TWI432309B - 蝸輪元件 - Google Patents

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Description

蝸輪元件
本發明係關於一種蝸輪元件，尤指一種用於塑化單元之攪拌元件，其具一至少具兩個攪拌單元之蝸桿軸，攪拌單元可以安裝於一個共同之軸上，例如蝸桿軸，而該攪拌單元則具有一個幾何形狀。
於一個例如擠壓器或射出成型機內所設之塑化單元內進行塑膠製備時，會運用各式各樣之製程。其中一種製程為混合，即混入填充劑或強化劑、加入顏料或染劑，與各種不同之材料混合，例如塑膠或彈性材料、活化製程等等。所有製程之共同點係採用具有順時針轉或逆時針轉之蝸桿之雙軸或多軸擠壓器。利用該等蝸桿就能將融化該塑膠材料所需之剪力能加到該材料內。蝸桿具有所謂的蝸輪元件，而且經常採用多個檔級。
所謂的攪拌元件係一種特殊蝸輪元件，文獻中亦稱之為攪拌頭塊。該類攪拌頭塊由螺旋狀之蝸輪元件或由許多依順序排列於製程方向上之攪拌單元構成，而該攪拌單元則具有特定之幾何形狀。於已知之攪拌元件上，其攪拌單元之幾何形狀相同，尤指其寬度及其外徑及內徑而言，而且根據塑化單元之尺寸選用，即擠壓器或射出成型機之塑化單元。
經由驅動器、傳動器，再經由蝸桿軸所帶來之機械能量之散逸程度，除了與欲加工之塑膠之焓有關，係由使用之蝸輪構造形式所決定。使用之蝸輪構造形式亦稱為組態。組態取決於例如攪拌頭塊及其他蝸輪元件之形式及數量而變化。
主要能量轉換與蝸輪元件之幾何形狀之關係，多半經由第一個攪拌元件達成。該主要能量轉換係來自於剪力。因此，主要決定因 素係蝸桿之轉數及攪拌單元之(角)速度、攪拌單元與擠壓器外殼之間及與雙蝸桿擠壓器之楔形區域內之攪拌單元間之間隙，及攪拌元件之嚙合面積。由這些數量大小便能計算出合適之切線速度及剪應力。經由剪應力便可使被塑化之材料融化。融化時，於蝸輪元件及嚙合之輪桿/輪轂上產生最高機械負載。
此類攪拌元件可由已註冊之德國新型專利82 32 585中得知。該處所揭示之蝸輪元件係包含一攪拌單元，並且可以各自組合成為一個攪拌元件。該攪拌單元具有相同之幾何形狀，尤指該攪拌單元之直徑及寬度而言。
因此，本發明之基本任務即提出一種前述類型之蝸輪元件，該蝸輪元件能於較小之機械負載下，使將被加工之材料能良好塑化。
根據本發明，前述任務係經由一具申請專利範圍第1項之特徵之蝸輪元件加以解決。據此，該蝸輪元件係以如下方式建構及拓展，即至少有兩個彼此銜接設置之攪拌單元之幾何形狀不相同。
首先，由本發明之方式，已可確認能跳脫既知具有相同幾何形狀之攪拌單元之窠臼，而使蝸輪元件於較小之機械負載下仍能保持良好塑化。選用不同幾何形狀之攪拌單元便能控制所導入之剪力及機械負載，並將前述之製程加以最佳化。
於大量塑化單元及在不同之製程中，均可採用本發明之蝸輪元件。於雙軸或多軸、順時針轉或逆時針轉之塑化單元中，均可考慮本發明之攪拌元件。蝸輪元件之構造亦可有單一或多個檔級，並由螺旋狀蝸輪零件或由完整或彼此鬆散結合在一起之攪拌單元所構成。該攪拌單元係根據塑化單元之尺寸及各自 之製程任務加以選擇。根據本發明之蝸輪元件構造與機器體積及蝸輪元件之直徑無關。此外，蝸輪元件亦與輪桿/輪轂之嚙合形式及蝸輪元件之檔級無關。該蝸輪元件甚至可以應用於任何一種形式之塑化材料上，而且與Da/Di比及蝸桿之轉動方向無關。
攪拌單元之幾何形狀能以下文該種特別優良之方式建構，亦即讓塑化之材料達到一個連續增加之剪力。該種方式具有特別之優點，即剪力非以巨大而又突然之方式導入，而是以平滑之方式導入，例如持續地增加。於機械方面，該種方式特別優良，因為該元件之負載也同樣會於一個較長路徑上持續增加並擴散，而不是被侷限於一狹窄區域內。根據本發明，會對剪力間隙產生影響。因此，剪力能量之導入亦會受到影響。該點可以透過不同之效應來達成。
針對一個特別簡單之構造而言，至少兩個攪拌單元之直徑不相同。因此，攪拌單元及擠壓器外殼之間所形成之剪力間隙，便可於製程方向上變大或變小。於一個優良構造中，可於製程方向上增加各個攪拌單元或切面之直徑。攪拌單元及依順序排列設置之攪拌元件通常可具有不同之直徑。
直徑之順序不一定強迫持續增加，也可以有一部分相同或減少。隨著製程任務之不同，也可以考慮所有可能之直徑變化。此處之直徑變化則可以推展至不同之蝸輪元件。
於一特別簡單構造中便能據此使攪拌單元之直徑於製程方向上增加。如此一來，該元件之機械負載，便會持續增加散布於一個較長之路徑上。攪拌單元之直徑變化順序不一定要持續增加，也可以有一部分相同或減少。
於另一個優良構造中，至少其中兩個攪拌單元之寬度不相同。如此一來，剪力間隙便會受到影響，因為剪力面積已改變。 如同改變攪拌單元之直徑，該種方式也可以於一個或多個彼此銜接設置之蝸輪元件內進行。對於蝸輪元件之寬度而言，攪拌單元或蝸輪零件通常具不同之寬度。同樣的，攪拌單元或蝸輪零件通常直徑亦不相同。蝸輪元件可以和蝸桿內之元件數量無關。因此，該圓盤之邊幅寬度變化即可延伸到許多個蝸輪元件上。因此，蝸輪元件便與長度無關。
於另一個亦為優良構造中，攪拌單元之寬度可於製程方向上增加。如此一來，被塑化之材料之剪力即會於製程方向上增加。製程方向係以塑化單元之方向來定義，其為被塑化及/或要加以塑化之材料之主要輸送方向。攪拌單元之寬度之變化順序不一定要持續增加，有一部分可以相同或減少。
視製程任務之不同，任何一種攪拌單元之變化均有可能。此點適用於攪拌單元之直徑變化及寬度變化。因此，其幾何形狀之變化，便會直接對蝸輪元件內外之切線速度及剪應力之發展及對該元件之機械負載之發展造成影響。此外，攪拌單元之Da/Di比，可於根據本發明之蝸輪元件中保持為常數，但也可改變。
於另一個優良構造中，至少有兩個攪拌單元之直徑及寬度可以不同。如此一來，即可於剪力間隙上產生一個特別大之變化。以該種類型所建構之蝸輪元件同樣特別適用於各式各樣之製程任務。
以特別優良導入剪力為前提，並著眼於蝸輪元件之均衡負載時，攪拌單元之直徑及寬度可於製程方向上增加。
所示之實施例係關於根據本發明之蝸輪元件中之攪拌元件1，該單元係應用於一個未標示之塑化單元，而該塑化單元具一 同樣未標示之蝸桿軸。
攪拌元件1係由攪拌單元2組合而成，於實施例中，該等單元係彼此固定連接在一起。該等攪拌單元2可以安裝於一個共同之軸上。此處之攪拌單元2設有輪齒，而該輪齒可與蝸桿上之輪齒嚙合在一起，因此，基本上攪拌元件無法轉動地固定於蝸桿上。攪拌單元2具一個幾何形狀，該形狀取決於兩個直徑Di及Da，亦即直徑D1 及D2 、D3 或D4 。
根據本發明之方式，兩個彼此前後銜接設置之攪拌單元2之幾何形狀有所不同。因此，圖一中所示之攪拌元件之外徑Da於製程方向上增加。這表示，於該實施例中具有較小直徑D1 之攪拌單元2係置於朝向輸入區域之最近處，而具有外徑D4 之攪拌單元2則置於朝向輸出區域之最遠處。因此，於此處所示之實施例中，D4 大於D3 ，且D3 大於D2 ，而D1 則又小於D2 ，亦即D1 <D2 <D3 <D4 。此處之攪拌元件1之內徑Di則保持為常數。但是於任一種根據本發明之結構中，依然可以考慮使其內徑Di能隨著或不同於外徑Da做變化。
圖二所示係以側視之示意圖表示圖一之攪拌元件1。實施例中之攪拌元件1具有一個總寬度B。攪拌單元2本身則具有寬度b。
圖三顯示一根據本發明之攪拌元件，其具可變化之邊幅寬度，即攪拌單元2具有不同之寬度b。於該實施例中，直徑比Da/Di保持為常數。此外，亦可見其外徑Da同樣為常數。攪拌單元2之寬度b於製程方向上增加。因此，於攪拌元件1之寬度B上之材料剪力便提高。於該明確實施例中，於攪拌元件1中被置於朝向輸入區域之最近處之攪拌單元2之寬度b1 小於寬度b2 。寬度b2 則又小於寬度b3 。下一個攪拌單元2之寬度b4 則又大於前述之攪拌單 元2之寬度b3 。最後，於該一攪拌元件2中置於朝向輸出區域之最遠處之攪拌單元2之寬度b5 則大於寬度b4 ，亦即b1 <b2 <b3 <b4 。
為避免重覆，其餘細節參照一般說明。
最後必須明確指出，前述之實施例僅為了探討申請專利範圍所述之準則，並非僅限於該種實施例。
1‧‧‧攪拌元件
2‧‧‧攪拌單元
Da,D1 ,D2 ,D3 ,D4 ‧‧‧外徑
Di‧‧‧攪拌單元內徑
b‧‧‧攪拌單元之寬度
B‧‧‧攪拌元件之寬度
有各種可能性能夠以優良之方式實現前述之準則並加以拓展。針對該點，一方面可以參照申請專利範圍第1項之附屬申請專利範圍，另一方面則可以參照下文依附圖式所述根據本發明之蝸輪元件之優良實施例。與下文依附圖式所述根據本發明之蝸輪元件之優良實施例相關，基本上為優良構造及該準則之拓展亦加以說明。圖式中圖一 俯視之示意圖，根據本發明之蝸輪元件之實施例，其具變化之直徑，圖二 側視之示意圖，於圖一所示根據本發明之蝸輪元件之實施例，其具變化之直徑，圖三 俯視之示意圖，根據本發明之蝸輪元件之另一實施例，其具變化寬度之攪拌單元，及圖四 側視之示意圖，於圖三所示根據本發明之蝸輪元件之實施例，其具變化寬度之攪拌單元。
1‧‧‧攪拌元件
2‧‧‧攪拌單元
b1 ‧‧‧寬度1
b2 ‧‧‧寬度2
b3 ‧‧‧寬度3
b4 ‧‧‧寬度4
b5 ‧‧‧寬度5
B‧‧‧寬度
Da‧‧‧外徑

Claims (3)

  1. 一種蝸輪元件，尤指用於塑化單元之攪拌元件(1)，其具一至少具有兩個攪拌單元(2)之蝸桿，攪拌單元(2)可以安裝於一個共同之軸上，例如蝸桿，該攪拌單元(2)具有一個幾何形狀，而且至少有兩個彼此銜接設置之攪拌單元(2)之幾何形狀不相同，其特徵為，攪拌單元(2)之寬度(b)在製程方向上逐漸增加。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之蝸輪元件，其特徵為，至少兩個攪拌單元(2)之直徑(D1、D2、D3、D4)不相同。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之蝸輪元件，其特徵為，攪拌單元(2)之直徑(D1、D2、D3、D4)於製程方向增加。
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