PL232597B1

PL232597B1 - Adjusting mechanism of the screw extruder cylinder

Info

Publication number: PL232597B1
Application number: PL425590A
Authority: PL
Inventors: Mirosław Ferdynus; Janusz Sikora; António Gaspar Lopes Da Cunha; Da Cunha António Gaspar Lopes; Alžbeta Perháčová
Original assignee: Lubelska Polt; Sez Krompachy A S; Univ Do Minho
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2019-06-28
Also published as: PL425590A1; PT115148B; SK289067B6; SK482019A3; PT115148A

Abstract

Mechanizm regulacyjny cylindra wytłaczarki ślimakowej, charakteryzuje się tym, że składa się z tulei zasilającej (1c), w której znajduje się zasobnik (4), połączonej z tuleją główną (1a), tulei pomocniczej (1b) zamontowanej do końca tulei głównej (1a), po której przesuwają się trzpienie (2a) oraz z co najmniej dwóch siłowników (3) pneumatycznych lub hydraulicznych łączących tuleje główną (1a) z pierścieniem (2b). Trzpienie (2a) są ułożone wzdłużnie i połączone z pierścieniem (2b). Liczba trzpieni (2a) jest równa liczbie rowków w tulei głównej (1a). Wymiary trzpieni (2a) odpowiadają wymiarom rowków w tulei głównej (1a). Średnica zewnętrzna tulei pomocniczej (1b) jest mniejsza od średnicy zewnętrznej tulei głównej (1a).The regulating mechanism of the screw extruder cylinder is characterized by the fact that it consists of a feed sleeve (1c), in which the hopper (4) is located, connected to the main sleeve (1a), and an auxiliary sleeve (1b) mounted to the end of the main sleeve (1a). , along which the pins (2a) move and from at least two pneumatic or hydraulic actuators (3) connecting the main sleeve (1a) with the ring (2b). The pins (2a) are arranged longitudinally and connected to the ring (2b). The number of pins (2a) is equal to the number of grooves in the main sleeve (1a). The dimensions of the pins (2a) correspond to the dimensions of the grooves in the main sleeve (1a). The outer diameter of the secondary sleeve (1b) is smaller than the outer diameter of the main sleeve (1a).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm regulacyjny cylindra wytłaczarki ślimakowej pozwalający na regulację długości rowków na wewnętrznej ściance strefy zasilania cylindra wytłaczarki.The subject of the invention is an adjustment mechanism of an extruder cylinder that allows to adjust the length of the grooves on the inner wall of the feeding zone of the extruder cylinder.

Wytłaczarki ślimakowe znajdują zastosowanie w przetwórstwie materiałów polimerowych, żywności i związków farmaceutycznych. Urządzenia te składają się z wydrążonego cylindra, którego ścianka zewnętrzna otoczona jest urządzeniami grzewczymi, w którym ślimak typu Archimedes obraca się ze stałą i regulowaną szybkością. Blisko jednego końca cylindra znajduje się otwór zasypowy do podawania wytłaczanego materiału. Do drugiego końca dołączona jest głowica wytłaczarska, która determinuje kształt produktu końcowego. Urządzenia grzewcze umożliwiają zdefiniowanie profilu temperaturowego wzdłuż cylindra. Obrót ślimaka i temperatura cylindra wymuszają podawanie materiału początkowo w postaci granulek, jego stapianie wzdłuż długości cylindra i przepływ przez głowicę.Screw extruders are used in the processing of polymeric materials, food and pharmaceutical compounds. These devices consist of a hollow cylinder, the outer wall of which is surrounded by heating devices, in which the Archimedes screw rotates at a constant and adjustable speed. Near one end of the cylinder there is a charging opening for feeding the extruded material. Attached to the other end is an extrusion head which determines the shape of the end product. The heating devices allow you to define a temperature profile along the length of the cylinder. The rotation of the screw and the temperature of the cylinder force the material to be fed initially in the form of pellets, its fusion along the length of the cylinder and flow through the head.

Częstym problemem podczas procesu wytłaczania w wytłaczarkach ślimakowych jest występowanie wahań przepływu spowodowanych niestabilnością transportowania granulatu. Przesuwanie się materiału wzdłuż ślimaka wynika z siły wytwarzanej przez tarcie pomiędzy cząstkami stałymi a wewnętrzną powierzchnią cylindra. Ogólnie polimery, takie jak polipropylen lub polietylen, mają mały współczynnik tarcia w kontakcie ze stalą. Jeśli wewnętrzna powierzchnia cylindra jest gładka, wytworzona siła tarcia może być niewystarczająca do zapewnienia regularnego transportowania materiału, przez co wytłaczanie staje się nieefektywne i niestabilne.A common problem during the extrusion process in extruders is the occurrence of flow fluctuations due to instability in the transport of granules. The movement of the material along the screw is due to the force generated by the friction between the solid particles and the inner surface of the cylinder. Generally, polymers such as polypropylene or polyethylene have a low coefficient of friction in contact with steel. If the inner surface of the cylinder is smooth, the frictional force generated may not be sufficient to ensure regular material transport, making extrusion ineffective and unstable.

Najczęstszym rozwiązaniem pozwalającym uniknąć lub zminimalizować problemy z podawaniem materiału wynikające z małego współczynnika tarcia na wewnętrznej powierzchni cylindra jest wykonanie rowków w początkowej części (zwanej strefą zasilania) cylindra wytłaczarki. Głębokość rowków jest największa przy otworze zasypowym i zmniejsza się stopniowo w kierunku osiowym aż do zera. Rowki zwiększają średnią chropowatość wewnętrznej powierzchni cylindra, co powoduje powstawanie większych sił tarcia i większej wydajności przy tej samej prędkości obrotowej ślimaka.The most common solution to avoid or minimize material feed problems due to low friction on the inner surface of the cylinder is to make grooves in the upstream portion (called the feed zone) of the extruder barrel. The depth of the grooves is greatest at the charging hole and decreases gradually in the axial direction until it reaches zero. The grooves increase the average roughness of the inner surface of the cylinder, resulting in higher frictional forces and greater efficiency at the same screw speed.

Jednakże, rowki te powodują powstawanie dużego ciśnienia oraz szybsze zużycie ślimaka i cylindra, dlatego konieczne jest zastosowanie materiałów konstrukcyjnych o większej wytrzymałości i trwałości. Rowki wymagają również większego momentu rozruchowego do obracania i utrzymania wysokich obrotów ślimaka niż w przypadku odpowiadającego mu cylindra gładkiego, wymagającego silnika o większej mocy rozruchowej niż mocy wymaganej podczas działania w trybie ustalonym. Ponadto granulki materiału mogą być zatrzymywane w rowkach, co utrudnia i wydłuża czas zamiany materiału w trakcie przechodzenia między różnymi rodzajami produkcji, ponieważ cząstki pochodzące z poprzedniego procesu produkcyjnego mogą być mieszane z cząstkami wytłaczanego nowego materiału.However, these grooves cause high pressure and faster wear of the screw and cylinder, so it is necessary to use materials of construction with greater strength and durability. The grooves also require a greater breakaway torque to rotate and maintain the high revolutions of the worm screw than a corresponding smooth cylinder requiring a motor with more starting power than that required for steady-mode operation. In addition, the material granules can be retained in the grooves, which makes it difficult and longer to change the material when switching between different types of production, since particles from the previous production process can be mixed with particles of the new material being extruded.

W celu minimalizacji zużycia energii i szybszego przechodzenia do produkcji z różnych materiałów, wskazana byłaby regulacja głębokości rowków.Adjusting the depth of the grooves would be desirable in order to minimize energy consumption and make the transition to different materials faster.

W dokumencie patentowym US 4678339 A opisana jest wytłaczarka ślimakowa z cylindrem drążonym, w którym obraca się ślimak, posiadająca w strefie zasilania kilka rowków wzdłużnych. W cylindrze wyfrezowane są równoległe osiowo rowki, w których znajdują się płaskie płyty. Każda płyta jest połączona z mechanizmem, który umożliwia przesuwanie płyty w kierunku promieniowym cylindra, zmieniając w ten sposób głębokość rowków.Patent US 4,678,339 A describes a hollow cylinder screw extruder in which the screw rotates and has several longitudinal grooves in the feed zone. In the cylinder, axially parallel grooves with flat plates are milled. Each plate is connected to a mechanism that allows the plate to be moved in the radial direction of the cylinder, thereby changing the depth of the grooves.

Opis patentowy PL 174 623 B1 przedstawia wytłaczarkę do tworzyw polimerowych wyposażoną w układ uplastyczniający z cylindrem z rowkami. W szczelinach strefy zasilania do cylindra przymocowany jest zestaw promieniście rozmieszczonych płyt wzdłużnych. Jeden koniec płyty zamocowany jest do przegubu mogąc wykonywać ruch obrotowy, natomiast drugi koniec połączony jest ze śrubą. Wkręcanie lub wykręcanie śruby powoduje zmianę pochylenia płyty a tym samym zmianę głębokości i kąta pochylenia rowków w cylindrze.The patent specification PL 174 623 B1 describes an extruder for plastics equipped with a plasticizing system with a cylinder with grooves. A set of radially spaced longitudinal plates is attached to the cylinder in the slots of the feed zone. One end of the plate is attached to a joint for rotational movement, while the other end is connected to a bolt. Screwing in or out of the bolt changes the inclination of the plate and thus changes the depth and angle of the grooves in the cylinder.

Dokumenty patentowe JPH0939049 i JPH0976313 prezentują mechanizm regulacji maksymalnej głębokości rowków w cylindrze. Mechanizm składa się z listwy umieszczonej w rowku cylindra oraz dwóch śrub, które mocują listwę do ścianki wewnętrznej cylindra. Śruby służą do regulacji położenia i głębokości rowka.Patent documents JPH0939049 and JPH0976313 present a mechanism for adjusting the maximum depth of grooves in the cylinder. The mechanism consists of a rail placed in the cylinder groove and two screws that fix the rail to the inner wall of the cylinder. The screws are used to adjust the position and depth of the groove.

W opisie patentowym US 5909958 A przedstawiono wytłaczarkę ślimakową umożliwiającą precyzyjną regulację głębokości rowków. W cylindrze znajduje się kilka rowków podłużnych, w każdym z nich zamontowana jest listwa. Położenie każdej listwy, określającej rowki, regulowane jest za pomocą siłownika pneumatycznego.In US patent 5,909,958 A, a screw extruder is disclosed which enables precise adjustment of the depth of the grooves. There are several longitudinal grooves in the cylinder, a bar is mounted in each of them. The position of each bar, defining the grooves, is regulated by a pneumatic actuator.

Dokument patentowy PL 188 004 B1 przedstawia cylinder, który w rejonie rowków ma średnicę wewnętrzną większą niż średnica na pozostałej długości. Tuleja o średnicy zewnętrznej odpowiadającejPatent document PL 188 004 B1 shows a cylinder which in the region of the grooves has an inside diameter greater than that of the remaining length. Sleeve with an outer diameter corresponding to

PL 232 597 B1 średnicy wewnętrznej cylindra i średnicy wewnętrznej odpowiadającej średnicy wewnętrznej pozostałego cylindra jest wprowadzana osiowo w obszar rowków. W tulei tej znajduje się kilka promieniście ułożonych rowków osiowych, w których wprowadza się kliny ślizgowe, a te mogą być aktywowane przez mechanizm wymuszający wzdłużny ruch klinów.The internal diameter of the cylinder and the internal diameter corresponding to the internal diameter of the remaining cylinder are introduced axially into the area of the grooves. The sleeve has several radially arranged axial grooves in which the sliding wedges are inserted, and these can be activated by a mechanism forcing the wedges to move longitudinally.

Opis patentowy nr PL 199 018 B1 przedstawia wytłaczarkę do tworzyw polimerowych z rowkami w strefie zasypu. W cylindrze znajduje się tuleja skrętna z rowkami wzdłużnymi. Jeden koniec tulei, od strony głowicy wytłaczarskiej, mocuje się do cylindra, podczas gdy drugi koniec połączony jest z mechanizmem, który może wymusić obrót tulei w kierunku obrotów ślimaka lub w przeciwnym kierunku. Materiał tulei jest odporny na zużycie tribologiczne. Tuleja składa się z dwóch rodzajów segmentów wzdłużnych połączonych na przemian ze sobą i stykających się bocznie. Jeden rodzaj segmentów, na całej grubości ścianki tulei, ma powierzchnię zewnętrzną równoległą do powierzchni wewnętrznej, podczas gdy drugi segment, na części grubości ścianki tulei, ma powierzchnię zewnętrzną nierównoległą do powierzchni wewnętrznej, tworząc w ten sposób klin. Naprzemiennie połączone segmenty tworzą wzdłużne rowki o zmiennej głębokości. Obrót tulei umożliwia przekształcenie rowków wzdłużnych w regulowane rowki prawo- lub lewoskrętne.The patent specification no. PL 199 018 B1 describes an extruder for polymers with grooves in the feed zone. There is a torsion sleeve with longitudinal grooves in the cylinder. One end of the sleeve, facing the extrusion head, attaches to the cylinder, while the other end is connected to a mechanism that can force the sleeve to turn in the direction of rotation of the screw or in the opposite direction. The sleeve material is resistant to tribological wear. The sleeve consists of two types of longitudinal segments alternately connected to each other and laterally touching. One type of segment, along the entire thickness of the sleeve wall, has an outside surface parallel to the inside surface, while the other segment, along a portion of the sleeve wall thickness, has an outside surface not parallel to the inside surface, thus forming a wedge. The alternately connected segments form longitudinal grooves of variable depth. By turning the sleeve, the longitudinal grooves can be converted into adjustable right- or left-hand helix grooves.

Z opisu patentowego nr PL 212 185 B1 znana jest wytłaczarka jednoślimakowa do uplastyczniania tworzyw posiadająca strefę z rowkami w wewnętrznej tulei cylindra. Podłużne rowki na wewnętrznej powierzchni tulei są rozmieszczone promieniowo i składają się z zestawu stykających się podłużnych klinów i listew, których powierzchnie nachylone są względem osi cylindra. Ten zestaw klinów i listew tworzy element, zawarty w wewnętrznej tulei cylindra i połączony gwintowo do pierścienia. Obrót pierścienia powoduje przesunięcie osiowe klinów, co z kolei powoduje ruch promieniowy listew, a co za tym idzie zmianę głębokości rowków.From the patent specification No. PL 212 185 B1, a single-screw extruder is known for plasticizing plastics having a zone with grooves in the inner cylinder sleeve. The longitudinal grooves on the inner surface of the sleeve are arranged radially and consist of a set of contacting longitudinal wedges and slats, the surfaces of which are inclined with respect to the cylinder axis. This set of wedges and slats forms an element contained in the inner cylinder liner and threaded into the ring. The rotation of the ring causes the axial displacement of the wedges, which in turn causes the radial movement of the slats and thus changes the depth of the grooves.

W dokumencie PL 219 984 B1 przedstawiono wytłaczarkę do polimerów, charakteryzującą się tym, że w strefie zasilania, cylinder składa się z zestawu elementów cylindrycznych o małej długości, montowanych osiowo, które mogą się przesuwać względem siebie kątowo. Przekrój poprzeczny każdego elementu zawiera wewnętrzny kontur cylindra i rowków, których głębokość zmniejsza się w każdym elemencie w kierunku wytłaczania. Obrót tych elementów jest napędzany przez koła zębate, do których są one połączone. Zwiększające się kąty skręcania poszczególnych elementów powodują powstawanie rowków prawoskrętnych lub lewoskrętnych o różnej głębokości.Document PL 219 984 B1 discloses a polymer extruder, characterized in that in the feed zone, the cylinder consists of a set of cylindrical elements of short length, axially mounted, which can shift angularly relative to each other. The cross-section of each element contains the inner contour of the cylinder and grooves, the depth of which in each element decreases in the direction of extrusion. The rotation of these elements is driven by the gears to which they are connected. Increasing torsion angles of individual elements result in the formation of right-handed or left-handed grooves of varying depth.

Powyższe rozwiązania umożliwiają zmianę głębokości rowków, kąta ich nachylenia w kierunku osiowym cylindra lub kierunku skręcania rowków. Nie pozwalają one jednak na regulację długości rowków cylindra. Zmiana długości umożliwia nie tylko regulację ciśnienia materiału generowanego podczas pracy wytłaczarki, ale również szybkie przełączanie pomiędzy konfiguracjami cylindrów z rowkami i bez nich. Celem niniejszego wynalazku jest urzeczywistnienie tych możliwości.The above solutions make it possible to change the depth of the grooves, the angle of their inclination in the axial direction of the cylinder or the turning direction of the grooves. However, they do not allow the length of the cylinder grooves to be adjusted. Changing the length allows not only to adjust the material pressure generated during the operation of the extruder, but also to quickly switch between grooved and non-grooved cylinder configurations. The aim of the present invention is to realize these possibilities.

Niektóre z wytłaczarek dostępnych na rynku składają się z cylindra z rowkami wewnętrznymi, które służą do zwiększenia natężenia przepływu wytłaczarek i uniknięcia wahań przepływu spowodowanych niestabilnością transportowania granulatu materiału. Rowki te umożliwiają wytłaczanie materiałów o małym współczynniku tarcia.Some of the extruders on the market consist of a cylinder with internal grooves, which serve to increase the flow rate of the extruders and avoid flow fluctuations due to instability in transporting the material pellets. These grooves enable materials with a low coefficient of friction to be extruded.

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm regulacyjny cylindra wytłaczarki ślimakowej. Jego istotą jest to, że cylinder składa się z tulei głównej, z którą od strony wylotowej połączona jest tuleja pomocnicza, natomiast w wewnętrznej powierzchni tulei głównej znajdują się rowki wzdłużne rozmieszczone promieniowo, w których od strony wylotowej znajdują się trzpienie zestawu trzpieniowego połączone od strony wylotowej pierścieniem osadzonym na tulei pomocniczej. Do pierścienia zamocowane są końce siłowników, których drugie końce zamocowane są do zewnętrznej powierzchni tulei głównej.The present invention relates to an adjustment mechanism for an extruder barrel. Its essence is that the cylinder consists of a main sleeve to which the auxiliary sleeve is connected from the outlet side, while in the inner surface of the main sleeve there are radially arranged longitudinal grooves, in which from the outlet side there are pins of the spindle set connected from the outlet side with a ring mounted on an auxiliary sleeve. The ends of the cylinders are attached to the ring, the other ends of which are attached to the outer surface of the main sleeve.

Korzystnie liczba trzpieni jest równa liczbie rowków w tulei głównej. Wymiary trzpieni odpowiadają wymiarom rowków w tulei głównej. Średnica zewnętrzna tulei pomocniczej jest mniejsza od średnicy zewnętrznej tulei głównej.Preferably the number of pins is equal to the number of grooves in the main sleeve. The dimensions of the pins correspond to the dimensions of the grooves in the main sleeve. The outer diameter of the auxiliary sleeve is smaller than the outer diameter of the main sleeve.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest modyfikacja długości rowków co skutkuje dopasowaniem długości rowków i poziomu ciśnienia do wytłaczanego materiału, umożliwienie czyszczenia rowków przy zmianie materiału i umożliwienie płynnego rozruchu maszyny poprzez zamknięcie rowków na tym etapie procesu. Układ charakteryzuje się również tym, że jest układem ruchomym, co pozwala na to, że na początku procesu wytłaczania rowki są zamykane, a następnie otwierane w celu zwiększenia tarcia, ciśnienia i wydajności wytłaczanego materiału. Dzięki temu mechanizmowi możliwa jest produkcja wytłaczarki z silnikiem o mniejszej mocy niż w maszynie z tradycyjnymi rowkami.A beneficial effect of using the invention is to modify the length of the grooves to match the length of the grooves and the pressure level to the material being extruded, allowing the grooves to be cleaned when changing material and allowing the machine to run smoothly by closing the grooves at this stage of the process. The system is also characterized by being movable, which allows the grooves to be closed at the start of the extrusion process and then opened to increase the friction, pressure and efficiency of the extruded material. Thanks to this mechanism, it is possible to produce an extruder with a motor that is less powerful than on a machine with traditional grooves.

PL 232 597 B1PL 232 597 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mechanizm regulacji cylindra wytłaczarki w rozstrzeleniu, fig. 2 - widok z boku mechanizmu regulacji cylindra wytłaczarki w położeniu, w którym rowki mają maksymalną długość, fig. 2a przekrój wzdłuż linii A-A w położeniu, w którym rowki mają maksymalną długość, fig. 2b - przekrój wzdłuż linii B-B w położeniu, w którym rowki mają maksymalną długość, fig. 3 - przedstawia widok z boku mechanizmu w położeniu, w którym w rowki wsunięte są trzpienie, a fig. 3a - przedstawia przekrój wzdłuż linii C-C w położeniu, w którym w rowki wsunięte są trzpienie.The subject of the invention in an exemplary embodiment has been shown in the drawing, in which fig. 1 shows an exploded view of the extruder cylinder adjustment mechanism, fig. 2 - a side view of the extruder cylinder adjustment mechanism in the position where the grooves have the maximum length, fig. 2a a cross-section along the line AA in the position where the grooves have their maximum length, Fig. 2b - section along line BB in the position where the grooves have their maximum length, Fig. 3 - shows a side view of the mechanism in the position where the pins are inserted into the grooves and Fig. 3a is a sectional view along line CC in the position where the pins are inserted into the grooves.

Mechanizm regulacyjny cylindra wytłaczarki ślimakowej, w przykładzie wykonania składa się z cylindra 1, który posiada tuleję główną 1a, z którą od strony wylotowej połączona jest tuleja pomocnicza 1 b o średnicy zewnętrznej mniejszej od średnicy tulei głównej 1 a. W wewnętrznej powierzchni tulei głównej 1a znajduje się sześć rowków wzdłużnych rozmieszczonych promieniowo o jednakowy kąt. W rowkach wzdłużnych od strony wylotowej znajduje się sześć trzpieni 2a zestawu trzpieniowego 2, które połączone są od strony wylotowej pierścieniem 2b osadzonym na tulei pomocniczej 1b. Do pierścienia 2b zamocowane są końce dwóch hydraulicznych siłowników 3, których drugie końce zamocowane są do zewnętrznej powierzchni tulei głównej 1a.The adjustment mechanism of the extruder cylinder, in the exemplary embodiment, consists of a cylinder 1, which has a main sleeve 1a, to which the auxiliary sleeve 1 is connected from the outlet side, because the outer diameter is smaller than the diameter of the main sleeve 1a. In the inner surface of the main sleeve 1a there is six longitudinal grooves arranged radially by the same angle. In the longitudinal grooves on the outlet side there are six pins 2a of the mandrel set 2, which are connected on the outlet side by a ring 2b mounted on the auxiliary sleeve 1b. Fastened to the ring 2b are the ends of two hydraulic cylinders 3, the other ends of which are attached to the outer surface of the main sleeve 1a.

Claims

Patent claims

1. Adjustment mechanism of the extruder cylinder, characterized in that the cylinder (1) consists of a main sleeve (1a) with which the auxiliary sleeve (1b) is connected from the outlet side, while the inner surface of the main sleeve (1a) has grooves longitudinally arranged radially, in which on the outlet side there are pins (2a) of the spindle set (2) connected from the outlet side with a ring (2b) mounted on the auxiliary sleeve (1b), and the ends of the actuators (3) are attached to the ring (2b), the other ends of which are attached to the outer surface of the main sleeve (1a).

2. Mechanism according to claim The method of claim 1, characterized in that the number of pins (2a) is equal to the number of grooves in the main sleeve (1a).

3. The mechanism of claim The method of claim 1, characterized in that the dimensions of the pins (2a) correspond to the dimensions of the grooves in the main sleeve (1a).

4. The mechanism according to p. The method of claim 1, characterized in that the outer diameter of the auxiliary sleeve (1b) is smaller than the outer diameter of the main sleeve (1a).