TW201008756A - Single-screw extruder - Google Patents

Description

201008756 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有一缸體之單螺桿擠壓機，該缸體具 有一融解區及一同質化區，其與融解區連接，且具有以可旋轉 方式安裝於缸體中之螺样，該螺桿於同質化區區域内至少有二 彼此銜接之處理部，其於輸送方向之第二處理部設計成剪切部。 【先前技術】 對於習知之單螺桿擠壓機’習知技藝者有一持續之任務， 即於保持甚至提高融液品質之情況下，提高單螺桿擠壓機之擠 壓量。 為此有各式各樣之研發’其一方面改善於缸體中以可旋轉 方式安裝之螺桿，因而於此期間產生許多不同種類之螺桿型 式’其各針對擠壓機不同區段而設計。此方面之實例係進給螺 桿（Barriereschnecken)或具有週期式行程截面變化之多邊形螺 才干。多邊形螺♦干有能里轉換螺桿（ET- (Energy Transfer) Schnecken)及波浪螺桿，例如於美國專利案us 4,405,239或美 國專利案US 4,015,832及美國專利案US 4，173,417中所揭露。 於缸體設計與螺桿設計結合方面亦有研發。例如於德國專 利案DE 26 24 589 A1或德國專利案DE 199 28 870 C2中習知， 於一單螺桿擦壓機，其具有一於融解區區域中設計成進給螺桿 之螺桿，該單螺桿擠壓機設置含有一溝槽之缸體，其使單螺桿 擠壓機之擠壓量提升。 ~ ' 另外於德國專利案DE 101 30 759 A1中習知，亦於同質化 區區域有一含溝槽之塑化系統，該塑化系統至少具有二剪切部 及一混合部。該設計可提高擠壓量。將麥德克剪切部 (Maddock-scherteil)或進給剪切部以可旋轉方式安裝於一含溝 槽之缸體部分’該設計亦有其缺點。殘留於原料融液中之^餘 201008756 固態物質附著於溝槽中，以致於溢過剪切部之連接橋。此效應 亦稱為靜力排水效應或冰塊效應。融液中之殘餘固態物質溢入 剪切部之鄰近通道中，該殘餘固態物質固然一方面可被良好加 熱，且同時使周園之融液冷卻，另—方面卻亦存在危險，即未 融解之殘餘固態物質與融液一起流出擠壓機，而影響融液品 質。剪切部可能無法達成其原本任務，亦即限制原料融液中之 殘餘固態物質，且於適度剪變形作用下，使其於剪切部之連接 橋與缸内壁間之剪切間隙中塑化。剪切部另外可隨原料融液製 備程度而成為很大之壓力需求者。 【發明内容】 本發明之任務因此在於提出一種單螺桿擠壓機，其具有較 佳之融解效果，特別是具有較佳之殘餘融解效果，同時可提高 擠壓量、降低融解溫度且改善壓力建構潛力。 本發明之任務係藉由一種具有申請專利範圍第〗項特徵之 單螺桿擠壓機而達成。 根據本發明，發現只要於單螺桿擠恩機之同質化區之缸内 壁上設置至少-縱向延伸之溝槽，即可避免所述之缺點，由輸 送方向觀之，該縱向溝槽結束於_第—處理部及—接續之處理 部特別疋弟一處理部之間之區域。因而根據本發明，並非整 個同質化U至彡—溝槽，而是只在介於連接融解區之同質 化區開始處與第-處理部及—接續之處理部之間之區域，該接 績《處理雜計成剪切元I此處之程序元件於同質化區中設 置成螺桿讀。卿於㈣倾亦可擁有二偏上彼此 相連接'處理部’然而根據本發明，重要俩好位於輸送方向 i之剪切部，該剪切部安裝於—缸體之無溝槽區 域。其可確保域理部滿足剪切部之任務’制是裂解作用， 且經由剪變形使原料融液中可能仍存在之殘餘賴物質於剪切 201008756 間隙中塑化。 於此設計中已證明有利係由於在第一處理部區域設置至少 一溝槽’基於所謂之溝槽靜力排水效應，產生較佳之輸送效果 及較小之壓力損失。所存在之殘餘固態物質可能附著於該溝槽 或多個溝槽中’經由溝槽被導向處理部鄰近之通道，且經由對 加熱之缸壁緊密接觸，得到非常有效之加熱。存在之殘餘固態 物質之量因而可進一步減少❶於第一處理部區域之原料融液可 因該溝槽或多個溝槽而獲較佳之塑化及加熱，其使融液於一較 佳之製備狀態被導引至其後之特別是第二處理部，根據本發明 該第二處理部被設計成剪切部。此所謂較佳，係指殘留之殘餘 固態粒堆（Restfeststoffinseln)較小及加熱較佳。其使殘餘固態 物質之變形抵抗降低，在第二處理部之壓力損失亦隨之降低。 藉由於隨後之處理部區域不設一溝槽或多個溝槽，該剪切 部於此可發揮完全功效，其方式為，所含有之殘餘固態物質被 剪切部之連接橋攔阻，由於剪變形而於剪切間隙中塑化，亦即 於剪切部之連接橋與缸内壁間之間隙内塑化。由於此處於缸内 壁上無溝槽，殘餘固態物質無法於缸内壁與剪切部之連接橋間 ^'•行其了達到較佳之同質化效果。因而透過根據本發明之單 螺桿擠壓機之設計可雜任何可能存在之殘餘 善之殘餘，同轉低祕之壓力敎，因為於 區域’該溝槽或多個溝槽軸餘固態物質產生較佳之加妖，且 ^少殘留之殘餘固態粒堆。因而經由根據本發明之單螺^擠壓 機可提供-系統’其具有整體較小之壓力損失及在熱學與力學 上具有較佳之融液同質化。 坦2據本發明—較偏好之進"'步實施例，根據本發明之單螺 壓機可於融解區區域中於叙内壁上至少具有一縱向延伸之 201008756 溝槽。於此區域，已知之殘餘固態物質之融解改善效果亦被善 加利用。於此特別偏好之作法係，於融解區之該至少一溝槽^ 續延伸至同質化區之至少一溝槽。但亦可令於融解區區域‘置 之溝槽數多於或少於於同質化區區域設置之溝槽數。 根據本發明單螺桿擠壓機之另一偏好之實施例，亦可於進 料區區域壯内壁上至少設置—縱向延伸之溝槽。將溝槽設於 進料區使固態物質進料及固態物質輸送大幅改善。該效應可非 常有利與於融解區改進之融解行為及於同質化區較佳之同質化 行為合併。較佳之作法係亦可於進料區區域之至少一溝槽以連 續方式衍生成於^解區之至少—溝槽，但亦可令於進料區設置 之溝槽數多於或少於在融解區設置之溝槽數。特別偏好之作法 係，進料區及融解區及同質化區皆有相同之溝槽數目，其特別 容^提供-種適當之單螺捍擦壓機。此處特別有利之作法為缸 體採-體製成。替代作法亦可為不同區由不同缸體部分組合而 成，各缸體部分可分別設置溝槽。 根據本發明之-特別偏好之實施例，於同質化區輸送方向 第-處理部之區域’該至少—溝槽係呈螺旋形延伸。此處可 設置不同之溝槽螺距角度，且特別是溝槽之旋轉方向選擇成與 有輸送實效椁之旋轉方向相反。若有融解區及進料區，亦 可將溝槽設計成螺旋形。 根據本發明另一偏好之實施例，該單螺桿擠愿機具有多個 於缸體周緣上保持轉之溝槽。於輸送行為及壓力建i上，該 設計產生特別有利之結果。 漫稱上 n本發明之—偏好之實施例，該溝槽或多個溝槽之深度 或夏度可變化。較偏好之作法係，-溝槽朝輸送方向結束， 亦即其深度遞減，且基本上配合缸內壁。其可有效避免導致融 201008756 液停留及退化之不良死角。 特別偏好為，溝槽之深度於同質化區之缸内壁上第一處理 部與接績之處理部之間趨向於零，其可確保於溝槽與接績之設 计成剪切部之處理部之連接橋之間不致重疊，不致發生所謂之 排水效應。根據本發明，於接續之處理部區域中必須避免該效 應，以確保所期望之融液熱同質化及機械同質化。特別是該溝 槽或多個溝槽之深度於同質化區沿第—處理部顧，其方式為 深度連續減少轉，而麟水效應沿帛—處购顧。即使溝 槽已位於融解區區域，其亦可在同質化區設計成比較淺平，以 影響排水效應。 根據本發明一有利之實施例，於輸送方向上之 於同質化區亦設計成剪切部。其使原料融液已開始第一㈣ 能有殘餘固態物質，另一方面，由於該溝槽及多個 溝槽同時存在，排水效應仍出現，且殘餘固態粒堆同時有效 散及被加熱。 於此實施例特別有利係令輸送方向上之第一剪切部具 較大之溢流間隙。此處所謂溢流間隙，係指於 ^ 連接橋絲内壁之間存在之__。其使於財切部 知失降低’其於根據本發明之單螺桿_機上 壓力損失產生正面影響。此外’其與缸内壁溝槽互相::， 合。 ，改。加熱且使融液與殘餘固態粒堆做最佳混 根據本發明，於輸送方向之第一剪 口，使單螺桿壓縮機更能適用於最大不同之連接橋開 =設計上雜収理之材糾錢_態料成讀=而 201008756 、根據本發明單螺桿擠壓機另-偏好之實施例，可將於輸送 万向《第-處理部亦設計成-混合部。在此實施例中，根據要 處理之材料，充分利用混合部所具有之強大分佈效果，使固態 殘留物於材料中分你得更好，若無此混合部之分佈效果，材料 早已於融解區融m卜可偏好使用—具有輸送效果之混合 部，該作法可進-步降低根據本發明之單螺桿擠壓機之壓力損 失。故可特別偏好使用-具有效輸送力之菱形混合部，作為於 同質化區之第一處理部，該混合部與此區域中之 槽共同仙。 ^ 於剪切部之選擇上，不管對在輸送方向之第一處理部，或 對在輸送方向之後續處理部，皆可由眾多之洛伊剪切部… ^oy-Scherteile)、麥德克剪切部（Madd〇ck Scherteiie)及/或葛 雷哥莱剪切部（Gregory-Scherteile)中選擇。選擇時可任意組合 運用，以適應需要處理之材料及相關製程之目的。若第二處二 部設計成混合部，則於接續區域，特別於第二處理部，可選用 全部所述之剪切部。此外，亦可於輸送方向上之第二處理部之 後再設置另一處理部。該增設之處理部柯設計為剪切部。但 特別偏好之作法係於此處設置混合部，提供優化之混合混: 被第二處理部於同質化區完全融解之材料，並於單螺厭: 出口處提供在溫度及材料組成上具有高度同質性之融 合部可具有輸送性或中性。 該混 根據本發明另一偏好之實施例，於融解區區域之螺桿可特 別設計成複螺紋之傳統輸送螺桿或設計成進給螺桿或設計成多 邊形螺桿（能量轉換螺桿(ET_Schnecke)或波浪螺桿）。透過於 融解區區域對螺桿之適當選擇，可確保待處理材料之材科特性 受到最佳考慮’且保障有最佳之融解效能，使大部分融解之材 9 201008756 料於同質錄區域被減本發明之讎機設計絲佳效果同質 化。此處缸内壁亦可於融解區區域設計成具有溝槽。 經由本發明可獲卓越之產品品質。同時，根據本發明之單 螺桿擠壓機之整個融解效能極高，可獲較高之整體產量，而於 缸體内之壓力水準可保持較低，其導致單螺桿擠壓機構件使用 壽命加長。藉由降低壓力水準，作用於個別零件及表面，以及 螺桿與缸體上之負荷降低’而只有於較長之使_限後才會出 現磨耗現象。 【圖式簡單說明】 以下將根據所附圖式對本發明之一偏好之實施形式進一步 說明。各圖所示為 圖一 a 一截面不意圖，顯示通過根據本發明之單螺桿擠壓機同 質化區及一部分融解區之情形，該單螺桿擠壓機具有虛 線所示之螺桿及於紅内壁之溝槽， 圖一b 主要顯示螺桿之相同視圖， 圖一 c 未顯示所含螺桿相同之缸體截面，及 圖二 麟根據本發卿鬚之螺桿於輸送方向侧之末端。 【實施方式】 於圖一 a中以截面圖顯示根據本發明之單螺桿擠壓機之一 缸體1之截面’其中所示者為其同質化區及融解區Μ之一 部分。於缸體i中含有-螺桿2之一截面，其輸送方向侧末端 於圖之左手邊’向右方延伸成為融解區，其於圖中僅顯示一部 份。螺旋係以斷開方式顯示，因而可看到缸内壁。缸内壁且有 溝槽4 ’其於圖中沿縱向延伸’且於圖所示之例中，該溝槽^僅 於同質化區12區域中存在，融解區14中亦存在，溝槽由同 質化區12區域以無過渡區之方式延伸進入融解肖…於同質化 區12該溝槽4結束於第-處理部6與第二處理部8之間。圖中 201008756 顯示該溝槽係突然結束，但亦可漸進趨向於零，、、 液之死角。 X避免產生融 於所示之實施例中，二彼此連接之處理部6 ， 區12係設計成剪切部，於此係、設計成螺旋 及8於同質化 ❿ ❿ 部具有;ί；同之通道’各㈣接橋構成、處…朗旋剪切 縮（Einstich) 10分隔；就在此區域，於第"6及8被一頸 根據本發明之溝槽4結束於缸體i之内辟理部8開始前’ ;區接在第二處理部…其以示意 於圖一 b中顯示圖一 a相同之視圖， 件符號代表。不同處僅於螺桿2非以斷開圖示W徵便 接去二再次顯示相同之無螺桿2之=體卜由圖中可清 楚=出，溝槽4延伸向第—與第二處理部之間僅以示意 万式顯示。 :二=輸送:向所見之螺桿2之前方部分該螺桿為 前逑圖一 a至圖一 c中所顯示者。設斗成 及8之斜連祕祕…成螺旋剪切部之處理部6 明I= 狀溢流連接橋，其於根據本發 月中於第一處理部6可設計成低於第_# 切部具有較大之溢流_，該_為;β 8,以使於第一 空隙。 頂為4鱗接橋妙内壁間之 之需要單螺桿擠壓機加工之材科被叙體1中螺样2 =轉=義，由右方向左錢送轉 形 it融解區14已設有溝槽4，尚未融解之殘餘=物質，以粒 堆或團塊形式存在，可能附著於溝槽φ ^ a 螺桿2之相關連接橋，進人鄰近相壓力賴而溢過 同位置。由於一般而言，在新道及同-螺桿通道之不 直上材科<王體已成為融解液， 201008756 殘餘固態物質會因接觸及被融解液包園而較易融解，其溫度略 微下降。同樣地，當停留於溝槽中之殘餘固態物質與被加熱之 缸内壁接觸時’亦會被繼績加熱。因而設置溝槽可由於一也稱 為冰塊效應之靜力排水效應，使材料受到較佳之融解，同時溝 槽亦額外對虹體内材料之軸向輸送有正面影響。其使相關單螺· 桿擠壓機之壓力建構潛力增強。 根據本發明於第一處理部6區域之同質化區12設置溝槽 4，該溝槽4結束於第一處理部6及第二處理部8之間，其效^ 亦可被於該區域設計成剪切部之第一處理部6利用。其效應對 在融解區14末端仍存在於原料融解液中之殘餘固態物質之殘餘 參 塑化有正面影響。該殘餘固態物質被靜力排水效應加熱，其效 果可藉稍微擴大該區域之溢流間隙而更增強。由於溝槽另具輸 送功效，於第一處理部6並無過高壓力損失。此外，材料經由 有效加熱’黏度輕微降低，其使該隨後設計成剪切部之處理部 之壓力損失進一步降低。 使用根據本發明之單螺桿擠壓機可確保所產出之融解液具 有特別優良之熱性及機械性同質化^ ' 【主要元件符號說明】 1 缸體 2 螺桿 4 溝槽 6 第一處理部 8 第二處理部 10 頸縮 12 同質化區 14 融解區 12

Claims (1)

1. 201008756 七、申請專利範圍： L 一種具有一缸體（1)之單螺桿擠壓機，該缸體有一融解區（14) 及連接於該融解區（14)上之同質化區（12)，及具有一於 ，體（1)中以可旋轉方式安裝之螺桿（2)，該螺桿於同質化 ，. 區（12)區域至少有二彼此銜接之處理部（0、8)，其於輸送 方向上之接續者設計成剪切部，其特徵為，於同質化區（12) 〈叙内壁上至少設置—沿縱向延伸之溝槽⑷，由輸送方向 觀該溝槽結束於第一處理部（6)與隨後銜接之剪切部（8) ❿ 之間。 2·，據申請專利範圍第丨項所述之單螺桿祕機，其特徵為，於 融解區（14)區域，於缸内壁上至少設置一沿縱向延伸之溝槽 (4)，該溝槽特別係以無過渡區之方式連續銜接成為於同質 化區（12)之至少一溝槽（4)。 3·根據申請專利範圍第1項或第2項所述之單螺桿擠壓機，其特 徵為，於進料區區域之缸内壁上至少設置一沿縱向延伸之溝槽 (4)，該溝槽特別係以無過渡區之方式連績銜接成為於融解 區（14)之至少一溝槽（4)。 4·根據申請專利範園第1項至第3項中任一項所述之單螺样擠壓 機，其特徵為，該至少一溝槽（4)呈螺旋形延伸。 5. 根據申請專利範圍第i項至第4項中任一項所述之單螺桿擠壓 機，其特徵為，設有多個於缸體（丨）周緣上保持距離之溝槽 (4)。 a 6. 根據申請專利範園第丨項至第5項中任一項所述之單螺桿擠壓 機，其特徵為，該溝槽（4)之深度及/或寬度會變化。 7. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之單螺桿擠壓 機，其特徵為，於輸送方向之第一處理部（6)設計成剪切部。 8·根據申請專利範圍第7項所述之單螺桿擠壓機，其特徵為，於 13 201008756 輸送方向之第一剪切部具有較大之溢流間隙。 9. 根據申請專利範園第7项或第8項所述之單螺桿擦壓機，其特 徵為，於輸送方向之第一剪切部具有連接橋開口。 10. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之單螺桿擠壓 機，其特徵為’於輸送方向之第一處理部（6)設計成混合部，. 特別是設計成菱形混合部。 11·根據申請專利範園第1項至第10項中任一項所述之單螺捍擠 壓機，其特徵為’作為剪切部之選擇來自洛伊剪切部（Le Roy-Scherteil)、麥德克剪切部（Maddock-Scherteil)、及/或 葛雷哥莱剪切部（Gregory-Scherteil)之任意組合。 〇 I2.根據申請專利範圍第1項至第U項中任一項所述之單螺捍擠 歷機，其特徵為，該螺桿（2)於融解區（14)區域設計成特 別是複螺紋之傳統輸送螺样、進給螺桿或多邊形螺桿，特别θ 設計成能量轉換螺桿或波浪螺桿。 疋