PL177289B1

PL177289B1 - Urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów, zwłaszcza plastycznych

Info

Publication number: PL177289B1
Application number: PL95317539A
Authority: PL
Inventors: Lefteris N. Valsamis; Eduardo L. Canedo; Jose M. Pereira; Douglas V. Poscich
Original assignee: Farrel Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1999-10-29
Also published as: KR970703230A; JP2912021B2; AU680372B2; AU2661695A; DK0764074T3; TW261569B; EP0764074A4; MX9606025A; CN1149852A; EP0764074A1; RU2145281C1; DE69519431T2; DE69519431D1; ES2152403T3; PL317539A1; BR9508698A; CA2191860C; WO1995033608A1; EP0764074B1; CN1051494C

Abstract

1. Urzadzenie do mieszania i wytlaczania materia- lów, zwlaszcza plastycznych, zlozone z obudowy, z umieszczonych wewnatrz niej napedzanych ruchem obrotowym slimaków oraz z osadzonych na tym samym walku mieszadel, wyposazonych w srubowe elementy mieszajace, znamienne tym, ze obudowa (24) sklada sie z szeregowo polaczonych w spólosiow o segmentów (26-1, 26-9), wyposazonych w dwa polaczone ze soba i przenikajace sie wzajemnie walcowe otwory (83, 84) o równoleglych osiach, natomiast wewnatrz tych seg- mentów obudowy sa umieszczone w ich walcowych otworach (83, 84) wspólosiowe wzgledem nich slimaki (21, 22), zlozone z osiowo polaczonych segmentów srubowych (45, 46, 48), przy czym kazdy z tych slima- ków (21, 22) jest wyposazony w zaklinowane szeregowo wzgledem segmentów srubowych (45, 46, 48), na tym samym walku (30), dwa mieszadla (50-1, 50-2), z któ- rych kazde sklada sie z prawoskretnego elementu sru- bowego (51, 53) oraz ze stykajacego sie z nim lewo- skretnego elementu srubowego (52, 54) przy czym obydwa te elementy srubowe maja w przekroju po- przecznym jednakowe, niesymetryczne profile (62, 66) 1 (64, 68) FIG . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów, zwłaszcza plastycznych, złożone z obudowy, z umieszczonych wewnątrz niej napędzanych ruchem obrotowym śrub transportowych oraz z osadzonych na tym samym wałku mieszadeł, wyposażonych w śrubowe elementy mieszające.

Znane urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów plastycznych składają się z cylindrycznej obudowy oraz z umieszczonej w niej segmentowej śruby transportowej sprzężonej z elementami mieszającymi, materiał plastyczny wraz z dodatkami jest przenoszony za pomocą obracającej się śruby transportowej do mieszadła wyposażonego w śmigła lub tarcze o średnicy nieco mniejszej od średnicy obudowy, przy czym podczas mieszania ulega, w wyniku tarcia, podgrzewaniu, zaś wzrastająca temperatura powoduje jego topnienie i dobre wymieszanie składników. Elementy mieszające są specjalnie profilowane, aby uzyskać między nimi i wewnętrzną powierzchnią obudowy wąską szczelinę, której szerokość jest zwykle mniejsza od 1 mm, co zapewnia przekształcenie energii tarcia w energię cieplną, a tym samym topnienie materiału.

Niedogodności znanych urządzeń do mieszania i wytłaczania materiałów plastycznych jest lokalne przegrzewanie materiału w obszarze szczeliny, prowadzące często do degradacji materiału. Wąska szczelina między elementami mieszadła a powierzchnią ścianki obudowy generuje również lokalnie wysokie ciśnienie, odkształcenie śruby transportowej i jej tarcie o powierzchnię ścianki obudowy, a tym samym szybkie zużycie elementów urządzenia. Nierównomierny rozkład temperatury oraz ciśnienia powoduje również niejednorodny rozkład cząsteczek składników dodanych do wymieszania z materiałem głównym, powodując konieczność kilkukrotnego powtarzania mieszania materiału.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego urządzenia do mieszania i wytłaczania materiałów plastycznych, które wyeliminuje wspomniane niedogodności znanych urządzeń, zapewniając stały i równomierny rozkład temperatury oraz wyeliminowanie powstawania lokalnych wzrostów ciśnienia.

Cel ten zrealizowano przez konstrukcję urządzenia do mieszania i wytłaczania materiałów, zwłaszcza plastycznych, którego obudowa składa się z szeregowo połączonych współosiowych segmentów, wyposażonych w dwa połączone ze sobą i przenikające się wzajemnie walcowe otwory o równoległych osiach. Wewnątrz tych segmentów obudowy są umieszczone w ich walcowych otworach współosiowe względem nich ślimaki, złożone z osiowo połączonych segmentów, wyposażonych w dwa połączone ze sobą i przenikające się wzajemnie walcowe otwory o równoległych osiach. Wewnątrz tych segmentów obudowy są

177 289 umieszczone w ich walcowych otworach współosiowe względdem nich ślimaki, złożone z osiowo połączonych segmentów śrubowych. Każdy z tych ślimaków jest wyposażony w zaklinowane szeregowo względem segmentów śrubowych na tym samym wałku, dwa mieszadła. Każde z tych mieszadeł składa się z prawoskrętnego elementu śrubowego oraz ze stykającego się z nim lewoskrętnego elementu śrubowego, przy czym obydwa te elementy śrubowe mają w przekroju poprzecznym jednakowe, niesymetryczne profile.

Profil przekroju poprzecznego każdego z elementów śrubowych obydwu mieszadeł składa się z krzywej prowadzącej oraz z połączonej z nią za pośrednictwem płaskiego ścięcia - krzywej nośnej, przy czym krzywe te wyznaczają kąt prowadzący, zawarty między styczną do krzywej prowadzącej w punkcie przecięcia się jej z płaskim ścięciem, a prostopadłą do osi symetrii profilu, i kąt nośny, zawarty między styczną do krzywej nośnej w miejscu przecięcia się jej z płaskim ścięciem, a prostopadłą do osi symetrii tego profilu, przy czym kąt nośny jest większy od kąta prowadzącego co najmniej o 5°, korzystnie większy o 6°.

Kąt prowadzący ma wartość od 5° do 25°, korzystnie od 12° do 18°, zaś kąt nośny ma wartość od 10° do 90°, korzystnie od 20° do 36°.

Płaskie ścięcie tworzy z obrzeżem otworu walcowego o promieniu Rb, w jego przekroju poprzecznym, szczelinę o szerokości δ, przy czym stosunek szerokości δ szczeliny do promienia Rb ma wartość od 1% do 15%, korzystnie od 3% do 14%.

Stosunek szerokości płaskiego ścięcia do szerokości 8 szczeliny ma wartość od 1 do 8, korzystnie od 1.5 do 6.

Płaskie ścięcie jest korzystnie umieszczone symetrycznie względem osi wałka, na którym jest zaklinowany element śrubowy.

Stosunek szerokości płaskiego ścięcia do szerokości szczeliny ma w tej odmianie rozwiązania korzystnie wartość od 1,5 do 6.

Stosunek długości elementów śrubowych mieszadeł do promienia walcowego otworu segmentu obudowy ma korzystnie wartość od 4 do 16.

Kąt skrętu elementu śrubowego na jego całej długości wynosi 90°.

. Elementy śrubowe mieszadeł są zaopatrzone w otwór do osadzenia w nim wałka z rowkiem wpustowym oraz rowki wpustowe do osadzenia kołków wpustowych.

Na wałkach są zaklinowane kolejno segmenty śrubowe ślimaków, następnie elementy śrubowe pierwszego mieszadła, po czym znów segmenty śrubowe śrub, elementy śrubowe drugiego mieszadła, a wreszcie ponownie segmenty śrubowe ślimaków, przy czym płaskie ścięcia prawoskrętnych elementów śrubowych obu mieszadeł stanowią ciągłe przedłużenie grzbietów gwintu segmentów śrubowych ślimaków.

Grzbiety gwintu segmentów śrubowych przylegających do lewoskrętnych elementów śrubowych mieszadeł stanowią ciągłe przedłużenie płaskich ścięć tych elementów śrubowych.

Stosunek połowy’ szerokości elementu śrubowego, mierzonej wzdłuż promienia walcowego otworu w obudowie - do tego promienia ma korzystnie wartość od 0.5 do 0.8.

Środek krzywizny krzywej prowadzącej jest oddalony od osi profilu o wartość odciętej, równej różnicy wartości promienia Ri krzywej prowadzącej i połowy szerokości elementu śrubowego.

Dzięki opisanej konstrukcji urządzenie według wynalazku zapewnia mieszanie materiałów plastycznych w niższych niż dotychczas i stałych temperaturach, co pozwala na uzyskanie większej lepkości materiału i jego korzystniejszych właściwości plastycznych i obróbczych. Zaletą konstrukcji jest również wieloelementowa budowa urządzenia, pozwalająca na zestawienie różnych konfiguracji jego elementów dostosowanych do żądanej charakterystyki procesu mieszania i wytłaczania.

Wynalazek jest w przykładzie realizacji uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów plastycznych w osiowym przekroju podłużnym; fig. 1A i 1B - urządzenie w osiowym przekroju podłużnym jego części znajdującej się na prawo od linii 2-2 na fig. 1; fig. 2 - urządzenie według wynalazku w przekroju poprzecznym wzdłuż linii 2-2 na fig. 1; fig. 3 - profil elementu śrubowego mieszadła urządzenie w przekroju poprzecznym wzdłuż linii 2-2 na fig. 1; fig. 3 - profil elementu śrubowego mieszadła urządzenia w przekroju poprzecznym; fig. 3A - część profilu elementu

177 289 śrubowego mieszadła według fig. 3; fig. 3B - część profilu elementu śrubowego mieszadła według fig. 3; fig. 4A - element śrubowy mieszadła w widoku wzdłuż osi urządzenia; fig. 4B - element śrubowy mieszadła według fig. 4A w widoku wzdłuż linii prostopadłej do osi urządzenia; fig. 5A - wariant elementu śrubowego mieszadła w widoku wzdłuż osi urządzenia; fig. 5B - element śrubowy mieszadła według fig. 5A w widoku wzdłuż linii prostopadłej do osi urządzenia; fig. 6A - wariant elementu śrubowego mieszadła w widoku wzdłuż osi urządzenia; fig. 6B - element śrubowy mieszadła według fig. 6A w widoku wzdłuż linii prostopadłej do osi urządzenia; fig.7A - wariant elementu śrubowego mieszadła w widoku wzdłuż osi urządzenia; fig. 7B - element śrubowy mieszadła według fig.7A w widoku wzdłuż linii prostopadłej do osi urządzenia, a fig. 8 - element śrubowy mieszadła urządzenia w przekroju prostopadłym do osi urządzenia.

Urządzenie 20 do mieszania i wytłaczania materiałów według wynalazku składa się z obudowy 24, zaopatrzonej w dwa wzajemnie przenikające się otwory walcowe 83 i 84, mające w przekroju poprzecznym kształt leżącej ósemki utworzonej z szeregowo połączonych segmentów cylindrycznych 26-1 do 26-9, z umieszczonych wewnątrz obudowy dwóch ślimaków 21 i 22, złożonych z szeregowo połączonych segmentów, oraz z połączonych współosiowo z tymi ślimakami 21 i 22 mieszadeł 50-1 i 50-2, umieszczonych między tworzącymi je segmentami. Ślimaki 21 i 22 są zaklinowane na wałkach 30 obracanych przez mechanizm napędowy 28, połączony z nimi za pośrednictwem sprzęgła 29. Pierwszy cylindryczny segment 26-1 obudowy jest zaopatrzony w prostopadły do jej osi otwór wsadowy 25, zaś siódmy segment 26-7 - w otwór wentylacyjny 36 do odprowadzenia substancji lotnych 37. Natomiast ostatni segment cylindryczny 26-9 jest zaopatrzony w ustnik 38, przez który wytłaczany jest materiał plastyczny 39 z wnętrza urządzenia 20.

Wałki 30 są zaopatrzone przynajmniej w jeden równoległy do osi rowek wypustowy 40, w którym jest osadzony wpust 42, łączący poszczególne szeregowe segmenty 45, 46, 48 ślimaków 21 i 22. Segmenty śrubowe 46 są dłuższe od segmentów 45, zaś skok ich gwintu 49 jest większy od skoku gwintu 47 segmentów śrubowych 45. Gwinty 47 i 49 segmentów śrubowych 45 i 46 łączą się ze sobą tworząc ciągły gwint o zmiennym skoku. Gwint 47 segmentu śrubowego 48 obejmuje jedynie pół zwoju. Między segmentami śrubowymi 45 ślimaków 21 i 22, umieszczonymi w cylindrycznych segmentach 26-2 i 26-4 obudowy, osadzone jest w jej sektorze 26-3 - mieszadło 50-1. Inne mieszadło 50-2 jest umieszczone w cylindrycznych segmentach 26-5 i 26-6 obudowy między segmentami śrubowymi 45 i 48. mieszadło 50-1 składa się z przylegających do siebie, niesymetrycznych elementów śrubowych 51 i 52, z których element 51 jest prawoskrętny, zaś element 52 - lewoskrętny. Natomiast mieszadło 50-2 składa się z przylegających do siebie, niesymetrycznych elementów śrubowych 53 i 54, przy czym element 53 jest również prawoskrętny, a element 54 - lewoskrętny. Wszystkie elementy śrubowe 51, 52, 53 i 54, oraz umieszczone między nimi segmenty śrubowe 45 i 48, są zaklinowane na wałku 30 za pomocą kołków wypustowych 42, osadzonych w rowkach wpustowych 44. Każdy z niesymetrycznych elementów śrubowych 51, 52 mieszadła 50-1 jest zaopatrzony w dwa płaskie ścięcia 60 (fig. 2), stanowiące ciągłe przedłużenie grzbietów gwintu 47 segmentu śrubowego 45, oczywiście o znacznie większym skoku. Natomiast elementy śrubowe 53 i 54 mieszadła 50-2 są zaopatrzone w płaskie ścięcia 60', stanowiące ciągłe przedłużenie gwintu 47 segmentu śrubowego 48, oczywiście o znacznie większym skoku.

Między mieszadłem 50-2 a ustnikiem 38 znajdują się kolejno: dwa segmenty śrubowe 45 z gwintami 47 oraz dwa dłuższe od nich segmenty śrubowe 46 z gwintami 49 o mniejszym skoku niż gwinty 47, a następnie siedem segmentów 45, w celu uzyskania odpowiednio wysokiego ciśnienia, niezbędnego do wypchnięcia materiału z ustnika 38 do nie pokazanej na rysunku matrycy.

Koniec 33 wałka 30 jest zaopatrzony w uszczelkę łączącą w jedną całość segmenty śrubowe 45 i 46 ślimaków 21 i 22 oraz elementów śrubowych 51, 52, 53 i 54 mieszadeł 50-1 i 50-2.

Figury 3, 3A i 3B przedstawiają kształt profilu 57, w przekroju poprzecznym 62, 64, 66 i 68, niesymetrycznego elementu śrubowego 51, 52, 53 i 54. Przedstawiona na fig. 3

177 289 średnica D i promień krzywizny Rb przekroju poprzecznego cylindra 83 i 84 stanowią podstawę do określenia wymiarów urządzenia 20. Profil elementu śrubowego 51 do 54 mieszadeł 50-1 i 50-2 składa się w przekroju poprzecznym 62, 64, 66 i 68 z wypukłej krzywej prowadzącej 70 o promieniu krzywizny R1 oraz z wypukłej krzywej nośnej 76 o promieniu krzywizny R2. Krzywa prowadząca 70 łączy się w swej górnej części z płaskim ścięciem 60 profilu w punkcie 71, zaś w swej lewej, bocznej części - z płaską częścią 73 profilu w punkcie 72, przy czym punkt ten znajduje się ponad osią współrzędnych X w odległości Y1, stanowiącej równocześnie rzędną środka krzywizny 74 krzywej prowadzącej 70. Natomiast krzywa nośna 76 łączy się w swej górnej części z płaskim ścięciem 60 w punkcie 77, zaś w swej prawej, bocznej części - z płaską częścią 73 profilu w punkcie 79. Punkt 79 znajduje się ponad osią współrzędnych X w odległości Y2, stanowiącej równocześnie rzędną środka krzywizny nośnej 76. Środek krzywizny 74 krzywej prowadzącej 70 znajduje się w odległości X1 od osi 75 profilu, zaś środek krzywizny 78 krzywej nośnej 76 w odległości X₂ od tej osi 75, większej od odległości Χ1. Natomiast odległość Y2 jest mniejsza od odległości Y_v Odcinek 86 łączący punkty 74 i 71 stanowi promień krzywizny R1 krzywej prowadzącej 70, zaś odcinek 87 łączący punkty 78 i 77 - promień krzywizny R₂ krzywej nośnej 76, przy czym odcinek 86 tworzy z prostą 90 łączącą środek 31 (lub 32) z punktem 71 kąt prowadzący a, a odcinek 87 tworzy z prostą 96 łączącą środek 31 (lub 32) z punktem 77 - kąt nośny β.

Przedstawiona na fig. 3B linią przerywaną styczna 93 do krzywej prowadzącej 70 w punkcie 71 tworzy z prostopadłą 94 do osi 75 profilu kąt prowadzący α, natomiast przedstawiona linią przerywaną styczna 95 do krzywej nośnej 76 w punkcie 77 tworzy z prostopadłą 99 do osi_z75 profilu - kąt nośny β, przy czym ten kąt nośny p jest większy od kąta prowadzącego a. Środek krzywizny krzywej prowadzącej jest oddalony od osi profilu o wartość odciętej, równej różnicy wartości promienia R1 krzywej prowadzącej i połowy szerokości elementu śrubowego.

Na fig. 4A i 4B jest przedstawiony prawoskrętny element śrubowy 51 mieszadła 50-1, zaopatrzony w dwa symetryczne względem osi 31 (lub 32) płaskie ścięcia 60. Kąt skrętu elementu śrubowego 51, na jego długości L równej połowie długości segmentu 26-3 obudowy, wynosi 90°.

Na fig. 5A i 5B jest przedstawiony lewoskrętny element śrubowy 52 mieszadła 50-1 zaopatrzony w dwa symetryczne względem osi 31 (lub 32) płaskie ścięcia 60. Kąt skrętu elementu śrubowego 52, na jego długości L równej połowie długości segmentu 26-3 obudowy, wynosi 90°.

Połączone wzdłuż linii 104 (fig. 1A) elementy śrubowe 51 i 52 tworzą mieszadło 50-1.

Na fig. 6A i 6B jest przedstawiony prawoskrętny element śrubowy 53 mieszadła 50-2,, zaopatrzony w dwa symetryczne względem osi 31 (lub 32) płaskie ścięcia 60'. Kąt skrętu elementu śrubowego 53, na jego długości L wynoszącej 2/3 połowy długości segmentu 26-5 obudowy, wynosi 90°.

Na fig. 7A i 7B jest przedstawiony lewoskrętny element śrubowy 54 mieszadła 50-2, zaopatrzony w dwa symetryczne względem osi 31 (lub 332) płaskie ścięcia 60'. Kąt skrętu elementu śrubowego 54, na jego długości L, wynosi 90°.

Połączone wzdłuż linii 106 (fig. 1B) elementy śrubowe 53 i 54 tworzą mieszadło 50-2, przy czym kąt, który tworzy z tą linią grzbiet gwintu jest mniejszy od kąta, który tworzy grzbiet gwintu elementów śrubowych 51 i 52 z linią 104.

Figura 8 przedstawia porównanie kształtu profilu 57 niesymetrycznego elementu śrubowego 51, 52, 53 i 54 z idealnym teoretycznym profilem 107, któremu odpowiada maksymalna powierzchnia przekroju poprzecznego elementu śrubowego 51 do 54 w urządzeniu 20 według wynalazku. Górne i dolne powierzchnie tego teoretycznego profilu 107 są wyznaczone przez wewnętrzne powierzchnie 81 lub 82 otworu obudowy, przy czym obszar zakreskowany między obydwoma profilami 57 i 107 przedstawia szczelinę, która powstaje w rzeczywistości między elementem śrubowym 51 do 54, a wewnętrzną powierzchnią 81 lub 82 obudowy.

Sposób działania urządzenia według wynalazku jest następujący: Materiał wraz z dodatkami 27 jest podawany do urządzenia 20 przez otwór wsadowy 25, a następnie przenoszony

177 289 ruchem spiralnym za pomocą segmentów śrubowych 45 i 46 do mieszadła 50-1, w którym następuje topnienia materiału plastycznego i mieszanie z dodatkami, przy czym materiał przepływa przez przestrzeń 88 (fig. 3B) między powierzchnią, prowadzącą 70 elementu śrubowego 51 lub 52 a powierzchnią wewnętrzną 81 lub 82 otworu obudowy. W strefie 85 materiał jest ściskany, a w strefie 89 - rozprężany, co wiąże się ze zmianą szybkości przepływu materiału przez szczelinę o szerokości δ.

Następnie materiał jest transportowany, za pomocą segmentów śrubowych 45 i 48, ruchem spiralnym do mieszadła 50-2, którego działanie jest podobne jak działanie mieszadła 50-1, a mianowicie prawoskrętne elementy śrubowe 51 i 53 każdego z tych mieszadeł 50-1 i 50-2 tłoczą stopiony materiał plastyczny w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu materiału, natomiast lewoskrętne elementy śrubowe 52 i 54 - w kierunku przeciwnym. Z mieszadła 50-2 materiał jest odprowadzany przez segmenty śrubowe 45 i 46, przy czym dłuższe segmenty 46 powodują wzrost szybkości przepływu materiału, aby uniknąć gromadzenia się go w pobliżu otworu wentylacyjnego 36, przez który odprowadzane są substancje lotne 37. Zwiększone ciśnienie materiału w ostatnich przed ustnikiem 38 segmentach śrubowych 45 powoduje wypchnięcie go przez ustnik 38.

W tabeli 1 przedstawione są wyniki badań skuteczności działania urządzenia według wynalazku, wykonanych przy mieszaniu i wytłaczania polipropylenu o współczynniku przepływu 2.5, w warunkach określonych przez procedurę amerykańską ASTM D1238, a mianowicie w temperaturze 230° i masie 2.16 kg. Urządzenie było zbudowane zgodnie z konstrukcją przedstawioną na fig. 1, 1A, 1B, 2, 3, 3A i 3B. W tabeli 1 SEI stanowi stosunek energii wejściowej produktu do szybkości jego przepływu przez ustnik. Temperatury Tl do T8 zostały zmierzone za pomocą czujników temperatury 100 na zewnętrznej powierzchni segmentów 26-2 do 26-9 obudowy, przy czym dla każdego segmentu 26-2 do 26-9 podano dwie wartości temperatury, a mianowicie: temperaturę teoretyczną - założoną oraz temperaturę rzeczywistą - zmierzoną. Wartości T„_y i Pwy stanowią odpowiednio temperaturę i ciśnienie wytłaczanego materiału, zaś T_m - temperaturę nie pokazanej na rysunku matrycy. Temperaturę Tg zmierzono w końcowej części ostatniego segmentu 26-9 obudowy. Z danych tabeli 1 wynika, że na całej długości urządzenia otrzymane zostały niskie i w przybliżeniu jednakowe temperatury.

Tabela 1

Numer	1	2	3	4	5	6	7
V ..(^k.g/.^h)-.	300	300	340	380	380	380	380
N (obr/min)	350	350	350	350	350	350	350
SEI (J/kg)	59x10⁴	58x104	55x10“	50x104	50x104	48x104	46x104
T1 (°C)	204	202	204	202	204	202	204	202	204	204	204	202	204	202
T2 (°C)	204	210	204	207	204	210	204	207	204	207	204	207	204	207
T3 (°C)	204	207	204	207	204	207	204	204	204	204	204	204	204	204
T4 t°C)	204	199	204	199	204	199	204	199	204	199	204	199	204	202
T5 (°C)	204	204	177	193	177	199	177	185	149	179	204	202	204	204
T6 (°C)	204	202	177	163	177	163	177	163	149	135	204	185	204	182
T7(°C)	204	202	177	160	177	149	177	163	149	132	204	146	204	166
T8 (°C)	204	202	177	166	177	168	177	177	149	138	204	199	204	202
To (°C)	204	204	204	202	204	202	204	202	294	202	204	202	204	204
Tm (°C)	166	166	166	166	166	166	166
Tw (°C)	224	204	204	199	210	202	213
P wy (Mpa)	57	67	56	5 1	57	52	50

177 289

Przedstawione na fig. 3, 3A i 3B wymiary liniowe i kąty są wykorzystywane do projektowania właściwego kształtu profilu segmentów śrubowych 51, 52, 53 i 54 mieszadeł 50-1 i 50-2. W rozważanym układzie geometrycznym jest osiemnaście zmiennych: dwanaście wielkości liniowych, wyrażonych w stosunku do promienia Rb, pięć kątów oraz jeden stosunek kątowy. Ponadto zostały zdefiniowane następujące wielkości bezwymiarowe:

współczynnik kształtu szczeliny: a = e/δ, współczynnik kształtu przekroju poprzecznego elementu śrubowego: b = Xo/Ro oraz, współczynnik symetrii: ε = φι/φ

Sześć zmiennych: ó/Rb, a, b, ε, α, β stanowi zmienne niezależne (z uwzględnieniem warunków brzegowych, na przykład: φ > 0), zaś pozostałe zmienne są obliczane na podstawie podanego niżej układu równań I - XII.

R„

R,

Rr>

X, \Rb·) s Rb z \RbJ\Rb cos a .R_a

	ρ,γ	2		(χ,ΊΊ
sina = J	n +	sin	φ_λ + arc tg	—M
	(r_bj			L1

² ί V λ² < D V

II *oY f^Y

R$J \RbJ <R_b) <R_bJ <RbJśR_b)

R₂ — cos j3

III

A,

-«di©) ₊(1 sm (X '

Φι ^+arcts\y^

WJ

R\ Ri _Xq Rb Rb Rb r₂__x_a

Rb Rb

Rb

VI e δ

Rb Rb

VII

VIII

177 289

R_s ^φιι,

IX φ\ = εφ 1 + ε

Φι = _Ł _{= 1}_A

Κ-Β &Β

XI

XII

Przykładowe, korzystne wartości zmiennych niezależnych są przedstawione w tabelach 2,3 i 4.

Tabela 2 δ/Ru jest zawarte w zakresie od 0.01 do 0.15 a - jest zawarte w zakresie od 1 do 8, b - jest zawarte w zakresie od 0.5 do 0.8, ε - jest zawarte w zakresie od 0 do 1, α - jest zawarte w zakresie od 5° do 25°,

P - jest zawarte w zakresie od 10° do 90°, przy czym β jest większe od a o co najmniej 1°.

Tabela 3 δ/Rejest zawarte w zakresie od 0.02 do 0.12, a - jest zawarte w zakresie od 1.5 do 6, b - jest zawarte w zakresie od 0.55 do 0.75, ε - jest zawarte w zakresie od 0.25 do 0.75, a - jest zawarte w zakresie od 10° do 20°, β - jest zawarte w zakresie od 20° do 30°β, przy czym β jest większe od α o co najmniej 5°.

Tabela 4 δ/Rb - jest zawarte w zakresie od 0.03 do 0.1, a - jest zawarte w zakresie od 2 do 5, b - jest zawarte w zakresie od 0.6 do 0.7, ε - jest zawarte w zakresie od 0.4 do 0.6, α - jest zawarte w zakresie od 12°° do 16°, β - jest zawarte w zakresie od 22° do 28°, przy czym P jest większe od a o co najmniej 7°.

177 289

Wykaz odnośników

20	urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów plastycznych
21,22	ślimaki
23	kierunek przepływu cieczy w urządzeniu
24	obudowa
25	otwór wsadowy
26-1 do 26-9	segmenty cylindryczne
27	materiał plastyczny
28	mechanizm napędowy
29	połączenie mechaniczne
30	wałki
31,32	oś wałka
33	zakończenie wałka
34	prawoskrętny kierunek obrotu
34'	lewoskrętny kierunek obrotu
36	otwór wentylacyjny
37	substancje lotne
38	ustnik
39	wytłaczany materiał
40, 44	rowek wpustowy
42	kołki wpustowe
45, 46, 48	segment śrubowy
47, 49	grzbiet gwintu
50 - 1, 50 - 2	mieszadło
51,52,53,54	element śrubowy
56	otwór wałka
57	kształt przekroju poprzecznego elementu śrubowego
60	płaskie ścięcie przekroju poprzecznego elementu śrubowego
62, 64, 66, 68	przekrój poprzeczny elementu śrubowego
70	krzywa prowadząca przekroju poprzecznego elementu śrubowego
71	narożnik przekroju poprzecznego elementu śrubowego
72	punkt łączący płaską część przekroju poprzecznego elementu śrubowego z krzywą prowadzącą
73	płaska część przekroju poprzecznego elementu śrubowego
74	środek krzywizny prowadzącej

177 289 ciąg dalszy ze strony 10

75	oś symetrii przekroju poprzecznego urządzenia
76	krzywa nośna przekroju poprzecznego elementu śrubowego
77	narożnik krzywej nośnej
78	środek krzywej nośnej
79	punkt łączący płaską część przekroju poprzecznego elementu śrubowego z krzywą nośną
81,82	krzywa przekroju poprzecznego cylindra
83,84	cylinder
85	obszar ściskania materiału
86	prosta łącząca środek krzywizny i narożnik krzywej prowadzącej
88	kierunek przepływu materiału
89	strefa rozprężna materiału
90	prosta łącząca środek wałka i narożnik krzywej prowadzącej
91	przedłużenie prostej łączącej oś wałka i narożnik krzywej prowadzącej
92	punkt przecięcia się krzywej przekroju poprzecznego cylindra i prostej łączącej oś wałka i narożnik krzywej prowadzącej
93	styczna do narożnika krzywej prowadzącej
94	styczna do punktu przecięcia się krzywej przekroju poprzecznego cylindra i prostej łączącej oś wałka i narożnik krzywej prowadzącej
95	styczna do narożnika krzywej nośnej
96	prosta łącząca oś wałka i narożnik krzywej nośnej
97	przedłużenie prostej łączącej oś wałka i narożnik krzywej nośnej
98	punkt przecięcia się krzywej przekroju poprzecznego cylindra i prostej łączącej oś wałka i narożnik krzywej nośnej
99	styczna do krzywej przekroju poprzecznego cylindra
100	czujnik temperatury
104	połączenie elementów śrubowych
106	wierzchołek połączenia elementów śrubowych
107	kształt idealnego przekroju poprzecznego elementu śrubowego
L	długość
X	Bazowa oś symetrii
D	średnica wewnętrzna cylindra
δ	szerokość szczeliny
e	szerokość płaskiego ścięcia przekroju poprzecznego elementu śrubowego
Φ	szerokość kątowa płaskiego ścięcia przekroju poprzecznego elementu śrubowego

177 289 ciąg dalszy ze strony 11

Φι	szerokość kątowa części płaskiego ścięcia od strony krzywej prowadzącej
φ?	szerokość kątowa części płaskiego ścięcia od strony krzywej nośnej
Rb	promień krzywej przekroju poprzecznego cylindra, lub cylindra
Ro	promień płaskiego ścięcia przekroju poprzecznego elementu śrubowego
Xo	szerokość połówkowa przekroju poprzecznego elementu śrubowego
R1	promień krzywej prowadzącej
R2	promień krzywej nośnej
X1,y1	współrzędne środka krzywizny krzywej prowadzącej
x2, yz	współrzędne środka krzywizny krzywej nośnej
a	kąt prowadzący
β	kąt nośny
cos	cosinus
sm	sinus
atan	arcus-tangens
V	szybkość liniowa
N	szybkość obrotowa
Tl do T8	temperatury segmentów cylindrycznych
T Tg	temperatura końca segmentu cylindrycznego
T T m	temperatura matrycy
T T wy	temperatura wyjściowa materiału
Pwy	ciśnienie wyjściowe materiału
1b	funt (jednostka wagi)
h	godzina (jednostka czasu)
hp	koń mechaniczny (jednostka mocy)
°F	Fahrenheit (jednostka temperatury)
psig	funt na centymetr kwadratowy (jednostka ciśnienia)

177 289

OR 53

OR 66

FIG. 2

177 289

FIG. 3

177 289

FIG. 3A

177 289

FIG. 4B m 289

FIG. 5B

177 289

6Β

<31 OR 32

6Α

6A

ΥΠ 289

FIG. 7B

177 289

FIG. 8 m 289

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do mieszania i wytłaczania materiałów, zwłaszcza plastycznych, złożone z obudowy, z umieszczonych wewnątrz niej napędzanych ruchem obrotowym ślimaków oraz z osadzonych na tym samym wałku mieszadeł, wyposażonych w śrubowe elementy mieszające, znamienne tym, że obudowa (24) składa się z szeregowo połączonych współosiowo segmentów (26-1, 26-9), wyposażonych w dwa połączone ze sobą i przenikające się wzajemnie walcowe otwory (83, 84) o równoległych osiach, natomiast wewnątrz tych segmentów obudowy są umieszczone w ich walcowych otworach (83, 84) współosiowe względem nich ślimaki (21, 22), złożone z osiowo połączonych segmentów śrubowych (45, 46, 48), przy czym każdy z tych ślimaków (21, 22) jest wyposażony w zaklinowane szeregowo względem segmentów śrubowych (45, 46, 48), na tym samym wałku (30), dwa mieszadła (50-1, 50-2), z których każde składa się z prawoskrętnego elementu śrubowego (51, 53) oraz ze stykającego się z nim lewoskrętnego elementu śrubowego (52, 54) przy czym obydwa te elementy śrubowe mają w przekroju poprzecznym jednakowe, niesymetryczne profile (62, 66) i (64, 68).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że profil (62, 64, 66, 68) przekroju poprzecznego każdego z elementów śrubowych (51, 52, 53, 54) obydwu mieszadeł (50-1, 50-2) składa się z krzywej prowadzącej (70) oraz z połączonej z nią za pośrednictwem płaskiego ścięcia (60) - krzywej nośnej (76), przy czym krzywe (70) i (76) wyznaczają kąt prowadzący), (a), zawarty między styczną (93) do krzywej prowadzącej (70) w punkcie (71) przecięcia się jej z płaskim ścięciem (60), a prostopadłą (94) do osi symetrii (75) profilu (62, 64, 66, 68), i kąt nośny (β), zawarty między styczną (95) do krzywej nośnej (76) w miejscu przecięcia się jej z płaskim ścięciem (60), a prostopadłą (94) do osi symetrii (75) tego profilu (62, 64, 66, 68), przy czym kąt nośny (β) jest większy od kąta prowadzącego (a) co najmniej o 5°.
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że kąt prowadzący (a) ma wartość od 5° do 25°, zaś kąt nośny (β) ma wartość od 10° do 90°.
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że kąt prowadzący (a) ma wartość od 12° do 18°, zaś kąt nośny (β) - wartość od 20° do 36°, przy czym kąt nośny (β) jest większy od kąta prowadzącego (a) co najmniej o 6°.
5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że płaskie ścięcie (60) tworzy z obrzeżem otworu walcowego (81, 82) o promieniu (Rb), w jego przekroju poprzecznym, szczelinę o szerokości (δ), przy czym stosunek szerokości szczeliny (δ) do promienia (R_b) ma wartość od 1% do 15%.
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że stosunek szerokości szczeliny (8) do promienia (Rb) ma wartość od 3% do 14%.
7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że stosunek szerokości (e) płaskiego ścięcia (60) do szerokości (8) szczeliny ma wartość od 1 do 8.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że stosunek szerokości (e) płaskiego ścięcia (60) do szerokości szczeliny (8) ma wartość od 1,5 do 6.
9. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że płaskie ścięcie (60) jest umieszczone symetrycznie względem osi (31, 32) wałka (30), na którym jest zaklinowany element śrubowy (51, 52, 53, 54).
10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że długość (L) elementów śrubowych (51, 52, 53 i 54) mieszadeł (50-1) i (50-2) do promienia (Rb) walcowego otworu (81) lub (82) segmentu obudowy ma wartość od 4 do 16.
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że kąt skrętu elementu śrubowego (51, 53) oraz (52, 54) na jego całej długości (L) wynosi 90°.
12. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy śrubowe (51, 52, 53, 54) mieszadeł (50-1, 50-2) są zaopatrzone w otwór (56) do osadzenia w nim wałka (30) z rowkiem wpustowym (40) oraz w rowki wpustowe (44) do osadzenia kołków wpustowych (42).

177 289
13. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na wałkach (30) są zaklinowane kolejno segmenty śrubowe (45, 46) ślimaków (21, 22), następnie elementy śrubowe (51, 52) mieszadła (50-1), po czym segmenty śrubowe (45, 48) ślimaków (21, 22) oraz elementy śrubowe (53, 54) mieszadła (50-2), a wreszcie segmenty śrubowe (45 i 46) ślimaków (21) i (22), przy czym płaskie ścięcie (60) prawoskrętnych elementów śrubowych mieszadeł (50-1, 50-2) stanowią ciągłe przedłużenie grzbietów gwintu (47) segmentów śrubowych (45, 46, 48) ślimaków (21, 22).
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że grzbiety gwintu (47) segmentów śrubowych (45) przylegających do lewoskrętnych elementów śrubowych mieszadeł (50-1) i (50-2) stanowią ciągłe przedłużenie płaskich ścięć (60) tych elementów śrubowych (52, 54).
15. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że stosunek połowy szerokości (Xo) elementu śrubowego (51, 52, 53, 54), mierzonej wzdłuż promienia (Rb) walcowego otworu (81, 82) w obudowie do tego promienia (Rb) ma wartość od 0.5 do 0.8.
16. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że środek krzywizny (74) krzywej prowadzącej (70) jest oddalony od osi (75) profilu (62, 64, 66, 68) o wartości odciętej (X1), równej różnicy wartości promienia (Ri) krzywej prowadzącej (70) i połowy szerokości (Xo) elementu śrubowego (51, 52, 53, 54).