专利名称：双轴螺旋式挤压机、特别是双轴挤压机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1所述的双轴螺旋挤压机。
不同布置形式的各种搅拌元件常常用于对加入到双轴挤压机中的填充材料和强化材料的混合物进行搅拌。由于它们分散和分布的搅拌效果，这些搅拌元件能够使添加到塑料基体中的、由填充材料和强化材料组成的混合物均匀。当在塑料基体中加入加强填充材料时，例如加入玻璃纤维时，每根纤维的长度应尽可能不变，以使最终产品具有尽可能高的机械特性。在对产品的热均匀性和机械均匀性有所要求时，就需要尽可能地保持纤维的长度。由于这些已知的搅拌元件的分散程度过高，已知的搅拌元件都会对纤维造成一定程度的破坏，并且无法获得令人满意的均匀性。
美国专利3,195,868公开了一种连续搅拌器，在这种连续搅拌器的外壳中有两个平行和贯通的壳体内孔。每个壳体内孔中都装有一根沿同一方向转动的轴。彼此成对工作的搅拌元件安装在轴上，并且搅拌元件上具有在转动过程中互相嵌套的搅拌翼。这些搅拌翼固定在作为搅拌部分的叶片形的盘上。这些搅拌翼允许材料无阻碍地在壳体内沿输送方向通过。
欧洲专利EP 02699133A2中也有相似的搅拌部分设计。
本发明的目的是提供一种通用的螺旋式挤压机，特别是对于纤维类填充材料和加强填充材料来说，这种挤压机能够使它们在塑料基体中获得均匀的分布，同时，对纤维的破坏降到了最低程度，并且材料能够具有充分的湿润性。
根据本发明，通过权利要求1特征部分中的特点，上述的目的得以实现。根据从属权利要求，本发明的众多优点以及优选实施例将会更加清楚。
本发明使得流过螺旋式挤压机的材料能够强行进入位于搅拌元件之间的搅拌室，在搅拌室中，材料再次受到搅拌翼的搅拌。对搅拌翼的高分散程度和低分散程度的要求，主要是为了尽可能不对加强填充材料(例如纤维)造成破坏，特别是不对玻璃纤维造成破坏，根据本发明，可以提高或降低搅拌翼的分散程度或分布程度。
根据参考附图，通过对一实施例的详细描述，本发明的其它特点、优点及详细情况将会变得更加清楚。在参考附图中
图1是一剖去了部分外壳的双轴挤压机的平面视图，图2是图1的放大局部断面视图，图3是图1和图2中一对搅拌元件的平面视图，图4是沿图3中断面线IV—IV剖分的搅拌元件的断面视图，以及图5表示了图4中的搅拌元件在转过一定角度以后所处的位置。
图1表示了一台剖去了外壳2的双轴挤压机1。双轴挤压机1包括两根轴3和4，轴3和4的轴线5和6彼此平行延伸。电动机7通过多输出减速箱8驱动轴3和4。在靠近减速箱8的外壳2上，布置有一个供料漏斗9(仅粗略绘出)，用于向挤压机1提供将要在挤压机1中熔化的聚合物。在漏斗9的下游和下方有一个供料区域10，在此区域中，轴3和4上装有输送螺旋元件11。在供料区域10下游的熔化区域12中，轴3和4上装有搅拌部件13。熔化区域12的下游是聚集区域14，在此区域中，轴3和4上装有返回输送螺旋元件15，返回输送螺旋元件15的螺旋方向与输送螺旋元件11的螺旋方向相反。聚集区域14的下游是添加区域16，在添加区域16中，轴3和4上又装有输送螺旋元件17，用于沿挤压机1的输送方向18传送物料。在与返回输送螺旋元件15相邻的下游位置上，添加漏斗19(粗略绘出)与外壳2的内部相通。添加漏斗19的作用是向熔化物添加诸如玻璃纤维等添加物。
添加区域16的下游是搅拌区域20，在此区域中，轴3和4上分别装有两个搅拌元件21和22，在某一时刻，其中的两个搅拌元件21和22将彼此嵌套，后面将对搅拌元件21和22的细部结构进行详细描述。在上述两对彼此嵌套的搅拌元件21和22之间布置有相对较短的输送螺旋元件23。在搅拌区域20的下游是通风区域24，通风口25(粗略绘出)加工在此区域中的外壳2上。在通风区域25中，输送螺旋元件26安装在轴3和4上，用于沿着输送方向18向排料区域27传送加有填充材料和加强材料的聚合物，其中，排料区域27具有作为排料元件28的带口的脱料部分。
图2是一放大视图，表示了挤压机1上从供料区域10到通风口25的部分。如图2所示，螺旋元件11，15，17和26沿同一方向(即转动方向29)啮合转动。
彼此成对嵌套的搅拌元件21和22在结构上是相同的。它们都有一个封闭的环形盘30，环形盘30在径向上延伸到壳体内孔32或33的圆柱扇形内壁31，其中，上述壳体内孔32或33分别容纳了轴3或轴4，并且在环形盘30的外圆周表面34和相应的壳体内孔32或33的内壁31之间保留有从零点几毫米到不足几毫米的间隙35。
环形筒36安装在相应的封闭环形盘30上或与相应的封闭环形盘30加工成一体，环形盘30和环形筒36相对于轴线5或6是同轴布置的。如图4所示，在环形筒36的内表面以及相应的环形盘30的内表面上加工有内齿37，并且内齿37与轴3或轴4上的外齿38相对应，使得搅拌元件21和22能够无相对转动地固定在轴3和4上。前述的其它元件也是用这种方法无相对转动地固定在轴3和4上的。
在装有或加工有环形筒36的环形盘30的一侧，在环形盘30的、与环形筒36相邻的前端面39上固定有搅拌翼40和41。搅拌翼40和41的外侧面42与相应的环形盘30的外圆表面34平齐，即外侧面42的形状与外圆表面34相同。此外，搅拌翼40和41还包括一个指向转动方向29的前侧面43和一个背向转动方向29的后侧面44，以及一个面对环形筒36的内侧面45。搅拌元件21上的搅拌翼40沿着与输送方向18相反的方向延伸，而相应的搅拌元件22上的搅拌翼41则沿着与输送方向相同的方向延伸。
轴3和4的轴线5和6之间具有轴间距a，由于两个壳体内孔32和33彼此部分贯通，因此，轴间距a小于壳体内孔32和33的直径D，其中，壳体内孔32和33的直径是相等的。环形盘30的半径为R30，由于间隙35的存在，半径R30小于D/2。环形筒36的半径为R36，并且在搅拌元件21或22的环形盘30的外圆表面34与相配的另一搅拌元件22或21的环形筒36的外圆表面46之间有一个宽度为b的间隙47。有关的几何尺寸满足关系a＝R30＋R36＋b。间隙47的宽度b可以与间隙35相等。当两个搅拌元件21和22彼此装配成具有如图1～3所示的关系时，搅拌翼40和41的前端面48将分别延伸到另一个带有搅拌翼41和40的环形盘30的前端面39，并且在它们之间留有一个小间隙49。
轴3和4沿着相同的转动方向29转动，在转动时，两个搅拌元件21和22上的搅拌翼40和41的内侧面45不时彼此越过。内侧面45为平面，相对于环形盘30的圆柱形外表面34来说，内侧面45构成了割线。如图3和图4所示，当两个相配的搅拌翼40和41完全重叠时，两个搅拌翼40和41的内侧面45将彼此平行延伸，并且在它们之间存在一个间隙50，根据R30和R36尺寸的不同，间隙50的宽度c可以在零点几毫米到不足几毫米之间取值。当两个搅拌翼40和41在转动过程中彼此接近或彼此分离时，间隙50的宽度较大；而当两个内侧面45彼此平行时，即当两个搅拌翼40和41完全重叠，使得它们的对称平面51彼此重合，并同时通过轴线5和6时，上述间隙宽度c达到最小值。
所有的搅拌翼40和41都是相同的，也就是说，相对于对称平面51是镜面对称的，其中，对称平面51分别通过轴线5和6，并位于外侧面42和内侧面45的中部。搅拌翼40之间和搅拌翼41之间都具有相同的角间距d，使得当采用4个搅拌翼40和41时，其角间距d为90°。
前侧面43和后侧面44的结构使得它们之间不会发生干涉，并且当它们彼此越过时，它们之间有一个间隙52。如图5所示，当搅拌元件21和22相对于图3和图4所示的内侧面45完全重叠的位置转过d/2的角度时，搅拌元件21上的搅拌翼40的前侧面43与搅拌元件22上的搅拌翼41的后侧面44相重叠，反之亦然。在这种情况下，搅拌翼40的前侧面43与搅拌翼41的后侧面44彼此相对，反之亦然。前侧面43和后侧面44最好与内侧面45一样为平面。当搅拌翼40和41的前侧面43和后侧面44在转动过程中越过搅拌翼41和40的后侧面43和前侧面44时，为了防止搅拌翼40和41之间的干涉，间隙52必须具有足够的宽度。当然，随着前侧面43越过后侧面44的转动，这一间隙宽度是变化的。间隙52的最小宽度e如图5中左侧所示。这一最小间隙宽度e是这样得到的，即搅拌翼40的前侧面43和外侧面42之间的棱边53不应与搅拌翼41的后侧面44和内侧面45之间的棱边54发生干涉，反之亦然。图5中的右侧表示了具有较大宽度e′的间隙52。根据R30和R36尺寸的不同，以及根据搅拌翼40和41在圆周上分布数目的不同，即根据角间距d的不同，间隙52的间隙范围e′～e可在零点几毫米到不足几毫米之间取值。
应当注意到这样一个事实，可以将前侧面和后侧面43和44分别加工成圆柱扇形面，使得间隙宽度e在理论上为零。
搅拌翼40和41的最大可能断面分别是这样确定的当图3和图4所示的两个嵌套的搅拌翼彼此转动越过时，在两个搅拌翼40和41彼此重叠的位置上，使间隙50的宽度c趋进于零；以及当前侧面43和后侧面44彼此转动越过时，使间隙52趋进于e。一般来说，根据这种确定最大断面的方法，可以加工出任意的搅拌翼断面。然而，由于外侧面42由壳体内孔32和33的内壁31以及相对的环形筒36的外圆表面46所扫过，以及由于两个搅拌翼40和41的内侧面45彼此互相扫过，并且搅拌翼40和41的前侧面43由搅拌翼41和40的后侧面44扫过，因此，最好采用前述形式的搅拌翼。
由于搅拌元件21和22上的环形盘30分别封闭了相应的壳体内孔32和33，需要搅拌的材料，即熔化的聚合物、填充材料和加强材料被迫进入搅拌室55，其中的搅拌室55位于彼此相对的搅拌元件21和22上的两个环形盘30之间。如图1～3所示，特别是如图2所示，在壳体内孔33中沿输送方向18传送的材料将聚集在搅拌元件22的环形盘30的前面，并且将按照箭头56所指的流动方向拐进壳体内孔32，在壳体内孔32中，材料能够流向轴向布置在输送方向18上的搅拌元件21的环形盘30。壳体内孔32中的材料将按照箭头57所指的流动方向流到搅拌元件21上的环形盘30的前方，在该处，材料将不断聚集，并沿径向进入位于两个环形盘30之间的搅拌室55。在搅拌室55中，由于彼此相互嵌套的搅拌翼40和41的搅拌作用，迫使材料重新分配或分布。当间隙50和52的尺寸充分大时，将只有很小的剪切作用，也就是说只有不显著的分配效果。在这种搅拌过程中，对玻璃纤维丝和类似纤维的破坏程度也相应较小。
权利要求
1.一种双轴螺旋式挤压机，特别是一种双轴挤压机，包括外壳(2)；两个彼此平行和贯通的壳体内孔(32，33)；位于外壳(2)一端的供料口(9)，以及位于外壳(2)另一端的排料口(28)；布置在壳体内孔(32，33)中的两根轴(3，4)，上述轴(3，4)以相同的转动方向(29)转动；无相对转动地安装在轴(3，4)上的螺旋元件(11，15，17，26)；以及彼此相对，并且成对工作的搅拌元件(21，22)，上述搅拌元件(21，22)无相对转动地安装在轴(3，4)上，上述双轴螺旋式挤压机的特征在于每个搅拌元件(21，22)都是一个与轴(3，4)相连接的盘(30)；搅拌翼(40，41)以相同的角间距(d)布置在彼此相对的盘(30)的前端面(39)上，上述搅拌翼(40，41)的位置靠近上述盘(30)的外圆周表面(34)；搅拌元件(21)上的搅拌翼(40)和相应的搅拌元件(22)上的搅拌翼(41)彼此嵌套，并在转动过程中能够互相越过，同时，在它们之间具有一个间隙(50)。
2.根据权利要求1的螺旋式挤压机，其特征在于，上述盘是具有圆柱形外圆表面(34)的封闭的环形盘(30)，在上述圆柱形外圆表面(34)与相应的壳体内孔(32，33)的内壁(31)之间有一个间隙(35)。
3.根据权利要求1或2的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌元件(21，22)上都有一个环形筒(36)，上述环形筒(36)与盘(30)的前端面(39)相连。
4.根据权利要求2和3的螺旋式挤压机，其特征在于，搅拌元件(21，22)上的环形盘(30)的外圆周表面(34)与另一搅拌元件(22，21)上的环形筒(36)的外圆周表面(46)之间具有间隙(47)。
5.根据权利要求1～4中任何一项权利要求的螺旋式挤压机，其特征在于，两个相配的搅拌元件(21，22)上的两个环形筒(36)和两个环形盘(30)之间构成了一个搅拌室(55)，在上述搅拌室(55)中，在互相嵌套的状态下，搅拌翼(40，41)能够彼此转动越过。
6.根据权利要求1～5中任何一项权利要求的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)都有一个内侧面(45)，当上述内侧面(45)彼此转动越过时，在它们之间存在一个间隙(50)。
7.根据权利要求1～6中任何一项权利要求的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)都有一个外侧面(42)，上述外侧面(42)与相应的壳体内孔(32，33)的内壁(31)之间存在一个间隙(35)。
8.根据权利要求1～7中任何一项权利要求的螺旋式挤压机，其特征在于，搅拌翼(40，41)上具有一个前侧面(43)和一个后侧面(44)。
9.根据权利要求8的螺旋式挤压机，其特征在于，搅拌元件(21，22)上的搅拌翼(40，41)的前侧面(43)在转动过程中能够越过与之相配的搅拌元件(22，21)上的搅拌翼(41，40)的后侧面(44)，同时在上述前侧面(43)和上述后侧面(44)之间存在一个间隙(52)。
10.根据权利要求6的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)的内侧面(45)都是平面。
11.根据权利要求7的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)的外侧面(42)都具有圆柱扇形面的形状，并且与环形盘(30)的外圆表面(34)平齐。
12.根据权利要求8的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)的前侧面(43)都是平面。
13.根据权利要求7的螺旋式挤压机，其特征在于，每个搅拌翼(40，41)的后侧面(44)都是平面。
14.根据权利要求1～13中任何一项权利要求的螺旋式挤压机，其特征在于，相对于通过轴(3，4)的轴线(5，6)的对称平面(51)来说，搅拌翼(40，41)是镜面对称的。
全文摘要
一种双轴螺旋式挤压机包括外壳(2)；两根以相同的转动方向(29)转动的轴(3，4)；以及彼此相对、成对工作的搅拌元件(21，22)，搅拌元件(21，22)无相对转动地安装在轴(3，4)上。每个搅拌元件(21，22)都是一个与轴(3，4)连接的盘(30)。搅拌翼(40，41)以相同的角间距(d)布置在彼此相对的盘(30)的前端面(39)上，并且搅拌翼(40，41)的位置靠近上述盘(30)的外圆周表面(34)。搅拌元件(21)上的搅拌翼(40)和相应的搅拌元件(22)上的搅拌翼(41)彼此嵌套，并在转动过程中能够互相越过，同时它们之间存在一个间隙(50)。
文档编号B29C47/64GK1127697SQ95115309
公开日1996年7月31日 申请日期1995年7月25日 优先权日1994年7月26日
发明者苯哈德·朔林, 埃德加·施利普夫 申请人:维尔内和普弗雷德尔有限公司