挤出机螺杆、带有挤出机螺杆的挤出装置以及用于塑化塑料的方法

摘要

本发明涉及一种用于塑化至少一种塑料或塑料混合物的挤出机螺杆(1)，其带有熔融区(2)、波形区(3)以及布置在所述熔融区(2)与所述波形区(3)之间的混合区(4)，其中，在所述熔融区(2)以及所述波形区(3)中形成了螺线式地沿着螺杆纵轴线伸展的输送接条(5、6)，其中，所述熔融区(2)的输送接条(5)在所述熔融区(2)的面向所述混合区(4)的端部(7)处终止，并且所述波形区(3)的输送接条(6)在面向所述混合区(4)的端部(8)处开始，其中，所述熔融区(2)的螺道深度沿着所述螺杆纵轴线朝向所述混合区(4)至少局部地连续地增加。本发明还涉及一种带有所述挤出机螺杆(1)的挤出装置以及一种用于塑化至少一种塑料或塑料混合物的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于塑化至少一种塑料或塑料混合物的挤出机螺杆，带有熔融区、波形区(也称为波浪区，因而涉及到一种具有至少一个输送接条的区，该输送接条波形地改变其在纵向方向上的深度)以及布置在熔融区与波形区之间的混合区，其中，在熔融区以及波形区中形成了螺线式地/在产生螺线情况下沿着螺杆纵轴线伸展的输送接条。本发明还涉及一种带有所述挤出机螺杆的挤出装置以及一种用于借助挤出装置来塑化至少一种塑料或塑料混合物的方法。

背景技术

由现有技术已知众多所述类型的螺杆设计。

US 4 173 417 A介绍了一种波形螺杆，其中，压缩区(对于传统的熔体)直接与波形区邻接。由US 4 405 239 A和US 6 599 004 B2已知类似的螺杆，其中，波形区直接与压缩区邻接。这些螺杆具有如下缺点：塑料或塑料混合物的压缩成固体床的残余固体作为相当大的结块进入到波形区中。由此会出现的是，波形区仅以相当小的效率被塑化。

因此已有一些如下考虑：重新设计相应的螺杆，以便提高波形区的效率。相关地，US 6 056 430 A公开了一种螺杆，其中，首先传统地利用阻隔螺杆予以熔融，其中，在螺杆的计量区中放置了波形区。阻隔区段的接条在那里过渡至波形区。在阻隔区与波形区之间放置了过渡区，其中，两个接条的功能相反。因而阻隔接条变成主要接条，主要接条变成阻隔接条。由此实现使得起初位于螺杆的被动侧面上的固体床移动到螺杆的主动侧面上。通过该移动，要在固体床上建立更高的剪切率。但在此，固体和相应塑料的熔体之间不应发生混合。

此外由US 6 672 753 B1已知，把阻隔区与螺杆的波浪区组合起来，其中，在它们之间放置了所谓的换向区。换向区也由US 7 014 353 B2和US 7 156 550 B2已知，其中，在换向区之前始终都放置一个阻隔区。然而，设有相应换向区的螺杆的缺点可以同样在于，在有些情况下，残余固体与熔体在进入到波浪区中之前尚未充分地混合。

现有技术同样还由EP 1 993 807 B1已知，由此公开了把多螺道的螺杆与波浪区组合起来，其中，波浪区布置在相应的多螺道的熔融区之后。但这里要提到的缺点是，相比于与混合区邻接的区，在混合区中的螺道斜度较大。其结果是，空间需求相当高，或者在安装空间相同的情况下降低了效率。

另外由US 6 227 692 B1已知一种挤出机螺杆，其中，在熔融区的末端放置了波形区或波浪区。随后在波形区上邻接着混合区，在该混合区上又邻接着第二波形区。通过混合区，实现熔体与残余固体的混合。在这里要提到的缺点是，在第一波形区之后才放置混合区。因此，残余固体未经混合就进入到第一波形区中，其中，残余固体尚未碎化，由此第一波形区被无效地塑化。

发明内容

本发明的目的因此是，消除由现有技术已知的缺点，特别是提供一种挤出机螺杆，其能实现有效地塑化相应的塑料或塑料混合物。

根据本发明的构思，这按照如下方式来实现：熔融区的(第一)输送接条在熔融区的面向混合区的端部处终止，并且波形区的(第二)输送接条在面向混合区的端部处开始。由此使得挤出机螺杆的输送接条在混合区的区域中缺失/中断。混合区因而没有输送接条。输送接条尤其是指挤出机螺杆的螺线式地伸展的接条，该接条用于沿着螺杆纵轴线在轴向方向上输送塑料。因此，混合区尤其没有螺线式地伸展的具有/形成一个或多个完整地伸展的/伸展360°的螺纹螺道的输送接条。

通过在混合区中省去输送接条，在进入到波形区中之前，显著地改善了固体份额/残余固体与熔体的混合。由此可以在随后的波形区中明显更有效地进行塑化。

此外，通过如下方式来实现进一步提高混合效果：熔融区至少部分地/局部地或者完全地设计成减压区。在此，熔融区的一个或多个输送螺道的螺道深度至少部分地或局部地连续地沿着螺杆纵轴线在轴向方向上增加。熔融区的螺道深度也可以完全地(即沿着熔融区的整个轴向长度完全地)连续地沿着螺杆纵轴线在轴向方向上增加。通过增加螺道深度，在熔融区的末端，在下面冲洗残余固体，因而已经将残余固体破碎。通过如此破碎残余固体，固体份额/残余固体与熔体已经可以在熔融区中进行混合。通过进一步提高混合度，可以更加明显有效地塑化与混合区邻接的波形区。

有关本发明构思的其它有利的实施方式利用从属权利要求予以保护，以及在下面予以详述。

因而还有利的是，混合区直接与熔融区邻接地布置，和/或波形区直接与混合区邻接地布置。于是，熔融区的(第一)输送接条在混合区开始时立即终止，并且波形区的(第二)输送接条在混合区结束时于是立即结束或开始。

但替代于使得熔融区立即/直接过渡至混合区，也有利的是，在熔融区与混合区之间存在另一个区，优选(例如多螺道的优选双螺道的)计量区，其也有别于熔融区以及混合区。由此进一步提高塑化的效率。

此外相关地有利的是，熔融区是多螺道的，优选至少双螺道，进一步优选三螺道。在此，进一步优选熔融区的每个接条/全部接条都在熔融区的面向混合区的端部处终止。

也有益的是，波形区是多螺道的，优选双螺道。在此，也优选波形区的每个接条/全部接条都在波形区的面向混合区的端部处才终止。

为了进一步改善对进入到混合区中的残余固体的碎化，也有利的是，混合区具有至少一个(分布式和/或分散式的)混合区段，该混合区段促进固体份额与至少一种塑料或塑料混合物的塑化份额/熔融份额的分布式和/或分散式的混合。

相关地特别有利的是，至少一个混合区段与形成混合区的螺杆区段材料一体地/整体地形成，或者与形成混合区的螺杆区段分开地/独立地形成(形成单独的混合部件或单独的混合部件)。由此产生依据待塑化的塑料各自地调整相应的混合区的众多可行方案。

相关地还有利的是，至少一个混合区段设计成齿盘、孔盘、混合销或菱形部件，或者具有一个或多个细长的/条形的隆起。由此特别是增强了在混合区中的分布式混合。

为了促进分散式混合，还有利的是，至少一个混合区段设计成剪切间隙、泡罩环或楔形间隙部件/楔形间隙区域。

如果混合区具有多个混合区段，这些混合区段促进固体份额与塑料的待塑化的份额的分布式和/或分散式的混合，则将进一步改善混合。

本发明还涉及一种挤出装置/挤出机，其带有本发明的根据前述设计之一的挤出机螺杆，即带有根据本发明的构思的挤出机螺杆。

本发明还涉及一种用于借助挤出装置/挤出机来塑化至少一种塑料或塑料混合物的方法。

换句话说，通过本发明的设计，实现了对固体份额的改善的分布和分配，且实现了与熔体的更强烈的混合，这又有利于在波浪区中的熔融过程。由此在波浪区中在几何尺寸保持相同的情况下熔化更多的残余固体。可以进一步提高产量，而不必增大机器的构造尺寸。产量提高还对运行成本和投资成本有积极影响，因为使用较小的机器已经实现了所希望的产出效力。此外希望的是，传统的熔融与(在波形区中的)分散式熔融的组合能实现提高产量，而不会显著提高熔体的输出温度。这又对运行成本和相应的挤出产品的制造成本又积极影响。

附图说明

现在，下面借助附图详述本发明，相关地示出了不同的实施例，用于介绍根据本发明的构思。

图1为根据第一实施例的本发明的挤出机螺杆的一个区段的示意图，其中，挤出机螺杆被弯折地以及在平放的位置被示出，其中，熔融区设计成减压区；

图2为图1中采用的带有混合区段的混合区的详细立体图；

图3a～3h针对图1中可采用的混合区段示出了其它实施例。

这些附图仅仅是示意性的，只用于理解本发明。相同的部件标有相同的标号。也要指出，不同附图以及实施例的不同特征在原则上可以相互组合。

具体实施方式

结合图1示出了一个实施例，其表明了本发明的构思。对如图2和3a～3h中所示的混合区段9、10的介绍在原则上可应用于图1的实施例。图1的实施例以示意性的弯折的视图示出了本发明的挤出机螺杆1。该挤出机螺杆1按通常的方式用于塑化至少一种塑料/塑料组分，或者塑化多种塑料组分形式的塑料混合物。挤出机螺杆1以通常的方式在其工作中应用在挤出装置/挤出机内，该挤出装置在此为明了起见未进一步示出。挤出装置以通常的方式具有带入口和出口的壳体/挤出壳体。挤出机螺杆1以其在下面详述的区2、3和4在入口和出口之间伸展，并且可转动地径向地布置在壳体的柱形壁之内。借助该挤出机螺杆1，在挤出装置的工作中，根据一种制造方法，制造挤出构件/被挤出的构件，其中，至少一种塑料以固态形式供应给入口，通过挤出机螺杆1被塑化，并且最终在出口被顶出，用于形成挤出构件。为了塑化，至少一种塑料经过挤出机螺杆1的下面详述的区2、3和4。

在图1中可看到，三个区2、3和4设计成熔融区2、混合区4以及波形区3的形式。混合区4在下游/沿挤出方向直接地/立即与熔融区2邻接。波形区3在下游直接地/立即与混合区4邻接。熔融区2构造在挤出机螺杆1的第一螺杆区段11a上；波形区3构造在挤出机螺杆1的第二螺杆区段11b上；混合区4构造在挤出机螺杆1的第三螺杆区段11c上。三个螺杆区段11a、11b、11c在挤出机螺杆1的轴向方向上因而直接相互邻接/直接相互过渡。

在其它设计中，也可以在熔融区2与混合区4之间再设置另一个区，比如计量区。原则上，也可以在混合区4与波形区3之间设置另一区。沿着挤出机螺杆1的虚拟的螺杆纵轴线直接邻接的每两个区2、3、4特别是在输送接条5、6的构造(接条坡度)或存在状态方面有所不同。

无论熔融区2还是波形区3，都分别具有至少一个输送接条5、6。在熔融区2中，输送接条称为第一输送接条5。在波形区3中，输送接条称为第二输送接条6。相应的第一和第二输送接条5、6形成主输送接条。第一和第二输送接条5、6中的每一个都螺线式地/螺线形地/螺旋形地沿着虚拟的螺杆纵轴线伸展。因此，第一输送接条5和第二输送接条6分别在挤出机螺杆1的径向外侧面上形成螺旋螺纹。

在另一设计中，熔融区2仅仅单螺道地设计。在其它设计中，熔融区2至少双螺道地设计，即三螺道地设计。但在该第一实施例中，该熔融区双螺道地设计。因此，除了第一输送接条5外，熔融区2还具有中间输送接条22。为了表明在熔融区2中构造的(第一)输送螺道23，第一输送接条5被示出两次。中间输送接条22平行于螺线形地伸展的第一输送接条5，沿着虚拟的螺杆纵轴线伸展。中间输送接条22在挤出机螺杆1的轴向方向上(沿着虚拟的螺杆纵轴线)布置在第一输送接条5的两个螺旋螺道/螺纹螺道之间。由第一输送接条5形成的(第一)输送螺道23被中间输送接条22分成两个部分输送螺道24a和24b。在径向方向上(参照螺杆纵轴线)观察，第一输送接条5以及中间输送接条22具有相同的高度。

在图1中，熔融区2设计成减压区的形式。熔融区2的螺道深度(第一输送螺道23的深度/第一和第二部分输送螺道24a和24b的深度)沿着螺杆纵轴线朝向混合区4/在下游连续地/直线地增加。熔融区2的螺道深度因此可以沿着螺杆纵轴线朝向混合区4至少部分地、局部地或完全地增加。在此也可行的是，在熔融区2/减压区中，螺道深度沿着螺杆纵轴线部分地、局部地或完全地相同。

在根据图1的实施例中需要指出，波形区3设计成通常分散的塑化区/熔融区。在另一设计中，波形区3可以仅单螺道地设计，但它在该实施例中双螺道地设计。波形区3同样配备有(第二)中间输送接条25，其也布置在波形区3的(第二)输送接条6的两个轴向地彼此相继的螺纹螺道之间。第二中间输送接条25平行于螺线形地伸展的第二输送接条6，沿着虚拟的螺杆纵轴线伸展。第二中间输送接条25把由第二输送接条6形成的第二输送螺道26也分成第一部分输送螺道29a和第二部分输送螺道29b。波形区3设计成波浪区，因而具有沿着波形区3的(第二)输送螺道26波形地变化的螺道深度。

在另一设计中，第二中间输送接条25的径向高度小于第二输送接条6的径向高度，从而在第二中间接条处产生剪切间隙。在另一设计中，第二输送接条6以及第二中间输送接条25沿着第二输送螺道26局部地改变其径向的高度，其中，第二输送接条6和第二中间输送接条25交替地改变其功能，并且分段地用作输送接条和剪切接条。

轴向地(参照螺杆纵轴线)在熔融区2与波形区3之间布置了混合区4。在图1的实施例中，混合区4没有输送接条。因此，第一输送接条5在熔融区2的面向混合区4的端部7处终止。中间输送接条22也在熔融区2的面向混合区4的端部7处终止。此外，第二输送接条6也在波形区3的面向混合区4的端部/起始端8处才开始。中间输送接条25也在波形区3的面向混合区4的端部8处才开始。因此，在该设计中，混合区4设计成无接条。混合区4因此没有细长的螺线形地伸展至少一个螺纹螺道/至少伸展360°的隆起/接条。

在图1中还可看到，在混合区4中存在多个在此仅示意性地示出的混合区段9、10，其中，这些混合区段9、10原则上可以不同地设计，如下面参照图2和3a～3h所述。

图2示出第一实施例的混合区4，在该混合区中设置了多个分布式的混合区段10。这些分布式的混合区段10设计成独立的混合部件，并且在混合区4的区域中抗扭地安置在挤出机螺杆1上。(四个)分布式的混合区段10在螺杆纵轴线的轴向方向上间隔开地以及并排地布置。这些分布式的混合区段10分别设计成齿盘12/啮合环。相应的齿盘12因而设置有环形的基体，在该基体上安置了多个(沿圆周方向彼此间隔开的)形成外啮合部(直啮合部)的齿27。

结合图3a～3h可见，但这些混合区段9、10原则上也可以不同地设计。如下详述，分布式的混合区段10原则上也可以用分散式的混合区段9来代替，或者附加于这些混合区段设置。

参比于图2，在图3a中可看到，分布式的混合区段10基本上也可以设计成挤出机螺杆1的直接形成混合区4的/与其材料一体地形成的(第三)螺杆区段11c。每个混合区段10都设计成斜啮合部。斜啮合部因而由混合区4中的在挤出机螺杆1的外圆周面上的多个条形的沿圆周方向并排布置的整体的隆起15形成。相应的隆起15又形成了齿27。

尽管在图3a中把所形成的斜啮合部设计成渐开线式啮合部，根据图3b也可行的是，该啮合部并不设计成渐开线式啮合部。然而，分布式的混合区段10也具有相互平行地伸展的隆起15。对于隆起15需要指出，这些隆起围绕挤出机螺杆1的外圆周面伸展有限的角度范围，并且都未形成延伸360°成为完整的螺纹螺道的接条。

结合图3c表明，分布式的混合区段10也可以具有多个沿圆周方向分布的混合销13。在该实施例中，这些混合销13也直接与第三螺杆区段11c材料一体地设计。原则上也足够的是，给混合区段10仅配备一个混合销13。

结合图3d，分布式的混合区段10设计成一组沿轴向方向以及圆周方向分布的菱形部件14/菱形隆起15。这些菱形部件14也在挤出机螺杆1的外圆周面上材料一体地形成。

结合图3e～3h可见，分布式的混合区段10可用分散式的混合区段9来代替。在图3e中，分散式的混合区段9设计成在混合区4中的泡罩环区域/泡罩环18。该泡罩环区域18具有多个沿挤出机螺杆1的圆周方向以及轴向方向分布的圆形的凹陷/内凹。

在图3f和3g中示出了剪切间隙16形式的其它可能的分散式的混合区段9。在图3f中，多个剪切间隙16倾斜伸展地布置在挤出机螺杆1的外圆周面上。在图3g中示出了曲折形的剪切间隙16。

在图3h中，分散式的混合区段9设计成环形的楔形间隙区域17/楔形间隙部件。

如图3a～3h中所示，不同的混合区段9和10原则上由US 6 136 246 A已知，因而在那里针对这些混合区段提到的其它设计适合于整合到这里。

代替使用齿盘12，原则上也可行的是，把分布式的混合区段10设计成孔盘/穿孔盘。孔盘优选形成为具有多个沿圆周方向分布的以及轴向地伸展的通孔的盘，并且按照与齿盘12相同的方式固定在挤出机螺杆1上。

原则上也要指出，在其它实施例中，不同的混合区段，即分散式的以及分布式的混合区段9、10可以自由地相互组合，既可以作为独立的部件，又可以作为一体的/整体的部件。

在根据本发明的挤出装置的工作中，固体床在进入到波状区(波浪区3)中之前，被碎化到尽量小的颗粒尺寸，以便提高熔融效力。在螺杆1的熔融区2形式的熔融部分与波状区3之间，放置了混合区4，该熔融区设计成可以具有单螺道或多螺道式设计的减压区，混合区实现了对固体床的程度尽量大的分配和分布，并且实现了在固体与熔体之间的尽量充分的混合。有意地采用了分布式的和/或分散式的混合部件(混合区段)9、10。混合部件10尤其可以是齿盘12、孔盘、混合销13和/或菱形部件14。在这种情况下，剪切间隙16a、16b、泡罩环18和/或楔形间隙部件17适合作为分散式的混合部件9。通过使用分布式的和分散式的混合部件9、10，在混合区4中实现了明显更强烈的混合，以及实现了对固体床的更大程度的分布和分配。此外，把熔融区2设计成减压区有助于在下面冲洗固体床，进而也有助于对固体床的程度尽量大的分布和分配，并且支持固体与熔体之间的尽量充分的混合。由此把转入到波浪区3中的残余固体的颗粒大小明显碎化，因而更有效地将波浪区3塑化，进而也实现了更高的塑化效力。除了混合部件9、10外，优选还可以在混合区4中去除任何接条，以便能实现熔体的自由流动或者实现熔体与固体的自由混合。通过自由流动，进一步提高了混合部件9、10的效力，因为产生了引起附加的混合和再分配的横向流动。

附图标记清单

1 挤出机螺杆

2 熔融区

3 波形区

4 混合区

5 第一输送接条

6 第二输送接条

7 熔融区的端部

8 波形区的端部

9 分散式的混合区段

10 分布式的混合区段

11a 第一螺杆区段

11b 第二螺杆区段

11c 第三螺杆区段

12 齿盘

13 混合销

14 菱形部件

15 隆起

16a 第一剪切间隙

16b 第二剪切间隙

17 楔形间隙区域

18 泡罩环区域

19 阻隔接条

20 第三输送接条

21 缺口

22 中间输送接条/第一中间输送接条

23 第一输送螺道

24a 第一部分输送螺道

24b 第二部分输送螺道

25 第二中间输送接条

26 第二输送螺道

27 齿

28 螺杆纵轴线

29a 第一部分输送螺道

29b 第二部分输送螺道