TWI417183B - 單螺桿擠壓機 - Google Patents

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TWI417183B
TWI417183B TW098120538A TW98120538A TWI417183B TW I417183 B TWI417183 B TW I417183B TW 098120538 A TW098120538 A TW 098120538A TW 98120538 A TW98120538 A TW 98120538A TW I417183 B TWI417183 B TW I417183B
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Florian Johannes Schneider
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Krauss Maffei Tech Gmbh
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Description

單螺桿擠壓機
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桿，該螺桿於同質化區區域內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。
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(Barrieresehnecken)或具有週期式行程截面變化之多邊形螺桿。多邊形螺桿有能量轉換螺桿(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，於一單螺桿擠壓機，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殘餘 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，且同時使周圍之融液冷卻，另一方面卻亦存在危險，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內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。
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1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壓機之同質化區之缸內壁上設置至少一縱向延伸之溝槽，即可避免所述之缺點，由輸送方向觀之，該縱向溝槽結束於一第一處理部及一接續之處理部，特別是第二處理部之間之區域。因而根據本發明，並非整個同質化區設置至少一溝槽，而是只在介於連接融解區之同質化區開始處與第一處理部及一接續之處理部之間之區域，該接續之處理部設計成剪切元件。此處之程序元件於同質化區中設置成螺桿元件。螺桿於同質化區區域內亦可擁有二個以上彼此相連接之處理部，然而根據本發明，重要係剛好位於輸送方向上之處理部設計成剪切部，該剪切部安裝於一缸體之無溝槽區域。其可確保該處理部滿足剪切部之任務，特別是裂解作用，且經由剪變形使原料融液中可能仍存在之殘餘固態物質於剪切 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。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內壁間之間隙內塑化。由於此處於缸內壁上無溝槽，殘餘固態物質無法於缸內壁與剪切部之連接橋間通行，其可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確保任何可能存在之殘餘固態物質獲得妥善之殘餘塑化，同時降低系統之壓力損失，因為於第一處理部區域，該溝槽或多個溝槽對殘餘固態物質產生較佳之加熱，且減少殘留之殘餘固態粒堆。因而經由根據本發明之單螺桿擠壓機可提供一系統，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。
根據本發明一較偏好之進一步實施例，根據本發明之單螺桿擠壓機可於融解區區域中於缸內壁上至少具有一縱向延伸之 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連續延伸至同質化區之至少一溝槽。但亦可令於融解區區域設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，亦可於進料區區域於缸內壁上至少設置一縱向延伸之溝槽。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融解區之至少一溝槽，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，其特別容易提供一種適當之單螺桿擠壓機。此處特別有利之作法為缸體採一體製成。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。
根據本發明之一特別偏好之實施例，於同質化區輸送方向之第一處理部之區域，該至少一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之螺桿之旋轉方向相反。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，該單螺桿擠壓機具有多個於缸體周緣上保持距離之溝槽。於輸送行為及壓力建構上，該設計產生特別有利之結果。
根據本發明之一偏好之實施例，該溝槽或多個溝槽之深度及/或寬度可變化。較偏好之作法係，一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 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內壁上第一處理部與接續之處理部之間趨向於零，其可確保於溝槽與接續之設計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一處理部遞減，其方式為深度連續減少至零，而使排水效應沿第一處理部遞減。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，於輸送方向上之第一處理部於同質化區亦設計成剪切部。其使原料融液已開始第一同質化，其中可能有殘餘固態物質，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分散及被加熱。
於此實施例特別有利係令輸送方向上之第一剪切部具有一較大之溢流間隙。此處所謂溢流間隙，係指於一剪切部之溢流連接橋及缸內壁之間存在之一間隙。其使於該剪切部上之壓力損失降低，其於根據本發明之單螺桿擠壓機上，對整體螺桿之壓力損失產生正面影響。此外，其與缸內壁溝槽互相作用下，於該區域進一步改善加熱，且使融液與殘餘固態粒堆做最佳混合。
根據本發明，於輸送方向之第一剪切部亦可具有連接橋開口，使單螺桿壓縮機更能適用於最大不同之製程任務。此時，於該設計上係依所處理之材料及其殘餘固態粒堆成分與含量而規劃。
根據本發明單螺桿擠壓機另一偏好之實施例，可將於輸送方向之第一處理部亦設計成一混合部。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佈得更好，若無此混合部之分佈效果，材料早已於融解區融解。另外可偏好使用一具有輸送效果之混合部，該作法可進一步降低根據本發明之單螺桿擠壓機之壓力損失。故可特別偏好使用一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溝槽或多個溝槽共同作用。
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(Le Roy-Scherteile)、麥德克剪切部(Maddock-Scherteile)及/或葛雷哥萊剪切部(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。若第一處理部設計成混合部，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。該增設之處理部亦可設計為剪切部。但特別偏好之作法係於此處設置混合部，提供優化之混合，混合被第二處理部於同質化區完全融解之材料，並於單螺桿擠壓機出口處提供在溫度及材料組成上具有高度同質性之融液。該混合部可具有輸送性或中性。
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料特性受到最佳考慮，且保障有最佳之融解效能，使大部分融解之材 料於同質化區區域被根據本發明之擠壓機設計成最佳效果同質化。此處缸內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，而於缸體內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，而只有於較長之使用期限後才會出現磨耗現象。
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12及融解區14之一部分。於缸體1中含有一螺桿2之一截面，其輸送方向側末端於圖之左手邊，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，因而可看到缸內壁。缸內壁具有溝槽4，其於圖中沿縱向延伸，且於圖所示之例中，該溝槽不僅於同質化區12區域中存在，於融解區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區14。於同質化區12該溝槽4結束於第一處理部6與第二處理部8之間。圖中顯示該溝槽係突然結束，但亦可漸進趨向於零，以避免產生融液之死角。
於所示之實施例中，二彼此連接之處理部6及8於同質化區12係設計成剪切部，於此係設計成螺旋剪切部。該螺旋剪切部具有不同之通道，各由連接橋構成。二處理部6及8被一頸縮(Einstich)10分隔；就在此區域，於第二處理部8開始前，根據本發明之溝槽4結束於缸體1之內壁上。於輸送方向一螺桿區接在第二處理部8上，其以示意圖顯示其齒板混合部之設計。
於圖一b中顯示圖一a相同之視圖，相同特徵使用相同元件符號代表。不同處僅於螺桿2非以斷開圖示。
於圖一c中再次顯示相同之無螺桿2之缸體1。由圖中可清楚看出，溝槽4延伸向第一與第二處理部之間。圖中僅以示意方式顯示。
圖二顯示由輸送方向所見之螺桿2之前方部分，該螺桿為前述圖一a至圖一c中所顯示者。設計成螺旋剪切部之處理部6及8之斜線所示之連接橋係所謂之溢流連接橋，其於根據本發明中於第一處理部6可設計成低於第二處理部8，以使於第一剪切部具有較大之溢流間隙，該間隙為溢流連接橋與缸內壁間之空隙。
在操作時，需要單螺桿擠壓機加工之材料被缸體1中螺桿2之旋轉運動推動，由右方向左方輸送且被融解。所示之實施形式於融解區14已設有溝槽4，尚未融解之殘餘固態物質，以粒堆或團塊形式存在，可能附著於溝槽中，並因壓力建構而溢過螺桿2之相關連接橋，進入鄰近螺桿通道及同一螺桿通道之不同位置。由於一般而言，在新位置上材料之主體已成為融解液，殘餘固態物質會因接觸及被融解液包圍而較易融解，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內壁接觸時，亦會被繼續加熱。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，同時溝槽亦額外對缸體內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，其效應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。
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
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 一截面示意圖，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缸內壁之溝槽，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 用於根據本發明擠壓機之螺桿於輸送方向側之末端。
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

Claims (12)

  1. 一種具有一缸體(1)之單螺桿擠壓機，該缸體有一融解區(14)及一連接於該融解區(14)上之同質化區(12)，及具有一於缸體(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(6、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)之缸內壁上至少設置一沿縱向延伸之溝槽(4)，由輸送方向觀之，該溝槽結束於第一處理部(6)與隨後銜接之剪切部(8)之間。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之單螺桿擠壓機，其特徵為，於融解區(14)區域，於缸內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項所述之單螺桿擠壓機，其特徵為，於進料區區域之缸內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融解區(14)之至少一溝槽(4)。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之單螺桿擠壓機，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1項所述之單螺桿擠壓機，其特徵為，設有多個於缸體(1)周緣上保持距離之溝槽(4)。
  6. 根據申請專利範圍第1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. 根據申請專利範圍第7項所述之單螺桿擠壓機，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. 根據申請專利範圍第1項所述之單螺桿擠壓機，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/或葛雷哥萊剪切部(Gregory-Scherteil)之任意組合。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述之單螺桿擠壓機，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桿、進給螺桿或多邊形螺桿，特別是設計成能量轉換螺桿或波浪螺桿。
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