專利名稱：擠出機(jī)和擠出機(jī)操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙螺桿擠出機(jī)，具體地涉及一種具有同向轉(zhuǎn)動(dòng)軸的雙螺桿擠出機(jī)的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
具有一端進(jìn)料口和在另一端出料口的雙螺桿擠出機(jī)已為大家所熟悉并已被廣泛用于混合物料的特定用途，包括以持續(xù)和受控的方式捏合、分配、均勻化、分送材料，并可伴隨或不伴隨溫度升高和熱量輸入。材料通過(guò)連接在該入料口的漏斗被供給擠出機(jī)，而擠出機(jī)通常是根據(jù)所謂的“饑餓供給(starvefeeding)，，的方法進(jìn)行運(yùn)行。材料可以由單組分或單成分或多組分組成，并可以是單相或多相的。某些組分在加工過(guò)程中可能需要經(jīng)歷相變。由擠出機(jī)所做的工作(work)是施加多種作用力從而在不同平面上產(chǎn)生剪切、壓縮、拉伸和折疊作用。僅在一個(gè)特定時(shí)段將這些力均勻地作用于每個(gè)微粒或分子上以便限制所實(shí)行的工作是有利的，因?yàn)檫^(guò)度的工作將會(huì)使脆弱的分子產(chǎn)生分解，從而導(dǎo)致次品的產(chǎn)生。所做的工作的程度取決于多種因素，包括被加工材料的性質(zhì)、擠出機(jī)可以承受的在不同端口上輸入的材料數(shù)量、在任何給定的速度下可用的扭矩大小、擠出機(jī)的長(zhǎng)度、以及擠出機(jī)加工區(qū)域的元件和部件的結(jié)構(gòu)。據(jù)信，雖然剪切速率的提高會(huì)導(dǎo)致比能(specific energy)要求和溫度的提高，但剪切速率的提高可改善混合和均勻化的質(zhì)量。為了平衡在比能要求和溫度的提高，有必要減少在擠出機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間和增加通過(guò)量(through put)。一種途徑是提高擠出機(jī)的容積比并通過(guò)顯著提高最小比扭矩要求。擠出機(jī)的容積比(volumetric ratio)被定義為擠出機(jī)直徑[D]除以螺桿根部直徑[d]的比率。容積比的提高雖然不利地影響扭矩傳送能力， 但提高了擠出機(jī)的注滿容量(fill capacity)。擠出機(jī)的比扭矩(specific torque) [T/a3] 是指在扭矩[Τ]與雙螺桿擠出機(jī)的兩軸線之間的中心距[a]的三次方之比。為了提高比扭矩要求，就需要一個(gè)更大功率的馬達(dá)，這就要求相應(yīng)地加強(qiáng)在變速箱和扭矩傳送系統(tǒng)內(nèi)的其他零部件。容積比和比扭矩的提高會(huì)要求進(jìn)行各種改進(jìn)，其中涉及設(shè)計(jì)、材料、處理和更高的安全水平的綜合改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種擠出機(jī)的操作方法；該擠出機(jī)包括一個(gè)具有至少兩個(gè)圓柱形缸孔的缸體，每個(gè)缸孔具有一根與另一根軸線相平行的軸線，而該第一軸線和該第二軸線之間的距離為“a”;被置于該第一和第二缸孔中的至少一根第一螺旋軸和一根第二螺旋軸；該第一和第二螺旋軸分別設(shè)置有第一和第二螺桿；該第一螺桿和第二螺桿各自具有擠出機(jī)直徑D和螺桿根部直徑d ；該第一和第二螺旋軸各自具有至少1. 4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿根部直徑d;至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，所述進(jìn)料漏斗被設(shè)置在該兩個(gè)缸孔附近并通向所述的缸孔，而至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入該缸孔的側(cè)進(jìn)口 ；該方法包括通過(guò)該至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗將待加工的材料供入該缸孔；傳送該材料通過(guò)從該進(jìn)料漏斗至該擠出機(jī)出口的擠出機(jī)長(zhǎng)度；以至少IOOOrpm的轉(zhuǎn)速及至少8. 5Nm/cm3的扭矩密度驅(qū)動(dòng)所述第一和第二螺旋軸的每一根；該扭矩密度被定義為第一和第二軸的每一根上的扭矩除以第一和第二軸線之間的距離’ a’的三次方。本發(fā)明還涉及一種擠出機(jī)的操作方法；該擠出機(jī)包括一個(gè)至少具有兩個(gè)圓柱形缸孔的缸體，每個(gè)缸孔具有一根與另一根軸線相平行的軸線，而第一和第二軸線之間的距離為“a” ；置于該第一和第二缸孔中的至少一根第一螺旋軸和一根第二螺旋軸；該第一和第二螺旋軸分別設(shè)置有第一和第二螺桿，各螺桿包括至少一個(gè)元件；該第一和第二螺桿各具有擠出機(jī)直徑D和螺桿根部直徑d ；該第一和第二螺旋軸各具有至少1. 4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿根部直徑d ；—個(gè)連接于第一軸并包括一個(gè)第一臺(tái)階的第一進(jìn)料口元件(intake element)，一個(gè)連接于與第一進(jìn)料口元件相鄰的第二軸并包括一個(gè)第二臺(tái)階的第二進(jìn)料口元件，其中該第一臺(tái)階和第二臺(tái)階適合于當(dāng)該第一料口元件和該第二進(jìn)料口元件以同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，共同工作從而產(chǎn)生正向的傳送作用以傳輸材料； 至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，所述進(jìn)料漏斗設(shè)置在該兩個(gè)缸孔附近并通向所述的缸孔，而至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入該缸孔的側(cè)進(jìn)口 ；該方法包括通過(guò)該至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗將待加工的材料供入該缸孔；傳送該材料通過(guò)從該進(jìn)料漏斗至該擠出機(jī)出口的擠出機(jī)長(zhǎng)度；以至少 IOOOrpm的轉(zhuǎn)速及至少8. 5Nm/cm3的扭矩密度驅(qū)動(dòng)所述第一和第二螺旋軸的每一根；該扭矩密度被定義為第一和第二軸的每一根上的扭矩除以第一和第二軸線之間的距離’ a’的三次方。附圖簡(jiǎn)述附圖示出本發(fā)明的優(yōu)選例，并且結(jié)合附圖的詳細(xì)描述被用于闡述本發(fā)明的原理。

圖1顯示了兩根軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2顯示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙螺桿擠出機(jī)的平面視圖。圖3顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雙螺桿擠出機(jī)的側(cè)視圖。圖4顯示了一個(gè)實(shí)施例中可提供更大的進(jìn)料量的雙螺桿元件的剖視圖。圖5顯示了一個(gè)實(shí)施例中螺桿元件的臺(tái)階形成的底切部(undercut)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，為了說(shuō)明清楚起見(jiàn)，給出了許多具體的細(xì)節(jié)情況，以便理解各種不同實(shí)施例。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯然各種不同實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行實(shí)施。應(yīng)理解，在此被討論的各種實(shí)施例可以是相同的或不同的實(shí)施例，并且可以被結(jié)合進(jìn)本文未明示的其他各種不同實(shí)施例中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解到，上述的總體說(shuō)明和以下的詳細(xì)說(shuō)明只是對(duì)本發(fā)明的示范和解釋，而不是用于限制本發(fā)明。在整篇專利說(shuō)明書中約定，在附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的零部件。公開(kāi)了一種用于雙螺桿擠出機(jī)的操作方法。參照?qǐng)D1，圖中示出該擠出機(jī)的橫截面，如圖所示，該擠出機(jī)具有缸體(5)，該缸體包括兩個(gè)分別具有平行的軸線(3，4)的圓柱形的缸孔(1，2)。每個(gè)孔安置一個(gè)螺旋軸，該螺旋軸支撐一個(gè)由加工元件形成的螺桿(6， 7)。該兩根軸被設(shè)置成相互平行并在兩根軸線之間的中心距為“a”。在一根軸上的各元件不僅與同軸上的相鄰元件保持連續(xù)，而且在另一根軸上具有相應(yīng)的共軛元件(conjugateelement)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，擠出機(jī)具有至少兩個(gè)用于將材料供給擠出機(jī)的漏斗。設(shè)置至少一個(gè)側(cè)漏斗以便將額外的材料供給擠出機(jī)。參照?qǐng)D2，圖中示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的擠出機(jī)的進(jìn)料口，它具有多個(gè)用于將材料供給擠出機(jī)的漏斗(10，11和12)。在圖示的實(shí)施例中，在該進(jìn)料口處除了直立地安裝于擠出機(jī)上方的現(xiàn)有漏斗(11)之外，增設(shè)兩個(gè)側(cè)漏斗 (10，12)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該至少兩個(gè)漏斗可包含均設(shè)置在擠出機(jī)側(cè)面的漏斗(10，12)。圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的擠出機(jī)，其具有帶強(qiáng)制供料裝置(forcefeeding means) (13)的側(cè)漏斗(14)，該強(qiáng)制供料裝置用于增補(bǔ)漏斗(15)的進(jìn)入量，以便將材料供給擠出機(jī)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)漏斗可以是強(qiáng)制供料，而一個(gè)漏斗可以借助重力供料?；蛘撸瑑蓚€(gè)漏斗都可以是強(qiáng)制供料以實(shí)現(xiàn)所需的擠出機(jī)進(jìn)料速率。在圖2所示的實(shí)施例中，側(cè)漏斗(10,1 是將材料強(qiáng)制供給擠出機(jī)。設(shè)置該附加漏斗和側(cè)進(jìn)口可以使同樣尺寸的擠出機(jī)具有更大的進(jìn)料量。該擠出機(jī)操作方法至少在擠出機(jī)的進(jìn)料口端提供擠出機(jī)的側(cè)供給(進(jìn)料)。在進(jìn)料口處進(jìn)行擠出機(jī)的側(cè)進(jìn)料，允許擠出機(jī)以在擠出機(jī)上可用的扭矩所確定的進(jìn)料速率進(jìn)行運(yùn)行。按本文所述的方式對(duì)擠出機(jī)實(shí)行側(cè)供給的方法，可以完全調(diào)控在更小直徑比和更小比扭矩水平下擠出機(jī)所能接受的材料量。所述的擠出機(jī)操作方法要求該擠出機(jī)具有至少1. 4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿根部直徑d。該擠出機(jī)包括至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，它們被設(shè)置在缸孔的附近并通向所述的缸孔，而至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入缸孔的側(cè)進(jìn)口。材料通過(guò)這些漏斗(其中至少一個(gè)側(cè)漏斗)被供給擠出機(jī)。該方法還要求，所述的第一和第二螺旋軸中的每一根是以至少IOOOrpm的轉(zhuǎn)速和以至少8. 5Nm/cm3的扭矩密度被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)，采用可提供正向傳送作用的元件。參照?qǐng)D4，圖中示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的擠出機(jī)，它具有兩個(gè)圓柱形的缸孔(1，2)。 該擠出機(jī)包括一根第一軸(16)和一根第二軸(18)，分別具有一個(gè)連接于該第一軸并包括一第一臺(tái)階(flight) (17)的第一進(jìn)料口元件和一個(gè)連接于該第二軸并包括一第二臺(tái)階 (19)的第二進(jìn)料口元件。如圖5所示，底切部(3 是由第一和第二元件的臺(tái)階(f)所限定。該第一臺(tái)階和第二臺(tái)階兩者限定了一個(gè)底切部。該底切部允許進(jìn)料口元件推動(dòng)材料前進(jìn)通過(guò)該擠出機(jī)系統(tǒng)并在處于或超過(guò)特定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生正向(positive)傳送作用。該進(jìn)料口元件較佳地具有單臺(tái)階，但也具有一個(gè)以上的臺(tái)階。在該臺(tái)階的一個(gè)軸向剖視圖中，該底切部的尺寸和形狀較佳地是相對(duì)于進(jìn)料口元件的軸線構(gòu)成一個(gè)銳角。典型地，常規(guī)的擠出機(jī)系統(tǒng)的單臺(tái)階進(jìn)料口元件，具有在進(jìn)料口元件的臺(tái)階之下的一個(gè)90度或90度以上的角度。然而，該較佳實(shí)施例的進(jìn)料口元件，宜具有一個(gè)小于85度的角度且更佳地75度的角度，以便構(gòu)成該底切部。根據(jù)本發(fā)明一方面的擠壓方法，要求上述元件被用在以至少IOOOrpm轉(zhuǎn)速運(yùn)行的擠出機(jī)上。此外，擠出機(jī)的容積比至少是1.4，并且擠出機(jī)由至少一個(gè)側(cè)進(jìn)料口供料。這種操作方法顯著降低了運(yùn)行成本，并且提供了所需的剪切速率和通過(guò)量(through put)。已對(duì)一種21. Imm中心距并具有從1. 27至1. 89范圍內(nèi)多個(gè)D/d比值的擠出機(jī)，研究了其容積容量及在規(guī)定的比扭矩時(shí)的最大可能功率，其研究的結(jié)果在表1中列示?；谒鲂畔?，計(jì)算了在50%注滿程度時(shí)的平均滯留時(shí)間，計(jì)算結(jié)果在表2中列示。通常，應(yīng)用受到扭矩的限制，對(duì)D/d = 1.4和1.49計(jì)算了滯留時(shí)間并與D/d= 1.55和1.71相比較。 隨著平均剪切強(qiáng)度D/f的增大，在更低的比扭下就可獲得相當(dāng)?shù)臏魰r(shí)間。如表3中所示，對(duì)D/d >1.4的擠出機(jī)，通過(guò)使用如上一節(jié)中所闡述的特定元件， 并通過(guò)克服進(jìn)料限制和采用更高的扭矩限值輸出(遠(yuǎn)超D/d > 1.5擠出機(jī)的扭矩限值輸出)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)擠出作業(yè)的更好控制。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的方法為較大吞吐量或通過(guò)量(through put)的機(jī)器提供了更大扭矩傳送能力。該方法不必限制設(shè)計(jì)并允許更小型機(jī)器提供更大生產(chǎn)能力而不影響混合效率，由此降低了對(duì)場(chǎng)地空間的要求并提供操作上的方便性。如上所述的這些元件以及附加的側(cè)供給，克服了擠出機(jī)的供給限制并可允許更大的通過(guò)量，而無(wú)需增大容積比或扭矩密度。本發(fā)明的方法還允許使用具有比扭矩> 17Nm/cm3的最高扭矩密度使用擠出機(jī)。由此，就可獲得更大的輸出、更好的產(chǎn)品質(zhì)量和對(duì)資源的更有效利用。
權(quán)利要求
1.一種擠出機(jī)的操作方法；該擠出機(jī)包括一個(gè)具有至少兩個(gè)圓柱形缸孔的缸體，每個(gè)缸孔具有一根與另一根軸線相平行的軸線，而該第一軸線和該第二軸線之間的距離為“a”；置于該第一和第二缸孔中的至少一根第一螺旋軸和一根第二螺旋軸；該第一和第二螺旋軸分別設(shè)置有第一和第二螺桿；該第一螺桿和第二螺桿各自具有擠出機(jī)直徑D和螺桿根部直徑d ；該第一和第二螺旋軸各自具有至少1. 4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿內(nèi)徑d;至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，該進(jìn)料漏斗設(shè)置在所述缸孔附近并通向所述的缸孔，而至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入該缸孔的側(cè)進(jìn)口； 該方法包括通過(guò)該至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗將待加工的材料供入該缸孔； 傳送該材料通過(guò)從該進(jìn)料漏斗至該擠出機(jī)出料口的擠出機(jī)長(zhǎng)度； 以至少IOOOrpm的轉(zhuǎn)速及至少8. 5Nm/cm3的扭矩密度驅(qū)動(dòng)所述第一和第二螺旋軸的每一根；該扭矩密度被定義為第一和第二軸的每一根上的扭矩除以第一和第二軸線之間的距離‘a(chǎn)，的三次方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，材料是由至少一個(gè)側(cè)漏斗供入擠出機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，材料是由側(cè)漏斗被強(qiáng)制供入擠出機(jī)。
4.一種擠出機(jī)的操作方法；該擠出機(jī)包括一個(gè)具有至少兩個(gè)圓柱形缸孔的缸體，各缸孔具有一根與另一根軸線相平行的軸線， 而該第一軸線和第二軸線之間距離為“a” ；置于該第一和第二缸孔內(nèi)的至少一根第一螺旋軸和一根第二螺旋軸；該第一和第二螺旋軸分別設(shè)置有第一螺桿和第二螺桿，各螺桿包括至少一個(gè)元件；該第一和第二螺桿各具有擠出機(jī)直徑D和螺桿根部直徑d ；該第一和第二螺旋軸各具有至少1. 4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿根部直徑d ；連接于第一軸并包括一個(gè)第一臺(tái)階的第一進(jìn)料口元件，一個(gè)連接于與第一進(jìn)料口元件相鄰的第二軸并包括一個(gè)第二臺(tái)階的第二進(jìn)料口元件，其中當(dāng)該第一進(jìn)料口元件和該第二進(jìn)料口元件以相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該第一臺(tái)階和第二臺(tái)階適合于共同工作產(chǎn)生局部真空，起到如同容積泵(appositive displacementpump)作用從而傳送材料；至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，所述進(jìn)料漏斗設(shè)置在該兩個(gè)缸孔附近，并通向所述的缸孔，而至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入該缸孔的側(cè)進(jìn)口； 該方法包括通過(guò)該至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗將待加工的材料供入該缸孔； 傳送該材料通過(guò)從該進(jìn)料漏斗至該擠出機(jī)出口的擠出機(jī)長(zhǎng)度； 以至少IOOOrpm的轉(zhuǎn)速及至少8. 5Nm/cm3的扭矩密度驅(qū)動(dòng)所述第一和第二螺旋軸的每一根；該扭矩密度是由第一和第二軸的每一根上的扭矩除以第一和第二軸線之間的距離’ a’的三次方來(lái)定義。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該第一臺(tái)階和第二臺(tái)階限定一個(gè)底切部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該底切部小于85度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，該擠出機(jī)是以至少17Nm/cm3的扭矩密度運(yùn)行。
8. 一種擠出機(jī)操作方法，其特征在于，該方法基本上是如說(shuō)明書參見(jiàn)附圖所描述的和如附圖所闡述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種擠出機(jī)的操作方法；該擠出機(jī)包括一個(gè)具有至少兩個(gè)圓柱形缸孔的缸體，每一個(gè)缸孔具有一根與另一軸線相平行的軸線，該第一和第二軸線之間的距離為“a”；至少一根第一螺旋軸和一根第二螺旋軸被置于該第一和第二缸孔中；該第一和第二螺旋軸分別設(shè)置有第一螺桿和第二螺桿；該第一螺桿和第二螺桿各自具有擠出機(jī)直徑D和螺桿根部直徑d；該第一和第二螺旋軸各自具有至少1.4的容積比，其中該容積比被定義為擠出機(jī)直徑D除以螺桿根部直徑d；至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗，所述進(jìn)料漏斗被設(shè)置在該兩個(gè)缸孔附近并通向所述的缸孔，且至少一個(gè)進(jìn)料漏斗具有一個(gè)進(jìn)入該缸孔的側(cè)進(jìn)口；該方法包括通過(guò)該至少兩個(gè)進(jìn)料漏斗將待加工的材料供入該缸孔；傳送該材料通過(guò)從該進(jìn)料漏斗至該擠出機(jī)出料口的擠出機(jī)長(zhǎng)度；以至少11000pm的轉(zhuǎn)速及至少8.5Nm/cm3的扭矩密度驅(qū)動(dòng)所述第一和第二螺旋軸的每一根；該扭矩密度被定義為第一和第二軸的每一根上的扭矩除以第一和第二軸線之間的距離’a’的三次方。
文檔編號(hào)B29C47/38GK102227300SQ200880132061
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月29日
發(fā)明者巴布·帕德馬納班 申請(qǐng)人:思蒂亞工程私人有限公司