PL235889B1

PL235889B1 - Active plasticizing assembly of the single-screw extruder

Info

Publication number: PL235889B1
Application number: PL429568A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Majewski; Janusz Sikora
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-11-02
Also published as: PL429568A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest aktywny układ uplastyczniający wytłaczarki jednoślimakowej, który posiada podstawę (1), na której znajduje się część cylindryczna składająca się z pierwszej nieruchomej części cylindra, z ułożoną z nią współosiowo drugą nieruchomą częścią cylindra połączonych za pomocą cylindrycznej obudowy (6), pomiędzy którymi znajdują się co najmniej dwie tuleje obrotowe (3) napędzane przez koło zębate, zaś wewnątrz części cylindrycznej znajduje się ślimak (5). Charakteryzuje się on tym, że pierwsza nieruchoma część cylindra oraz druga nieruchoma część cylindra połączone są cylindryczną obudową (6) posiadającą co najmniej dwa rowki przelotowe (6a) usytuowane poprzecznie do osi cylindrycznej obudowy (6). Wewnątrz cylindrycznej obudowy (6), w miejscu rowków przelotowych (6a), pomiędzy nieruchomymi częściami cylindra znajdują się co najmniej dwie tuleje obrotowe (3) z otworem głównym (3a) o przekroju poprzecznym w kształcie zbliżonym do trójkąta z zaokrąglonymi narożami, z których każda na swoim zewnętrznym obwodzie posiada uzębienie (8a) zazębione z pośrednim kołem zębatym (9a). Na obydwu końcach podstawy (1) zamocowane są siłowniki, a na końcu każdego siłownika zamocowany jest hak (12), który w środkowej części posiada pustą przestrzeń. Boczne części haka (12) zaczepione są o ścianki rowków znajdujących się po obydwu stronach napędzającego koła zębatego (13) osadzonego przesuwnie na wale napędowym (14) silnika. Napędzające koło zębate (13) zazębiane jest z pośrednim kołem zębatym (9a).The subject of the invention is an active plasticizing system for a single-screw extruder, which has a base (1) on which there is a cylindrical part consisting of the first stationary part of the cylinder, with the second stationary part of the cylinder arranged coaxially with it, connected by a cylindrical housing (6), between which there are at least two rotating sleeves (3) driven by a gear wheel, and inside the cylindrical part there is a worm (5). It is characterized by the fact that the first stationary part of the cylinder and the second stationary part of the cylinder are connected by a cylindrical housing (6) having at least two through grooves (6a) located transversely to the axis of the cylindrical housing (6). Inside the cylindrical housing (6), in place of the through grooves (6a), between the stationary parts of the cylinder, there are at least two rotating sleeves (3) with a main hole (3a) with a cross-section in the shape of a triangle with rounded corners, each of which on its outer circumference it has teeth (8a) meshed with the intermediate gear (9a). Actuators are mounted at both ends of the base (1), and at the end of each actuator there is a hook (12), which has an empty space in the middle. The side parts of the hook (12) are hooked to the walls of the grooves located on both sides of the driving gear wheel (13) slidably mounted on the drive shaft (14) of the engine. The driving gear (13) is meshed with the intermediate gear (9a).

Description

Przedmiotem wynalazku jest aktywny układ uplastyczniający wytłaczarki jednoślimakowej, zwłaszcza do wytłaczania tworzyw polimerowych, ale także produktów kosmetycznych i spożywczych, wyposażony w aktywny przetwórczo segment mieszająco-ścinający.The subject of the invention is an active plasticizing system of a single-screw extruder, especially for extrusion of polymer materials, but also of cosmetic and food products, equipped with a processing active mixing-shear segment.

Układ uplastyczniający stanowi zespół elementów konstrukcyjnych, które po złożeniu tworzą szczelną komorę, w której zachodzą procesy transportowania, nagrzewania, mieszania oraz sprężania przetwarzanego tworzywa. Układ uplastyczniający stanowi integralną część wytłaczarki i w powszechnej wiadomości funkcjonuje jako nieruchomy cylinder, wewnątrz którego znajduje się ślimak przetwórczy ze zwojem wykonujący ruch obrotowy w kierunku umożliwiającym transportowanie tworzywa w stronę głowicy wytłaczarskiej. Wzdłuż układu uplastyczniającego można wyróżnić cztery podstawowe strefy, które cechują się odmiennością zachodzących w nich zjawisk: I - strefa zasypu, II - strefa zasilania, III - strefa przemiany i IV - strefa dozowania. Wszelkiego rodzaju modyfikacje konstrukcyjne układu uplastyczniającego mające na celu intensyfikację procesów mieszania i ścinania powinny być dokonywane w obrębie strefy dozowania, gdzie tworzywo znajduje się w stanie plastycznym lub ciekłym i podatne jest na działanie elementów mieszających i ścinających.The plasticizing system is a set of structural elements which, when folded, form a sealed chamber in which the processes of transport, heating, mixing and compression of the processed material take place. The plasticizing system is an integral part of the extruder and the common knowledge functions as a stationary cylinder inside which there is a processing screw with a coil that rotates in the direction that allows the material to be transported towards the extrusion head. Along the plasticizing system, four basic zones can be distinguished, which are characterized by different phenomena occurring in them: I - charging zone, II - feeding zone, III - transformation zone and IV - dosing zone. All kinds of structural modifications of the plasticizing system aimed at intensifying the mixing and shearing processes should be made within the dosing zone, where the material is in a plastic or liquid state and is susceptible to the action of mixing and shearing elements.

W technice bardzo dobrze znane są klasyczne konstrukcje układów uplastyczniających wytłaczarek jednoślimakowych zakładające umieszczenie obracającego się ślimaka w nieruchomym cylindrze oraz liczne pasywne modyfikacje rozwiązań konstrukcyjnych, których zadaniem jest intensyfikacja procesów mieszania i ścinania tworzywa w układzie uplastyczniającym. Niewiele jest natomiast opisów rozwiązań konstrukcyjnych przedstawiających aktywację kinematyczną cylindra układu uplastyczniającego, które zakładają możliwość wprawienia w ruch obrotowy fragmentu cylindra, co umożliwiałoby sterowanie charakterystyką procesu wytłaczania w sposób płynny bez konieczności zatrzymywania pracy wytłaczarki i wymiany pasywnych elementów mieszających lub ścinających na inne.The technique is very well known in the field of classic constructions of plasticizing systems of single-screw extruders, assuming placing a rotating screw in a stationary cylinder and numerous passive modifications of design solutions, the task of which is to intensify the processes of mixing and cutting the material in the plasticizing system. On the other hand, there are few descriptions of design solutions showing the kinematic activation of the cylinder of the plasticizing system, which assume the possibility of setting a part of the cylinder in rotation, which would enable the control of the characteristics of the extrusion process in a smooth manner without the need to stop the extruder and replace the passive mixing or cutting elements with others.

Z opisu patentowego nr PL 185728 (B1) znane jest rozwiązanie konstrukcyjne układu uplastyczniającego wyposażonego w element obrotowy cylindra znajdujący się pomiędzy dwoma nieruchomymi częściami cylindra. Element obrotowy umieszczony w obudowie posiada możliwość wykonywania obrotów zgodnie oraz przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka przetwórczego i jest napędzany niezależnie. Powierzchnia wewnętrzna elementu obrotowego może być gładka lub posiadać rowki proste lub skrętne.From the patent description No. PL 185728 (B1) a constructional solution of a plasticizing system is known, provided with a rotating element of the cylinder located between two fixed parts of the cylinder. The rotating element located in the housing has the ability to rotate in the direction of rotation of the processing worm and in the opposite direction, and is driven independently. The inner surface of the rotary element can be smooth or have straight or swivel grooves.

W opisie patentowym nr PL 217558 (B1) opisany jest układ uplastyczniający wytłaczarki jednoślimakowej wyposażony w tuleję obrotową zlokalizowaną w strefie przemiany. Tuleja umieszczona jest w dwuczęściowej obudowie, za pomocą której przytwierdzona jest doczołowo do nieruchomych części cylindra i napędzana niezależnie przez silnik zewnętrzny. Tuleja może wykonywać ruch obrotowy zgodnie lub przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka, a jej powierzchnia wewnętrzna jest gładka.In the patent description No. PL 217558 (B1) a plasticizing system of a single-screw extruder is described, equipped with a rotating sleeve located in the transformation zone. The sleeve is housed in a two-piece housing with which it is butt-mounted to the fixed parts of the cylinder and independently driven by the outboard. The sleeve can rotate in or against the direction of rotation of the screw, and its inner surface is smooth.

Podobne rozwiązanie konstrukcyjne przedstawione jest w opisie wzoru użytkowego nr PL 67459 (Y1), który zawiera opis układu uplastyczniającego wyposażonego w tuleję obrotową zlokalizowaną pomiędzy nieruchomymi elementami cylindra. Tuleja umieszczona jest w obudowie sztywno połączonej z nieruchomymi elementami cylindra i ułożyskowana za pomocą łożysk tocznych lub ślizgowych, i napędzana niezależnie przez silnik zewnętrzny. Otwór przelotowy tulei obrotowej ma kształt koła, a jego powierzchnia wewnętrzna jest gładka.A similar design solution is presented in the description of the utility model No. PL 67459 (Y1), which describes a plasticizing system equipped with a rotating sleeve located between the stationary parts of the cylinder. The sleeve is housed in a housing rigidly connected to the stationary parts of the cylinder and supported by rolling or sliding bearings, and independently driven by the outer motor. The through hole of the rotating sleeve is circular and its inner surface is smooth.

Kolejne rozwiązanie dotyczące tulei obrotowej cylindra układu uplastyczniającego znane jest z opisu patentowego nr PL 221688 (B1), który skupia się na geometrii powierzchni wewnętrznej tulei obrotowej cylindra układu uplastyczniającego. Opisuje geometrię prostoliniowych rowków, nazywanych tam bruzdami przetwórczymi oraz jej zmianę wzdłuż tulei obrotowej. Kształty rowków występujące w opisie rozwiązania określane są jako semiprostokątne oraz semitrójkątne.Another solution concerning the rotating sleeve of the plasticizing system cylinder is known from the patent description No. PL 221688 (B1), which focuses on the geometry of the inner surface of the rotating sleeve of the plasticizing system cylinder. It describes the geometry of rectilinear grooves, called there processing grooves, and its change along the rotating sleeve. The groove shapes appearing in the solution description are defined as semi-rectangular and semi-triangular.

Kolejne rozwiązanie konstrukcyjne układu uplastyczniającego wyposażonego w tuleję obrotową zostało opisane w opisie patentowym nr PL 224842 (B1). W rozwiązaniu tym zastosowano tuleję obrotową cylindra układu uplastyczniającego umieszczoną w strefie dozowania pomiędzy dwoma nieruchomymi częściami cylindra, która może obracać się zgodnie lub przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka przetwórczego. Geometria otworu przelotowego tulei ma kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami. W obrębie tulei obrotowej ślimak przetwórczy wyposażony jest w element odpowiadający geometrią otworowi przelotowemu tulei obrotowej, czyli mający kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, odpowiednio mniejszy, aby mógł wykonywać ruch obrotowy wewnątrz tulei obrotowej.Another design solution of the plasticizing system equipped with a rotating sleeve is described in the patent description PL 224842 (B1). In this solution, a rotating cylinder of the plasticizing system cylinder is located in the dosing zone between two fixed parts of the cylinder, which can rotate in the direction of rotation of the processing screw. The sleeve bore geometry is a regular hexagon with rounded corners. Within the rotating sleeve, the processing screw is equipped with an element corresponding to the geometry of the through hole of the rotating sleeve, i.e. having the shape of a regular hexagon with rounded corners, correspondingly smaller, so that it can perform a rotational movement inside the rotating sleeve.

PL 235 889 B1PL 235 889 B1

Rozwiązanie konstrukcyjne układu uplastyczniającego znane z opisu patentowego nr PL 225775 (B1) charakteryzuje się zastosowaniem tulei obrotowej cylindra układu uplastyczniającego umieszczonej w strefie dozowania pomiędzy dwoma nieruchomymi częściami cylindra, która może obracać się zgodnie lub przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka przetwórczego. Geometria otworu przelotowego tulei ma kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, którego podstawy są skręcone względem siebie. W obrębie tulei obrotowej ślimak przetwórczy wyposażony jest w element odpowiadający geometrią otworowi przelotowemu tulei obrotowej, czyli mający kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, którego podstawy są skręcone względem siebie.The design solution of the plasticizing system known from the patent description No. PL 225775 (B1) is characterized by the use of a rotating sleeve of the plasticizing system cylinder located in the dosing zone between two fixed parts of the cylinder, which can rotate in or against the direction of rotation of the processing screw. The bushing bore geometry has the shape of a regular hexagon with rounded corners, the bases of which are twisted relative to each other. Within the rotary sleeve, the processing screw is equipped with an element corresponding to the geometry of the through hole of the rotary sleeve, i.e. having the shape of a regular hexagon with rounded corners, the bases of which are twisted relative to each other.

W opisie patentowym nr PL 225805 (B1) przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, w którym zastosowano tuleję obrotową cylindra układu uplastyczniającego umieszczoną w strefie dozowania pomiędzy dwoma nieruchomymi częściami cylindra, która może obracać się zgodnie lub przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka przetwórczego. Geometria otworu przelotowego tulei ma kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, którego pole przekroju poprzecznego zwiększa się w kierunku głowicy wytłaczarskiej nadając mu charakter stożkowy. W obrębie tulei obrotowej ślimak przetwórczy wyposażony jest w element odpowiadający geometrią otworowi przelotowemu tulei obrotowej, czyli mający kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, którego pole przekroju poprzecznego zwiększa się w kierunku głowicy wytłaczarskiej nadając mu charakter stożkowy.The patent description no. PL 225805 (B1) presents a constructional solution of the plasticizing system of a single-screw extruder, in which a rotating sleeve of the plasticizing system cylinder is placed in the dosing zone between two fixed parts of the cylinder, which can rotate in accordance with or opposite to the direction of rotation of the processing screw. The geometry of the through-hole of the sleeve has the shape of a regular hexagon with rounded corners, the cross-sectional area of which increases towards the extrusion head making it conical. Within the rotating sleeve, the processing screw is equipped with an element corresponding to the geometry of the through hole of the rotating sleeve, i.e. having the shape of a regular hexagon with rounded corners, the cross-sectional area of which increases towards the extrusion head making it conical.

Znany jest również układ uplastyczniający wyposażony w element obrotowy cylindra z opisu patentowego nr PL 225804 (B1). Zastosowanie tulei obrotowej cylindra układu uplastyczniającego umieszczonej w strefie dozowania pomiędzy dwoma nieruchomymi częściami cylindra, która może obracać się zgodnie lub przeciwnie do kierunku obrotów ślimaka przetwórczego. Geometria otworu przelotowego tulei ma kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, którego podstawy są skręcone względem siebie przeciwnie do kierunku skręcenia zwojów ślimaka. W obrębie tulei obrotowej ślimak przetwórczy wyposażony jest w element odpowiadający geometrią otworowi przelotowemu tulei obrotowej, czyli mający kształt sześciokąta foremnego z zaokrąglonymi narożami, ale jego podstawy są skręcone względem siebie zgodnie z kierunkiem skręcenia zwojów ślimaka.Also known is a plasticizing system equipped with a rotating cylinder element from Patent No. PL 225804 (B1). The use of a rotating cylinder of a plasticizing system cylinder located in the dosing zone between two fixed parts of the cylinder, which can rotate in or against the direction of rotation of the processing screw. The geometry of the through-hole of the sleeve has the shape of a regular hexagon with rounded corners, the bases of which are twisted in relation to each other opposite to the twisting direction of the screw coils. Within the rotary sleeve, the processing screw is equipped with an element corresponding to the geometry of the through hole of the rotary sleeve, i.e. having the shape of a regular hexagon with rounded corners, but its bases are twisted in relation to each other in the direction of twisting of the screw coils.

Z opisu patentowego PL 222453 (B1) znane jest rozwiązanie konstrukcyjne wytłaczarki ślimakowej do materiałów polimerowych, wyposażonej w ślimak przetwórczy o specjalnej konstrukcji i współpracującą z nim tuleję obrotową cylindra. Tuleja obrotowa znajduje się pomiędzy usytuowanymi współosiowo odcinkami stałymi cylindra. Ślimak przetwórczy w części współpracującej z tuleją obrotową w usytuowaniu liniowym posiada zwój o lewoskrętnym pochyleniu linii śrubowej i o skoku równym średnicy znamionowej. Powierzchnia czynna zwoju jest prostopadła do tworzącej walca, który następnie w sposób ciągły przechodzi w zwój o prawoskrętnym pochyleniu linii śrubowej i o skoku równym średnicy znamionowej. Czynna powierzchnia zwoju jest prostopadła do tworzącej walca, który z kolei przechodzi w odcinek walcowy, za którym umiejscowiony jest odcinek wyposażony w rozmieszczone symetrycznie i/lub niesymetrycznie co najmniej dwa rzędy kołków mieszających, który to odcinek następnie przechodzi w zwój o lewoskrętnym pochyleniu linii śrubowej i o skoku równym średnicy znamionowej. Powierzchnia czynna zwoju jest prostopadła do tworzącej walca. Tuleja obrotowa zaopatrzona jest obwodowo we wzdłużne rowki i zróżnicowanej średnicy.From the patent description PL 222453 (B1), a constructional screw extruder for polymer materials is known, equipped with a processing screw of a special design and a rotating cylinder sleeve cooperating with it. The rotary sleeve is located between coaxially aligned solid sections of the cylinder. The processing worm in the part cooperating with the rotary sleeve in a linear position has a coil with a left-hand helix and a pitch equal to the nominal diameter. The active surface of the coil is perpendicular to the generatrix of the cylinder, which then continuously transforms into a coil with a right-hand helix and a pitch equal to the nominal diameter. The active surface of the coil is perpendicular to the generatrix of the cylinder, which in turn passes into a cylindrical section, followed by a section provided with symmetrically and / or asymmetrically arranged at least two rows of mixing pins, which section then turns into a coil with a left-hand helix inclination and stroke equal to the nominal diameter. The active surface of the coil is perpendicular to the generatrix of the cylinder. The rotary sleeve is circumferentially provided with longitudinal grooves and of various diameters.

W opisie patentowym JPH0337495 (B2) przedstawione zostało urządzenie ugniatającouplastyczniające posiadające w strefie uplastyczniania wydrążone przerywane rowki na wewnętrznej powierzchni cylindra, które współpracują z segmentem ślimaka przetwórczego o specjalnym kształcie.JPH0337495 (B2) describes a kneading and plasticizing device having intermittent hollow grooves on the inner surface of the cylinder in the plasticizing zone, which cooperate with a specially shaped processing screw segment.

Z opisu zgłoszenia patentowego US4178104 (A) znany jest układ uplastyczniający do tworzyw termoplastycznych, który posiada wydrążone otwory w ścianie cylindra, przez które do wnętrza układu uplastyczniającego wpuszczane są kołki stanowiące przeszkodę dla transportowanego tworzywa. Urządzenie dopuszcza regulację długości kołków.From the patent application US4178104 (A), a plasticizing system for thermoplastics is known, which has hollow holes in the cylinder wall, through which pins are introduced into the plasticizing system, which are an obstacle to the transported material. The device allows the length of the pins to be adjusted.

Z opisu patentowego GB2172543 (B) znane jest rozwiązanie konstrukcyjne układu uplastyczniającego posiadającego wpuszczane do wnętrza cylindra kołki rozmieszczone równomiernie względem obrzeża cylindra oraz osiowo względem siebie. Urządzenie umożliwia regulację głębokości wpuszczania kołków do wnętrza cylindra.From the patent description GB2172543 (B), it is known to design a plasticizing system having pins inserted into the cylinder interior, spaced uniformly in relation to the cylinder rim and axially in relation to each other. The device allows you to adjust the depth of inserting the pins into the cylinder.

Celem wynalazku jest intensyfikacja zachodzących w trakcie procesu wytłaczania jednoślimakowego zjawisk mieszania i ścinania przetwarzanego tworzywa, zwłaszcza o wysokim stopniu napełnienia, oraz możliwość płynnej zmiany charakterystyki tego procesu i dostosowanie jej do przetwarzanego materiału w czasie trwania wytłaczania, bez konieczności zatrzymywania maszyny i jej przezbrajania.The aim of the invention is to intensify the mixing and shearing phenomena of the processed material, especially with a high degree of filling, occurring during the single-screw extrusion process, and the possibility of smooth change of the characteristics of this process and adapting it to the material being processed during extrusion, without the need to stop the machine and change it.

PL 235 889 B1PL 235 889 B1

Przedmiotem wynalazku jest aktywny układ uplastyczniający wytłaczarki jednoślimakowej. Posiada on podstawę, na której znajduje się część cylindryczna składająca się z pierwszej nieruchomej części cylindra, z ułożoną z nią współosiowo drugą nieruchomą częścią cylindra, połączonych za pomocą cylindrycznej obudowy, pomiędzy którymi znajdują się co najmniej dwie tuleje obrotowe ustawione szeregowo i współosiowo, z których każda napędzana jest przez osobne, pośrednie koło zębate, zaś wewnątrz części cylindrycznej znajduje się ślimak.The present invention relates to an active plasticizing system for a single screw extruder. It has a base on which there is a cylindrical part consisting of a first stationary cylinder part, with a second stationary cylinder part arranged coaxially with it, connected by a cylindrical housing, between which there are at least two rotary sleeves arranged in series and coaxial, of which each is driven by a separate intermediate gear, and inside the cylindrical part there is a worm.

Istotą układu jest to, że cylindryczna obudowa posiada co najmniej dwa rowki przelotowe usytuowane poprzecznie do osi cylindrycznej obudowy. Wewnątrz cylindrycznej obudowy, w miejscu rowków przelotowych, pomiędzy nieruchomymi częściami cylindra znajdują się co najmniej dwie tuleje obrotowe z otworem głównym o przekroju poprzecznym w kształcie zbliżonym do trójkąta z zaokrąglonymi narożami, z których każda na swoim zewnętrznym obwodzie posiada uzębienie zazębione z pośrednim kołem zębatym. Na obydwu końcach podstawy zamocowane są siłowniki, a na końcu każdego siłownika zamocowany jest zespół dwóch równolegle ułożonych haków, połączonych ze sobą sztywno w części mocowania z końcem siłownika. Boczne części każdego haka zaczepione są o ścianki rowków znajdujących się po obydwu stronach napędzającego koła zębatego osadzonego przesuwnie na wale napędowym silnika, a napędzające koło zębate zazębiane jest z osobnym pośrednim kołem zębatym.The essence of the arrangement is that the cylindrical housing has at least two through grooves located transversely to the axis of the cylindrical housing. Inside the cylindrical housing, in the place of the through grooves, between the fixed parts of the cylinder there are at least two rotating sleeves with a main hole with an almost triangular cross-section with rounded corners, each of which on its outer circumference is meshed with an intermediate gear. At both ends of the base, actuators are fixed, and at the end of each actuator, a set of two parallel-arranged hooks is fixed, rigidly connected in the fixing part with the end of the actuator. The side portions of each hook engage the walls of the grooves on both sides of the driving gear slidably mounted on the motor drive shaft, and the driving gear meshes with a separate intermediate gear.

Opcjonalnie otwór główny tulei obrotowej jest wyznaczony przez linię prostą albo linię śrubową.Optionally, the main bore of the rotating sleeve is defined by a straight line or a helix.

Korzystnym skutkiem zastosowania aktywnego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej z aktywnym segmentem mieszająco-ścinającym jest możliwość efektywnej zmiany charakterystyki procesu uplastyczniania tworzywa poprzez zmianę prędkości obrotowych i kierunków obrotów poszczególnych elementów obrotowych cylindra. Tuleje obrotowe napędzane są za pomocą dwóch silników i w sposób dowolny można ustalać prędkość oraz kierunek ich obrotów. Rozwiązanie konstrukcyjne przede wszystkim zapewnia intensyfikację procesu mieszania, ale także ścinania i nagrzewania tworzywa, co pozwala na efektywne wykorzystanie wytłaczarki jednoślimakowej do wytwarzania mieszanek, kompozytów oraz kompozycji polimerowych, zwłaszcza o wysokim stopniu napełnienia, które są trudno przetwarzalne za pomocą tradycyjnych jednoślimakowych układów uplastyczniających. Taka konstrukcja układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej ma korzystny wpływ na zachodzące w tworzywie polimerowym procesy homogenizacji oraz uplastyczniania. Sterowanie prędkością oraz kierunkiem obrotu tulei obrotowych korzystnie zwiększa udział mieszania ścinającego, odpowiadającego za rozbijanie cząstek dodatków i pigmentów, usprawniając procesy homogenizacji i ujednorodniania składu, właściwości i temperatury przetwarzanego materiału. Przeciwbieżne obroty sąsiadujących ze sobą tulei obrotowych powodują miejscowe zwiększenie prędkości przepływów poprzecznych odpowiedzialnych za zachodzące w tworzywie procesy mieszania poprzez przeciwbieżny ruch przyściennych warstw tworzywa. Wprowadzone zostają dodatkowe obszary, w których zachodzi mieszanie komorowe w obrębie wierzchołków otworów głównych tulei oraz zwiększeniu ulega współczynnik tarcia między tworzywem, a wewnętrzną powierzchnią cylindra, co dodatkowo wpływa na natężenia przepływu tworzywa przez aktywny segment mieszająco-ścinający, umożliwiając sterowanie wydajnością procesu wytłaczania i ciśnieniem wytłaczanego tworzywa. Odpowiednie ustawienie kierunków oraz prędkości obrotowych na poszczególnych tulejach obrotowych intensyfikuje przepływ tworzywa przez układ uplastyczniający zwiększając masową wydajność lub zmniejszając przepływ tworzywa, co powoduje, że tworzywo dłużej przebywa w układzie uplastyczniającym, w skutek czego poprawia się jego jednorodność, co wpływa na powtarzalność właściwości gotowego wyrobu. Zastosowanie przedstawionego układu napędowo-sterującego tulejami pozwala na precyzyjną i szybką korektę warunków przetwórstwa lub całkowitą zmianę charakterystyki procesu wytłaczania bez konieczności zatrzymywania procesu przetwórstwa i przezbrajania maszyny przetwórczej. Dlatego przedstawiona konstrukcja jest odpowiednia do zastosowań laboratoryjnych lub przemysłowych, które związane są z częstą zmianą przetwarzanego materiału lub rodzajem oraz ilością dodatków w postaci napełniaczy i pigmentów.The advantageous effect of the use of an active plasticizing system of a single-screw extruder with an active mixing-shear segment is the possibility to effectively change the characteristics of the plastic plasticization process by changing the rotational speeds and directions of rotation of individual rotating elements of the cylinder. Rotary sleeves are driven by two motors and the speed and direction of their rotation can be freely set. The design solution primarily ensures the intensification of the mixing process, but also the cutting and heating of the material, which allows for the effective use of the single-screw extruder for the production of polymer blends, composites and compositions, especially those with a high degree of filling, which are difficult to process with the traditional single-screw plasticizing systems. Such a structure of the plasticizing system of a single-screw extruder has a beneficial effect on the homogenization and plasticization processes taking place in the polymer material. Controlling the speed and direction of rotation of the rotary sleeves advantageously increases the proportion of shear mixing responsible for breaking up the particles of additives and pigments, improving the processes of homogenization and homogenization of the composition, properties and temperature of the processed material. The counter-rotating rotation of the adjacent rotating sleeves causes a local increase in the velocity of the lateral flows responsible for the mixing processes taking place in the material through the counter-rotating movement of the wall layers of the material. Additional areas are introduced where chamber mixing takes place in the area of the tops of the main holes of the sleeve and the coefficient of friction between the material and the inner surface of the cylinder is increased, which additionally affects the flow rate of the material through the active mixing-shear segment, enabling control of the extrusion process efficiency and pressure extruded material. Appropriate setting of the directions and rotational speeds on individual rotary sleeves intensifies the flow of the material through the plasticizing system, increasing the mass efficiency or reducing the flow of the material, which causes the material to stay in the plasticizing system for a longer time, as a result of which its homogeneity improves, which affects the repeatability of the properties of the finished product . The use of the presented drive and control system for sleeves allows for a precise and quick correction of the processing conditions or a complete change in the characteristics of the extrusion process without the need to stop the processing and retooling the processing machine. Therefore, the presented design is suitable for laboratory or industrial applications that involve frequent changes of the processed material or the type and amount of additives in the form of fillers and pigments.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok izometryczny aktywnego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, fig. 2 - rzut z góry układu, fig. 3 - przekrój wzdłuż linii A-A układu, fig. 4 - przekrój poprzeczny wzdłuż linii B-B układu, fig. 5a - widok izometryczny tulei obrotowej w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 5b - widok izometryczny tulei obrotowej w drugim przykładzie wykonania.The subject of the invention has been presented in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows an isometric view of the active plasticizing system of a single-screw extruder, fig. 2 - top view of the system, fig. 3 - section along line AA of the system, fig. 4 - cross section along the line AA of the system. of the line BB of the arrangement, Fig. 5a is an isometric view of the rotating sleeve in the first embodiment, Fig. 5b is an isometric view of the rotating sleeve in the second embodiment.

Aktywny układ uplastyczniający wytłaczarki jednoślimakowej w przykładzie wykonania posiada podstawę 1, na której znajduje się część cylindryczna składająca się z pierwszej nieruchomej części cylindra 2, z ułożoną z nią współosiowo drugą nieruchomą częścią cylindra 4, połączonych za pomocąThe active plasticizing system of the single-screw extruder in the exemplary embodiment has a base 1, on which there is a cylindrical part consisting of a first stationary part of the cylinder 2, with a second stationary part of the cylinder 4 arranged coaxially with it, connected by means of

PL 235 889 B1 cylindrycznej obudowy 6, pomiędzy którymi znajdują się cztery tuleje obrotowe 3 ustawione szeregowo i współosiowo, z których każda napędzana jest przez osobne, pośrednie koło zębate 9a, 9b, 9c, 9d. Wewnątrz części cylindrycznej znajduje się ślimak 5. Pierwsza nieruchoma część cylindra 2 oraz druga nieruchoma część cylindra 4 połączone są cylindryczną obudową 6 posiadającą cztery rowki przelotowe 6a usytuowane poprzecznie do osi cylindrycznej obudowy 6. Wewnątrz cylindrycznej obudowy 6, w miejscu rowków przelotowych 6a, pomiędzy nieruchomymi częściami cylindra 2, 4 osadzone na łożyskach tocznych 7 znajdują się cztery tuleje obrotowe 3 z otworem główn ym 3a, 3b o przekroju poprzecznym w kształcie zbliżonym do trójkąta równobocznego z zaokrąglonymi narożami, z których każda na swoim zewnętrznym obwodzie posiada uzębienie 8a, odpowiednio 8b, 8c, 8d zazębione odpowiednio z pośrednim kołem zębatym 9a, 9b, 9c, 9d. Na obydwu końcach podstawy 1 na specjalnych podstawach zamocowane są siłowniki 11, a na końcu każdego siłownika 11 zamocowany jest zespół dwóch równolegle ułożonych haków 12, połączonych ze sobą sztywno w części mocowania z końcem siłownika 11. Boczne części każdego haka 12 zaczepione są o ścianki rowków 13a znajdujących się po obydwu stronach napędzającego koła zębatego 13 osadzonym przesuwnie na wale napędowym 14 silnika 15.A cylindrical housing 6 between which there are four rotating sleeves 3 arranged in series and coaxial, each driven by a separate intermediate gear 9a, 9b, 9c, 9d. Inside the cylindrical part there is a worm 5. The first stationary part of the cylinder 2 and the second stationary part of the cylinder 4 are connected by a cylindrical housing 6 having four through grooves 6a located transversely to the axis of the cylindrical housing 6. Inside the cylindrical housing 6, at the point of the through grooves 6a, between the stationary ones parts of the cylinder 2, 4 mounted on rolling bearings 7 there are four rotary sleeves 3 with a main bore 3a, 3b with a cross-section similar to an equilateral triangle with rounded corners, each of which has toothing 8a, respectively 8b on its outer circumference, 8c, 8d meshed with the intermediate gear 9a, 9b, 9c, 9d, respectively. At both ends of the base 1, on special bases, actuators 11 are fixed, and at the end of each actuator 11, a set of two parallel-arranged hooks 12 is fixed, rigidly connected in the fixing part to the end of the actuator 11. The side parts of each hook 12 are engaged with the walls of the grooves 13a located on both sides of the driving gear 13 slidably mounted on the drive shaft 14 of the motor 15.

Tworzywo polimerowe przetwarzane w aktywnym układzie uplastyczniającym wytłaczarki jednoślimakowej jest transportowane wzdłuż elementu nieruchomego cylindra 2 za pomocą ślimaka 5, które dalej trafia do aktywnego segmentu mieszająco-ścinającego składającego się z czterech tulei obrotowych 3 umiejscowionych szeregowo i współosiowo w obudowie 6 bezpośrednio nad rowkami przelotowymi 6a i osadzonych na łożyskach tocznych 7. Każda z tulei obrotowych 3 posiada główny otwór przelotowy 3a, 3b o przekroju poprzecznym w kształcie zbliżonym do trójkąta równobocznego z zaokrąglonymi narożami. Tuleje 3 wykonują ruch obrotowy na łożyskach tocznych 7 i posiadają oddzielne uzębienia 8a, 8b, 8c, 8d, które zazębiają się odpowiednio z pośrednimi kołami zębatymi 9a, 9b, 9c, 9d, umieszczonymi na wale 10, które następnie zazębiane są z napędzającymi kołami zębatymi 13, nasuniętymi na sześciokątne wały napędowe 14, na które moment obrotowy przekazywany jest bezpośrednio z silników napędowych 15. Na każde z czterech napędzających kół zębatych 13, w miejscu rowków 13a, nałożone są cztery identyczne zespoły dwóch równolegle ułożonych haków 12, połączonych ze sobą sztywno w części mocowania z końcem siłownika 11, który umożliwia przesuwanie napędzających kół zębatych 13 wzdłuż wałów napędowych 14. Zastosowanie opisanego powyżej układu umożliwia sterowanie każdą z tulei obrotowych 3 w sposób niezależny i dostosowanie wartości prędkości obrotowej tulei oraz kierunku jej obrotów w zależności od pożądanej charakterystyki procesu przetwórstwa. Takie funkcjonalne skojarzenie przedstawionych elementów konstrukcyjnych dało całkowicie nowy efekt techniczny, który skutkuje możliwością stworzenia unikalnych warunków przetwórstwa, niemożliwych do osiągnięcia na klasycznych wytłaczarkach jedno- oraz dwuślimakowych. Zaprezentowane rozwiązanie konstrukcyjne może funkcjonować jako klasyczny nieruchomy cylinder, gdy silniki napędowe 15 pozostają wyłączone lub jako jedna duża tuleja obrotowa, gdy oba silniki napędowe 15 pracują w trybie synchronicznym. W tym drugim przypadku istnieje również możliwość przesunięcia poszczególnych tulei obrotowych 3 względem siebie o zadany kąt uzyskując jedną dużą tuleję obrotową z przerywanymi rowkami, ale kąt przesunięcia tulei 3 względem siebie musi być mniejszy niż kąt rozstawu wierzchołków trójkąta stanowiącego przekrój poprzeczny głównego otworu przelotowego 3a, 3b tulei 3. Przesuwanie napędzających kół zębatych 13 wzdłuż wałów napędowych 14 oraz ustawianie różnych kierunków obrotów umożliwia uzyskanie różnych konfiguracji pracy aktywnego segmentu mieszająco-ścinającego. Gdy napędzające koła zębate 13 są zsunięte parami to uzyskuje się efekt dwóch współpracujących tulei obrotowych, które mogą wykonywać względem siebie obroty przeciwbieżne lub zgodne, różne pod względem wartości prędkości obrotowej w zależności od kierunku obrotów ustawionych na silnikach napędowych 15. Przy ustawieniu napędzających kół zębatych 13 napędzanych pierwszym silnikiem 15 w pozycjach skrajnych, natomiast napędzających kół zębatych 13 napędzanych drugim silnikiem 15 w pozycjach środkowych, uzyskuje się trzy współpracujące ze sobą tuleje obrotowe, dwie mniejsze oraz jedną większą pośrodku, które mogą wykonywać obroty przeciwne względem siebie lub zgodne, różne co do wartości prędkości obrotowej. Ostatnim typem konfiguracji jest ustawienie napędzających kół zębatych 13 naprzemiennie, przez co uzyskuje się cztery oddzielne tuleje obrotowe, w których można dowolnie modyfikować prędkość oraz kierunek obrotu w zależności od ustawienia napędzających kół zębatych 13 oraz trybu pracy silników napędowych 15. W zależności od zastosowanej konfiguracji opisanego układu można uzyskiwać obroty zgodne co do kierunku lecz zmienne co do wartości prędkości obrotowej, gdzie prędkość obrotowa sąsiadujących tulei obrotowych względem siebie może rosnąć w stronę głowicyThe polymer material processed in the active plasticizing system of the single-screw extruder is transported along the fixed element of the cylinder 2 by the screw 5, which then goes to the active mixing-shear segment consisting of four rotary sleeves 3 located in series and coaxial in the housing 6 directly above the through grooves 6a and mounted on rolling bearings 7. Each of the rotary sleeves 3 has a main through hole 3a, 3b with a cross-section similar to an equilateral triangle with rounded corners. The bushings 3 rotate on rolling element bearings 7 and have separate toothing 8a, 8b, 8c, 8d, which mesh with intermediate gears 9a, 9b, 9c, 9d respectively, located on the shaft 10, which then mesh with the driving gears 13, slid on the hexagonal drive shafts 14, to which the torque is transmitted directly from the drive motors 15. Each of the four driving gears 13, in the place of the grooves 13a, are fitted with four identical sets of two parallel-arranged hooks 12, rigidly connected to each other in the mounting part with the end of the actuator 11, which allows the driving gears 13 to be moved along the drive shafts 14. The use of the above-described arrangement allows each of the rotating sleeves 3 to be controlled independently and to adjust the value of the rotational speed of the sleeve and the direction of its rotation depending on the desired process characteristics processing. Such a functional combination of the presented structural elements gave a completely new technical effect, which resulted in the possibility of creating unique processing conditions, impossible to achieve on classic single and twin-screw extruders. The presented design solution can function as a classic stationary cylinder when the drive motors 15 are switched off or as one large rotating sleeve when both drive motors 15 operate in synchronous mode. In the latter case, it is also possible to move individual rotary sleeves 3 relative to each other by a given angle, obtaining one large rotary sleeve with intermittent grooves, but the angle of displacement of the sleeves 3 relative to each other must be smaller than the spacing angle of the triangle vertices constituting the cross-section of the main through hole 3a, 3b sleeve 3. Moving the driving gears 13 along the drive shafts 14 and setting different directions of rotation allows for different configurations of the active mixing-shear segment operation. When the driving gears 13 are shifted in pairs, the effect of two cooperating rotating sleeves is obtained, which can make counter-rotating or compatible rotations with respect to each other, different in terms of rotational speed depending on the direction of rotation set on the driving motors 15. With the setting of the driving gears 13 driven by the first motor 15 in the extreme positions, while the driving gears 13 driven by the second motor 15 in the middle positions, three cooperating rotating sleeves are obtained, two smaller ones and one larger in the middle, which can perform opposite or compatible rotations of different kinds. rotational speed values. The last type of configuration is the arrangement of the driving gears 13 alternately, which results in four separate rotary sleeves, in which the speed and direction of rotation can be freely modified depending on the setting of the driving gears 13 and the operating mode of the drive motors 15. Depending on the configuration described, of the system, it is possible to obtain rotations consistent with the direction but variable as to the value of rotational speed, where the rotational speed of the adjacent rotating sleeves may increase towards the head

PL 235 889 B1 wytłaczarskiej, rosnąć w stronę strefy zasypu lub zmieniać się jednakowo w stronę głowicy i strefy zasypu osiągając maksimum lub minimum w centrum aktywnego segmentu mieszająco-ścinającego, a po drugie sąsiadujące ze sobą tuleje obrotowe mogą wykonywać względem siebie obroty w przeciwnych kierunkach. Zmiana prędkości obrotowej oraz kierunku obrotu każdej z tulei obrotowych 3 względem tulei sąsiadujących i ślimaka przetwórczego 6 oraz elementów nieruchomych cylindra 2 oraz 4, powoduje lokalną zmianę gradientu prędkości przepływu wleczonego pomiędzy wewnętrzną powierzchnią tulei obrotowych 3, a powierzchnią ślimaka 5 oraz wymusza intensywne mieszanie komorowe w obrębie wierzchołków otworów głównych tulei 3.After extrusion, rise towards the charge zone or change equally towards the head and the charge zone, reaching a maximum or minimum in the center of the active mixing-shear segment, and secondly adjacent rotary sleeves may rotate in opposite directions relative to each other. The change of the rotational speed and the direction of rotation of each of the rotating sleeves 3 in relation to the adjacent sleeves and the processing screw 6 and the stationary elements of the cylinder 2 and 4 causes a local change in the gradient of the drag flow velocity between the inner surface of the rotating sleeves 3 and the surface of the screw 5 and forces intensive chamber mixing in within the tops of the main holes of the sleeve 3.

Wykaz oznaczeńList of designations

- podstawa- base

- pierwszy element nieruchomy cylindra od strony zasypu- the first stationary element of the cylinder from the hopper side

- tuleja obrotowa- rotating sleeve

3a - otwór główny tulei prosty3a - straight sleeve main hole

3b - otwór główny tulei skrętny3b - torsion bushing main hole

- drugi element nieruchomy cylindra od strony głowicy wytłaczarskiej- second stationary element of the cylinder on the side of the extrusion head

- ślimak- snail

5a - zwój ślimaka5a - scroll of the snail

- obudowa- housing

6a - rowek przelotowy6a - through groove

- łożysko toczne- rolling bearing

8a - uzębienie tulei pierwszej8a - toothing of the first sleeve

8b - uzębienie tulei drugiej8b - toothing of the second sleeve

8c - uzębienie tulei trzeciej8c - toothing of the third sleeve

8d - uzębienie tulei czwartej8d - the toothing of the fourth sleeve

9a - pośrednie koło zębate tulei pierwszej9a - intermediate gear of the first sleeve

9b - pośrednie koło zębate tulei drugiej9b - intermediate gear of the second sleeve

9c - pośrednie koło zębate tulei trzeciej9c - intermediate gear of the third sleeve

9d - pośrednie koło zębate tulei czwartej9d - intermediate gear of the fourth sleeve

- wał- shaft

- siłownik- actuator

- hak- hook

- napędzające koło zębate a - rowek w napędzającym kole zębatym- driving gear wheel a - groove in driving gear wheel

- wał napędowy- Drive shaft

- silnik- engine

Claims

1. Active plasticizing system of a single-screw extruder, with a base (1) on which there is a cylindrical part consisting of the first stationary part of the cylinder (2), with a second stationary part of the cylinder (4) arranged coaxially with it, connected by a cylindrical housing ( 6), between which there are at least two rotary sleeves (3) arranged in series and coaxial, each of which is driven by a separate, intermediate gear (9a, 9b, 9c, 9d), and inside the cylindrical part there is a worm (5 ), characterized in that the cylindrical housing (6) has at least two through grooves (6a) located transversely to the axis of the cylindrical housing (6), and inside the cylindrical housing (6), in the place of through grooves (6a), between the fixed parts of the cylinder (2, 4) there are at least two swivel sleeves (3) with a main hole (3a, 3b) with a cross-section similar to a triangle with rounded corners, each on its own on its inner circumference it has toothing (8a, 8b, 8c, 8d) meshed with an intermediate gear wheel (9a, 9b, 9c, 9d), while at both ends of the base (1) there are actuators (11), and at the end of each actuator (11 ) a set of two parallel hooks (12) is mounted, rigidly connected in the fixing part to the end of the actuator (11),

PL 235 889 Β1 and each of the hooks (12) is hooked to the walls of the grooves (13a) on both sides of the driving gear (13) slidably mounted on the drive shaft (14) of the motor (15), each driving gear ( 13) is meshed with a separate intermediate gear (9a, 9b, 9c, 9d).

2. The system according to claim The process of claim 1, characterized in that the main opening (3a) of the rotary sleeve (3) is defined by a straight line.

The system according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that the main bore (3b) of the rotary sleeve (3) is defined by a helix.