NL1033085C2 - Extruder, samenstel van in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, een schroef daarvoor, en een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke schroef. - Google Patents

Description

4

EXTRUDER, SAMENSTEL VAN IN ELKAAR GRIJPENDE, TEGEN ELKAAR INDRAAIENDE SCHROEVEN, EEN SCHROEF DAARVOOR, EN EEN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN DERGELIJKE SCHROEF

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een extruder, op een samenstel van in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, op een schroef daarvoor, en op een werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

5 Bij de verwerking van thermisch gevoelige kunststoffen, bijvoorbeeld PVC, wordt veelal gebruik gemaakt van een extruder, die is voorzien van in elkaar grijpende en tegen elkaar indraaiende schroeven. Deze schroeven zijn voorzien van één- of meer-gangige schroefgang. Met behulp van 10 deze schroeven wordt de thermisch gevoelige kunststof als smelt onder druk gebracht en door het distale extrusiegereedschap geperst. De beide schroeven grijpen in elkaar, waardoor C-vormige kamers ontstaan, waarin de thermisch gevoelige kunststof wordt getransporteerd in de 15 richting van het extrusiegereedschap. De schroeven hebben onderling een speling. Ten eerste een walsspeling op de afstand tussen de buitendiameter van de ene schroef en de kerndiameter van de andere schroef. Ten tweede een flankspeling tussen de flanken van de schroeven. De 20 walsspeling is in het algemeen constant. Door het variëren van de flankspeling kan een terugstroming van materiaal worden geregeld. Deze terugstroming bevordert de mengwerking van de in de C-vormige kamers aanwezige smelt van kunststof. Ondanks deze verbeterde mengwerking als gevolg van de 25 terugstroming langs de walsspeling en flankspeling blijkt in de praktijk, dat het door het extrusiegereedschap geperste 1073085a 2 materiaal een veelal ongewenst inhomogeniteit bezit voor wat betreft bijvoorbeeld temperatuur en/of viscositeit van de smelt. Dit leidt tot een onregelmatig geëxtrudeerd product.

Een eerste bekende wijze voor het verbeteren van de 5 homogeniteit is het aanbrengen van sleuven in de schroef flanken, met name in het aan het ext rus iege reeds chap grenzende deel van de schroef. Kunststof smelt zal als lekstroom via de sleuven terugstromen, waardoor menging verbetert, maar de drukopbouw, als gevolg van de geminderde 10 pompwerking door de lekstroom, minder is.

Een andere bekende mogelijkheid voor het verbeteren van de homogeniteit is het uitvoeren van het distale deel van de schroef met een groter aantal schroefgangen, bijvoorbeeld met een drie-gangig schroefdeel in combinatie met een 15 bovenstrooms daarvan gelegen twee-gangig schroefdeel.

Een nadeel van deze bekende mogelijkheden voor het verbeteren van de homogeniteit is een veelal een verhoogd risico op slijtage.

De onderhavige uitvinding beoogt een andere wijze te 20 verschaffen van het verbeteren van de homogeniteit van het geëxtrudeerde product, door het op andere wijze verbeteren van de mengwerking door de terugstroming van het te extruderen product. Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt, doordat de extruder volgens de uitvinding omvat: 25 twee in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, waarin tenminste één schroef over een deel van zijn lengte is voorzien van tenminste in zijn schroefflank aangebrachte onderling longitudinaal gelegen, cilindrische terugmenggaten. De terugmenging wordt derhalve volgens de uitvinding 30 gerealiseerd door het in de schroefflank aanbrengen van een aantal terugmenggaten, waardoorheen het te extruderen materiaal terug kan stromen. Een voordeel hierbij is, dat bekende schroeven al dan niet voorzien van een aangepaste 3 flankspeling of sleuven, alsnog kunnen worden voorzien van de terugmenggaten volgens de uitvinding. Op eenvoudige wijze, zonder de constructie van de schroeven aan te passen, wordt een betere mengwerking gerealiseerd en daarmee de beoogde 5 verbetering van de homogeniteit van het door het extrusiegereedschap te extruderen kunststofmateriaal. Bovendien wordt verstopping, bijvoorbeeld door stroomstoring gevolgd door materiaal degradatie zoveel mogelijk vermeden. Terwijl bij opstarten materiaal uit de parallelle, 10 cilindrische terugmenggaten wordt geduwd. Deze cilindrische terugmenggaten mogen voor het vergroten van het lossend vermogen enigszins in de stromingsrichting divergerend zijn.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is het deel van de schroef, dat is voorzien van 15 terugmenggaten, in een mengzone gelegen. Door het aanbrengen van de terugmenggaten in een mengzone, die benedenstrooms ligt van een daaraan voorafgaande pompzone, zal door de in de mengzone heersende hogere druk een goede terugstroming naar de pompzone gerealiseerd worden.

20 Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm kan de terugmenging verder bevorderd worden door het verhogen van het pompvolume, doordat bij voorkeur de spoed Sm van de schroef in het van terugmenggaten voorziene mengdeel groter is dan de spoed Sp in een aangrenzende pompzone, bij voorkeur 25 tenminste 5% groter is, meer bij voorkeur tenminste 10% groter is, nog meer bij voorkeur meer dan 20% groter is. De spoed Sm in de mengzone kan bijvoorbeeld bedragen 100 tot 140, bijvoorbeeld 120, terwijl in de pompzone de schroef een spoed Sp bezit van 60 tot 100, bijvoorbeeld 80.

30 Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm kan de mengwerking verder verbeterd worden, indien verder bij voorkeur een flankspeling in het van terugmenggaten voorziene deel van de schroef groter is dan de flankspeling in een 4 aangrenzende pompzone, bij voorkeur is de flankspeling tenminste 10% groter, meer bij voorkeur 15% groter, nog meer bij voorkeur 20% groter. Door het regelen van de flankspeling wordt dus de mengwerking verder versterkt in de aangegeven 5 zin.

Indien verder bij voorkeur het deel van de schroef, dat is voorzien van terugmenggaten, meer-gangig is ten opzichte van een aangrenzend deel, bij voorkeur drie-gangig ten opzichte van twee-gangig, wordt de mengwerking verder 10 verbeterd door de meer-gangige overgang, waardoor het materiaal uit een C-vormige kamer over meerdere kleinere C-vormige kamers in het aangrenzende meer-gangige deel wordt verdeeld, hetgeen de mengwerking ten goede komt.

Ofschoon de pompzone en de mengzone bij de schroeven 15 volgens de uitvinding kunnen zijn gelegen direct bovenstrooms van het extrusiegereedschap, is het eveneens mogelijk, dat meerdere pompmengzone's over de lengte van het paar in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven kan zijn opgenomen, bijvoorbeeld met het oog op het inmengen van 20 verschillende materialen en/of het ontgassen of via vacuüm toelaten van andere materialen. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm vormt het schroefdeel, dat is voorzien van terugmenggaten, een distaai mengschroefdeel, en vormt het aangrenzende schroefdeel een proximaal 25 pompschroefdeel. Een ander aspect van de uitvinding heeft betrekking op een samenstel van in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, waarin tenminste één schroef over een deel van zijn lengte is voorzien van in zijn schroefflank aangebrachte terugmenggaten.

30 Volgens een ander bijzonder voordelig uitvoeringsvoorbeeld zijn de terugmenggaten ten dele in de schroefflank en ten dele in de schroefkern aangebracht. Aldus is de schroefas voorzien van een deel van een terugmenggat.

5

Bij voorkeur is tevens het tussen aangrenzende schroefflanken gelegen deel van de schroefas tevens voorzien van dit deel van het menggat. Aldus is het mogelijk dat relatief grote terugmenggaten kunnen worden aangebracht. Zelfs is het 5 mogelijk terugmenggaten aan te brengen met een diameter die groter is dan de schroefflank doordat een deel van het terugmenggat is gelegen in de schroefkern. Doordat verder het vrijliggende oppervlak van de schroefkern tussen aangrenzende flanken is voorzien van een deel van het terugmenggat wordt 10 verder de mengwerking versterkt als gevolg van de thans optredende "cavity transfer" als gevolg van de in deze schroefgang aangrijpende en roterende flank van de andere schroef. Het zal duidelijk zijn dat door het aanbrengen van grotere terugmenggaten, bijvoorbeeld groter dan de 15 flankhoogte, verstopping in de terugmenggaten verder wordt verhinderd met name in geval van grote flankbreedten.

Afhankelijk van de plaats waar de mengwerking optimaal moet zijn, kan het deel van de schroef dat is voorzien van de terugmenggaten zowel benedenstrooms alsook 20 meer bovenstrooms in de schroef zijn aangebracht. In het geval van een bovenstrooms aanbrengen heeft het verder voorkeur dat de schroef is gedeeld en het van terugmenggaten voorziene schroefdeel is tussen geplaatst.

Een ander aspect van de uitvinding heeft betrekking 25 op een schroef voor een extruder of voor een samenstel van in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, waarbij deze schroef op tenminste een deel van zijn lengte is voorzien van in zijn schroefflank aangebrachte terugmenggaten.

30 Een laatste aspect van de uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een schroef voor een extruder, welke schroef op een deel van zijn lengte is 6 voorzien van tenminste in zijn schroefflank aangebrachte terugmenggaten, omvattende - het aanbrengen in het schroeflichaam van longitudinale gaten; en 5 - het aanbrengen in het oppervlak van het schroeflichaam van schroefgangen onder vorming van schroefflanken die zijn voorzien van tenminste een deel van de terugmenggaten.

Genoemde en andere kenmerken van de extruder, het 10 samenstel en de schroef volgens de uitvinding, zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden, die bij wijze van voorbeeld worden gegeven zonden dat daartoe de uitvinding wordt geacht beperkt te zijn. Hierbij wordt verwezen naar de bijgevoegde 15 tekeningen, waarin:

Figuur 1 een perspectivisch aanzicht toont van een extruder volgens de uitvinding;

Figuur 2 op grotere schaal detail II uit figuur 1 toont; 20 Figuur 3 een doorsnede toont op lijn III-III uit figuur 1;

Figuur 4 een aanzicht toont volgens de pijl IV uit figuur 1;

Figuur 5-7 zijaanzichten tonen van schroeven volgens 25 de uitvinding;

Figuur 8A toont in zijaanzicht een variant van een schroef volgens de uitvinding;

Figuur 8B toont een aanzicht volgens de pijl VIII uit figuur 8A; 30 Figuur 9A-9D toont een werkwijze voor het vervaardigen van een schroef deel volgens de uitvinding,· en

Figuur 10A en 10B tonen in zijaanzicht de samenstelling van een andere schroef volgens de uitvinding.

7

Figuur 1 toont een extruder 1 volgens de uitvinding. De extruder omvat een hopper 2 voor het extrudeermateriaal. Een aandrijving 3 en in een verwarmbare mantel 4 in een cilinder 5 opgenomen samenstel 6 van in elkaar grijpende, 5 tegen elkaar indraaiende schroeven 7 en 8.

Figuur 2 toont het samenstel 6 op grotere schaal.

Figuur 7 toont de schroef 7 in zijaanzicht.

Figuur 3 toont de twee-gangige schroef 8, die roteerbaar is aangebracht in de cilinder 5 onder vorming van 10 de C-vormige mengkamers 9. Zichtbaar is verder de flankspeling 10 en in figuur 4 de walsspeling 11. Met de pijlen 12 en 13, die beide tegen elkaar in gericht zijn, wordt het tegenlopende gedrag van de schroeven 7 en 8 weergegeven.

15 De schroef 7 bezit over zijn in figuur 7 aangegeven lengte een spoed van bijvoorbeeld 80 voor beide schroefgangen 12, en 13. Grenzend aan de schroefkop 14 is het deel 15 voorzien van de langsrichting in de schroefgangen aangebrachte onderling longitudinaal gelegen, cilindrische 20 terugmengopeningen 16. Afhankelijk van de gewenste te bereiken terugmenging wordt over een spoed van de schroefgangen verdeeld een aantal van dergelijke terugmengopeningen 16 aangebracht. De terugmengopeningen 16 zijn bij voorkeur inwendig glad gepolijst om aanbakken tegen 25 te gaan en schoonlopen te bevorderen. De openingen 16 kunnen in doorstroomrichting divergerend zijn.

Bij de schroef 17 volgens de uitvinding, zoals getoond in figuur 6, is de spoed in de mengzone 18 groter dan in het daaraan voorafgaande, bovenstroomse pompdeel 19 van de 30 schroef 17. De spoed Sm in het deel 18 bedraagt bijvoorbeeld 120 en de spoed Sp in het deel 19 bedraagt bijvoorbeeld 80.

De schroef 17 is over zijn gehele lengte twee-gangig, maar desondanks wordt de verbeterde homogeniteit bereikt door de 8 verbeterde terugmenging als gevolg van de terugmengopeningen 16, die zijn aangebracht in de beide schroefgangen in het deel 18.

Figuur 5 toont een schroef 20 met een pompdeel 21 met 5 een spoed Sp 80, en een mengdeel 22 met een spoed Sm 120. In het deel 21 bezit de schroef 20 een twee-gangige uitvoering en in het deel 22 een drie-gangige uitvoering. Dit veroorzaakt een overgang 23. Verder is voor het verbeteren van de menging naast de terugmengopeningen 16 volgens de 10 uitvinding, tevens een aantal terugmengsleuven 24 aangebracht over een spoed van de drie schroefgangen.

Figuur 8A toont een andere schroef 25 volgens de uitvinding. De schroef 25 omvat een schroefkop 14 en een deel 26 dat is voorzien van een schroef 27 met in de schroefflank 15 28 aangebracht deel van een terugmenggat. Het resterende deel van het terugmenggat is aangebracht in de schroefkern 30. Aldus ontstaat in de schroefkern 30 met name in het vrij liggende oppervlak in de schroefgangen 31 longitudinale kuilen 32. In samenwerking met door de schroefgang 31 20 heendraaiende schroefschouder van de samenwerkende andere schroef ontstaat een zogenaamde cavity transfer menging waardoor de mengwerking verder is verbeterd. Verder laat figuur 8B zien dat het menggat 29 een diameter bezit die nagenoeg gelijk is aan de hoogte h van de schroefflank.

25 Figuur 9A-9D laat een werkwijze zien voor het vervaardigen van een schroefdeel volgens de uitvinding dat is voorzien van terugmenggaten in een schroefflank van de schroef. Daartoe wordt een massief schroeflichaam 33 aan een kopseinde 34 door boren voorzien van longitudinale boorgaten 30 35 die zoals getoond in figuur 9B een onderlinge onderscheidelijke lengte bezitten. Vervolgens wordt bijvoorbeeld door middel van frezen in het buitenoppervlak 36 overeenkomstig figuur 36 een schroefgang 37 gefreesd en 9 tenslotte volgens figuur 9D een oppervlaktestructuur 38 in de schroefgang 37. Zoals niet getoond kan het einde 39 worden gevormd tot een extruderkop 14.

Tenslotte toont figuur 10A en 10B een schroef tip 40 5 volgens de uitvinding, waarbij een deel 41 van de schroef is voorzien van schroefflanken met in de schroefflank 42 en in de schroefkern 43 aangebrachte menggaten 44. Dit deel 41 ligt bovenstrooms van een benedenstroomse deel 45 van de schroef 40. Het schroefdeel 41 is vervaardigd volgens de werkwijze 10 zoals getoond in figuur 9A-9D. Teneinde het deel 41 te koppelen met het benedenstroomse deel 46 zijn beide voorzien van koppelmiddelen 47 in de vorm van pennen 48 die vast bevestigd worden in overeenkomstige gaten 49 in het deel 46.

Ofschoon niet verder in detail besproken zal het 15 duidelijk zijn, dat door het vergroten van de flankspeling in de mengzone's, verder in de gewenste zin de terugmenging kan worden geoptimaliseerd.

1053085¾

Claims (14)

1. Extruder, omvattende twee in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, waarin tenminste één schroef over een deel van zijn lengte is voorzien van tenminste in zijn schroefflank aangebrachte, onderling 5 longitudinaal gelegen, cilindrische terugmenggaten.

2. Extruder volgens conclusie 1, waarin het deel van de schroef, dat is voorzien van terugmenggaten, in een mengzone is gelegen.

3. Extruder volgens conclusie 1 of 2, waarin de spoed 10 Sm van de schroef in het van terugmenggaten voorziene mengdeel groter is dan de spoed Sp in een aangrenzende pompzone, bij voorkeur tenminste 5% groter is, meer bij voorkeur tenminste 10% groter is, nog meer bij voorkeur meer dan 20% groter is.

4. Extruder volgens conclusie 1-3, waarin een flankspeling in het van terugmenggaten voorziene deel van de schroef groter is dan de flankspeling in een aangrenzende pompzone, bij voorkeur is de flankspeling tenminste 10% groter, meer bij voorkeur 15% groter, nog meer bij voorkeur 20 20% groter.

5. Extruder volgens conclusie 1-4, waarin het deel van de schroef, dat is voorzien van terugmenggaten, meer-gangig is ten opzichte van een aangrenzend deel, bij voorkeur drie-gangig ten opzichte van twee-gangig.

6. Extruder volgens conclusie 1-5, waarin het schroefdeel, dat is voorzien van terugmenggaten, een distaai mengschroefdeel vormt, en het aangrenzende schroefdeel een proximaal pompschroefdeel vormt. 1033ö85£ * 4 ·

7. Extruder volgens conclusie 1-6, omvattende een samenstel van in elkaar grijpende, tegen elkaar indraaiende schroeven, waarin tenminste één schroef over een deel van zijn lengte is voorzien van in zijn schroefflank aangebrachte 5 terugmenggaten.

8. Extruder volgens conclusie 1-7, waarin de terugmenggaten ten dele in de schroefflank en ten dele in de schroefkern zijn aangebracht.

9. Extruder volgens conclusie 1-8, waarin het van 10 terugmenggaten voorziene deel van de schroef in het benedenstroomse deel van de schroef is gelegen.

10. Extruder volgens conclusie 1-8, waarin het van terugmenggaten voorziene deel van de schroef in een bovenstroomse deel van de schroef is gelegen.

11. Samenstel van in elkaar grijpende en tegen elkaar indraaiende schroeven volgens conclusie 1-10.

12. Schroef voor een extruder volgens conclusie 1-10, of voor een samenstel volgens conclusie 11, welke schroef op tenminste een deel van zijn lengte is voorzien van tenminste 20 in zijn schroefflank aangebrachte, cilindrische terugmenggaten.

13. Werkwijze voor het vervaardigen van een schroef voor een extruder, welke schroef op een deel van zijn lengte is voorzien van tenminste in zijn schroefflank aangebrachte, 25 cilindrische terugmenggaten, omvattende - het aanbrengen in het schroeflichaam van

1 OilQi t udillSx 0 yat0ΙΊ / 6Π - het aanbrengen in het oppervlak van het schroeflichaam van schroefgangen onder vorming van 30 schroef flanken die zijn voorzien van tenminste een deel van de terugmenggaten. 1033085#