CZ20004014A3

CZ20004014A3 - Plastifikační šnek

Info

Publication number: CZ20004014A3
Application number: CZ20004014A
Authority: CZ
Inventors: Alain Yves Leveque; Karl Adolf Schirmer
Original assignee: E. I. Du Pont De Nemours And Company
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2001-08-15
Also published as: DK1085969T3; NZ508601A; BR9910348A; AU740820B2; CA2328848A1; EA001998B1; KR20010043308A; SK16472000A3; IL139414A0; EP1085969A1; BG64085B1; ATE228054T1; PL344055A1; PT1085969E; HUP0301392A2; ES2184449T3; DE69904047T2; WO1999056937A1; TR200003255T2; NO20005373L

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti šneků, které jsou používány například pro účely tavení nebo změkčování polymerů, jako je tomu u strojů na vstřikovací lisování polymerů nebo u strojů na vytlačování polymerů.

Dosavadní stav techniky

Používání šneků pro účely vstřikovacího lisování nebo vytlačování polymerů je velmi dobře a všeobecně známo. Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn konvenční nebo standardní šnek 11, určený pro využití při vstřikovacím lisování, který obsahuje tři oblasti: přívodní oblast 13, kompresní nebo přechodovou oblast 15 a dávkovači oblasti 17. Šnek 11 je uložen v dutém válcovém pouzdru 19, které má konstantní vnitřní průměr a s výhodou hladký vnitřní povrch.

Polymerní pryskyřice, která může být v jakékoliv formě, jako jsou například zrnka, granule, vločky nebo prášek, je přiváděna otvorem 21 v pouzdru 19 do přívodní oblasti 13, kde se otáčí šnek 11, který pěchuje a zatlačuje zrnka do kompresní nebo přechodové oblasti 15. V této kompresní nebo přechodové oblasti 15 se zrnka taví a jsou poté zatlačována do dávkovači oblasti 17, kde je roztavený materiál homogenizován. Potom je homogenizovaná tavenina buď použita pro vstřikovací lisování nebo je jinak dále zpracovávána.

Šnek 11 má šnekový hřídel 23, který je opatřen závitem 25, spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele 23 pro účely vytvoření lopatek 25. Tyto lopatky 25 jsou charakterizovány svou hloubkou, kterou je výška lopatek 25 nad šnekovým hřídelem 23, a dále svou roztečí, kterou je délka P, představující vzdálenost mezi sousedními lopatkami 25 plus jednu šířku lopatky. Vnější průměr OD šneku 11 zahrnuje hloubku lopatky 25 nad a pod šnekovým hřídelem 23, přičemž průměr RD jádra šneku 11 představuje průměr pouze šnekového hřídele 23 bez započítání hloubky lopatek 25.

Obvykle mají lopatky 25 šneku 11 stejnou rozteč v každé z oblastí, tj. v přívodní oblasti 13, v kompresní nebo přechodové oblasti 15 a v dávkovači oblasti 17, přičemž však mají proměnlivou hloubku v jednotlivých oblastech. Lopatky 25 mají zejména konstantní hloubku x v přívodní oblasti 13, konstantní hloubku y v dávkovači oblasti 17, přičemž y < x, a postupně se snižující hloubku z hloubky x na hloubku y v kompresní nebo přechodové oblasti 15.

Šneky jsou často charakterizovány jejich kompresním poměrem, což je poměr, který je využíván pro kvantifikaci, jakou silou šnek stlačuje pryskyřici. Koncepce kompresního poměru představuje podíl objemu lopatky v přívodní oblasti ku objemu lopatky dávkovači oblasti, přičemž bývá ve skutečnosti využíváno zjednodušeného způsobu, založeného na následující rovnici:

····

kompresní poměr = hloubka lopatky v přívodní oblasti hloubka lopatky v dávkovači oblasti

Tento kompresní poměr je nazýván hloubkovým kompresním poměrem. Vysoce kompresní šneky, kterých je obvykle využíváno pro krystalické a polokrystalické materiály, jako jsou polymery, mají kompresní poměry větší, než zhruba 2,5. Standardní kompresní šneky, kterých je obvykle využíváno pro amorfní materiály, mají kompresní poměry od zhruba 1,8 do zhruba 2,5, přičemž nejčastěji 2,2.

Stávající problémy, kterými trpí takovéto šneky s vysokým stlačováním, spočívají zejména v následujícím:

přehřívání, způsobené stlačováním, které je příliš vysoké nebo neregulované;

vytváření dutin, k němuž dochází tehdy, pokud se polymer otáčí spolu se šnekem a není tlačen směrem kupředu; a usazování materiálu na šneku, ke kterému dochází v kompresní a v dávkovači oblasti.

Tyto problémy přispívají k omezení maximální rychlosti otáčení šneku, a v důsledku toho i k omezení výstupního množství roztaveného materiálu.

Ve snaze o překonání těchto problémů se někteří uživatelé obracejí ke standardním šnekům, avšak hloubka lopatek v dávkovači oblasti u standardního šneku je příliš • · · · vysoká pro zajištění dobré homogenity taveniny za určitých podmínek, zejména při zpracovávání krystalických materiálů.

Bylo vyvinuto mnoho úsilí za účelem zlepšení a zdokonalení provozu a výkonnosti šneků.

Například v patentovém spise US 4 129 386 je popisováno vytlačovací zařízení, které je opatřeno šnekem, který má úhel šroubovice nebo rozteč D v přívodní oblasti, které se konstantně zvyšují v průběhu přechodové oblasti na úhel F šroubovice v dávkovači oblasti. Přívodní oblast má konstantní výšku G lopatek, dávkovači oblast má konstantní výšku I lopatek a přechodová oblast B má konstantně se snižující výšku lopatek od výšky G lopatek v přívodní oblasti na výšku I lopatek v dávkovači oblasti.

Shora uvedená konstrukce šneku trpí závažnými problémy, jako je přeplňování materiálu, který má být vytlačován, přičemž vyžaduje používání drážkovaného válcového pouzdra za účelem zamezení vzniku nadměrných tlakových gradientů podél šneku.

Existuje proto potřeba vyvinout takový šnek, který by zaručoval vytváření homogenní taveniny, a který by netrpěl problémy, jako je tomu u šneků, které mají vysoký kompresní poměr.

Podstata vynálezu

Předmět tohoto vynálezu se týká šneku, který je určen například pro stroj na vstřikovací lisování nebo pro vytlačovací stroj.

Šnek podle tohoto vynálezu obsahuje šnekový hřídel, opatřený závitem, spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek má přívodní oblast, kompresní oblast a dávkovači oblast.

Hloubka, šířka a rozteč lopatek v přívodní oblasti je navržena na základě sypné měrné hmotnosti materiálu, který má být ve šneku zpracováván, a hloubka, šířka a rozteč lopatek v dávkovači oblasti je navržena na základě tavné hustoty materiálu, který má být ve šneku zpracováván, pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti tak, že rozdíl poměru objemového průtoku materiálu ku teoretickému průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti je menší, než 0,2.

skutečného objemovému unasecimu skutečného

Rozdíl poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému průtoku materiálu v dávkovači oblasti je s výhodou menší, než 0,1.

Rozdíl poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného objemového průtoku ku • · • · ·♦ · teoretickému objemovému průtoku materiálu v dávkovači oblasti je s výhodou menši, než 0,05.

Poměr skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecimu průtoku materiálu v přívodní oblasti s výhodou leží mezi 0,8 a 1,0.

Poměr skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecimu průtoku materiálu v dávkovači oblasti s výhodou leží mezi 0,8 a 1,0.

Šnek podle tohoto vynálezu rovněž s výhodou vykazuje následující znaky:

rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti, rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti je menší, než vnější průměr šneku, rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než vnější průměr šneku, rozteč alespoň části lopatek se zvyšuje během kompresní oblasti, a hloubka alespoň části lopatek se snižuje během kompresní oblasti při pohybu od přívodní oblasti k dávkovači oblasti.

Rozteč lopatek v dávkovači oblasti je s výhodou větší, než rozteč lopatek v přívodní oblasti.

·

4 4 je s výhodou • · · • 4 4 4 4 • * 9 4 • · · • 4 «44

Rozteč lopatek v dávkovači oblasti přibližně stejná.

Rozteč lopatek v přívodní oblasti je s výhodou menší, než vnější průměr šneku.

Rozteč lopatek v přívodní oblasti je s výhodou přibližně stejná.

Rozteč lopatek v dávkovači oblasti je s výhodou větší, než vnější průměr šneku.

Hloubka lopatek v dávkovači oblasti je s výhodou přibližně stejná.

Hloubka lopatek se s výhodou snižuje během kompresní oblasti při pohybu od přívodní oblasti k dávkovači oblasti.

Hloubka lopatek v přívodní oblasti je přibližně stejná.

s výhodou

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut šnek, obsahující šnekový hřídel, opatřený závitem, spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek má přívodní oblast, kompresní oblast a dávkovači oblast, přičemž rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti, rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti je menší, než vnější průměr šneku, rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než vnější průměr šneku, rozteč alespoň části lopatek se zvyšuje během kompresní oblasti, a hloubka alespoň části lopatek se snižuje během kompresní oblasti při pohybu od přívodní oblasti k dávkovači oblasti, přičemž hloubka, šířka a rozteč lopatek v přívodní oblasti je navržena na základě sypné měrné hmotnosti materiálu, který má být ve šneku zpracováván, a hloubka, šířka a rozteč lopatek v dávkovači oblasti je navržena na základě tavné hustoty materiálu, který má být ve šneku zpracováván, pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti tak, že rozdíl poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti je menší, než 0,2.

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob projektování šneku pro jeho využití při vstřikovacím lisování nebo vytlačování, přičemž šnek obsahuje šnekový hřídel, opatřený závitem, spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek má přívodní oblast, • · · · « ·· ··· * ·· · 4 · • · · · · · · • 4 • 44 • 4 ·* · kompresní oblast a dávkovači oblast, přičemž předmětný způsob obsahuje následující kroky:

volbu materiálu, který má být zpracováván ve šneku, volbu hmotnostního průtokového množství materiálu, výpočet objemového průtokového množství materiálu v přívodní oblasti, výpočet objemového průtokového množství materiálu v dávkovači oblasti, volbu hloubky, oblasti a hloubky, šířky a rozteče lopatek v přívodní šířky a rozteče lopatek v dávkovači oblasti pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti tak, že rozdíl poměru objemového průtoku materiálu ku teoretickému průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti je menší, než 0,2.

skutečného obj emovému unasecimu skutečného

Konstrukce šneku podle tohoto vynálezu umožňuje dosahování vyváženého hmotnostního průtoku, a tím i konstantního přírůstku tlaku podél šneku, aniž by docházelo k vytváření tlakových špiček.

• ·toto · to to to to to ·· • · to · * · · to to to to ····· ·· »· to·· <· ··· ·· ·

Šnek podle tohoto vynálezu umožňuje dosahovat vyšší rychlosti otáčení šneku, má rovněž vyšší výkon, přičemž dochází ke snížení doby cyklu při vstřikovacím lisování v porovnání se známými konvenčními šneky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje boční standardní šnek; a	nárysný	pohled	na	známý
obr. 2 znázorňuje boční vytvořený v souladu s předmětem	nárysný pohled tohoto vynálezu.	na	šnek,
Příklady provedení vynálezu
Vynález se týká šneku,	který je	určen	pro	využití

například u stroje na vstřikovací lisování nebo u vytlačovacího stroje.

Předmětný šnek obsahuje šnekový hřídel, který je opatřen závitem, umístěným spirálovitě kolem šnekového hřídele tak, že vytváří větší počet lopatek. Tento šnek má tři oblasti: přívodní oblast, kompresní oblast a dávkovači oblast, přičemž je za provozu namontován v dutém válcovém pouzdru, které má s výhodou hladkou vnitřní válcovou stěnu, která umožňuje, aby se šnek mohl otáčet v dutém válcovém pouzdru.

9 99»9 99

9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 • 9 9 9

999 99 9

Z hlediska zde používaných termínů pak výraz „přívodní oblast znamená tu oblast šneku, kde není materiál stlačován. Například v případě zrnek polymeru jsou zde tato zrnka přítomna v jejich neroztavené sypané formě.

Výraz „dávkovači oblast se týká té oblasti šneku, kde je materiál zcela stlačen. Například v případě zrnek pryskyřice jsou zde tato zrnka přítomna ve zcela roztaveném stavu.

Výraz „kompresní oblast se týká té oblasti šneku, kde je materiál stlačován. Například v případě zrnek polymeru jsou zde tato zrnka přítomna v přechodovém stavu mezi jejich sypanou formou a roztavenou formou.

Lopatka je charakterizována svou hloubkou, která je definována jako výška lopatky nad šnekovým hřídelem, dále svou šířkou a svou roztečí, které jsou definovány jako délka lopatky (vzdálenost mezi dvěma sousedními závity lopatky na šnekovém hřídeli) plus jedna šířka lopatky. Pokud má lopatka rozteč 25 mm, znamená to, že pokud se šnek jednou otočí, posune se polymer na lopatce v osovém směru o vzdálenost 12,5 mm ve šneku.

Předmět tohoto vynálezu je založen na zjištění, že pokud je konstrukce lopatek založena na objemu materiálu, který je přítomen v lopatkách, získá se šnek, která má vyšší rychlost otáčení a vyšší výkonnost, přičemž dojde ke snížení doby, potřebné na jeden cyklus vstřikovacího lisování, v porovnání se známými konvenčními šneky.

···· 9 99 9999 99 *·· · · · · · · • ♦ · · · 9 9 9 9

Proto jsou tedy v souladu s předmětem tohoto vynálezu hloubka, šířka a rozteč lopatek šneku zkonstruovány vzhledem k požadavkům na materiál, který bude šnekem protlačován, takže absolutní rozdíl poměru skutečného průtoku k teoretickému průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměr skutečného průtoku ku teoretickému průtoku materiálu v dávkovači oblasti je menší, než 0,2, s výhodou menší, než 0,1, a ještě výhodněji menší, než 0,05.

V důsledku tohoto konstrukce je vytvořen šnek, který' má vyvážené průtokové množství a tím i konstantní tlak podél šneku bez tlakových špiček. U výhodného provedení je poměr skutečného průtoku ku teoretickému průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměr skutečného průtoku ku teoretickému průtoku materiálu v dávkovači oblasti zhruba od 0,8 do 1,0.

Shora uvedené poměry mohou být vypočteny na základě hmotnostního množství za čas nebo na základě objemového množství za čas.

Skutečný průtok materiálu a teoretický průtok materiálu v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti se stanovují následovně:

Skutečný průtok materiálu v dávkovači oblasti se určuje prostřednictvím zvážení výstupního materiálu ze šneku za dané časové období. Toto hmotnostní průtokové množství může být převedeno na objemové průtokové množství prostřednictvím podělení hmotnostního průtokového množství tavnou hustotou materiálu, který je šnekem protlačován. Touto „tavnou hustotou se rozumí hustota materiálu, jako je například ♦ · • · · • · · · · · · · 9 ♦ ·· « polymerní materiál, použitého ve šneku, a to po jeho roztavení.

Předpokládá se, že hmotnostní průtokové množství materiálu ve šneku je konstantní, přičemž skutečný objemový průtok materiálu v přívodní oblasti se stanovuje tak, že se vezme hmotnostní průtokové množství materiálu v dávkovači oblasti a toto hmotnostní průtokové množství se podělí sypnou měrnou hmotností materiálu, používaném ve šneku. Uvedenou „sypnou měrnou hmotností se rozumí hmotnost materiálu, jako například polymerových částic nebo granulí, použitého ve šneku, podělená celkovým objemem pevných částic nebo granulí a volných nebo otevřených prostorů mezi nimi.

Pod pojmem „unášecí průtok je nutno rozumět teoretický objemový průtok materiálu, ke kterému dochází v důsledku relativního pohybu mezi šnekem a vnitřní plochou šnekového pouzdra, to znamená, že jde o dopředně proudění materiálu v důsledku otáčení šroubovitého šneku, který protlačuje materiál směrem dopředu šnekovým pouzdrem.

Unášecí průtok je přímo úměrný součinu průměrné relativní rychlosti materiálu a průřezové plochy kanálu válcového pouzdra. Jinými slovy lze říci, že unášecí průtok je objemová čerpací kapacita materiálu, přičemž je obvykle vypočítáván na základě objemu za určitý čas. Unášecí průtok je závislý na celé řadě faktorů, týkajících se šneku, a to včetně rozteče, hloubky, šířky a úhlu lopatek, stejně jako rychlosti šneku. Unášecí průtok, který směřuje k výstupnímu konci šneku, může být zvýšen prostřednictvím zvýšení rychlosti šneku a/nebo prostřednictvím zvýšení hloubky lopatek šneku.

• ·9· * ·« ···· 9« • ·· 9 9 9 9 · · • · 9 9 9·9 · ·

9 9 9 9 9·9· ••9 9 9 999 ··· 99 99» «· β

Teoretický unášeci průtok se vypočítává s použitím všeobecně známých rovnic, které jsou uvedeny například v publikaci o názvu „Kunststoff-Extrudertechnik, autorem je Gerhard nakladatelstvím Carl str. 123 až 125.

jejímž vydána (1963),

Schenkel, a která byla Hanser Verlag, Mnichov

Teoretický unášeci průtok, vypočtený pro přívodní oblast, musí být upraven prostřednictvím opravného součinitele z hlediska geometrie lopatek v této oblasti a z hlediska materiálu, který je šnekem dopravován. Tento opravný součinitel je naprosto nezbytný z důvodů sypné povahy materiálu v přívodní oblasti a vlivu křídel lopatek, přičemž bývá obvykle v rozmezí od 0,7 do 0,95, častěji však obvykle v rozmezí od 0,8 do 0,95.

Opravný součinitel může být získán s využitím známých postupů, jak je uvedeno například na str. 123 shora uvedené publikace, kde je znázorněn graf poměru výšky lopatky, délky lopatky a opravného součinitele. Velikost opravného součinitele se zjistí tak, že se vezme poměr výšky lopatky k délce lopatky, načež se odečte příslušný opravný součinitel z uvedeného grafu.

Přestože teoreticky musí být výpočet teoretického unášecího průtoku v dávkovači oblasti rovněž upraven s použitím opravného součinitele, tak ve skutečnosti je hodnota tohoto opravného součinitele velice blízká hodnotě 1,0, protože v dávkovači oblasti je materiál roztaven, takže je opravný součinitel přibližně roven 1,0.

•9 9999

9 9

9 9 9 9

9

9 • 99

9« 999

99 9

Šnek, který má shora uvedené poměry, má relativně konstantní přírůstek tlaku na rozteč podél šneku. Pokud u šneku dochází k tlakovým špičkám, bude na materiál ve šneku působit napětí, což může vést k tomu, že materiál se bude usazovat na šneku, a že dojde ke zhoršení mechanických vlastností materiálu.

Z hlediska typu materiálu, který může být ve šneku použit, zde neexistují žádná omezení, přestože bylo zjištěno, že šnek je obzvláště využitelný pro vstřikovací lisování a vytlačování polymerů.

Příkladným provedením šneku, který má požadovaný rozdíl v poměru skutečného průtoku k teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného průtoku k teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti, je šnek, u kterého:

rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti;

rozteč alespoň části lopatek v přívodní oblasti je menší, než vnější průměr šneku;

rozteč alespoň části lopatek v dávkovači oblasti je větší, než vnější průměr šneku;

rozteč alespoň části lopatek se zvyšuje v kompresní oblasti; a hloubka alespoň části lopatek se snižuje v kompresní oblasti při pohybu z přívodní oblasti do dávkovači oblasti.

*·*· · ·· ··♦· ·· «»· ♦·· ··· • · · · ··· · · • 99 9 9 9 9 9

9 999 9 9 99 9 9 9

U příkladného provedení šneku je geometrie lopatek taková, že:

rozteč lopatek v dávkovači oblasti je větší, než rozteč lopatek v přívodní oblasti;

rozteč lopatek	v	přívodní	oblasti	je	menší,	než	vněj ší
průměr šneku;
rozteč lopatek	v	dávkovači	oblasti	je	větší,	než	vněj ší
průměr šneku;
rozteč lopatek	se	zvyšuje v	kompresní	oblasti	; a

hloubka lopatek se snižuje v kompresní oblasti při pohybu od přívodní oblasti k dávkovači oblasti.

Zde používaný výraz „vnější průměr šneku znamená, že průměr je měřen tak, že zahrnuje šnekový hřídel a hloubku lopatky nad a pod šnekovým hřídelem.

Kompresní poměr šneku kvantifikuje relativní množství šnekem stlačované pryskyřice, přičemž je založen na koncepci podělení objemu lopatky v přívodní oblasti objemem oblasti v dávkovači oblasti. Aproximace, která bývá obvykle používána jako kompresní poměr, je poměrem hloubky lopatek v přívodní oblasti k hloubce lopatek v dávkovači oblasti.

Takže v souladu s obvyklými způsoby změny kompresního poměru šneku byla prováděna změna hloubky lopatek v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti. Jelikož hloubka lopatek u ···· · ·· ···· ·· • · · · · · ··· • · 9 9 ··· 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9

999 99 999 99 9 známých šneků je konstantní v přívodní oblasti a rovněž i v dávkovači oblasti, může být kompresní poměr šneku zvýšen prostřednictvím zvýšení hloubky lopatek v přívodní oblasti, nebo prostřednictvím snížení hloubky lopatek v dávkovači oblasti, nebo oběma těmito způsoby. Je-li však kompresní poměr šneku příliš vysoký, vznikají shora uvedené problémy, zejména dochází k vytváření dutin, k vývoji nežádoucího tepla a k usazování materiálu na šneku.

Předmět tohoto vynálezu je založen na zjištění, že lze docílit výhod šneku s vysokou kompresí při poměrně vysoké hloubce lopatek v přívodní oblasti a při poměrně malé hloubce lopatek v dávkovači oblasti, a to bez takových nevýhod, ke kterým dochází u šneků s vysokou kompresí, a to vyvinutím šneku, který má absolutní rozdíl v poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměr skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti menší, než 0,2, s výhodou pak menší, než 0,1, a ještě výhodněji menší, než 0,05.

Změna rozteče a hloubky šneku podle tohoto vynálezu, jak bylo shora popsáno, vede k podstatnému snížení kompresního poměru šneku, v důsledku čehož jsou odstraněny nedostatky, kterými trpí šneky s vysokým kompresním poměrem. Současně pak šnek podle tohoto vynálezu vykazuje veškeré přednosti a výhody, spojené s poměrně vysokou hloubkou lopatek v přívodní oblasti a s poměrně nízkou hloubkou lopatek v dávkovači oblasti, týkajících se šneků s vysokým kompresním poměrem.

Kompresní poměrový objem, vypočtený tak, že se vezme poměr objemu v přívodní oblasti ku objemu v kompresní ·· ··«· ·« • · • · • · *· ·· oblasti, není jednoduché měřit při změně jak rozteče, tak i hloubky lopatek šneku. Jeden důvod spočívá v tom, že změna rozteče způsobuje změnu úhlu lopatek podél šnekového hřídele. Bylo zjištěno, že kompresní poměrový objem pro šnek, který má změněné rozteče lopatek a změněné hloubky lopatek, může být přibližně vyjádřen tak, že se vezme poměr tavné hustoty ku sypné měrné hmotnosti pro příslušný polymer, který je ve šneku používán.

Poměr tavné hustoty ku sypné měrné hmotnosti je u celé řady polymerních materiálů přibližně roven hodnotě 1,3, přičemž tato hodnota 1,3 je minimální hodnotou pro kompresní poměr šneku. Při poměru nižším, než 1,3 nejsou zrnka polymeru dostatečně stlačována, aby docházelo k vytlačování zachyceného vzduchu ven z polymeru během procesu vstřikovacího lisování.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo dosaženo zdokonalených výsledků se šnekem, který měl velmi nízký kompresní poměr, to znamená kompresní poměr stejný, jako spodní mez o hodnotě 1,3 nebo vyšší, avšak nižší, než je kompresní poměr u šneku s vysokou kompresí.

Zjištění, že šnek může být vyroben a úspěšně využíván i tehdy, pokud je zkonstruován s malým rozdílem poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti, a s rozdílnými roztečemi v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti, a se změnou rozteče v kompresní oblasti, bylo neočekávané z hlediska dosud známých znalostí, že konstrukce šneku musí být založena na objemu materiálu v lopatkách a musí mít stejnou rozteč ve všech oblastech, tj. v přívodní oblasti, v kompresní oblasti a v dávkovači oblasti.

Znaky šneku podle tohoto vynálezu umožňují, aby měl šnek vyšší rychlost otáčení a vyšší výkon, přičemž dochází ke snížení doby cyklu vstřikovacího lisování v porovnání se známými konvenčními šneky.

Předmět tohoto vynálezu je znázorněn na vyobrazení podle obr. 2, kde je znázorněn šnek 27, který má přívodní oblast 29, kompresní oblast 31 a dávkovači oblasti 33. Šnek 27 je uložen v dutém válcovém pouzdru, které má v podstatě konstantní vnitřní průměr.

Polymerní pryskyřice, která může mít jakoukoliv vhodnou formu, jako jsou například zrnka, granule, vločky nebo prášek, je přiváděna otvorem 37 v dutém válcovém pouzdru 35 do přívodní oblasti 29, kde se otáčí šnek 27 za účelem pěchování a poté protlačování zrnek do kompresní oblasti 31, stejně jako je tomu u známého šneku.

Šnek 27 má šnekový hřídel 39 a závit 41, který je spirálovitě umístěn kolem šnekového hřídele 39 pro účely vytvoření lopatek 43 přívodní oblasti 29, lopatek 45 kompresní oblasti 31 a lopatek 47 dávkovači oblasti 33.

Rozteč lopatek 43 přívodní oblasti 29 je menší, než je vnější průměr šneku 27, přičemž je u příkladného provedení rozteč všech lopatek 43 přívodní oblasti 29 přibližně stejná. Rozteč lopatek 47 dávkovači oblasti 33 je větší, než je vnější průměr šneku 27, přičemž je u příkladného provedení rozteč všech lopatek 47 dávkovači oblasti 33 rovněž přibližně stejná. Kromě toho je rozteč lopatek 43 přívodní oblasti 29 menší, než je rozteč lopatek 47 dávkovači oblasti 33.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 2, tak hloubka lopatek 45 kompresní oblasti 31 se postupně snižuje při pohybu od přívodní oblasti 29 směrem k dávkovači oblasti 33, přičemž rozteč lopatek 45 kompresní oblasti 31 se postupně zvyšuje při pohybu od přívodní oblasti 29 směrem k dávkovači oblasti 33.

Ke změně hloubky lopatek 45 kompresní oblasti 31 dochází proto, že šnekový hřídel 39 v kompresní oblasti 31 má kuželovitý tvar. Jelikož se hloubka lopatek 45 kompresní oblasti 31 snižuje při pohybu z přívodní oblasti 29 do dávkovači oblasti 33, není nutno, aby hloubka každé následující lopatky 45 kompresní oblasti 31 byla menší, než u předcházející lopatky.

Obdobně jelikož rozteč lopatek 45 kompresní oblasti 31 vzrůstá od přívodní oblasti 29 směrem do dávkovači oblasti 33, není nutno, aby rozteč každé následující lopatky 45 kompresní oblasti 31 byla větší, než u lopatky předcházej ící.

Šnek podle tohoto vynálezu může být využíván u stroje na vstřikovací lisování nebo u vytlačovacího stroje, popřípadě může být využíván jako tavící úsek u většího šneku.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu znázorněn jako šnek, který má pouze jednu lopatku, je pro odborníka z dané oblasti techniky zcela zřejmé, že do rozsahu předmětu tohoto vynálezu spadá i šnek, který má více než jednu lopatku.

• · · 0 0 0 « 0 ··· 0 · • 0 · 0 · · 0 ·· 000 0·0 00 ·

PŘÍKLADY

PŘÍKLAD 1 A SROVNÁVACÍ PŘÍKLAD 2

V příkladu 1 byl vyroben šnek podle tohoto vynálezu a ve srovnávacím příkladu 2 byl vyroben známý konvenční šnek. Fyzické rozměry těchto šneků jsou uvedeny v tabulce 1.

S využitím obou uvedených šneků bylo prováděno vstřikovací lisování materiálu Delrin® 500 P, což je polyacetalová pryskyřice, dostupná od firmy E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont). Uvedená pryskyřice měla poměr tavné hustoty ku sypné měrné hmotnosti 1,16/0,87 = 1,33. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.

Šnek podle příkladu 1 měl malý rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměr skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti v porovnání se šnekem podle srovnávacího příkladu 2.

V důsledku toho šnek podle příkladu 1 vykazuje homogenní taveninu, mnohem stejnoměrnější zasouvací dobu, přičemž umožňuje dosahovat vyšších otáček za minutu, to znamená, že je dosahováno vyššího vytlačování pryskyřice, než u šneku podle srovnávacího příkladu 2, a to aniž by došlo k usazování materiálu na šneku, k vytváření dutin nebo k jiným závadám.

0000 « «0 · »0«

PŘÍKLAD 3 A SROVNÁVACÍ PŘÍKLAD 4

0 ··

Materiál Zytel® 135 F, což je nylonová pryskyřice, dostupná od firmy DuPont, byl rovněž zpracováván vstřikovacím lisováním jako u předcházejících příkladů.

U příkladu 3 byla pryskyřice zpracovávána vstřikovacím lisováním s využitím šneku podle tohoto vynálezu, zatímco u příkladu 4 byla pryskyřice zpracovávána vstřikovacím lisováním s využitím šneku, známého z dosavadního stavu techniky. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.

Šnek podle příkladu 3 neměl žádný rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti v porovnání s rozdílem o velikosti 0,31 pro šnek podle srovnávacího příkladu 4.

V důsledku toho šnek podle příkladu 3 vykazuje homogenní taveninu, mnohem stejnoměrnější zasouvací dobu, přičemž umožňuje dosahovat vyšších otáček za minutu, to znamená, že je dosahováno vyššího vytlačování pryskyřice, než u šneku podle srovnávacího příkladu 4, a to aniž by došlo k usazování materiálu na šneku, k vytváření dutin nebo k jiným závadám.

PŘÍKLAD 5 A SROVNÁVACÍ PŘÍKLAD 6

Materiál Delrin® 500 P byl zpracováván vstřikovacím lisováním jako u předcházejících příkladů, a to s využitím šneku o průměru 65 mm. U příkladu 5 byla pryskyřice zpracovávána vstřikovacím lisováním s využitím šneku podle

0··· • 0 • · · 00 «·· • 0 0000 ·0 «00 V 0

0 000 0 0 » 0 0 0 0 0€ 000 ·» tohoto vynálezu, přičemž u příkladu 6 byla pryskyřice zpracovávána vstřikovacím lisováním s využitím šneku, známého z dosavadního stavu techniky. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.

Šnek podle příkladu 5 měl malý rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti a poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti v porovnání s rozdílem o velikosti 0,33 pro šnek podle srovnávacího příkladu 6.

V důsledku toho šnek podle příkladu 5 vykazuje homogenní taveninu, mnohem stejnoměrnější zasouvací dobu, přičemž umožňuje dosahovat vyšších otáček za minutu, to znamená, že je dosahováno vyššího vytlačování pryskyřice, než u šneku podle srovnávacího příkladu 6, a to aniž by došlo k usazování materiálu na šneku, k vytváření dutin nebo k jiným závadám.

9 9 9 9 9 ·· • · · 9 9 9 ·· • 9 9 9 · · 9 · · • 9 9 9 9 ···· • 9 · · 9 9 9

9 999 99 999 99

Tabulka 1

	Příklad 1	Srovnávací příklad 2
Průměr šneku (mm)	30	30
Hloubka křídel v přívodní oblasti (mm)	8	7
Rozteč křídel v přívodní oblasti (mm)	28	30
Hloubka křídel v dávkovači oblasti (mm)	2,3	2,2
Rozteč křídel v dávkovači oblasti (mm)	50	30
Rychlost otáčení šneku (otáčky/min.)	250	125
Výkon šneku (kg/hod.)	61	25
Kompresní poměr (objemový)	1, 47	2, 6
Skutečný průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	72	29
Opravný součinitel unášecího průtoku v přívodní oblasti	0, 81
Teoretický unášecí průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	73	37
Poměr skutečného průtoku v přívodní oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	0, 98	0, 78
Skutečný průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	54	22
Teoretický unášecí průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	54	17
Poměr skutečného průtoku v dávkovači oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	1,00	1,25
Rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti	0,02	0,47

• · · · • · · · · · • · • · · ·

Tabulka 2

	Příklad 3	Srovnávací příklad 4
Průměr šneku (mm)	32	32
Hloubka křidel v přívodní oblasti (mm)	8	5,9
Rozteč křídel v přívodní oblasti (mm)	26	32
Hloubka křídel v dávkovači oblasti (mm)	2,1	2,1
Rozteč křídel v dávkovači oblasti (mm)	48	32
Rychlost otáčení šneku (otáčky/min.)	275	300
Výkon šneku (kg/hod.)	50	40
Kompresní poměr (objemový)	1,56	2,4
Skutečný průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	59	48
Opravný součinitel unášecího průtoku v přívodní oblasti	0,80
Teoretický unášecí průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	81	76
Poměr skutečného průtoku v přívodní oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	0,73	0, 64
Skutečný průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	42	35
Teoretický unášecí průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	58	36
Poměr skutečného průtoku v dávkovači oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	0,73	0, 95
Rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti	0,0	0,31

• · ·

Tabulka 3

	Příklad 5	Srovnávací příklad 6
Průměr šneku (mm)	65	65
Hloubka křídel v přívodní oblasti (mm)	10	7,8
Rozteč křídel v přívodní oblasti (mm)	40	65
Hloubka křídel v dávkovači oblasti (mm)	2,7	2,8
Rozteč křídel v dávkovači oblasti (mm)	75	65
Rychlost otáčení šneku (otáčky/min.)	180	140
Výkon šneku (kg/hod.)	185	110
Kompresní poměr (objemový)	t—1	2,5
Skutečný průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	212	127
Opravný součinitel unášecího průtoku v přívodní oblasti	0,84
Teoretický unášecí průtok v přívodní oblasti (1/hod.)	248	279
Poměr skutečného průtoku v přívodní oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	0, 85	0, 46
Skutečný průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	159	95
Teoretický unášecí průtok v dávkovači oblasti (1/hod.)	170	121
Poměr skutečného průtoku v dávkovači oblasti ku teoretickému unášecímu průtoku	0,93	0,79
Rozdíl poměru skutečného průtoku ku teoretickému unášecímu průtoku v přívodní oblasti a v dávkovači oblasti	0,08	0,33

• · · · ·

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

1. Šnek (27), obsahující šnekový hřídel (39), opatřený závitem (41), spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele (39) tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek (27) má přívodní oblast (29), kompresní oblast (31) a dávkovači oblast (33), vyznačující se tím, že hloubka, šířka a rozteč lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je navržena na základě sypné měrné hmotnosti materiálu, který má být ' ve šneku (27) zpracováván, a hloubka, šířka a rozteč lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je navržena na základě tavné hustoty materiálu, který má být ve šneku (27) zpracováván, pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) tak, že rozdíl poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) je menší, než 0,2.
2. Šnek (27) podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdíl poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) je menší, než 0,1.

• · · · · · • ·

I 4 4 4 4
3. Šnek (27) podle nároku vyznačující se tím, že rozdíl skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a poměru skutečného objemového průtoku ku teoretickému objemovému průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) je menší, než 0,05.

1, poměru
4. Šnek (27) podle vyznačující se tím, že objemového průtoku materiálu ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti mezi 0,8 a 1,0.

nároku 1, poměr skutečného obj emovému (29) leží
5. Šnek (27) podle vyznačující se tím, že objemového průtoku materiálu ku teoretickému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti mezi 0,8 a 1,0.

nároku 1, poměr skutečného objemovému (33) leží
6. Šnek (27) vyznačuj ící podle tím, ze nároku

1, rozteč alespoň části lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než rozteč alespoň části lopatek (43) v přívodní oblasti (29) ,

rozteč alespoň části lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je menší, než vnější průměr šneku (27) , rozteč alespoň části lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než vnější průměr šneku (27) ,

• · 1 rozteč alespoň části lopatek (45) se zvyšuje během kompresní oblasti (31), a hloubka alespoň části lopatek (45) se snižuje během

kompresní oblasti (31) při pohybu od přívodní k dávkovači oblasti (33) . oblasti (29) 7. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že rozteč lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než rozteč lopatek (43) v přívodní oblasti (29). 8. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že rozteč lopatek (47)

v dávkovači oblasti (33) je přibližně stejná.
9. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že rozteč lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je menší, než vnější průměr šneku (27).
10. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že rozteč lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je přibližně stejná.
11. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že rozteč lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než vnější průměr šneku (27).

99 9 9 9 9 9 99 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9
12. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že hloubka lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je přibližně stejná.
13. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že hloubka lopatek (45) se snižuje během kompresní oblasti (31) při pohybu od přívodní oblasti (29) k dávkovači oblasti (33) .
14. Šnek (27) podle nároku 6, vyznačující se tím, že hloubka lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je přibližně stejná.
15. Šnek (27), obsahující šnekový hřídel (39), opatřený závitem (41), spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele (39) tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek (27) má přívodní oblast (29), kompresní oblast (31) a dávkovači oblast (33), přičemž rozteč alespoň části lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než rozteč alespoň části lopatek (43) v přívodní oblasti (29),

rozteč alespoň části lopatek (43) i v přívodní oblasti (29) je menší, než vnější průměr šneku (27), rozteč alespoň části lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je větší, než vnější průměr šneku (27), rozteč alespoň části lopatek (45) se zvyšuje během

kompresní oblasti (31), a ···· * · · ··*· · · • · · « · » · · · • · ····· · · ·· ··· ·· ··· 4· ··· hloubka alespoň části lopatek (45) se snižuje během kompresní oblasti (31) při pohybu od přívodní oblasti (29) k dávkovači oblasti (33) , vyznačující se tím, že hloubka, šířka a rozteč lopatek (43) v přívodní oblasti (29) je navržena na základě sypné měrné hmotnosti materiálu, který má být. ve šneku (27) zpracováván, a hloubka, šířka a rozteč lopatek (47) v dávkovači oblasti (33) je navržena na základě tavné hustoty materiálu, který má být ve šneku (27) zpracováván, pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) tak, že rozdíl poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) je menší, než 0,2.
16. Způsob projektování šneku (27) pro jeho využití při vstřikovacím lisování nebo vytlačování, přičemž šnek (27) obsahuje šnekový hřídel (39), opatřený závitem (41), spirálovitě umístěným kolem šnekového hřídele (39) tak, že vytváří větší počet lopatek, přičemž uvedený šnek (27) má přívodní oblast (29), kompresní oblast (31) a dávkovači oblast (33), vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky volbu materiálu, který má být zpracováván ve šneku (27), ♦ «·· · 9 · ·9·« 9 9

9 9 9 · · 9 999

9 9 9 9 9 9 9 99

9 9 *99 99 999 99 9 volbu hmotnostního průtokového množství materiálu,

výpočet objemového průtokového v přívodní oblasti (29), množství materiálu výpočet objemového průtokového v dávkovači oblasti (33), množství materiálu volbu hloubky, šířky a rozteče lopatek (43) v přívodní oblasti (29) a hloubky, šířky a rozteče lopatek (47)

v dávkovači oblasti (33) pro zajištění skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a skutečného objemového průtoku materiálu a teoretického objemového unášecího průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) tak, že rozdíl poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v přívodní oblasti (29) a poměru skutečného objemového průtoku materiálu ku teoretickému objemovému unášecímu průtoku materiálu v dávkovači oblasti (33) je menší, než 0,2.