专利名称：混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合装置，该混合装置包括一轴1、一形状配合(positively)及受力配合/力锁合(non-positively)地连接在该轴上的前环2、一在与该前环相距一距离A处形状配合及受力配合/力锁合地连接在该轴上的端环3和一可自由旋转并可在该前环和端环之间前后移动的松动的混合环4。
背景技术：
用于混合聚合物熔体的装置在现有技术中是已知的。
例如，DE-A 100 00 938公开了一种其前后交替连接的混合环和分割环组件被套到一转子上的混合装置。该混合环具有凹槽，该分割环具有孔。如果熔体流过混合凹槽到达该孔，该熔体将偏转并被分割并且将以这种方式被混合。类似的原理公开于EP-A1 1 000 656中，其差异在于该环组件的一些环可自由转动。两种装置都具有结构复杂、易磨损且难以清洁以及另需要高压以促使熔体通过所述孔的缺点。
EP-A 48590公开了一种包含转子及定子的挤压混合器，该转子及定子均具有多排半圆形空腔。该转子及定子的空腔不是彼此重叠设置而是彼此稍微偏离。结果，挤压材料不仅被剪切而且被分离及转动。该装置也是结构复杂，而且还有仅具备相对长的定子时混合效果才能满足实际需求的缺点。此外，当将这些定子用在注射成型机中时，必须另外安装一止回阀，因为混合装置本身不适于防止熔体回流。
EP-B1 219 334涉及一种空腔传输混合挤出机，其特征为包含一定子及一转子并且以定子及转子都具有两个空腔组。这些空腔组以当投影到一平面上时呈一平行四边形的方式对齐，并且具有倾斜角。该混合装置是有缺陷的，因为像EP-A 48590中的装置那样，该装置制造昂贵，并且其混合效果取决于定子的长度。
JP 50-90117公开了一种以止回阀方式操作的用于注射成型机的混合装置。在该情况下，该混合装置包括两个环，一个旋拧到螺杆轴上而另一个则以可在该轴上移动的方式设置。两个部件都具有以如下方式设置的通道，即这些通道重叠并且熔体由一通道直接传输至另一通道。该装置的混合效果不能满足许多应用。
在专利EP-B1 340 873中说明了一种用于挤出机或注射成型机的混合装置。该装置具有一独立的混合环，其设置成可绕一转子自由转动。该转子设置在一定子中。该混合环的特征为具有从定子内表面延伸至转子外表面的混合通道。换言之，该混合环具有孔。根据EP-B1 340 873的混合装置可具有用于注射成型机的止回阀的功能。该专利中所公开的混合装置的缺点在于不能充分确保熔体传送适用于所有应用。另一方面，该混合装置在用作止回阀时不能提供足够好的密封效果。此外，只有当该混合装置具有某个最小长度时，混合效果才为最佳。该最小长度约为螺杆直径的两倍即2D。所以，该混合装置不适合于每种挤出机或每种注射成型机，或者相反，所述机器必须为此进行特殊的改变，也就是说该螺杆必须缩短。因为混合装置必须具有某个最小长度，所以恒定存在于该混合装置中的熔体容积也较大。这意味着，例如当改变颜色时，在获得有新颜色的可用部件前需要大量时间与材料。由于设置有孔，混合环还具有机械性变弱的缺点。该环愈短，该缺点愈明显，从而使该环更易于磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适于混合目的并用在螺旋机械/螺杆挤出机中的装置，并且该装置不具有已知的混合装置的缺点。特别地，该混合装置应该易于制造。此外，它应该设计成尽可能地免于失灵、能承受负载并经受少量的磨损。另一目的在于找到一种允许其自身在不同的螺旋机械中易于安装及拆卸的混合装置，而无需让螺旋机械本身以复杂的方式适应该混合装置。该混合装置也适于满足易于清洁的要求。
为此，所提出的混合装置具有下述特征该前环及端环在各种情况下都分别具有至少一个沿轴向平行(轴向地)延伸、以一相对于该轴的轴线的成角度延伸或成螺旋形地延伸的通道2k或3k并且在各种情况下都具有至少两个外径不同的区域2b1和2b2及3b1和3b2，在这些区域中，具有较小外径的区域2b2或3b2分别位于面向该混合环的一侧。
该混合环具有其内径足够大以便与该前环的较小直径区域2b2重叠的第一区域4b1，其中的混合环内侧具有至少一个沿轴向平行(轴向)延伸、以一相对于该轴的轴线的成角度延伸或成螺旋形地延伸的通道4k的邻接区域和其内径足够大以便与端环的较小直径区域3b2重叠的邻接的第三区域4b3，并且该混合环的长度使得在混合环的各末端位置处与所述两环2或3中的另一个分别部分重叠。
由于其较小的耐磨损性和较低的易失灵性，这种混合装置允许螺旋机械具有较长的使用寿命。如果需要，这种混合装置能以简单的方式安装在各种螺旋机械中。
这种混合装置还可以例如确保熔体的迅速更换，以便能在例如改变颜色时尽可能地减少浪费。该混合装置还可以影响注射成型部件的颜色。优选实施例将在从属权利要求中说明。
附图中将较详细地示意性示出根据本发明的混合装置的示例性实施例，其中图1示出在注射操作期间(即在闭合位置处)以止回阀形式的本发明混合装置，该混合装置连接有螺杆梢；图2示出在塑化操作期间(即在输送位置处)以止回阀形式的本发明混合装置，该混合装置连接有螺杆梢；图3为可以连接到根据本发明的混合装置上的螺杆梢的平面图；
图4示出根据本发明的混合装置的单个部件；图5为具有其横截面形状不同的通道4k的混合环4(部分视图)的平面图；图6为示出粘性材料在通过根据本发明的混合装置时(混合环挤靠前环，即注射操作时)分开的示意性视图。
具体实施例方式
下面将较详细地说明根据本发明的混合装置。
轴1根据本发明的混合装置的轴1原则上能自由选择并适合于例如待混合材料的类型或量以及所需产量的要求。该轴可为圆形或其它形状例如椭圆形，但通常为圆形。该轴的直径也可自由选择，并且通常适合于本发明混合装置将安装于其中的螺旋机械的尺寸。显然，同样可以设想-如果不是优选的-使该螺旋机械适合于本发明混合装置的轴的直径。该轴的长度同样取决于上述要求并且原则上可自由选择。该轴的表面的前环2与端环3之间的部分是平滑的，或者在该前环与端环之间的部分具有至少一个、例如二个或三个或甚至更多个周向通道1k。周向通道1k的数目一方面取决于所需的混合效果，另一方面取决于材料的类型与量。该轴的表面优选地或者为平滑的或者具有周向通道1k。该一个或多个周向通道的横截面形状本身可自由选择，但有利于流动的形式是优选的。例如，它可以为V形、U形、环形或矩形。如果使用多于一个的周向通道，也可以设想该周向通道具有不同的横截面形状。所有周向通道都为U形是优选的。如果使用多于一个的周向通道，它们优选地在整个轴表面上均匀分布。
根据本发明的混合装置优选地在一侧或者特别是两侧连接到两个其它装置上。为此，该轴通常以这种方式成形，即至少在前环所在侧具有一能将根据本发明的混合装置连接到另一装置上的部件。该轴还优选地在端环所在侧具有根据本发明的混合装置能通过其连接到一邻近装置上的部件。该连接优选地通过螺纹实现。然而，也能通过焊接、冷缩配合、键槽联接或互锁建立该连接。可能与本发明混合装置连接的装置的示例为例如螺杆梢等螺旋件、捏合件、输送件、剪切件、通风件或给料区。这些装置对于本领域技术人员而言是已知的，或者可以从本领域技术人员所熟知的方面产生并符合要求。
对于该轴而言，尤其优选的是在前环所在侧连接到一塑化螺杆上，并在端环所在侧连接到一螺杆梢5上。
前环2及端环3根据本发明，一前环2及一端环3形状配合或受力配合/力锁合地(固定地)连接到所述轴上。该环2及3在该情况下可以可释放或不可释放地连接到该轴上。也可设想两环之一可释放地连接而另一个不可释放地连接到该轴上。有利及优选的是，该前环及端环均可释放地连接到该轴上。因此，该环可以被栓接、支撑、键槽联接、互锁或压紧。在这种情况下，该前环及端环可以相同或不同的方式连接到该轴上。根据此方面，将前环支撑在该轴上以及将该端环不可释放地连接到该轴上是尤其优选的。
根据本发明，该前环及端环在彼此间距一距离A处连接到该轴上。在该情况下，该距离A为该前环最高点至端环最高点-即肩部2s或3s分别到达环2或3的最大外径处-的距离。该距离A原则上可自由选择，以使其适合个别情况及所需的应用。对于多数应用而言，该距离A较短是有利的，这样根据本发明的混合装置将特别适合作为螺杆梢或者可以用作在注射成型机中的止回阀。例如，如果任何时候都有尽可能少的材料位于混合装置中，可建议选择一较小距离A。根据一优选实施例，该距离A的范围为10mm-200mm，较优选地为15mm-150mm，尤其优选地为20mm-80mm。
根据本发明，在各种情况下该前环2及端环3都分别具有至少一个通道2k或3k。在各种情况下，它们还可以具有多于一个的通道2k或3k，例如两个或三个或更多个，例如可高达50个。在此情况下，前环及端环的通道2k或3k的数目可以相同或不同。该通道2k或3k可沿轴向平行(轴向)延伸、以一相对于该轴的轴线成角度的延伸或成螺旋形地例如盘旋地延伸。它们平行于该轴的轴线(轴向)沿轴向延伸是尤其优选的。通道2k或3k的数目、横截面形状及布置根据情况而定。例如，如果需要较好的混合效果，则数目较大是有利的。该前环及端环的通道2k及3k的数目相同是尤其优选的，并且该通道2k及3k的数目为4-25是优选的。该通道优选地具有有利于流动的横截面形状。它们可以例如为V形、U形、环形或矩形。如果使用多于一个的通道，还可以设想该通道具有不同的横截面形状。所有通道为U形是尤其优选的。通道的深度取决于设计条件，所述环的稳定性不应被削弱是有利的。
该前环2及端环3在各种情况下都具有至少一个其外径较大的区域2b1或2b2和其外径较小的区域2b2或3b2。该前环的两个区域2b1及2b2或该端环的两个区域3b1及3b2可以彼此连续结合而形成一肩部。然而，可选地，它们也可以一台阶形式彼此结合，以使得最小外径区域及最大外径区域之间存在其外径尺寸在该最小外径和最大外径之间的区域。所以在该最小外径区域及最大外径区域之间可以有一个或两个或更多个区域。特别优选的是，两个区域彼此连续结合以形成一肩部。特别地，该肩部具有一0-45°的角度α。该最大外径尺寸及最小外径尺寸通常由螺孔内径(螺杆中心轴表面)及混合环4内径确定。根据本发明，具有较小外径的区域2b2或3b2分别位于面向该混合环的一侧。该前环及端环在背离混合环的一侧的构形对于本发明混合装置的功能的意义仅在于不能干扰该功能。例如，此构形可有一台阶或肩部。该环2和3的各偏转侧面整体成形为可使本发明混合装置形状配合或受力配合/力锁合地连接到另一装置上。该前环及端环可构造成具有不同的形状及尺寸。然而，它们也可以具有相同的尺寸，以及事实上可具有相同形状而且不同之处仅在于镜像对称。
混合环4根据本发明，该混合装置包含一混合环4。该混合环是松动的并且可自由转动，而且设置成能在所述前环及所述端环之间前后移动。
该混合环具有一其内径足够大以便能与该前环的区域2b2重叠的区域4b1。
该混合环区域4b1与区域4b2邻接，在该区域4b2内混合环在其内侧具有至少一个通道4k，该通道4k沿轴向平行(轴向)延伸、以一相对于所述轴的轴线的角度延伸或成螺旋形地例如盘旋地延伸，其中尤其优选的是沿轴向平行(轴向)延伸。然而，在该区域中，该混合环也可具有多于一个的通道4k。例如，该混合环可具有两个或三个或更多个通道，例如可达50个。通道4k的数目通常为4-20。特别优选的是至少一个通道4k沿轴向平行(轴向)延伸。特别地，优选的是所有通道4k都沿轴向平行(轴向)延伸。根据特别优选的实施例之一，所述通道4k中的至少两个沿轴向平行(轴向)延伸并且彼此偏离。特别优选的是所述通道4k都沿轴向延伸并彼此偏离以便在这些通道之间产生折流板区。该通道通常具有U形横截面，但也可具有其它横截面形状，例如V形、环形或矩形。该通道4k的深度及宽度可以彼此不同。
该混合环的第二区域4b2与第三区域4b3邻接。在该区域4b3中，该混合环具有足够大以便与端环区域3b2重叠的内径。根据前环区域2b2及端环区域3b2是否具有相同的尺寸或形状，该混合环的区域4b1和4b3(即两个外侧区域)同样可具有相同的尺寸及形状；否则，它们将不同。
根据本发明，该混合环的长度使得在该混合环位于其各末端位置时与所述两环2或3中的另一个分别部分重叠。这意味着，如果该混合环的一端面的末端与所述两环2或3之一形状配合连接，该两环2或3中的另一个将分别部分重叠，较确切地说，在各种情况下将分别在该两环的较小直径区域2b2或3b2部分重叠。该混合环长度通常为A-3％到A-20％。该混合环的长度优选地为所述距离A-6％到A-12％。在混合环的整个长度中，中间区域4b2通常占20％-70％，并且两个外侧区域4b1及4b3共同占30％-80％。两区域4b1及4b2可具有相同长度。两区域4b1及4b2也可具有不同长度。根据一优选实施例，两区域4b1及4b2具有相同长度。
根据本发明混合装置优选地用于螺旋机械/螺杆挤出机，优选地在用于单螺杆机械。根据一实施例，该混合环的末端为以形状配合连接的端环。当根据本发明的混合装置用作挤出机中的混合元件时，该实施例是特别优选的。根据另一实施例，该混合环沿轴向设置在该前环及该端环之间。当本发明混合装置用作特别是用于注射成型机的止回阀时，该实施例是特别优选的。
根据本发明的混合装置适于混合具有添加剂的粘性材料。利用根据本发明的混合装置，可以通过沿轴向将粘性材料分为小体积单元而混合该粘性材料。根据本发明的混合装置优选地包括例如通过彼此偏离设置的混合环通道4k而形成的折流板。
根据本发明的混合装置的混合效果可以通过设置混合区而得到提高，该混合区具有恒定尺寸并且可由尺寸可变的混合区围绕。该尺寸可变的混合区可通过沿轴向移动该混合环而形成。由于没有死区，根据本发明的混合装置易于生产且成本较低，并且容易清洁。
特别地，根据本发明的混合装置也适合于热敏粘性材料。粘性材料可以理解为其熔体能在螺旋机械中处理的有价值的热塑聚合物。然而，除此之外，也可考虑其它粘性材料，例如建筑材料、天然物质如食物或药物。当然，添加剂的类型及量取决于待处理的粘性材料。
根据一优选实施例，本发明混合装置用于混合热塑聚合物的熔体，该热塑聚合物具体包括苯乙烯共聚物，例如苯乙烯-丙烯共聚物(SAN)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或具有添加剂特别是着色剂的丙烯腈-丙烯酸盐-苯乙烯共聚物(ASA)。特别地，该混合装置为此连接有一螺杆梢以用作注射成型机中具有混合效果的止回阀。
在根据本发明的混合装置作为注射成型机中的止回阀而操作的情况下，该混合环4在注射操作期间最初挤靠以形状配合连接并具有后部密封效果的前环2，以防熔体回流。在塑化操作开始后，混合环在到达的熔体的压力下移向端环，该熔体由螺杆输送并且其中的着色剂仍然没有充分分布。混合环的转速保持为零直到该混合环挤靠以形状配合连接的端环。由于例如可以为该端环的肩部的支承面通常较小，该混合环的转速通常远低于所操作的注射成型机的转速。在该塑化操作期间，由螺杆输送的熔体由该前环分成通道2k的数目。如果该混合环挤靠以形状配合连接的前环2，该熔体流由混合环中的开口4o1直接分成体积元素。然后该熔体流冲击例如通过彼此偏离设置的混合环通道4k而形成的混合环折流板4p。该熔体流在混合区4m中混合，进而通过开口4o2并经过开口4o2的端部进入另一混合空间3m。在那里，熔体再次由端环通道3k分支。如果该混合环移向端环，在前环及混合环之间形成混合空间2m。随着混合环的行进，该混合空间将变大。同时，位于该端环及混合环之间的混合空间3m变小，并且将在该混合环挤靠以形状配合连接的端环3时不再存在。在这种情况下，离开混合环开口4o2的熔体由该端环通道3k直接分成体积元素。
原理上，任何允许该熔体离开进入前部空间的螺杆梢都能用作所述螺杆梢。
根据本发明混合装置具有的特别优点在于其混合效果基本与该混合装置的长度无关。其混合效果尤其受通道数目及横截面形状的影响。通常，根据本发明的混合装置具有不超过1.8D的长度，但优选地不会长于1.5D，特别地是达到1.2D，其中，D定义为螺杆直径。
权利要求
1.一种混合装置，包括一轴(1)、一形状配合及受力配合地连接在该轴上的前环(2)、一在与该前环相距一距离A处形状配合及受力配合/力锁合地连接在该轴上的端环(3)和一可自由旋转并可在该前环和端环之间前后移动的松动的混合环(4)，其中该前环及端环在各种情况下分别具有至少一个沿轴向平行延伸、以一相对于该轴的轴线成角度延伸或成螺旋形地延伸的通道(2k或3k)，并且在各种情况下具有至少两个其外径不同的区域(2b1和2b2，或3b1和3b2)，在这些区域中，其外径较小的区域(2b2或3b2)分别位于面向该混合环的一侧，并且该混合环具有其内径足够大以便与该前环的较小直径区域(2b2)重叠的第一区域(4b1)、其中的混合环内侧具有至少一个沿轴向平行延伸、以一相对于该轴的轴线成角度延伸或成螺旋形地延伸的通道(4k)的邻接区域(4b2)和其内径足够大以便与端环的较小直径区域(3b2)重叠的邻接的第三区域(4b3)，并且该混合环的长度使得当该混合环位于其各末端位置时分别与所述前环(2)或所述端环(3)中另一个部分重叠。
2.一种如权利要求1的混合装置，其特征在于，所述混合环在其内侧具有至少一个沿轴向平行延伸的通道(4k)。
3.一种如权利要求1或2的混合装置，其特征在于，所述混合环在其内侧具有至少两个沿轴向平行延伸并且彼此偏离布置的通道(4k)。
4.一种如权利要求1-3中任一项的混合装置，其特征在于，所述轴的在所述前环及所述端环之间的部分具有一平滑表面。
5.一种如权利要求1-4中任一项的混合装置，其特征在于，所述轴的在所述前环及所述端环之间的部分具有至少一个周向通道(1k)。
6.一种如权利要求1-5中任一项的混合装置，其特征在于，所述混合装置可以在两侧连接到一邻近装置上。
7.如权利要求1-6中任一项的混合装置的作为螺旋机械中的一混合元件的应用。
8.如权利要求7所述的混合装置，其结合螺杆梢(5)应用。
9.一种螺旋机械，包括至少一个如权利要求1-6中任一项的混合装置。
全文摘要
一种混合装置，包括轴、受力配合及形状配合地连接在轴上的前环、在与前环相距一距离A处受力配合及形状配合地连接在轴上的端环和可自由旋转并位于前环和端环之间的松动的混合环，前环及端环在各种情况下分别具有至少一个沿轴向平行、以一相对于该轴的轴线成角度或成螺旋形地延伸的通道并具有至少两个外径不同的区域，其中，外径较小的区域分别位于面向混合环的一侧，并且混合环具有内径足够大以便与前环的较小直径区域重叠的第一区域、其中的混合环内侧具有至少一个沿轴向平行、以一相对于该轴的轴线的角度或成螺旋形地延伸的通道的邻接区域和内径足够大以便与端环的较小直径区域重叠的邻接的第三区域，混合环的长度使得当混合环位于其各末端位置时分别与前环或端环中的另一个部分重叠。
文档编号B29C47/64GK1705546SQ200380101815
公开日2005年12月7日 申请日期2003年10月14日 优先权日2002年10月21日
发明者H·尼古拉, E－J·格里特曼 申请人:巴斯福股份公司