专利名称：用于加工聚合物材料的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种一种用于加工聚合物材料、特别是橡胶的装置和方法，所述装置 特别是构造成挤出机，所述装置包括第一螺杆和第二螺杆，其中两个螺杆具有不同的长度。
背景技术：
一种这样的装置用于连续地加工橡胶，其中所述装置实施增塑工作。增塑通过混 合物的分割和分配而进行。在此所带来的消耗不允许导致超过许可的温度值。增塑的橡胶 混合物是必需的，以便在挤出机头中实现均勻的成形。此外，在含有天然橡胶成分的混合物中需要额外的剪切能量，以便得到均勻的化 学结构(重结晶的减少，部分地减少分子链)。在混合物制备时，这相应于在基本混合物和 成品混合物前的素炼工艺过程。用于连续加工橡胶混合物的现有技术是的单螺杆挤出机的冷进料以及后接的成 型的挤出头。通过单螺杆挤出机可以足够地将增塑功率引入到混合物中，然而热量排出的可能 性由于高的通道容积/冷却表面的比例而受到限制。所以可达到的生产能力由于必需的增 塑功率和最大的加工温度而受到限制。作为另一种方案，使用由碾压机或挤出机构成的机器设备，以及使用碾压机与具 有挤压头的热进料的单螺杆挤出机串联设置。碾压机通过在辊间隙中以温度温和的膨胀流的形式分散的混合和通过在辊上的 滚动凸缘中分配的混合而均勻化和增塑材料。辊是恒温的并控制混合温度。所需的能量通 过在碾压机上的停留时间输入并且与工艺过程或混合物相匹配。一种这样的系统是耗费人 工和成本的。在塑料加工中所谓的双螺杆是现有技术。双螺杆挤出机在实际中应理解为所有常 见的增塑装置、挤压机和注塑机，它们装有两个互相并排的螺杆。为了实施不同的方法任务已知的是，双螺杆挤出机的螺杆以不同的螺杆段构成， 其单个地由连续的螺杆元件和揉捏元件(Knetelementen)构成。这样的方法任务例如是在 加入添加剂和填料时并且在引入剪切力和在保持一定的与加工物有关的温度分布曲线下 进行聚合物材料的混合、熔化、脱气和均勻化。与只具有一个螺杆的挤出机不同，它具有的优点是，要加工的材料更好地混合和 增塑。当螺杆沿相同方向转动时，不能建立用于均勻地成形型材的压力。因此这些系统或 者用于制备混合物或者用于与齿轮泵组合。同向运行的双螺杆挤出机和齿轮泵的组合从粉 末橡胶的直接加工中是已知的。齿轮泵是有缺点的，因为它不是自动净化的。橡胶带(所谓的衬里皮)被同向运行的系统不利地引入。在此必须使用两个同向 转动的螺杆。锥形的相互嵌入的同样长的螺杆在内混合器或碾压机后使用。这种系统也不 是无波动地工作或不构成必需的挤出压力。因此存在许多附件，代替由双螺杆和齿轮泵的串联结构或双螺杆和单螺杆的串联结构而使用具有两个不同长度的螺杆的双螺杆挤出机。在DE 10 2005 014 171 Al中描述了一种用于加工橡胶的挤出机，其具有两个不同长度的螺杆，其中螺杆的外径在纵向延伸方向具有不同的直径。两个螺杆可以以相 反的方向转动。具有两个不同长度的螺杆的挤出机的其它应用情况由DE 1 810 061、JP 07-266339A、JP05-042580A 和 US 2004/0048967A1 已知。现有技术是，两个螺杆以相同螺杆转速转动。这意味着，在恒定转速和生产能力的 情况下仅仅通过改变螺杆几何形状或在小的范围内通过机器温度调节能够影响在挤出机 中的停留时间并且从而影响所输入的剪切能量。关键的是在短的螺杆的末端处布置材料转送位置，因为在那里可导致与混合有关 的压力波动，其阻止均勻的成型。在JP 2007-069372A中描述了一种用于加工塑料的双螺杆挤出机，其中螺杆分别 具有单独的驱动装置。螺杆是同样长的，并且能够反向运行地且以不同转速驱动。利用不同 的螺杆转速的可能性，以便影响加工参数，如生产能力或熔融性能。螺杆转向也是可变的。 不利的是，具有两个同样长的、不相互嵌入的螺杆不能建立足够均勻的和高的压力，以便通 过后接的挤压头来实现均勻的成形。在DE 299 07 974U1中描述了一种具有短的输入辊和长的挤出机螺杆的挤出装 置，其中输入辊和挤出机螺杆具有单独的驱动电机。分开驱动的、短的输入辊对高效的温度 温和的材料增塑没有帮助，而是有助于材料送入。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在温度没有不期望升高的情况下能够实现输送和增 塑的方案。此外，紧接着增塑在温度升高最小的情况下可实现压力的建立。工艺过程应能 够这样地控制，使得在无需改造措施或长的清洁时间的情况下能够在所述装置上加工不同 的橡胶混合物。该目的根据本发明通过按照权利要求1和22的特征的装置而实现。本发明的其 他的构造可由从属权利要求得出。根据本发明因此设置用于加工聚合物材料的、特别是橡胶的装置，所述装置特别 是构造成挤出机，所述装置包括第一螺杆和第二螺杆，其中第二螺杆的尺寸设计成比第一 螺杆长。两个螺杆中的每一个相互独立地驱动和以相互独立的转速和/或转向运行。由此 能够以较小的耗费调节从第一区域至第二区域的过渡区域中的压力和无波动的生产能力， 并且同时确保对于均勻性和质量的所期望的需求。通过在螺杆转速能够分开地调节情况下 针对材料的区配例如在碾压机中能够改变停留时间和从而改变增塑功率。在此螺杆可以具 有一致的或不同的直径，其中例如第二螺杆在双螺杆区域中可以具有比第一螺杆更大的直 径。本发明的特别有利的实施方式如下地实现，即所述装置具有一个包围两个螺杆 的、通过第一螺杆的末端限定的第一区域和一个与第一区域相连接的、通过第二螺杆相对 于第一螺杆的朝向出口的突出部确定的第二区域。其中在配设双螺杆的第一区域中输入材 料，并且然后进行增塑和均勻化。与此相连接的是在双螺杆的端部上的具有封闭的外壳圆 筒的区域。在进一步相连的从双螺杆至单螺杆的过渡区域中可监控材料压力，并且材料压力例如通过改变螺杆的转速来调节。然后第二螺杆的突出部作为单螺杆朝出口的方向输送 材料。当所述装置与一挤出头相连接，以便能够实现材料的特别是连续地成形，第二螺杆克 服所产生的挤出阻力输送材料。在此特别符合目的的是，对于螺杆，能够根据借助于传感器测得的测量值、特别是 材料的压力或温度同时调节转向和/或转速，以便基于装置或环境的所测得的测量值以及 相关的参数和经验值借助于转向和/或转速实现对工艺过程控制和调节。在此转速也可以 波动地控制。原则上可以构造用于将可变的驱动功率传递到两个螺杆上的共同的驱动装置。相 反地，特别合适的是，给每个螺杆配设一个单独的驱动装置，从而能够实现转动运动的快速 且同时独立的调节。如下地实现本发明的也特别地带来好处的另一个变型方案，即两个螺杆在第一 区域中被外壳壁封闭，其具有至少一个横向于螺杆旋转轴线的扩展部。由此，特别是设计 成圆筒的外壳壁局部地通过例如径向的扩展部敞开地构成，例如在相应的螺杆齿上形成揉 捏。从而也如在碾压机上生成混合部段。在此例如外壳壁可由半壳体构成并且从而螺杆朝 半体敞开地放置。在此扩展部也可以构造成圆筒壁不完全包围螺杆的一个区域。此外扩展 部侧向定位在螺杆的旁边。在此特别合适的是，径向的扩展部的容积是可调节的，以便混合室容积能够匹配 相应的过程参数以及能够调节混合室容积。为此以简单方式通过可移动的活塞或柱塞限定 径向的扩展部，所述活塞或柱塞可以是可液压控制的。通过调节容积而影响材料在所述装 置中的停留时间。附加地，在工艺过程没有压力的情况下在这个部段中施设真空，以便去除 来自混合物的挥发性的(flilchtige)组成成分。此外特别符合目的的是，所述装置在第一区域中具有特别是可调节的和/或沿轴 线方向可移动的阻塞件，以便进一步优化材料输送的过程。也特别带来好处的构造通过以下措施实现，即在第一区域向第二区域的过渡区 域中可施设负压、特别是真空，以便能够去除来自材料的挥发性的组成成分。为此所述装置 例如与真空导管连接或装有一个真空泵。在此被证明为特别有利的是，第二螺杆在纵向延伸方向具有至少两个具有不同直 径的部段，以便实现必需的输送功率。所述装置的另一个主要的改进也这样地实现，即所述装置具有多个配设于螺杆 的混合元件和/或在销平面中设置的销，通过该销可以根据相应的材料来优化混合。为此， 所述销在它的位置中是可变的或可移除的。另一个带来好处的可使用的构造这样地实现，即所述两个螺杆中的至少一个构 造成模块化的，特别是借助于插接连接构成，从而与在材料加工的相应的情况的匹配能够 以较小的费用实现。特别是第二螺杆在第二区域中具有径向的扩展部，所述扩展部在两个区域(亦即第一螺杆的末端部段)之间的过渡区域中可以具有持续的、例如是锥形的走向。本发明的另一个特别接近实际的变型方案这样地实现，即第一螺杆的长度的尺 寸确定成材料在第一区域内增塑和均勻化，从而在第二区域中以有利的方式可以实现所期 望的压力形成和均勻的材料输送。
螺杆原则上可以设计成啮合地、也就是相互嵌入地作用。与此相反地，值得期待的有特别的效果的是，两个螺杆相切地或相接触地设置，从而实现相互独立地控制独立的驱 动装置的转动运动。甚至螺杆的停止也能够按所需的方式实现。螺杆原则上互相并排或互相重叠地设置，其中根据优选的变型方案，这些螺杆互 相平行地设置，亦即螺杆轴平行地延伸。此外值得期待的有效果的是，所述装置具有包围螺杆的、可打开的圆筒，以明显地 改善可接近性。原则上所述装置能够输送几乎是任意的材料。然而特别接近实际的变型方案是， 在该变型方案中，所述装置可输送作为材料的橡胶带、橡胶皮、橡胶球和/或粒状物。例如 橡胶带也可以与橡胶球一起输送。橡胶混合物可以以成品混合物或仅仅以预混合物输送。此外在一种变型方案中可以将其他的组分加入到材料中，按照该变型方案，所述 装置具有用于附加的材料的入口。这例如可以是其他的组分和/或来自产品的材料再循环 物。此外，本发明的目的通过借助于具有两个不同长度的螺杆的装置来加工聚合物材 料、特别是橡胶的方法来实现，即两个螺杆中的每一个螺杆相互独立地驱动并且以相互独 立的转速或转向运行。以这种方式能够以较小的耗费调节从第一区域至第二区域的过渡区 域中的压力和无波动的(pulsationsfreier)生产能力，并且同时确保对于均勻性和质量 的所期望的需求。
本发明允许不同的实施方式。为了进一步说明它的基本原理将在附图中示出并且 随后进行描述。附图示出的是图1示出装备有两个不同长度的螺杆的装置的俯视图；图2示出在图1所示的装置的侧视图。
具体实施例方式以下借助于图1和2更详细地说明根据本发明的装置3，它们以原理图示出用于加 工聚合物材料特别是橡胶的装置3的俯视图和侧视图，所述装置设计成挤出机并且装有第 一螺杆1和第二螺杆2。在此，第二螺杆2的尺寸确定成比第一螺杆1长。特别是所述装 置3因此具有一个包围所述两个螺杆1、2的、通过第一螺杆1的末端限定的第一区域4和 一个与第一区域4相连接的第二区域5。因此所述第二区域5基本上对应于第二螺杆2相 对于第一螺杆1的突出部6。在第一区域4中，两个螺杆1、2作为双螺杆相互并排放置。在 此相互反向地进行驱动，其中螺杆1、2并不是相啮合地而是仅仅相切地并排设置。在起始 区域中，用混合物作为材料给挤出机进料。紧接在所述起始区域之后进行材料的增塑和均 勻化，在此所述两个螺杆1、2在第一区域4中，被设计成圆筒的外壳壁包围，其具有至少一 个径向的扩展部9。所述径向的扩展部9的容积预先设定成固定的或例如可借助于柱塞来 调节。由此，外壳壁是局部地敞开的，在螺杆齿上形成揉捏(Knet)。同时调节成压力中性的 (druckneutraler)状态，在该压力中性的状态中基本上没有剪切力，而只出现转动力并且 因此避免了不期望的温度输入。另外，借助于柱塞可以将任意的压力施加到混合物上。在第一螺杆1的被封闭的外壳壁包围的末端区域中，实现将材料输送到第二螺杆2的构造成单螺杆的突出部6，其确定第二区域5。在第一区域4和第二区域5的过渡区域中，第二螺 杆2作为锥形的扩展部7从在双螺杆区域中的直径d2过渡为具有较大直径D2的部段。在 这个过渡区域中的压力借助于控制装置监控，并且可以例如通过改变第一螺杆1的转速来 调节。在选择匹配的螺杆几何时，在第一区域4向第二区域5的过渡区域中可施加一负压， 特别是真空，以便能够去除来自材料的挥发性的组成成分。在第二区域5中，材料尽可能均 勻地朝螺杆尖端的方向输送，其中在这个区域5中附加地能够使用销8。
权利要求
一种用于加工聚合物材料、特别是橡胶的装置(3)，所述装置特别是构造成挤出机，所述装置包括第一螺杆(1)和第二螺杆(2)，其中两个螺杆(1、2)具有不同的长度，其特征在于，对于两个螺杆(1、2)中的每一个螺杆，能够相互独立地调节转向和/或转速。
2.按照权利要求1的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)具有一个包围两个螺杆(1、 2)的、通过第一螺杆(1)的末端限定的第一区域(4)和一个与第一区域(4)相连接的、通过 第二螺杆(2)的朝向出口的突出部(6)确定的第二区域(5)。
3.按照权利要求1或2的装置(3)，其特征在于，第二螺杆(2)在纵向延伸方向上具有 至少两个具有不同直径(d2，D2)的部段。
4.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，外壳壁在第一区域(4)中在 至少一个部段中具有至少一个横向于螺杆(1、2)的旋转轴线的扩展部(9)，该扩展部不完 全地包围两个螺杆(1、2)或一个螺杆(1、2)。
5.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，第一螺杆(1)的长度和直径 确定成使得能够增塑的材料。
6.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，对于所述螺杆(1、2)，能够 根据借助于传感器测得的测量值，特别是材料的压力或温度调节转向和/或转速。
7.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述两个螺杆(1、2)能够相 互反向地驱动。
8.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，给每个螺杆(1、2)配设一个 单独的驱动装置。
9.按照权利要求8的装置(3)，其特征在于，能够调节径向的扩展部(9)的容积。
10.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)在第一区域 (4)中具有特别是可调节的和/或可沿轴向方向移动的阻塞件。
11.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，在第一区域(4)至第二区 域(5)的过渡区域中能施加负压，特别是真空。
12.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)至少具有用 于附加的材料组分的入口。
13.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)具有多个配 设于螺杆(1、2)的混合元件。
14.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置具有多个配设于 螺杆(1、2)的、特别是在销平面中设置的销(8)。
15.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述两个螺杆(1、2)相切 地设置。
16.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述螺杆(1、2)互相平行 地设置。
17.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)具有包围螺 杆(1、2)的、能打开的圆筒。
18.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，橡胶带、橡胶皮、橡胶球和 /或粒状物作为材料能够输送给所述装置(3)。
19.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，材料能够连续或间断地输送给所述装置(3)。
20.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述两个螺杆(1、2)中的 至少一个构造成模块化的，特别是借助于插接连接构成。
21.按照上述权利要求至少之一项的装置(3)，其特征在于，所述装置(3)与一挤出头 相连接。
22.一种用于加工聚合物材料、特别是橡胶的方法，借助于按照上述权利要求至少之一 项的装置(3)，所述装置具有两个不同长度的螺杆(3)且构造成一挤出机，其特征在于，两 个螺杆(1、2)的每一个螺杆相互独立地驱动并且以相互独立的转速和/或转向运行。
23.按照权利要求22的方法，其特征在于，使材料在第一区域(4)内增塑。
24.按照权利要求22或23的方法，其特征在于，对于螺杆(1、2)，根据借助于传感器测 得的测量值，特别是材料的压力或温度来调节转向和/或转速。
25.按照权利要求22-24至少之一的方法，其特征在于，相互反向地和/或相互独立地 驱动所述两个螺杆(1、2)。
26.按照权利要求22-25至少之一的方法，其特征在于，在不升高温度的情况下进行输 送和/或增塑。
27.按照权利要求22-26至少之一的方法，其特征在于，紧接在均勻化和增塑之后，在 仅仅微小地升高温度的情况下实现压力形成。
28.按照权利要求22-27至少之一的方法，其特征在于，在双螺杆区域至单螺杆区域的 过渡区域中监控压力并且特别地通过改变螺杆(1、2)的转速来调节压力。
29.按照权利要求22-28至少之一的方法，其特征在于，调节径向的扩展部(9)的容积。
30.按照权利要求22-29至少之一的方法，其特征在于，使配设于第一区域(4)的阻塞 件沿轴向方向移动。
31.按照权利要求22-30至少之一的方法，其特征在于，在第一区域(4)至第二区域 (5)的过渡区域中施加负压，特别是真空。
32.按照权利要求22-31至少之一的方法，其特征在于，输入橡胶带、橡胶球、橡胶皮和 /或粒状物作为材料。
33.按照权利要求22-32至少之一的方法，其特征在于，连续地特别是以恒定速度输入 材料，或者间断地输入材料。
34.按照权利要求22-33至少之一的方法，其特征在于，螺杆长度和/或螺杆直径与材 料性能相匹配。
35.按照权利要求22-34至少之一的方法，其特征在于，将未完成混合的材料输送给所 述装置。
36.按照权利要求22-35至少之一的方法，其特征在于，在至少一个入口处将不同的材 料组分输送给所述装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于加工聚合物材料、特别是橡胶的装置(3)，所述装置特别是构造成挤出机，所述装置包括第一螺杆(1)和第二螺杆(2)，其中第二螺杆(2)的尺寸设计成比第一螺杆(1)长。对于两个螺杆(1、2)中的每一个螺杆，能够相互独立地调节转向和/或转速。所述螺杆(1、2)的驱动沿相反方向进行，其中螺杆(1、2)不是啮合地而仅仅相切地并排地设置。由此能够以较小的耗费调节从第一区域至第二区域的过渡区域中的压力和无波动的生产能力，并且同时确保对于均匀性和质量的所期望的需求。通过在螺杆转速能够分开地调节情况下针对材料的区配能够改变停留时间和从而改变增塑功率。
文档编号B29C47/50GK101842214SQ200880114047
公开日2010年9月22日 申请日期2008年8月18日 优先权日2007年10月29日
发明者T·C·波尔 申请人:特乐斯特有限及两合公司