在进料区中包括冷却装置的螺杆压力机

摘要

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于加工塑料和塑料混合物的螺杆压力机和/或挤出机。螺杆压力机(1)包括螺杆筒(2)和在该螺杆筒内可被旋转驱动的螺旋轴(3)，其中螺杆筒(2)在一端部区域内包括一用于经由填料斗(9)输入松散材料(7)形式的塑料或多种塑料和/或添加物的混合物的进料口(6)，其中在螺杆筒(2)的毗邻进料口(6)的区段中设置有至少一个冷却装置(K)，为提高冷却效率、降低工作成本并提高工作可靠性而进行改进，建议，在填料斗(9)的区域内设置一主动热障(14)，该热障(14)包括可电控的用于散热的结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于加工塑料和塑料混合物的螺杆压力机/螺杆挤压机或者说挤出机。

背景技术

从现有技术中已知，这类螺杆压力机包括螺杆筒，该螺杆筒具有一在其中可被旋转地驱动的螺旋轴或者说螺杆。该螺杆筒在端部区域内包括一进料口，该进料口用于经由填料斗输入松散材料形式的塑料或多种塑料和/或添加物(助熔剂)——例如天然纤维或矿物纤维或者说玻璃纤维、和颜料——的混合物。

此外，由现有技术中一般已知，对于作为挤出机或在一用于加工热塑性材料的注塑成型机中的应用，螺杆压力机在设置在其中的挤出机螺杆的长度上观察分成三个区：进料区接收通过进料口的区域输入的松散材料，并在压实和加热的情况下将该松散材料传送到转变区。在转变区中，已预压实并(略)加热的材料被脱气，并在进一步地、限定地加热下大部分被塑化和均质化。最后，材料进入排出区、或者说泵送区、或者说计量区，进入的材料在该区中被均质化并传送到下游工具。

在上文大概说明的基本结构中，在螺杆筒外侧设置有所谓的电热带，从而以限定的方法和方式引起对传送的材料的连续加热。在此，通常会有已由螺杆筒的其它区域吸收的、不受控制的热量流入塑料螺杆压力机的进料口区域内，所述热量特别是由于通常是电气操作的电热带的加热(而产生)。另外，所输入的松散材料的传送和预压实也产生热。这些加热效应都会在进料口区域中在加工塑料的过程中导致相当大的干扰。

因此，例如从DE 35 04 773 A1中已知：对挤出机基本上不仅进行加热，而且进行冷却。为此，在螺杆筒的毗邻进料口的区段中设有冷却装置。该冷却装置包括用于引导流体冷却介质(例如水)的冷却管道。此处，螺杆筒在其整个长度上一体地构成。在冷却装置的区域内，螺杆筒具有外径比螺杆筒的其它延伸段小的外表面。在所述外表面中切削出螺旋状环绕的冷却管道。在该外表面上安放封闭冷却管道的套筒，该套筒具有用于输入和排出冷却剂的孔并焊接在螺杆筒上。

为了另外地减小在轴线方向上的导热，根据DE 35 04 773 A1的教导，设有至少一个径向环绕的、所谓的导热中断槽或者说隔热槽，该隔热槽显著地减小了螺杆筒的导热横截面。特别是在冷却装置的前面和后面分别设置至少一个隔热槽，以便限制从螺杆筒的加热区域进入冷却装置中的轴向热流以及从冷却装置进入进料口区域中的轴向热流。

另外由DE 32 27 443 A1已知，将包围进料口的区域制造成分离的、待连接到其余的螺杆筒上的构件，其中在进料口和朝向其余的螺杆筒的凸缘区域之间设置冷却管道，其中该构件是分离的且绝热的，但其方式未进一步描述。

DE 33 11 199 A1公开了另一种冷却装置，在该冷却装置中又在结构方面在双壁套筒上加工出用于流质冷却剂的流动管道。为此，螺杆筒不是构造成多件式，而是仅部分地覆盖成双壁套筒。用于冷却流体的流动管道由在双壁套筒的筒壁之间的具有不同形状和接触面的塑料型材条形成。

根据DE 35 18 997 A1所公开的技术方案，设有垫圈，该垫圈在组装状态下具有一环形管道，以偏转装置作为具有冷却通道的单元可拆卸地连接到螺杆筒上，以便能够更换磨损的筒部件，从而能够再次使用该冷却系统。

该已知技术方案的缺点在于，所述冷却单元在制造技术方面的耗费比较高。同样，这种冷却单元在较长(时间)的运行中在冷却管道中形成沉积，这使总效率恶化。因此，通常必须设置用于冷却回路的复杂装置和冷却介质的处理单元，这些装置和处理单元必须连续运作。这些装置却是(本领域的)技术人员所熟知的，因为通常使用大量的水作为冷却介质以便在进料口区域中维持40℃至80℃的温度。但是，在整个螺杆压力机区域内的用于引导水的部件的相应防腐蚀结构和用于其余电装置的密封和防溅洒结构配置成本高且在工作期间需要大量能量。

WO 2006/073107 A1公开了一种螺杆压力机，其中在螺杆筒中设置有可被旋转地驱动的螺旋轴。其中螺杆筒在端部区域中包括一进料口，该进料口用于经由填料斗输入松散材料形式的塑料和/或添加物。在螺杆筒的毗邻该进料口的区段内设置有包括热电冷却元件的冷却装置。

DD 286 326 A5描述了一种在毗邻填料斗的区段中具有带冷却肋的冷却结构的挤出机。在填料斗区域中设置有毗邻进料口的帕尔贴元件。

此处，从加热装置流向填料斗方向的、导致对输入的材料的加热的热流是难以解决的。

发明内容

本发明的目的在于，改进上述类型的螺杆压力机以提高冷却效率、同时降低运行成本并增大运行可靠性。

所述目的通过独立权利要求的特征来实现。有利的改进方案由各从属权利要求的内容给出。

在构造方面，该螺杆压力机包括螺杆筒和在该螺杆筒中可被旋转驱动的螺旋轴，其中螺杆筒在一端部区域内包括用于经由填料斗输入松散材料形式的塑料或由多种塑料和/或添加物组成的混合物的进料口，并在该螺杆筒的毗邻进料口的区段中设置有至少一个冷却装置，该螺杆压力机的突出之处在于，在填料斗的区域内设置有一主动热障，该主动热障包括可电控的用于散热的结构。因此，本发明利用了这样的认识，即带有沿运送物品的输送方向观察紧邻进料口的冷却区的塑化单元不能充分地防止输入的颗粒物在进入塑化筒时由于至少部分熔化而结块。在维持预定的颗粒物颗粒尺寸的情况下，使颗粒物保持不变地排出或流动对于用于加工热塑性塑料的螺杆压力机无干扰地工作是至关重要的。压铸产品的质量主要取决于在压铸机的出口处材料流的参数恒定不变。为此，已存在于填料斗的区域内的运送物品的连续输送是重要的、到目前为止被低估的先决条件。通过在填料斗的区域内的主动热障有效地限制了例如由于在进料和预压实的输送中的摩擦而产生的自加热，并且限制了否则不受控制的来自螺杆筒的邻近(该填料斗)区域的热流。因此，在根据本发明的螺杆压力机中，在填料斗的区域中通过冷却而在工作期间保持一温度，在该温度下基本上防止了由于部分熔化而导致的颗粒物结块。

根据本发明，所述热障包括绝热部。该绝热部阻止特别是源于电热带的热流加热位于填料斗的区域中的材料。该绝热部特别是设计成套筒状，以提供径向封闭的屏蔽。在本发明的另一种实施形式中表明有利的是，绝热部设计成筒形且在其内侧上具有导热好的层。通过这种例如可由铜板或真空特种钢(evakuiertem Edelstahl)等制成的导热层，实现了冷却效率的统一的分布以及从填料斗内腔的散热。

在本发明的一种优选实施形式中特别有利的是，所述热障包括至少一个帕尔贴元件。帕尔贴元件是(一种)空间需求小的热电构件，该帕尔贴元件在下文中用作热泵以代替已知的压缩机冷却系统和吸收器冷却系统。帕尔贴元件是一种在两个外面(或者说表面)之间产生与电流成比例的温差的半导体构件。可通过帕尔贴元件实现的温差可简单地由经过帕尔贴元件的电流来控制。帕尔贴元件的效率约为33％，其中这些元件可应用于直至约200℃的温度。市场上可获得的帕尔贴元件的功率达到240W。帕尔贴元件所得到的温差为ΔT≈60K。帕尔贴元件的布置可以各种不同的方式进行、特别是级联在串联线路和/或并联线路中，如下面将参照实施例的图解结合附图进行的说明。对于约为200℃的最大环境温度，级联连接n个帕尔贴元件便能够产生ΔT≈n*60K的温差。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，在一隔热槽中设置有一主动热障。该主动热障包括可电控的用于散热的结构以及特别是至少一个帕尔贴元件。因为设置在隔热槽中的主动热障在应用于螺杆筒上时具有面向热流Q的一侧，所以另外优选地在该侧上设置一绝热部。设置在隔热槽中的主动热障却优选在其两个纵向侧上分别包括一绝热部。

此外，优选地，在所述主动热障的外露的、向外指向的表面上设置有冷却薄板、冷却体或类似装置用于至少改进对流导热以及必要时还改进热辐射。

附图说明

下面通过借助附图对实施例的描述来说明本发明的其它特征和优点。在附图中：

图1示出根据第一实施例的、包括主动热障的螺杆压力机的基本结构的示意性剖视图，其中在图中示出热流；

图2示出一螺杆压力机的基本结构的与图1的示图类似的示意性剖视图，该螺杆压力机包括根据现有技术的冷却装置；

图3示出填料斗的一实施例的概略的纵剖视图，该填料斗具有主动热障和导热好的层；

图4示出图3的主动热障的概略的剖视图，其中示出温度变化；

图5示出沿着包括主动热障、绝热体和导热好的层的塑化单元/成形单元的填料斗的另一实施例的概略的纵剖视图；

图6示出根据图5的实施例中的填料斗的俯视图；

图7示出沿螺杆筒的位于塑化单元与第一电热带之间的区域的概略的纵剖视图，其中基本地示出了在隔热槽区域内的热流以及相关的温度变化；以及

图8示出一螺杆压力机的控制回路的线路图，该螺杆压力机在根据图5的填料斗上和在根据图7的隔热槽中包括主动热障。

具体实施方式

对于不同附图和实施例，下面统一地对相同的部件、功能组件或结构组件、以及方法步骤使用相同的附图标记和名称。

图1示出一螺杆压力机1的基本结构的示意剖视图，该螺杆压力机包括螺杆筒2和设置在该螺杆筒中的、可由一不再进一步示出的驱动装置旋转地驱动的螺旋轴3。在螺杆筒2的端部区域(所谓的塑化单元5)内，该螺杆筒包括进料口6，该进料口用于将松散材料7形式的塑料或多种塑料和/或添加物的混合物经由填料斗9输入进料区中。在压实和加热下将松散材料7从进料区传送到转变区10。在转变区的区域内在螺杆筒2上设置有电热带12，该电热带为此目的经由螺杆筒2将热引入材料流M中。但是，这里也形成了热流Q，该热流指向塑化单元5并能够在那里造成足够高的加热，使得以限定的颗粒尺寸输入的松散材料7熔化。这会导致单个的颗粒物结块，甚至堵塞进料口6的区域，无论如何，由于较为不规则的材料输入致使周期波动，从而使(输出到)下游设备的输出产品有相当的参数偏差。

从现有技术已知各种不同的措施以阻止材料流M在螺杆压力机1的出口处的这种质量恶化。为限制不希望的导热，在转变区10的后面的电热带12(与塑化单元5)之间的过渡部中设置有一所谓的导热中断槽13。该导热中断槽13也称为绝热槽或隔热槽13。作为环绕的封闭槽或材料缩减部的所述导热中断槽用于在结构上限制提供导热的材料。

此外，从现有技术已知，在螺杆压力机1的毗邻进料口6的区段中设置至少一个冷却装置K。如示出热流Q的图2所示，所述冷却装置在此是具有冷水入口k和热水出口w的、作为逆流换热器的水冷系统。用于在高流动强度下工作的其余元件的防腐蚀和密封的附加费用是(本领域的)技术人员所已知，因此在这一点上仅指出：螺杆压力机需要大量的水以(实施)充分的冷却。

与如图2基本示出的根据现有技术的装置不同，根据图1的本发明的实施例在填料斗9的区域中设置有一主动热障14。

这种热障14包括所谓的帕尔贴元件16作为主动电构件。从而在填料斗9的区域内进行冷却，所述帕尔贴元件还使材料传送过程中产生的热能够有效地排出从而防止松散材料7结块。

图3示出包括主动热障14的填料斗9的一实施例的概略的纵剖视图，该热障14设计成套筒形并在筒的内表面上设置有导热好的层17，而在筒外表面上设置有绝热层18。已知帕尔贴元件16是可电控的、用于散热的结构，其中可由流过各帕尔贴元件16的电流I来控制各可排出的热流q2。作为设计成平的或弯曲的构件，在此所述帕尔贴元件与传导好的层17热接触从而为传出热流q2而热连接。所述结构向外被绝热层18包围。结果，整个热流Q不再能够到达松散材料7中。传导层17通过与对流工作的冷却体19相连接而实现了附加的被动冷却。图4中绘出所实现的温度下降：通过主动和被动的措施，从约为240℃的最高温度冷却到在松散材料7的区域内的约为60℃的温度。第一次显著的温度降低由绝热层18实现。紧接的温度降低步骤通过传导层17和帕尔贴元件16共同实现。此实施例需要较少的能量来保证希望的温度。

按照图3和4的实施例的变型方案在图5中作为另一实施例的概略的纵剖视图示出。在此实施，将可商业购得的构型的帕尔贴元件16用于塑化单元的填料斗的修改构型中，该填料斗包括主动热障14、绝热层18和导热性好的层17。在螺杆筒2的区域内设置有绝热套筒，该绝热套筒在此由陶瓷材料制成。导热层17朝向实际的填料斗9设置，该导热层加长到超过螺杆筒2的壁厚。常规的板状构型的帕尔贴元件16设置在螺杆筒2外作为单个的模块，该模块与冷却体19相连接以进行散热。图6示出按照图5的实施例的填料斗9的相应的俯视图。

图7示出螺杆筒2的在塑化单元5与第一电热带12之间的区域的概略的纵剖视图，其中示出在隔热槽13的区域中的热流以及相关的温度变化的原理图。相应地，螺杆筒2在电热带12后面的温度约为220℃，该温度由于向材料流M和对隔热槽13的辐射而降低到约为180℃。在隔热槽13中也设置有主动热障14。该主动热障14为由帕尔贴元件16组成的环的形式，通过该主动热障传送出部分(热)流q1，因此仅有部分(热)流q2可被继续输送到塑化单元5。结果，在转变区与进料区的连接部处的温度仅为60℃。此实施例理论上虽然需要比按照图2的实施例更多的电能，但是当填料区温度变化时仅对对表面加热区产生无关紧要的影响。类似于图3和5的装置，在帕尔贴元件16的上游还可以在凹槽13中以如图所示的方式设置有一绝热层21。

图8示出螺杆压力机1的控制回路的线路图，该螺杆压力机在按照图5的填料斗9上和在按照图7的隔热槽13中具有主动热障14。这两个主动热障14都由温度传感器TS监测，将该温度传感器的输出量X2作为实际值IW，与期望值SW的量X1相比较。将控制偏差XW＝X1-X2输送给一控制器以发送一控制信号y，该控制信号由一放大器以电流的形式输送给一个或两个主动热障14。

有利地，在每个本发明的上述实施例中，在塑化单元5的区域内都不需要冷却水。因而，至少在此部位处不存在由于泄露的水使电热带上产生短路的危险。此外，填料区的上述冷却系统的工作完全与局部水压无关，这一点对于亚洲国家尤为重要。此处，另外有利地使塑化单元毫不被沾湿，机器也不会相应地生锈。与已知设备相比较，需要铺设总体上基本更少的软管。因为不替换地除去冷却板、阀组和软管系统，应用更廉价的帕尔贴冷却器连同相应的冷却体、导热表面和绝热部以及转换电路放大器，使根据本发明的螺杆压力机的结构能够相对于已知的装置进一步实现节约能力。

附图标记列表：

1     螺杆压力机

2     螺杆筒

3     螺旋轴

4

5     塑化单元

6     进料口

7     松散材料

8

9     填料斗

10    转变区

11

12        电热带

13        隔热槽

14        主动热障

15

16        帕尔贴元件

17        导热性好的层

18        绝热层

19        用于热的自由对流的冷却体部

20

21        绝热层

M         材料流

Q         热流

k         冷水进料口

w         热水出口

q1        部分热流

q2        部分热流

SW        期望值

IW        实际值

X1        期望值的量

X2        实际值的量

XW        控制偏差

R         控制器

TS        温度传感器

I         电流