire van megömlesztve, milyen viszkozitású. Ennek megfelelően a csiga:

— behúzó szakasz (2) — kompressziós szakasz (3) — keverő-homogenizáló szakasz (4) — keverő-homogenizáló szelepszakasz (7,8) — keverő-homogenizáló csigacsúcs (10) részekből állítottuk össze.

A 2 behúzó szakasz feladata a hagyományos csigák megfe2 lósul likőr gael—az tosít, ini. vétel sigás :tővé ;omerint igédét el ideraz ként zont a is iális tőén n ilúsátével inek szeét a ósít/isétást. in a iagy itók a is, inul várnak hazáló szeöző

Az són laptalelye úró <. ki, illagfc5 lelő részének funkciójával azonos, tehát feladata az anyagnak a hengerbe juttatása. E szakaszban történik a keverék előkomprimálása és előmelegedése is.

A 3 kompressziós szakasz felépítése és feladata szintén megegyezik a hagyományos csigáknál alkalmazott szakaszé- 5 val, tehát a már részben megolvadt anyagot összesajtolja és a szakasz végére megolvasztja. A keverő homogenizáló szakaszban kezdődik a keverési folyamat, amelyet a hagyományos csigáktól eltérő keverő-homogenizáló csigakiképzés eredményez. A csigaspirál e szakasz kezdetén megszakad és 10 helyét egy olyan 5 körmöket tartalmazó rész foglalja el, amely közt az anyag csak változó sebességgel tud előre haladni.

A körmök mellett elhaladó anyag sebessége nagyobb mint a körmök után elhelyezkedő anyagé. Az 5 körmök közt 15 haladó anyagnak egy tengelyirányú és egy kerületi irányú sebességkomponense van. Ezzel szemben a körmök után elhelyezkedő anyag már csak tengelyirányú sebességgel rendelkezik. A sebességkülönbség az anyagra nyíró hatást fejt ki és ezért az anyag gyúró-keverő igénybevételt szenved. 20 A csiga ezen szakasza többféle konkrét kivitelben készülhet, amely megoldásokat a szakirodalom már leközölt és a gyakorlatban is megvalósítottak.

így lehet:

— többsorban elhelyezett 5 kormos megoldású, 25 — egy, vagy több bekezdésű csigavonal mentén megszaggatott menetű.

Bármelyik megoldás használható, bár hatásuk egymástól bizonyos mértékben eltérő.

A 7,8, keverő-homogenizáló szelepszakasz. Az e szakasz- 30 ba érkező anyag már teljesen megömlött állapotban van.

A szakaszt két alkatrész alkotja:

— 8 fogazott csigatest, — a belső fogakkal ellátott 7 visszacsapó szelephüvely.

E két alkatrész közt áthaladó anyagrészecskék az előző 35 szakaszhoz képest kétszeres gyúróhatásnak vannak kitéve, mivel a hengerfalhoz súrlódással tapadó és ezért nem forgó 7 szelephüvely fogai és a forgó 8 fogazott csigatest fogai közt erős nyíróhatás lép fel.

E szakasz rendkívül jó homogenizáló hatású, önmagában 40 azonban a keverő-gyúróhatás elérésére mégsem elegendő, mivel szilárdsági okokból e szakasz hossza korlátozott. Elegendő hosszú azonban ahhoz, hogy az előző csigaszakaszban kezdett homogenizálási folyamatot befejezze. Olyan esetekben amikor a nagy termékméretek, a kiemelkedően szigo- 45 rú szín-homogenitási igény, de különösen a fénystabilizátorok alkalmazása ezt megköveteli szükség van egy 10 keverőhomogenizáló csigacsúcs alkalmazására is.

Az előző szakaszból már viszonylag jól homogenizáltan e szakaszba érkező anyag olyan nagy fajlagos nyomásnak van 50 itt kitéve, hogy ennek hatására az alapanyag, a festék és a fénystabilizátor molekulák finoman eloszlatva egymáshoz nagyon közel kerülnek és így a színhatás egyenletessége, valamint a fénystabilizátor vegyi hatása jelentékenyen fokozódik. 55

A csigacsúcsot úgy képezzük ki, hogy e szakaszon az összes anyagrészecske csak egy szűk, fémes felületek közti részen áthaladva jusson a csigacsúcs elé.

Az olyan fröccsgépeknél amelyeknél az alkalmazott fröccshenger hossza 15 D-nél rövidebb, e szakasz elhelyezhe- 60 tősége érdekében a hengert meg kell toldani.

A különböző nagyságú fröccsgépekhez a találmány szerint tervezett és gyártott csigák segítségével a kitűzött célt megvalósítottuk. Közepes és nagy (4000 gramm) gépeknél elértük azt, hogy: 65 — a rendkívül csekély 1%-os festék-mesterkeverék alkalmazása esetén is homogén szinhatást tudtunk biztosítani, — nagy felületű tárgyaknál is jó minőségű színezést és fénystabilizálást értünk el, — az előírásoknak megfelelő fénystabilitás eléréséhez a szükséges fénystabilizátor tartalom nem volt több mint amennyit az alapanyaggyártók alkalmaztak az általuk stabilizáltan szállított anyagoknál, — a megoldás minden csigadugattyús gépen alkalmazható, — a megoldás kivitelezése rendkívül olcsó, mert a meglévő gépben alkalmazott csigák átalakításával is megvalósítható.

A megoldást csak hőhatásra nem bomló anyagoknál lehet alkalmazni, PVC vagy poliacetál, vagy egyéb hasonló tulajdonságú termoreaktív anyagoknál nem.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon ábrázolt két kiviteli változat alapján megismerhető a konstrukció egyes szakaszának feladata és a kiviteli formája.

Az 1. ábra a homogenizáló fröccs-csiga hosszmetszetét mutatja a hagyományos csigacsúcs-végződéssel.

2. ábra a homogenizáló fröccs-csiga hosszmetszetét mutatja a keverő-homogenizáló csigacsúccsal — végződéssel ellátva.

3. ábra a keverő-homogenizáló csigaszakaszt ábrázolja.

4. ábra a keverő-homogenizáló csigacsúcsot ábrázolja.

5. ábra a keverő-homogenizáló csigacsúcsot ábrázolja, a hagyományos csúcsvégződéssel.

6. ábra a keverő-homogenizáló csigacsúcsot ábrázolja, gyúró-keverő végkiképzéssel.

A rajzon alkalmazott azonos hivatkozási számok hasonló részleteket jelölnek.

Az 1. ábra alapján a homogenizáló fröccs-csiga egyes részeinek működése és feladata tekinthető át. Az 1 tölcséren keresztül a fröccshengerbe bekerülő hőre lágyuló műanyag a 2 behúzó csigaszakaszba kerül. E szakasz a hagyományos csigák megfelelő részével azonos kiképzésű állandó magátmérőjű és menetemelkedésű szalagos kivitelű. A szakasz hossza. (4—6) D.

A 3 kompresszió szakasz felépítése és feladata szintén megegyezik a hagyományos csigáknál alkalmazott növekvő magátmérőjű és állandó menetemelkedésű szalagos szakaszéval. Hossza: (3—5) D.

Az 5 körmöket tartalmazó 4 keverő-homogenizáló szakasz hossza: (2,5—5) D.

Az 5 körmök a csiga hossztengelye mentén több síkban helyezkednek el.

Az 5 körmök közti horony szélességét úgy kell megválasztani, hogy a körömsor síkjába eső szabad keresztmetszet és az 5 köröm utáni szabad keresztmetszet aránya 1: 1,5; 1: 2,2 legyen.

A körömsorok közti távolság 20—35 mm, a csiga átmérőtől függően. A körmök száma egy sorban általában 8— 15 db.

A 4 keverő-homogenizáló szakasz ábraszerinti megoldásán kívül egyéb kiviteli lehetőségek is vannak, melyek hatása a mérettől és kialakítástól függően a vázolttól eltérő. Ilyen megoldás lehet a jobb, vagy bal emelkedésű és egy vagy több bekezdésű, ugyancsak szegmensszerű, köröm kialakítása.

A keverő-homogenizáló szakasz utáni 6 szelepgyűrű feladata az, hogy a 7 keverő-homogenizáló szelepgyűrű e felületen felfeküdve megakadályozza az anyag visszaáramlását. Anyaga edzett, kemény felületű a fellépő kopások megelőzése céljából.

A 7 keverő-homogenizáló szelepgyűrű belső fogai a 8

-3181502 csigaszakasz fogaival együtt az anyagra gyúró-homogenizáló hatást fejt ki. A fogak kialakítására az általános konstrukciós szemponton kívül az 5 körmöknél leírtak irányadók.

A csigacsúcs 9 végződése a hagyományos csigák megfelelő részével azonos felépítésű és rendeltetésű.

A 2. ábra az 1. ábrában jelzett csiga-konstrukciótól csak a csigacsúcs kiképzésében tér el. A keverő-homogenizáló csigacsúcs kiképzése olyan, hogy az anyag csak egy 0,5—

0,8 mm résen áthaladva jut a csiga elé. Az áthaladáshoz szükséges keresztmetszet a csúcs belépő keresztmetszetéhez 10 képest kisebb, ezért erős kompressziós hatás lép fel, amelynek értéke 1: 3; 1: 5.

A 3. ábra mutatja a keverő-homogenizáló csigaszakasz körmös végződését. A kialakítást a már meglévő fröccscsigák átalakításával is létre lehet hozni úgy, hogy a csiga magkeresztmetszetét lecsökkentve aira egy körmös kiképzésű hüvelyt szorítunk rá.

A 4. ábra a keverő-homogenizáló szelephüvely nagy koptató igénybevételnek van kitéve, ezért ezt az alkatrészt cementálható, vagy nitrálható anyagból kell készíteni.

A körmök méretének kialakításakor ügyelni kell arra, hogy az áramló anyag a körmök között áthaladva túl nagy frikciót ne szenvedjen.

Az 5. ábra a keverő-homogenizáló hatású csigacsúcsot szerelhetőségi okok miatt kell a csigától különálló alkatrészként elkészíteni.

A 6. ábrában vázolt kiviteli formánál a 10 csigacsúcs 9 végződésénél az anyag kivezetését biztosító 10 a kivezető hornyok 1,5—2 D hosszúságúra vannak kialakítva, melyekkel párhuzamosan a 10 c nyírógátakkal elválasztott 10 b 30 bevezető hornyok vannak kiképezve. E megoldástól eltérő formák is kialakíthatók, amelyek egymástól elsősorban kivitelezhetőség miatt térnek el. Például két bekezdésű és eltérő menetemelkedésű csigakiképzés is megfelelő.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Homogenizáló fröccs-csiga fröccsöntőgépekhez hőrelágyuló műanyagok adalék anyagainak — különösen festék és

   5 fénystabilizátorainak — bedolgozására azzal jellemezve, hogy a csiga állandó magátmérőjű és menetemelkedésű szalagos behúzó részből (2), növekvő magátmérőjű és állandó menetemelkedésű szalagos kompressziós szakaszból (3), keverő-homogenizáló — célszerűen körmös — szakaszból (4), a hengerfalhoz tengelyirányban is elmozdíthatóan illeszkedő és a körmös keverő-homogenizáló csigaszakasz (4) végén kialakított szelepgyűrűre (6) felfekvő, belső fogakkal ellátott hengerpalást alakú szelephüvelyből (7), és egy belső fogas tengelyszakaszból (8) álló keverő-homogenizáló szelepsza15 kaszból (7,8) és a keverő-homogenizáló szelepszakasz fogashengerpalástját (7) támasztó vállakkal (lOd) ellátott, az anyag kivezetését biztosító hornyokkal (10a) rendelkező csigacsúcsvégződésből (9) áll, amely a keverő-homogenizáló csigaszakasszal (8) együtt a csiga behúzó és kompressziós

   20 (2,3) szakaszához bonthatóan kapcsolódik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a csigacsúcsvégződés 1,5—2 D hosszúságú bevezető- (10b) és kivezető hornyokat (10a), valamint az ezeket egymástól elhatároló nyírógátakat (10c) tartalmazó

   25 hosszabbított keverő-homogenizáló csigacsúcs (10) szakaszszal rendelkezik.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a szelepgyűrü (6) a szelep többi részénél nagyobb kopásálló anyagból készített különálló szerkezeti elem.