SK50142014A3

SK50142014A3 - Axial extruder with rotating head

Info

Publication number: SK50142014A3
Application number: SK5014-2014A
Authority: SK
Inventors: Roman Fekete; Marián Peciar; Peter Peciar
Original assignee: Slovenská Technická Univerzita V Bratislave
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-11-03
Also published as: SK288515B6

Abstract

Axiálny extrudér s rotujúcou hlavou obsahuje rotujúcu kužeľovú hlavu (2), ktorá spolu s kužeľovým koncom (1) závitovky (4) vytvára zužujúci sa medzikužeľový priestor (23), pričom kužeľový koniec (1) závitovky (4) má sústavu striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok (24) a krátkych drážok (25) a vnútorná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy (2) má sústavu striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok (24), krátkych drážok (25) a dlhých drážok (26). Rotujúca kužeľová hlava (2) s vonkajším ozubením je uložená na konci puzdra (9) závitovky s ložiskom (7) v ložiskovom domčeku (8) hlavy. Do vonkajšieho ozubenia rotujúcej kužeľovej hlavy (2) je cez ozubené koleso (12) pripojený druhý snímač (11) krútiaceho momentu, ktorý je spojený s motorom (10) na pohon rotujúcej kužeľovej hlavy (2). K výstupu rotujúcej kužeľovej hlavy (2) je pripojená dýza (3). Frekvencia otáčania rotujúcej kužeľovej hlavy (2) je nezávislá od frekvencie otáčania závitovky (4). Kužeľový koniec (1) závitovky (4) a vnútorná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy (2) majú rozdielne kužeľovitosti. Kužeľový koniec (1) závitovky (4) je od vnútorného čela rotujúcej kužeľovej hlavy (2) vzdialený o parameter (L).The rotating head axial extruder comprises a rotating tapered head (2) which, together with the tapered end (1) of the screw (4), forms a tapered intermediate space (23), the tapered end (1) of the screw (4) having an array of alternately arranged axial continuous the grooves (24) and the short grooves (25) and the inner surface of the rotating conical head (2) have an array of alternately arranged axial continuous grooves (24), short grooves (25) and long grooves (26). The rotating conical head (2) with external toothing is supported at the end of the screw housing (9) with the bearing (7) in the bearing housing (8) of the head. A second torque sensor (11) is connected to the outer toothing of the rotating conical head (2) via a gearwheel (12) and is connected to the motor (10) to drive the rotating conical head (2). A nozzle (3) is connected to the output of the rotating conical head (2). The rotational frequency of the rotating conical head (2) is independent of the rotational speed of the screw (4). The conical end (1) of the screw (4) and the inner surface of the rotating conical head (2) have different conicity. The tapered end (1) of the screw (4) is spaced from the inner face of the rotating tapered head (2) by a parameter (L).

Description

Axiálny extrudér s rotujúcou hlavouRotary-head axial extruder

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka konštrukcie axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou, kde špeciálna konštrukcia extrudéra s deformačným prvkom v zóne prechodu z puzdra do dýzy extrudéra má uplatnenie pri vytláčaní materiálov s problematickými reologickými vlastnosťami a v prípadoch, kedy pridávanie aditív (hlavne v čistých farmaceutických produktoch) za účelom ich zlepšenia spôsobuje nežiaduce prímesy, zníženie kvality produktu, alebo zvyšuje jeho cenu, alebo ak iné, klasické spôsoby extrúzie nie sú použiteľné. Vynález spadá do oblasti z rôznych oblastí priemyslu, hlavne potravinárskeho, chemického, farmaceutického, ale aj do oblasti technológií spracovania recyklovaných materiálov/odpadov a spracovanie plastov.The invention relates to the construction of a rotary-head axial extruder, wherein the special construction of the extruder having a deformation element in the zone of transition from the housing to the extruder nozzle has application in extruding materials with problematic rheological properties and when adding additives (especially in pure pharmaceutical products) the improvement causes unwanted impurities, decreases the quality of the product, or increases its cost, or if other, conventional extrusion methods are not applicable. The invention is in the field of various industries, especially food, chemical, pharmaceutical, but also in the field of recycled materials / waste and plastics processing technologies.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pasty sú látky vytvorené zo zmesi práškového materiálu a kvapaliny. Tieto dve zložky sú zmiešané v takom pomere, aby vytvorili disperznú sústavu, schopnú pod vplyvom vonkajšieho silového účinku (napr. tlaku) tiecť otvormi v prepážke rôznej geometrie. Aby sa dosiahol požadovaný tvar produktu, disperzné sústavy v stave pasty sa v podstatnej väčšine spracovávajú extrúziou, t.j. vytláčaním cez matrice rôznych profilov, ktoré majú finálny tvar zodpovedajúci tvaru výrobku. Priebeh samotného procesu vytláčania a kvalita produktu je ovplyvnený reologickými vlastnosťami pasty. Tieto, spolu s geometriou otvorov dýzy, sú určujúcim parametrom pre veľkosť extrúzneho tlaku. Jedným z najdôležitejších parametrov dýzy je pomer celkovej plochy dýzy k ploche otvoru alebo otvorov, cez ktoré je pasta vytláčaná. Reologické vlastnosti pást výrazne vplývajú na veľkosť extrúzneho tlaku. Pasty majú prevažne charakter nenewtonských, viacfázových tekutín, ktorých reologické vlastnosti závisia v prvom rade od objemu kvapaliny v paste a tiež od rýchlosti šmykovej deformácie. Rýchlosť šmykovej deformácie a tomu zodpovedajúce šmykové namáhanie v materiáli je súbor parametrov, ktorý opisuje reologické vlastnosti pasty. Tieto parametre sa zobrazujú v grafoch, reogramoch, z ktorých je možné určiť viskozitu pasty (v prípade newtonských kvapalín), alebo zdanlivú viskozitu (v prípade nenewtoských kvapalín).Pastes are substances formed from a mixture of powdered material and liquid. The two components are mixed in such a proportion as to form a dispersion system capable of flowing through openings in a partition of different geometry under the influence of an external force effect (e.g. pressure). In order to achieve the desired shape of the product, dispersion systems in the paste state are overwhelmingly processed by extrusion, i. by extrusion through dies of different profiles having a final shape corresponding to the shape of the product. The course of the extrusion process itself and the quality of the product are influenced by the rheological properties of the paste. These, together with the geometry of the orifice orifices, are a determining parameter for the amount of extrusion pressure. One of the most important nozzle parameters is the ratio of the total nozzle area to the area of the hole or holes through which the paste is extruded. The rheological properties of the pastes greatly affect the extrusion pressure. The pastes are predominantly non-Newtonian, multiphase fluids whose rheological properties depend primarily on the volume of liquid in the paste and also on the rate of shear deformation. The rate of shear deformation and the corresponding shear stress in the material is a set of parameters that describes the rheological properties of the paste. These parameters are shown in graphs, rheograms from which the viscosity of the paste (for Newtonian liquids) or the apparent viscosity (for non-Newtonian liquids) can be determined.

Na to, aby bolo možné vytlačiť pastu s určitými reologickými vlastnosťami cez dýzu s konkrétnym voľným prierezom prepážky, je potrebný pôsobiť na pastu silovým účinkom, ktorý vyvolá potrebný extrúzny tlak. Tento môže byť vyvodený napr. priamočiarym pohybom piestu, alebo otáčaním závitovky, ktoré sa nachádzajú v puzdre, na konci ktorého je nainštalovaná dýza, resp. prepážka s tvarovanými alebo hladkými otvormi. Kritickým miestom každého extrudéra je práve táto oblasť, teda miesto, kde končí puzdro piesta alebo závitovky a je umiestnená dýza. Voľný prierez dýzy je vždy menší, ako voľný prierez puzdra. Je to z dôvodu požiadavky na rovnomerného rozloženie tlaku v priečnom priereze. Dýza má takmer vždy profilovaný otvor, ktorého tvar zodpovedá požadovanému tvaru výrobku. Toto má za následok vznik rozdielu voľných prierezov a vytvorenie zón, kde pasta neprúdi. Redukcia voľného prierezu pri prechode z puzdra do dýzy je dôležitá tiež z dôvodu potreby vzniku odporu voči toku pasty, ktorý zabezpečuje vyvolanie extrúzneho tlaku. Extrúzny tlak má okrem funkcie vytláčania pasty s vhodnými reologickými vlastnosťami cez voľný prierez dýzy aj tzv. konsolidáciu pasty. Konsolidácia pasty je pomerne zložitý jav, opisovaný mechanikou partikulárnych látok. Jej princíp spočíva v stláčaní skeletu, tvoreného zrnami partikulárnej látky (prášku) pod vplyvom extrúzneho tlaku. Tento skelet pozostáva zo zŕn, častíc, ktoré sú vo vzájomnom náhodnom kontakte. Medzi takto usporiadanými časticami sa nachádza voľný priestor, nazývaný póry. Stláčanie skeletu pokračuje dovtedy, pokiaľ nenastane rovnováha medzi mechanickou pevnosťou, resp. poddajnosťou, zrnitého skeletu a pôsobiacim extrúznym tlakom. Samotný jav je však značne zložitejší, pretože v póroch sa nachádza kvapalina, ktorá spolu s časticami vytvára dvojzložkový systém tuhá fáza - kvapalina. Ako sa pri stláčaní skeletu vplyvom extrúzneho tlaku zmenšuje porozita, kvapalina viac vypĺňa tieto póry, teda sa zvyšuje saturácia pasty. Ak hodnota saturáciepresiahne hodnotu S = 1, vplyvom tlaku nastáva vytláčanie prebytočného objemu kvapaliny a odvodnenie pasty. Je to jav, kedy sú póry zaplnené kvapalinou a zrnitý skelet sa vplyvom extrúzneho tlaku ďalej stláča, prebytočná kvapalina preteká jeho pórmi a vyteká cez dýzu extrudéra mimo zariadenie. Tento jav sa nazýva migrácia kvapalnej fázy a je charakterizovaný ako premiestňovanie kvapalnej fázy v póroch zrnitého skeletu v smere najmenšieho odporu. Uvedený jav je nežiaduci, lebo spôsobuje zníženie obsahu kvapaliny v póroch, čo má za následok zmenu jej reologických vlastností a enormný nárast extrúzneho tlaku. Tento tlak môže v kritických prípadoch dosiahnuť až také vysoké hodnoty, že vplyvom zastavenia extrúzneho procesu pri upchatí dýzy dôjde k odstaveniu alebo havárii zariadenia. Hlavnou príčinou migrácie kvapaliny a zmeny extrúzneho tlaku je práve statická oblasť pracovnej zóny extrudéra, teda priestoru, kde končí puzdro a začína vytláčacia dýza. Pretože sa v tejto oblasti mení geometria pracovného priestoru extrudéra, pasta musí, v súlade s rovnicou kontinuity, zmeniť rýchlosť a smer prúdenia. V súlade s reogramom pasty a pri jej vlastnostiach nenewtonskej kvapaliny, môže mať toto za následok, že buď sa v tejto oblasti vytvorí statická zóna, mení sa tak prierez a geometria prechodovej zóny, čo je viac menej štandardný jav pri dobre pracujúcich extrudéroch. Alebo nastane situácia, kedy z dôvodu nevhodných reologických vlastností pasty a príliš veľkej redukcie pomeru voľných prierezov puzdra a dýzy dôjde ku kritickému nárastu tlaku v tejto oblasti, čo má za následok už spomínanú migráciu kvapalnej fázy s kritickou zmenou reologických vlastností pasty a následným prerušením extrúzie, resp. havárie zariadenia. Tento nepriaznivý jav sa dá eliminovať viacerými spôsobmi. Najčastejšie sa upravujú reologické vlastnosti spracovávaných pást, tak aby ich bolo možné vytláčať na použitom type extrudéra. Tento spôsob často naráža na problémy spojené s výberom vhodného aditíva, lubrikačnej látky, ktorej hlavnou úlohou je v paste obmedzovať migráciu kvapaliny, znižovať medzičasticové trenie a tak pozitívne ovplyvňovať reologické vlastnosti pasty pri jej prechode jednotlivými časťami extrudéra, hlavne zónou medzi koncom puzdra a vstupom do matrice a tokom cez otvory matrice. Problém spočíva v tom, že aditívum je látka, ktorá vo finálnom výrobku z hľadiska zloženia spracovávanej sústavy nie je žiadúca a má iba funkciu zlepšenia Teologických vlastností. Jej prítomnosť môže preto často negatívne vplývať na kvalitu finálneho produktu a zvyšuje cenu výrobku. Preto je snahou jej prítomnosť v paste znížiť na minimum, alebo ju priamo vylúčiť výberom vhodného typu. Toto však často naráža na neprekonateľný problém, ktorý spočíva v pomerne úzkom spektre použiteľných typov extrudérov, odlišujúcich sa principiálne svojou konštrukciou a realizáciou procesu vytláčania.In order to extrude a paste with certain rheological properties through a nozzle with a particular free cross-section of the septum, it is necessary to exert a force effect on the paste which produces the necessary extrusion pressure. This can be deduced e.g. by linear movement of the piston, or by turning the worms, which are located in the housing at the end of which the nozzle is installed. bulkhead with shaped or smooth holes. The critical point of each extruder is precisely this area, the point where the piston or screw casing ends and the nozzle is located. The free cross section of the nozzle is always smaller than the free cross section of the housing. This is due to the requirement for a uniform pressure distribution across the cross-section. The nozzle almost always has a profiled opening whose shape corresponds to the desired shape of the product. This results in a free cross-section difference and the formation of zones where the paste does not flow. Reducing the free cross-section as it passes from the housing to the nozzle is also important because of the need to create resistance to the paste flow, which provides for extrusion pressure. In addition to the function of extruding the paste with suitable rheological properties, the extrusion pressure also has a so-called " paste consolidation. Paste consolidation is a relatively complex phenomenon described by the mechanics of particulate matter. Its principle consists in compressing the skeleton formed by grains of particulate matter (powder) under the influence of extrusion pressure. This skeleton consists of grains, particles that are in random contact with each other. There is a free space, called pores, between the particles so arranged. The skeleton compression continues until a balance is reached between the mechanical strength and the mechanical strength. by compliance, granular skeleton and exerting extrusion pressure. However, the phenomenon itself is considerably more complex, as there is a liquid in the pores which together with the particles form a two-component solid-liquid system. As porosity decreases as the porosity decreases due to extrusion pressure, the liquid more fills these pores, thus increasing the saturation of the paste. If the saturation value exceeds S = 1, the excess liquid is displaced and the paste dewatered due to pressure. It is a phenomenon where the pores are filled with liquid and the granular skeleton is compressed further under the influence of extrusion pressure, excess liquid flows through its pores and flows through the extruder nozzle outside the device. This phenomenon is called liquid phase migration and is characterized as displacement of the liquid phase in the pores of the granular skeleton in the direction of least resistance. This phenomenon is undesirable as it causes a decrease in the liquid content in the pores, resulting in a change in its rheological properties and an enormous increase in extrusion pressure. This pressure can, in critical cases, reach such high values that the stoppage of the extrusion process when the nozzle is clogged causes the equipment to be shut down or to fail. The main cause of liquid migration and change of extrusion pressure is precisely the static area of the working zone of the extruder, the space where the sleeve ends and the extrusion nozzle begins. As the geometry of the extruder working space changes in this area, the paste must, in accordance with the continuity equation, change the speed and direction of flow. In accordance with the paste rheogram and its non-Newtonian liquid properties, this may result in either a static zone being formed in this area, changing the cross-section and geometry of the transition zone, which is more or less a standard phenomenon in well-functioning extruders. Or there will be a situation where, due to the unsuitable rheological properties of the paste and too great a reduction in the ratio of the free cross-section of the sleeve to the nozzle, there will be a critical pressure increase in this area, resulting in the aforementioned liquid phase migration. respectively. equipment crash. This unfavorable phenomenon can be eliminated in several ways. Most often, the rheological properties of the processed pastes are adjusted so that they can be extruded on the type of extruder used. This method often encounters problems associated with the selection of a suitable additive, a lubricant, the main task of which is to reduce fluid migration in the paste, reduce interparticle friction and thus positively influence the rheological properties of the paste as it passes through the extruder. and flow through the matrix holes. The problem is that the additive is a substance which in the final product is not desirable in terms of the composition of the system to be treated and has only the function of improving theological properties. Its presence can therefore often negatively affect the quality of the final product and increases the price of the product. It is therefore an attempt to minimize its presence in the paste or to eliminate it directly by selecting the appropriate type. However, this often encounters an insurmountable problem that lies in the relatively narrow spectrum of usable types of extruders differing principally in their design and implementation of the extrusion process.

Zo stavu techniky je známy piestový extrudér, ktorého základný princíp extrúzie je založený na vytláčaní pasty piestom valcového tvaru, ktorý je pohyblivo uložený v puzdre, na konci ktorého sa nachádza dýza. Výhodou tohto typu je konštrukčne jednoduchý princíp zariadenia. Pre pasty s vhodnými Teologickými vlastnosťami umožňuje bezproblémové vytláčanie cez dýzy rôznych profilov a dĺžok. Veľkou výhodou je rovnomerné rozloženie tlaku pred čelom piesta a vznik tzv. piestového toku, ktorý zabraňuje toku pasty v radiálnom alebo tangenciálnom smere, ale to len po oblasť vzniku statickej zóny, kde sa okrem axiálneho prúdenia pridáva aj radiálne prúdenie. Ak je teda pasta vhodne pripravená v miešači a homogenizéri, má homogénnu štruktúru v celom svojom objeme, pri piestovom extrudéri nenastáva, alebo len o obmedzenej miere, narušenie jej homogenity v priečnom priereze.A piston extruder is known in the art, the basic principle of extrusion being based on the extrusion of a paste by a cylindrical-shaped piston which is movably mounted in a housing at the end of which a nozzle is located. The advantage of this type is the simple construction principle of the device. For pastes with suitable theological properties, it allows for smooth extrusion through nozzles of different profiles and lengths. The big advantage is the uniform distribution of pressure in front of the piston face and the formation of so-called. the piston flow which prevents the paste flow in the radial or tangential direction, but only up to the static zone where a radial flow is added in addition to the axial flow. Thus, if the paste is suitably prepared in a mixer and homogenizer, it has a homogeneous structure throughout its volume, with a piston extruder, there is no, or only to a limited extent, disruption of its homogeneity in cross-section.

Nevýhodou je, že zariadenie spravidla nemôže pracovať v kontinuálnom režime, lebo po prechode piesta smerom od násypky k dýze sa objem vyprázdni a piest sa musí vrátiť do východiskovej polohy za násypkou. Ak je potrebné počas extrúzie zabezpečiť aj premiešavame pasty, napr. z dôvodu pridávanie aditíva, nie je to možné uskutočniť práve z dôvodu piestového toku. Tento tiež spôsobuje, že v oblasti prechodu pasty z puzdra do dýzy je pasta stláčaná prevažne normálovými napätiami, pričom reologické vlastnosti sú ovplyvňované hlavne prítomnosťou šmykových napätí, ktoré významne ovplyvňujú reologické vlastnosti pasty. Ak tieto nie sú dostatočne generované, pasta je stlačená iba pod vplyvom normálových napätí, čo spôsobuje únik kvapalnej fázy a kritickú zmenu Teologických vlastností, ktoré spôsobia zastavenie extrúzie, resp. odstavenie alebo haváriu zariadenia.The disadvantage is that the device generally cannot operate in a continuous mode, because after passing the piston away from the hopper to the nozzle, the volume is emptied and the piston must return to the starting position behind the hopper. If it is necessary to provide pastes during extrusion, e.g. because of the addition of the additive, this is not possible due to the piston flow. This also causes the paste to be compressed mainly by normal stresses in the region of passage of the paste from the housing to the nozzle, the rheological properties being influenced mainly by the presence of shear stresses which significantly affect the rheological properties of the paste. If these are not sufficiently generated, the paste is compressed only under the influence of normal stresses, causing a leakage of the liquid phase and a critical change in theological properties that cause the extrusion to stop, respectively. shutdown or equipment breakdown.

Základný princíp extrúzie závitovkového extrudéra je založený na vytláčaní pasty jednou alebo viacerými závitovkami, ktoré sú uložené vo valcovom puzdre, na konci ktorého sa nachádza dýza alebo matrica. Výhodou je, že zariadenie môže pracovať v kontinuálnom režime. Pasta je plnená trvalé cez násypku, pričom závitovka pastu dopravuje smerom k dýze. Závitovka sa otáča a jej tvar spôsobuje, že pasta je dopravovaná smerom k dýze, okrem toho sa pasta otáča okolo osi závitovky rýchlosťou odlišnou od rýchlosti otáčania závitovky v dôsledku trenia o stenu puzdra a povrch závitovky. Práve toto trenie spôsobuje premiešavanie pasty a jej kompresiu v závitovke. Preto je možné využívať závitovku aj pre homogenizáciu aditív pridávaných do extrudéra počas vytláčania. Ďalšou výhodou je skutočnosť, že extrúzny tlak vyvodený závitovkou na jej konci vtláča pastu do dýzy normálovým napätím, avšak rotačný pohyb závitovky spôsobuje v paste vznik šmykových napätí (v porovnaní s piestovým extrudérom), čo má pozitívny vplyv na reologické vlastnosti pasty a samotný proces extrúzie. Pomer medzi normálovými a šmykovými napätiami v paste zodpovedá geometrii závitovky. Zvyšovaním frekvencie otáčania závitovky sa síce zvyšuje aj šmykové namáhanie pasty, čo je pozitívne z hľadiska zlepšenia jej Teologických vlastností, ale zároveň narastá aj množstvo vytláčaného materiálu a s ním aj extrúzny tlak, teda aj normálové napätie, spôsobujúce stláčanie pasty a s tým spojené negatívne javy, ako je únik kvapalnej fázy.The basic principle of extrusion of a screw extruder is based on extrusion of the paste by one or more of the worms, which are housed in a cylindrical sleeve, at the end of which is a nozzle or die. The advantage is that the device can operate in continuous mode. The paste is filled permanently through the hopper while the screw feeds the paste towards the nozzle. The screw rotates and its shape causes the paste to be conveyed towards the nozzle, in addition the paste rotates about the axis of the screw at a rate different from that of the screw due to friction on the housing wall and the screw surface. It is this friction that causes the paste to be mixed and compressed in the screw. Therefore, it is also possible to use the screw for homogenizing the additives added to the extruder during extrusion. Another advantage is that the extrusion pressure exerted by the screw at its end presses the paste into the nozzle at normal tension, but the rotary motion of the screw causes shear stresses in the paste (compared to the piston extruder), which has a positive effect on the rheological properties of the paste. . The ratio between normal and shear stresses in the paste corresponds to the geometry of the screw. Increasing the rotational speed of the screw also increases the shear stress of the paste, which is positive in terms of improving its theological properties, but also increases the amount of extruded material and the extrusion pressure, thus the normal stress causing the paste compression and associated negative effects such as is the leakage of the liquid phase.

Nevýhodou tohto typu zariadenia je skutočnosť, že prítomnosť premiešavania môže pri niektorých typoch materiálov spôsobovať nehomogenitu pasty. V prípade silne adhéznych materiálov sa tento zvykne nalepiť na závitovku a začne sa otáčať spolu s ňou, čo spôsobí zastavenie procesu extrúzie. Tento problém sa môže primerane vyriešiť dvojzávitovkovými extrudérmi. Ďalšou nevýhodou je skutočnosť, že v prípade potreby zvýšenia výkonu extrudéra sa toto realizuje zvýšením frekvencie otáčania závitovky, teda zväčšením množstva dopravo6 vaného materiálu. To má však za následok nárast extrúzneho tlaku. Je to dôsledok pomeru medzi normálovými a šmykovými napätiami v paste, kedy v dôsledku zvýšenia dopravovaného množstva narastie normálové napätie, pričom nárast šmykového napätie nie je tak výrazný a je ovplyvnený hlavne zvýšením frekvencie otáčania závitovky. Konštrukcia klasických extrudérov neumožňuje zníženie tohto tlaku na optimálnu hodnotu inak, ako zmenou Teologických vlastností pasty, čo je väčšinou pridaním väčšieho objemu kvapaliny, alebo zväčšením voľného prierezu dýzy. Tieto dva spôsoby však nie sú vhodné z hľadiska finálnych vlastností produktu a vytlačený extrudát býva tvarovo nestabilný.A disadvantage of this type of device is the fact that the presence of mixing can cause inhomogeneity of the paste in some types of materials. In the case of strongly adhesive materials, it usually adheres to the screw and starts to rotate with it, causing the extrusion process to stop. This problem can be adequately solved by twin screw extruders. A further disadvantage is the fact that if the output of the extruder is to be increased, this is accomplished by increasing the rotational speed of the screw, thus increasing the amount of conveyed material. However, this results in an increase in extrusion pressure. This is due to the ratio between the normal and shear stresses in the paste, where the increase in the conveyed amount increases the normal stress, while the increase in the shear stress is not so significant and is mainly influenced by the increase in the rotational speed of the screw. The construction of conventional extruders does not allow the pressure to be reduced to an optimum value other than by changing the theological properties of the paste, which is mostly by adding a larger volume of liquid or by increasing the free cross section of the nozzle. However, these two processes are not suitable in terms of the final product properties and the extruded extrudate tends to be unstable in shape.

Princíp činnosti závitovkového extrudéra s dýzou v tvare kupoly je založený na vytláčaní pasty závitovkou so špeciálne upraveným koncom závitovky v tvare lopatky cez matricu v tvarovanej dýze, napr. v tvare pologule. Úprava konca závitovky spočíva v tom, že na jej konci sú umiestnené lopatky, ktoré pri pohybe kopírujú vnútorný povrch matrice. Najväčšie množstvo extrudátu je vytláčaného v blízkosti hrany lopatky. Hlavná výhoda tohto riešenia spočíva v špeciálne upravenom konci závitovky, ktorý má tvar lopatiek, pohybujúcich sa po vnútornom povrchu matrice. Toto riešenie umožňuje vyvolať v paste výrazné šmykové namáhanie tesne pri vnútornom povrchu matrice, ktoré je spôsobené práve lopatkovitým ukončením závitovky. Takže samotná závitovka dopravuje pastu do pologuľovitej hlavy extrudéra, stláča ju a lopatky ju potom pretierajú cez matricu. V samotnom procese sa to prejaví tak, že klesne potrebný extrúzny tlak a obmedzia sa neželané javy pri extrúzii, ktoré sa objavujú v prípade vyšších extrúznych tlakov v štandardných zariadeniach.The principle of operation of the dome-shaped screw extruder is based on extrusion of the paste with a screw with a specially adapted blade-shaped screw end through a die in a shaped nozzle, e.g. hemispherical. An adjustment of the end of the screw is that blades are disposed at the end of the screw that follow the inner surface of the die during movement. The largest amount of extrudate is extruded near the edge of the blade. The main advantage of this solution lies in a specially adapted end of the screw having the shape of blades moving on the inner surface of the die. This solution makes it possible to induce a significant shear load in the paste close to the inner surface of the die, which is caused by the blade-like end of the screw. Thus, the screw alone transports the paste into the hemispherical head of the extruder, squeezes it, and the blades then rub it over the die. In the process itself, this manifests itself in such a way that the necessary extrusion pressure decreases and the unwanted extrusion effects that occur at higher extrusion pressures in standard equipment are reduced.

Nevýhodou je skutočnosť, že lopatka, resp. lopatky sú umiestnené na konci závitovky sa otáčajú spolu s ňou rovnakou frekvenciou otáčania. Toto riešenie neumožňuje súčasnú reguláciu vytláčaného množstva pasty a extrúzneho tlaku. Regulácia tlaku je možná jedine zmenou vlhkosti spracovávanej pasty.The disadvantage is that the blade, respectively. the blades are located at the end of the screw and rotate with it at the same rotational frequency. This solution does not allow simultaneous control of the extruded paste amount and extrusion pressure. Pressure control is only possible by changing the moisture content of the paste being processed.

Zo stavu techniky známy radiálny extrudér má matricu v tvare valca, po povrchu ktorej sa pohybuje niekoľko lopatiek, ktoré sú voči vnútornému povrchu sklonené pod určitým uhlom. Medzi matricou a lopatkou sa vytvára zužujúca sa klinová medzera. V nej je vplyvom trenia o povrch matrice a lopatky pasta stláčaná. Keď sa dosiahne potrebný extrúzny tlak, pasta začne pretekať otvormi v matrici a tak vzniká extrudát s tvarom zodpovedajúci tvaru otvorov v matrici. Výhodou tohto typu zariadenia je skutočnosť, že tvar lopatiek spolu s matricou vytvárajú zužujúcu sa klinovú medzeru, v ktorej je pasta stláčaná a zároveň aj intenzívne namáhaná šmykovými napätiami, ktoré sú z pohľadu Teologických vlastností pasty a samotného procesu extrúzie najvýznamnejšie. Toto riešenie umožňuje veľmi efektívny prechod pasty z komory extrudéra do otvorov matrice.The prior art radial extruder has a cylindrical die having a plurality of vanes that are inclined at an angle to the inner surface. A tapering wedge gap is formed between the die and the blade. The paste is compressed by friction on the surface of the matrix and the blade. When the necessary extrusion pressure is reached, the paste begins to flow through the apertures in the matrix, producing an extrudate with a shape corresponding to the shape of the apertures in the matrix. The advantage of this type of device is that the shape of the blades together with the matrix form a tapered wedge gap in which the paste is compressed and at the same time intensively stressed by shear stresses, which are most significant in terms of theological properties of the paste and extrusion process itself. This solution allows a very efficient passage of the paste from the extruder chamber into the die holes.

Nevýhodou je fakt, že nakoľko komora extrudéra nie je uzatvorená, nie je možné vytvoriť v extrudéri iný tlak, ako je atmosférický. Pretláčanie pasty sa uskutočňuje jedine pod vplyvom tlaku vytvoreného v zužujúcej sa klinovej medzere medzi lopatkou a matricou. Ak toto konštrukčné riešenie neumožní vyvodiť potrebný extrúzny tlak, pasta nebude schopná pretiecť cez otvory dýzy. Ďalšou nevýhodou je skutočnosť, že geometria matrice je väčšinou obmedzená na valcové otvory a pomerne tenké matrice, pre ktoré je vyvodený extrúzny tlak s nízkou hodnotou postačujúci.A disadvantage is that since the chamber of the extruder is not sealed, it is not possible to create a pressure other than atmospheric pressure in the extruder. The pasting of the paste takes place only under the influence of the pressure created in the narrowing wedge gap between the blade and the die. If this design does not allow the necessary extrusion pressure to be drawn, the paste will not be able to flow through the nozzle orifices. Another disadvantage is that the geometry of the matrix is mostly limited to cylindrical holes and relatively thin matrices for which an extrusion pressure of low value is sufficient.

Princíp jeho činnosti závitovkového radiálneho extrudéra spočíva v doprave pasty do hlavy pomocou závitovky, alebo dvojice závitoviek. Na konci závitovky sú umiestnené lopatky, sklonené voči povrchu matrice. Tak vznikne medzi čelom lopatky a povrchom matrice s otvormi zužujúca sa klinová medzera. Pasta, ktorá je vplyvom silového účinku závitovky pod určitým tlakom, sa dostáva pod lopatky, kde vplyv závitovky preberajú lopatky. V tejto zužujúcej sa klinovej medzere sa výrazne mení napätostný stav. Pokiaľ v závitovke prevláda normálové napätie a šmykové napätie je menej výrazné a vzniká v dôsledku rozkladu síl od pôsobenia závitovky, v klinovej medzere vplyvom trenia o povrch matrice a lopatky, ale hlavne v dôsledku toku pasty smerom k otvorom v matrici a cez tieto otvory, klesá normálové napätie a začínajú prevládať šmykové napätia, čo má pozitívny vplyv na reologické vlastnosti pasty. Výhodou je, že tento princíp je kombináciou extrudérov s dýzou v tvare kupole a radiálnym extrudérom. Závitovka vytvára potrebný extrúzny tlak, zabezpečuje výkon zariadenia, šikmé lopatky zasa zabezpečujú šmykové namáhanie pasty, čím pozitívne vplývajú na jej reologické vlastnosti. Výsledkom je skutočnosť, že pre extrúziu nie sú potrebné také vysoké tlaky, ako pri iných typoch zariadení.The principle of its operation of the screw radial extruder is to convey the paste to the head by means of a screw or a pair of screws. At the end of the screw are blades inclined to the surface of the die. This creates a tapered wedge gap between the blade face and the aperture matrix surface. The paste, which is under a certain pressure due to the force effect of the screw, gets under the blades, where the blades take over the influence of the screw. In this tapered wedge gap, the stress state changes significantly. When the normal stress is prevalent in the screw and the shear stress is less pronounced and is due to the decomposition of forces from the action of the screw, in the wedge gap due to friction on the matrix and blade surface, but mainly due to paste flow towards and through the holes normal stress and shear stresses begin to prevail, which has a positive effect on the rheological properties of the paste. The advantage is that this principle is a combination of dome-shaped extruders and a radial extruder. The screw creates the necessary extrusion pressure, ensures the performance of the device, the inclined blades provide shear stress of the paste, which positively affects its rheological properties. As a result, such high pressures are not required for extrusion as other types of equipment.

Nevýhodou je opäť fakt, že lopatky sú umiestnené na konci závitovky, ich frekvencia otáčania je rovnaká, ako frekvencia otáčania závitovky. To znamená, že lopatky môžu pretlačiť len toľko pasty, koľko dopraví závitovka. Tak môžu nastať dva prípady prevádzky výrazne odlišné od optimálnej prevádzky zariadenia. V prvom prípade sa jedná o pastu s dobrými tokovými vlastnosťami, kedy pasta dopravená závitovkou ľahko prúdi otvormi v matrici, t.j. nie je potrebný veľký extrúzny tlak. Ak závitovka nestačí dopravovať pastu do hlavy, lopatky ju pretierajú cez matricu, pričom nie je zaplnená hlava extrudéra, v zariadení nie je dostatočný tlak, čo môže spôsobiť, že výsledný produkt za matricou nemá požadované vlastnosti. Opačná situácia nastane, ak sa vytláča pasta, ktorá má zlé tokové vlastnosti. Ak vtedy závitovka dopravuje rovnaké množstvo pasty ako v predchádzajúcom prípade, ale reologické vlastnosti neumožňujú potrebný prietok otvormi matrice, hlava sa zapĺňa pastou, narastá extrúzny tlak, zvyčajne nastane únik kvapalnej fázy, zastavenie extrúzie a odstavenie alebo havária zariadenia.The disadvantage is again that the blades are located at the end of the screw, their rotational frequency is the same as the rotational frequency of the screw. This means that the blades can push only as much paste as the screw can deliver. This can result in two cases of operation significantly different from the optimal operation of the plant. The first is a paste with good flow properties, where the paste conveyed by the screw can easily flow through the holes in the matrix, i. high extrusion pressure is not required. If the screw is not sufficient to convey the paste to the head, the blades rub it over the die without the extruder head being filled, there is insufficient pressure in the device, which may cause the resulting product downstream of the die to have the desired properties. The opposite situation occurs when a paste having poor flow properties is extruded. If the screw then transports the same amount of paste as in the previous case, but the rheological properties do not allow the necessary flow through the matrix holes, the head fills with the paste, increases the extrusion pressure, usually liquid phase leakage, stopping extrusion and shutting down or equipment failure.

Pre pretrvávajúce problémy s extrúziou vznikol priestor na vytvorenie takej konštrukcie extrudéra, ktorý by zabezpečil potrebnú napätosť t.j. vhodný pomer medzi normálovými a šmykovými napätiami, ktoré musia byť vyvodené v paste, aby táto mohla tiecť celým extrudérom. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaná konštrukcia axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou v predloženom vynáleze.Due to the persistent extrusion problems, there has been room for the construction of an extruder structure that would provide the necessary tension, i.e., the tension. a suitable ratio between the normal and shear stresses that must be drawn in the paste so that it can flow through the entire extruder. As a result of this effort, the rotary-head axial extruder construction of the present invention is described.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránené konštrukciou axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou podľa tohto vynálezu. Podstata vynálezu spočíva v tom, že rotujúca kužeľova hlava extrudéra spolu s kužeľovým koncom závitovky vytvára zužujúci sa medzikužeľový priestor, kde je pasta pod silným vplyvom pôsobenia šmykových napätí a to v dôsledku buď zužujúceho sa medzikužeľového priestoru, alebo aj vplyvom rozdielnej obvodovej šmykovej rýchlosti, vyplývajúcej z rôznej frekvencie otáčania závitovky s kužeľovým koncom a rotujúcej kužeľovej hlavy. Kužeľový koniec závitovky a aj vnútroná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy sú opatrené sústavou drážok. U kužeľového konca závitovky je to napríklad sústava striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok a/alebo krátkych drážok. Taktiež vnútorná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy má sústavu striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok a/alebo krátkych drážok a/alebo dlhých drážok. Drážky zabraňujú vzniku kvapalinového filmu medzi pastou a povrchom kužeľa a povrchom hlavy.The above drawbacks are overcome by the design of the rotary-head axial extruder of the present invention. The principle of the invention is that the rotating cone head of the extruder together with the conical end of the screw forms a tapering inter-conical space where the paste is under the strong influence of shear stresses due to either the tapering inter-conical space or the different circumferential shear speed resulting from a different rotational frequency of the tapered end screw and the rotating taper head. The conical end of the screw as well as the inner surface of the rotating conical head are provided with a set of grooves. For example, at the conical end of the screw, it is a system of alternately arranged axial continuous grooves and / or short grooves. Also, the inner surface of the rotating conical head has a system of alternating axial running grooves and / or short grooves and / or long grooves. The grooves prevent the formation of a liquid film between the paste and the cone surface and the head surface.

Jednotlivé diely zariadenia sú uložené na spoločnom ráme. Závitovka sa nachádza v puzdre s násypkou. Závitovka je rotačné uložená v ložiskovom domčeku. Je poháňaná motorom s možnosťou regulácie frekvencie otáčania. Motor je spojený spojkou s prvým snímačom krútiaceho momentu a frekvencie otáčania závitovky. Prvý snímač krútiaceho momentu a frekvencie otáčania závitovky je spojený so závitovkou prostredníctvom poistnej spojky, ktorá zabezpečuje ochranu zariadenia v prípade havarijných situácií. Závitovka je na druhom konci uložená v puzdre závitovky a je klzné podopretá v kríži. Závitovka je ukončená kužeľovým koncom s drážkovaním v axiálnom smere. Na konci puzdra závitovky sa nachádza ložiskový domček hlavy, v ktorom je ložisko. V ložisku je uložená kužeľová hlava s vnútornými drážkami v axiálnom smere a dýza. Na vonkajšej strane rotujúcej kužeľovej hlavy je umiestnené vonkajšie ozubenie, ktoré spolu s ozubeným kolesom umožňuje rotáciu kužeľovej hlavy okolo jej axiálnej osi. Ozubené koleso je uložené na hriadeli druhého snímača krútiaceho momentu, ktorý je spojený s motorom. Druhý snímač krútiaceho momentu umožňuje merať frekvenciu otáčania kužeľovej hlavy a zároveň aj veľkosť krútiaceho momentu potrebného na jej pohon. Motor umožňuje plynulú zmenu jeho frekvencie otáčania. Frekvencia otáčania rotujúcej kužeľovej hlavy je nezávislá od frekvencie otáčania závitovky. Meracia a regulačná jednotka zaznamenáva hodnoty frekvencie otáčania závitovky, veľkosť krútiaceho momentu potrebného na pohon závitovky, veľkosť krútiaceho momentu potrebného na pohon kužeľovej hlavy, frekvencie otáčania kužeľovej hlavy a extrúzny tlak v hlave, snímaný snímačom tlaku. O vzájomnej polohe kužeľového konca závitovky a kužeľovej hlavy vypovedá parameter „L“, ktorý je potrebné experimentálne nastaviť podľa rozmerov dýzy a charakteru pasty. Kužeľový koniec závitovky a vnútorná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy majú rozdielne kužeľovitosti.Individual parts of the device are mounted on a common frame. The screw is located in the hopper housing. The screw is rotatably mounted in the bearing housing. It is driven by a motor with the possibility of regulating the rotation frequency. The engine is coupled to the first torque and worm speed sensor. The first torque and rotational speed sensor of the worm is connected to the worm by means of a safety clutch that protects the device in the event of an emergency. The screw is located at the other end in the screw housing and is slidably supported in the cross. The screw is terminated by a tapered end with grooving in the axial direction. At the end of the screw housing there is a bearing housing of the head in which the bearing is. The bearing has a tapered head with internal grooves in the axial direction and a nozzle. On the outside of the rotating conical head is located an external toothing, which together with the gear allows rotation of the conical head about its axial axis. The gear is mounted on the shaft of the second torque sensor that is coupled to the engine. The second torque sensor allows to measure the rotational speed of the cone head as well as the torque required to drive it. The motor allows a smooth change of its rotational speed. The rotational speed of the rotating cone head is independent of the rotational speed of the screw. The measuring and control unit records the values of the screw speed, the amount of torque required to drive the screw, the torque required to drive the cone head, the rotation speed of the cone head and the extrusion head pressure sensed by the pressure sensor. The relative position of the conical end of the screw and the conical head is indicated by the parameter "L", which must be adjusted experimentally according to the nozzle dimensions and the nature of the paste. The conical end of the screw and the inner surface of the rotating cone head have different conicity.

Výhody konštrukcie axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou podľa vynálezu sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Podstatným znakom je konštrukčné riešenie hlavy extrudéra, ktoré umožní vniesť do pasty doplnkové šmykové napätia. Doplnkové šmykové napätia majú iný pôvod, ako takéto napätia vznikajúce pôsobením extrúzneho tlaku v dôsledku vzniku napätosti partikulárnej látky pri prechode zónou redukcie voľného prierezu. Doplnkové šmykové napätia vznikajú ako dôsledok doplnkovej napätosti, vyvodenej ďalším konštrukčným prvkom, ako je závitovka, alebo piest extrudéra. Ak by sa napätosť v paste v zóne prechodu z puzdra do dýzy analyzovala ako rovinná, tak rovina hlavnej napätosti leží v osi zariadenia. Rovina doplnkovej napätosti je kolmá na túto rovinu. V obidvoch prípadoch je predmetom jej skúmania zóna prechodu z puzdra do dýzy. Ich výsledné pôsobenie sa dosiahne vektorovým spočítaním, čím vznikne priestorová napätosť, ako spolupôsobenie normálových a šmykových napätí od hlavného konštrukčného elementu, napr. závitovky a od doplnkového konštrukčného elementu, napr. lopatiek. Ak sú tieto dva elementy poháňané nezávisle, teda je možné ich frekvencie otáčania alebo rýchlosť regulovať nezávisle, dosiahne sa vysoká variabilita v možnostiach nastavenia pomerov medzi hlavnou a doplnkovou napätosťou. Ak sa navyše konštrukcia doplnkového deformačného elementu vhodne zvolí, tento element bude v prechodovej zóne do pasty vnášať prevažne šmykové napätia. Ak bude možné regulovať aj jeho rýchlosť, tak sa takto bude ovplyvňovať aj rýchlosť šmykovej deformácie pasty, čo sú podstatné parametre Teologických vlastností pasty. Prvoradou funkciou deformačného prvku je regulovať doplnkovú napätosť v paste, hlavne šmykové napätia, a taktiež regulovať rýchlosť šmykovej deformácie, čo sa v tomto prípade plne dosahuje. Dôsledok jeho pôsobenia sa prejavuje účinkom ovplyvňovania napätosti v paste v mieste redukcie prierezov medzi puzdrom a dýzou, pričom táto napätosť spôsobí zmenu Teologických vlastností pasty, čo sa v konečnom dôsledku prejavuje ako zmena extrúzneho tlaku pri zachovaní konštantného výkonu zariadenia. Tento deformačný prvok v plnej miere zabezpečuje zmenu charakteru prúdenia v zóne prechodu z puzdra do dýzy takým spôsobom, že sa zvyšuje rýchlosť šmykovej deformácie a šmykové napätia vložením energie z okolia okolo tejto zóny a to prostredníctvom rotácie deformačného prvku prostredníctvom motora.The advantages of the design of the rotary-head axial extruder according to the invention are apparent from its external effects. An essential feature is the constructional design of the extruder head, which allows to introduce additional shear stresses into the paste. The additional shear stresses are of a different origin than those resulting from the extrusion pressure due to the stress of the particulate matter passing through the free cross-section reduction zone. The additional shear stresses arise as a result of the additional stresses exerted by another component such as a screw or an extruder piston. If the stress in the paste in the zone of transition from the housing to the nozzle were analyzed as plane, the plane of the principal stress lies in the axis of the device. The plane of complementary stress is perpendicular to this plane. In both cases, the zone of transition from the housing to the nozzle is examined. Their resulting action is achieved by vector calculations, thereby creating spatial stress, such as the interaction of normal and shear stresses from the main structural element, e.g. and from an additional structural element, e.g. blades. If these two elements are driven independently, ie their rotational speed or speed can be independently controlled, high variability in the possibilities of adjusting the ratios between the main and supplementary voltages is achieved. In addition, if the design of the complementary deformation element is appropriately selected, this element will mainly introduce shear stresses into the paste in the transition zone. If it is possible to regulate its speed, the shear deformation rate of the paste, which are essential parameters of the Theological properties of the paste, will be affected. The primary function of the deformation element is to regulate the additional stress in the paste, in particular the shear stresses, and also to regulate the shear strain rate, which in this case is fully achieved. The consequence of its action is the effect of influencing the paste tension at the point of cross-section reduction between the sleeve and the nozzle, and this tension causes a change in theological properties of the paste, which ultimately manifests as a change in extrusion pressure while maintaining constant device performance. This deformation element fully ensures the change of flow pattern in the housing-to-nozzle transition zone in such a way that the shear rate and shear stresses are increased by introducing energy from the surroundings around the zone by rotating the deformation element through the motor.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Konštrukcia axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou podľa vynálezu bude bližšie objasnená na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je v bočnom pohľade zobrazené jeho optimálne riešenie. Na obr. 2 je v hornom pohľade a čiastočnom reze zobrazené konštrukčná zostava. Na obr. 3a je zobrazený detail kužeľového konca závitovky s pozdĺžnou priebežnou drážkou a krátkou drážkou. Na obr. 3b je zobrazený detail kužeľovej hlavy s pozdĺžnou priebežnou drážkou dlhou drážkou a krátkou drážkou. Na obr. 3c je zobrazená vzájomná poloha kužeľového konca závitovky a rotujúcej kužeľovej hlavy.The construction of a rotary-head axial extruder according to the invention will be explained in more detail in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows a side view of its optimal solution. In FIG. 2 is a top view and partial cross-sectional view of a construction assembly. In FIG. 3a shows a detail of the conical end of a screw with a longitudinal running groove and a short groove. In FIG. 3b shows a detail of a conical head with a longitudinal continuous groove with a long groove and a short groove. In FIG. 3c shows the relative position of the conical end of the screw and the rotating conical head.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia vynálezu sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia podľa vynálezu, ktoré sú tu špeciálne opísané. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich patentových nárokov. Pre odborníkov znalých stavom techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého zariadenia a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.It is to be understood that individual embodiments of the invention are presented for illustration and not as limitations of the technical solutions. Those skilled in the art will find or be able to ascertain using no more than routine experimentation many equivalents to the specific embodiments of the invention that are specifically described herein. Such equivalents will also fall within the scope of the following claims. For those skilled in the art, the dimensioning of such a device and the appropriate selection of its materials and construction arrangements cannot be a problem, therefore these features have not been solved in detail.

PríkladExample

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vanálezu je opísané optimálne konštrukčné riešenie axiálneho extrudéra s rotujúcou hlavou znázornené na priloženom obr. 1 a 2. Axiálny extrudér s rotujúcou hlavou podľa technického riešenia je riešený tak, že rotujúca kužeľová hlava 2 extrudéra spolu s kužeľovým koncom 1 závitovky 4 vytvára zužujúci sa medzikužefový priestor 23. Kužeľový koniec 1_ závitovky 4 je opatrený sústavou striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok 24 a krátkych drážok 25 ako je to znázornené na obr. 3a. Taktiež vnútorná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy 2 má sústavu striedavo usporiadaných axiálnych priebežných drážok 24, krátkych drážok 25 a dlhých drážok 26 ako je to znázornené na obr. 3b. Jednotlivé diely zariadenia sú uložené na spoločnom ráme 18. Závitovka 4 sa nachádza v puzdre 9 s násypkou. Závitovka 4 je rotačné uložená v ložiskovom domčeku 15 a je poháňaná motorom 13 s možnosťou regulácie frekvencie otáčania. Motor 13 je spojený spojkou 17 s prvým snímačom 14 krútiaceho momentu a frekvencie otáčania závitovky 4. Prvý snímač 14 krútiaceho momentu a frekvencie otáčania závitovky 4 je spojený so závitovkou 4 prostredníctvom poistnej spojkyIn this example of a particular embodiment of the vanalise object, the optimum constructional design of the rotary-head axial extruder shown in FIG. 1 and 2. The rotary-head axial extruder according to the invention is designed such that the rotating tapered extruder head 2 together with the tapered end 1 of the screw 4 forms a tapering inter-tapered space 23. The tapered end 7 of the screw 4 is provided with a system of alternately arranged axial running grooves 24 and short grooves 25 as shown in FIG. 3a. Also, the inner surface of the rotating cone head 2 has a system of alternating axial running grooves 24, short grooves 25 and long grooves 26 as shown in FIG. 3b. The individual parts of the device are mounted on a common frame 18. The screw 4 is located in the housing 9 with the hopper. The screw 4 is rotatably mounted in the bearing housing 15 and is driven by a motor 13 with the possibility of regulating the speed of rotation. The motor 13 is coupled by a clutch 17 to a first torque and speed sensor 14 of the screw 4. The first torque and speed sensor 14 is connected to the screw 4 via a safety clutch

16. Závitovka 4 je na druhom konci uložená v puzdre 9 závitovky 4 a je klzné podopretá v kríži 5. Závitovka 4 je ukončená kužeľovým koncom 1 s drážkovaním v axiálnom smere. Na konci puzdra 9 závitovky 4 sa nachádza ložiskový domček 8 hlavy, v ktorom je ložisko16. The screw 4 is mounted at the other end in the housing 9 of the screw 4 and is slidably supported in the cross 5. The screw 4 terminates in a tapered end 1 with grooving in the axial direction. At the end of the housing 9 of the screw 4 there is a bearing housing 8 of the head in which the bearing is

7. V ložisku 7 je uložená kužeľová hlava 2 s vnútornými drážkami v axiálnom smere a dýza 3. Na vonkajšej strane rotujúcej kužeľovej hlavy 2 je umiestnené vonkajšie ozubenie. Ozubené koleso 12 je uložené na hriadeli druhého snímača 11 krútiaceho momentu, ktorý je spojený s motorom 10 s plynulou zmenou jeho frekvencie otáčania. Frekvencia otáčania rotujúcej kužeľovej hlavy 2 je nezávislá a je rozdielna od frekvencie otáčania závitovky 4. Na meraciu a regulačnú jednotku 19 ie pripojené signálne vedenie 20 s hodnotou krútiaceho momentu pre závitovku a otáčkami závitovky, signálne vedenie 21 hodnoty krútiaceho momentu pre kužeľovú hlavu a frekvenciu otáčania kužeľovej hlavy a signálne vedenie 22 hodnoty extrúzneho tlaku. Kužeľový koniec 1 závitovky 4 a kužeľová hlava 2 sú od seba vzdialené o parameter „L“ ako je to zobrazené na obr. 3c. Kužeľový koniec 1_ závitovky 4 a vnútroná plocha rotujúcej kužeľovej hlavy 2 majú rozdielne kužeľovitosti.7. In the bearing 7 there is a conical head 2 with internal grooves in the axial direction and a nozzle 3. On the outside of the rotating conical head 2 there is an external toothing. The gear 12 is mounted on the shaft of the second torque sensor 11, which is coupled to the motor 10 with a continuous change of its rotational frequency. The rotational speed of the rotating conical head 2 is independent and different from the rotational speed of the worm 4. A signal line 20 having a torque value for the screw and the screw speed is connected to the measuring and control unit 19, a torque value signal line 21 for the conical head and the rotational frequency. conical head and signal line 22 of the extrusion pressure value. The conical end 1 of the screw 4 and the conical head 2 are spaced apart by the parameter "L" as shown in FIG. 3c. The conical end 7 of the screw 4 and the inner surface of the rotating conical head 2 have different conicity.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Axiálny extrudér s rotujúcou hlavou nachádza využiteľnosť v potravinárskom, chemickom, farmaceutickom priemysle, ale aj pri technológiách spracovania recyklovaných materiálov/odpadov a spracovanie plastov.The rotary-head axial extruder finds utility in the food, chemical, pharmaceutical, but also recycled / waste and plastics processing technologies.

Claims

PATENT CLAIMS

An axial rotating head extruder comprising a casing of a screw with a hopper and a screw drive mounted on a frame together with a bearing housing, characterized in that it comprises a rotating conical head (2) which together with the conical end (1) of the screw (4) forms a conical tapered space (23), wherein the tapered end (1) of the screw (4) has a system of alternately arranged axial continuous grooves (24) and short grooves (25) and an inner surface of the rotating tapered head (2) has a system of alternately arranged axial continuous grooves (24), short grooves (25) and long grooves (26), wherein the rotational frequency of the rotating conical head (2) is different from the rotational frequency of the screw (4).

Rotary-head axial extruder according to claim 1, characterized in that the rotating conical head (2) with external toothing is mounted at the end of the worm sleeve (9) with the bearing (7) in the head bearing housing (8).

Rotary-head axial extruder according to claims 1 and 2, characterized in that a second torque sensor (11) connected to the motor (10) is connected to the external toothing of the rotating conical head (2) via a gear (12). ) for driving the rotating cone head (2).

Rotary-head axial extruder according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the second torque sensor (11) is connected to the measuring and control unit (19) together with the first torque sensor (14) and the pressure sensor (6) in the rotating conical head (2).

á

Rotary-head axial extruder according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that a nozzle (3) is connected to the outlet of the rotating conical head (2).

Rotary-head axial extruder according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the rotational speed of the rotating conical head (2) is independent of the rotational speed of the screw (4).

Rotary-head axial extruder according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the conical end (1) of the screw (4) and the inner surface of the rotating conical head (2) have different conicity.

Rotary-head axial extruder according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the tapered end (1) of the screw (4) is spaced from the inner face of the rotating tapered head (2) by a parameter.