PL189797B1

PL189797B1 - Ślimak i sposób projektowania takiego ślimaka

Info

Publication number: PL189797B1
Application number: PL99344055A
Authority: PL
Inventors: Alain Yves Leveque; Karl Adolf Schirmer
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2005-09-30
Also published as: DK1085969T3; NZ508601A; BR9910348A; AU740820B2; CA2328848A1; EA001998B1; KR20010043308A; SK16472000A3; IL139414A0; EP1085969A1; BG64085B1; ATE228054T1; PL344055A1; CZ20004014A3; PT1085969E; HUP0301392A2; ES2184449T3; DE69904047T2; WO1999056937A1; TR200003255T2

Abstract

1 . Slimak majacy rdzen slimaka z gwintem ulozonym wzdluz linii srubowej wokól rdzenia slimaka tak, aby utworzyc szereg zwojów, przy czym ten slimak ma strefe zasilania, strefe sprezania i strefe dozowania, znamienny tym, ze glebokosc, szerokosc i podzialka zwojów (43) w strefie (29) zasilania slima- ka sa skonstruowane w zaleznosci od gestosci nasypowej materia- lu przetwarzanego przez slimak (27), a glebokosc, szerokosc i podzialka zwojów (47) w strefie (33) dozowania sa skonstru- owane w zaleznosci od gestosci stopu materialu przetwarza- nego przez slimak (27), przy czym podzialka co najmniej czesci zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest wieksza niz podzialka co najmniej czesci zwojów (43) w strefie (29) zasilania, podzialka co najmniej czesci zwojów (43) w strefie (29) zasilania jest mniejsza niz zewnetrzna srednica slimaka (27), podzialka co najmniej czesci zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest wieksza niz zewnetrzna srednica slimaka (27), podzialka co najmniej czesci zwojów (46) zwieksza sie na przestrzeni strefy (31) sprezania oraz glebokosc co najmniej czesci zwojów (46) zmniejsza sie na przestrzeni strefy (31) spreza- nia, idac od strefy (29) zasilania do strefy (33) dozowania, przy czym róznica pomiedzy stosunkiem rzeczywistego przeplywu objetosciowego materialu do teoretycznego obje- tosciowego przeplywu wleczonego materialu w strefie (29) zasilania i stosunkiem rzeczywistego przeplywu objetosciowego materialu do teoretycznego objetosciowego przeplywu wleczone- go materialu w strefie (33) dozowania jest mniejsza niz 0,2 Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ślimak mający rdzeń ślimaka z gwintem ułożonym wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia ślimaka tak, aby utworzyć szereg zwojów, przy czym ten ślimak ma strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania. Ponadto, przedmiotem wynalazku jest sposób projektowania takiego ślimaka. Wynalazek ten dotyczy ślimaka, który ma zastosowanie np. w maszynach do wtryskowego formowania polimerów albo w maszynach do wytłaczania polimerów.

Zastosowanie ślimaków do wtryskowego formowania albo wytłaczania polimeru jest dobrze znane. Na rysunku, pos. I, przedstawiono znany, czyli standardowy ślimak 11 stosowany do formowania wtryskowego, który ma trzy strefy: strefę 13 zasilania, strefę 15 sprężania czyli strefę przemiany i strefę 17 dozowania. Ślimak 11 jest umieszczony w wydrążonym cylindrze 19, mającym stałą średnicę wewnętrzną i korzystnie gładką powierzchnię wewnętrzną. Żywicę polimerową w dowolnej postaci, takiej jak tabletki, granulki, płatki albo proszek, doprowadza się przez otwór 21 w bębnie 19 do strefy 13 zasilania, w której ślimak obraca się w celu upakowania, a następnie popychania tabletek do strefy 15 sprężania. Tabletki topią się w strefie 15 sprężania, a następnie są popychane do strefy 17 dozowania, w której stopiony materiał ulega ujednorodnieniu. Następnie ujednorodniony stop formuje się wtryskowo, bądź też poddaje dalszej przeróbce.

Ślimak 11 ma rdzeń 23 i ślimaka, zaopatrzony w gwint ułożony wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia 23 z utworzeniem zwojów 25. Zwoje 25 charakteryzuje ich głębokość, która jest wysokością zwoju ponad rdzeniem 23, oraz skok linii śrubowej, który jest długością P czyli odległością pomiędzy dwoma sąsiednimi zwojami plus jedna szerokość grzbietu zwoju. Zewnętrzna średnica OD ślimaka 11 obejmuje głębokość zwoju ponad i pod rdzeniem 23, podczas gdy średnica rdzenia RD ślimaka 11 jest tylko średnicą rdzenia 23, bez uwzględniania głębokości zwojów 25. Zwykle zwoje 25 w ślimaku 11 mają tę samą podziałkę w każdej ze stref, tj. strefie 13 zasilania, strefie 15 sprężania i strefie 17 dozowania, lecz głębokość ich zmienia się w zależności od strefy. W szczególności zwoje 25 mają stałą głębokość x w strefie 13 zasilania, stałą głębokość y w strefie 17 dozowania, gdzie y < x, oraz stopniowo zmniejszającą się głębokość od x do y w strefie 15 sprężania.

Ślimaki często charakteryzuje się ich stopniem sprężania, który jest stosunkiem wykorzystywanym do kwantyfikacji wielkości, o jaką ślimak spręża albo ściska żywicę. Koncepcją, która wiąże się ze stopniem sprężania, jest dzielenie objętości kanału w strefie zasilania przez objętość kanału w strefie dozowania, lecz obecnie stosowanym standardem jest uproszczony sposób, oparty na następującym równaniu:

Stopień sprężania = (głębokość kanału w strefie zasilania)/głębokość kanału w strefie dozowania. _r

Ten stopień sprężania określa się mianem głębokościowego stopnia sprężania. Ślimaki o dużym stopniu sprężania, które zwykle stosuje się do materiałów krystalicznych albo półkrystalicznych, takich jak polimery, mają stopnie sprężania większe niż około 2,5. Ślimaki o standardowym stopniu sprężania, które zwykle stosuje się do materiałów bezpostaciowych, mają stopnie sprężania od około 1,8 do 2,5, bardziej powszechnie 2,2.

189 797

Różnorodne problemy związane ze ślimakami o wysokim stopniu sprężania obejmują: przegrzewanie powodowane zbyt wysokim albo niekontrolowanym sprężaniem; „mostkowanie”, które występuje wtedy, gdy stop polimeru obraca się ze ślimakiem i nie przemieszcza się do przodu oraz narost na ślimaku, który tworzy się w strefach sprężania i dozowania. Problemy te ograniczają maksymalną prędkość obrotową ślimaka i w konsekwencji wydatek roztopionego materiału. Podejmując wysiłki na rzecz pokonania tych problemów, niektórzy użytkownicy przechodzą na ślimaki standardowe, lecz głębokość zwojów ślimaka standardowego w strefie dozowania jest zbyt duża, aby zapewnić dobrą jednorodność stopu w pewnych warunkach, w szczególności w przypadku materiałów krystalicznych.

Podjęto wiele prób mających na celu poprawę osiągów ślimaków. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4129386 ujawnia urządzenie do wytłaczania ze ślimakiem mającym kąt pochylenia linii śrubowej albo podziałkę D w strefie zasilania. Wzrasta ona stale na przestrzeni strefy przemiany do kąta pochylenia linii śrubowej F w strefie dozowania. Strefa zasilania ma stałą wysokość G zwoju, strefa dozowania ma stały wysokość I zwoju, strefa przemiany B zaś ma stale malejącą wysokość zwoju od wysokości zwoju G w strefie zasilania do wysokości I zwoju w strefie dozowania. Ta konstrukcja ślimaka wiąże się z problemami nadmiernego zasilania materiałem przeznaczonym do wyciskania i wymaga rowkowanego cylindra w celu zapobieżenia powstawaniu nadmiernych gradientów ciśnienia wzdłuż ślimaka.

Zatem istnieje zapotrzebowanie na ślimak, który będzie wytwarzać jednorodny stop bez problemów takich, jakie występują w przypadku ślimaków mających wysoki stopień sprężania.

Niniejszy wynalazek dotyczy ślimaka, do zastosowania np. we wtryskarce albo w wytłaczarce. Ślimak według wynalazku, mający rdzeń ślimaka z gwintem ułożonym wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia ślimaka tak, aby utworzyć szereg zwojów, przy czym ten ślimak ma strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania, charakteryzuje się tym, że głębokość, szerokość i podziałka zwojów w strefie zasilania ślimaka są skonstruowane w zależności od gęstości nasypowej · materiału przetwarzanego przez ślimak, a głębokość, szerokość i podziałka zwojów w strefie dozowania są skonstruowane w zależności od gęstości stopu materiału przetwarzanego przez ślimak, przy czym podziałka co najmniej części zwojów w strefie dozowania jest większa niż podziałka co najmniej części zwojów w strefie zasilania, podziałka co najmniej części zwojów w strefie zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka, podziałka co najmniej części zwojów w strefie dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka, podziałka co najmniej części zwojów zwiększa się na przestrzeni strefy sprężania oraz głębokość co najmniej części zwojów zmniejsza się na przestrzeni strefy sprężania, idąc od strefy zasilania do strefy dozowania, przy czym różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania jest mniejsza niż 0,2.

Korzystnie, różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania jest mniejsza niż 0,1.

Ponadto, różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania jest mniejsza niż 0,05.

Korzystnie, stosunek rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania wynosi 0,8 - 1,0.

A ponadto korzystnie, stosunek rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania wynosi 0,8-1,0.

Konstrukcja ta daje w efekcie ślimak, który ma zrównoważone masowe natężenie przepływu i tym samym stały wzrost ciśnienia wzdłuż ślimaka bez skoków ciśnienia.

W korzystnym wariancie wykonania wynalazku podziałka zwojów w strefie dozowania jest większa niż podziałka zwojów w strefie zasilania.

189 797

Korzystnie, podziałka zwojów w strefie dozowania jest w przybliżeniu równa.

Ponadto, korzystnie podziałka zwojów w strefie zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka. W kolejnym wariancie wykonania wynalazku podziałka zwojów w strefie zasilania jest w przybliżeniu równa.

Korzystnie podziałka zwojów w strefie dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka. Głębokość zwojów w strefie dozowania może też być w przybliżeniu równa.

Korzystnie, głębokość zwojów zmniejsza się na przestrzeni strefy sprężania, idąc od strefy zasilania w kierunku strefy dozowania.

Korzystnie głębokość zwojów w strefie zasilania jest w przybliżeniu równa.

Istota wynalazku w odniesieniu do sposobu projektowania ślimaka do stosowania we wtryskarce lub wytłaczarce, przy czym ślimak ma rdzeń z gwintem ułożonym wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia ślimaka tak, aby utworzyć szereg zwojów, przy czym ten ślimak ma strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania polega na tym, że wybiera się materiał, który ma być przetwarzany przez ślimak, wybiera się masowe natężenie przepływu materiału, oblicza się objętościowe natężenie przepływu w strefie zasilania, oblicza się objętościowe natężenie przepływu w strefie dozowania, dobiera się głębokość, szerokość i podziałkę zwojów w strefie zasilania oraz głębokość, szerokość i podziałkę zwojów w strefie dozowania.

Ślimak według wynalazku umożliwia większą prędkość obrotową, ma większą wydajność i zmniejsza czas cyklu formowania wtryskowego w porównaniu ze ślimakami znanymi.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ślimak według wynalazku, w widoku z boku.

Ślimak do stosowania, np. we wtryskarce albo w wytłaczarce ma rdzeń ślimaka, zaopatrzony w gwint ułożony wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia tak, aby utworzyć wiele zwojów. Ślimak ma trzy strefy: strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania, a podczas pracy jest zamontowany w wydrążonym cylindrze mającym korzystnie gładką wewnętrzną ściankę cylindra, która pozwala ślimakowi na obrót wewnątrz wydrążonego cylindra.

W niniejszym kontekście, termin „strefa zasilania” dotyczy tej strefy ślimaka, w której materiał nie został sprężony. Przykładowo w przypadku tabletek polimeru, tabletki występują w swej niestopionej, sypkiej postaci. Termin „strefa dozowania” dotyczy tej strefy ślimaka, w której materiał został całkowicie sprężony. Przykładowo w przypadku tabletek żywicy, tabletki występują w postaci całkowicie roztopionej. Termin „strefa sprężania” dotyczy tej strefy ślimaka, w której materiał ulega sprężaniu. Przykładowo w przypadku tabletek polimeru, tabletki występują w stanie mieszanym pomiędzy postacią sypką a postacią stopioną.

Zwój charakteryzuje się głębokością, którą definiuje się jako wysokość zwoju ponad rdzeniem ślimaka, szerokością i podziałką, którą definiuje się jako długość zwoju (odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi zwojami na rdzeniu ślimaka) plus jedna szerokość grzbietu zwoju. Jeżeli zwój ma podziałkę 25 mm oznacza to, że gdy ślimak wykona jeden obrót, polimer w ślimaku przemieszcza się osiowo o 12,5 mm.

Wynalazek oparto na spostrzeżeniu, że jeżeli konstrukcję zwojów uzależni się od objętości materiału znajdującego się w zwojach, to uzyskuje się ślimak mający większą prędkość obrotową, wyższą wydajność oraz osiąga się skrócenie czasu cyklu wtrysku w porównaniu ze znanymi ślimakami.

Odpowiednio, w niniejszym wynalazku głębokość, szerokość i podziałka zwojów ślimaka są skonstruowane w oparciu o materiał, który ma być przetwarzany przez ślimak tak, że bezwzględna różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania jest mniejsza niż 0,2, korzystnie mniejsza niż 0,1 i korzystniej mniejsza niż 0,05. Konstrukcja ta daje w efekcie ślimak, który ma zrównoważone masowe natężenie przepływu, i tym samym stały wzrost ciśnienia wzdłuż ślimaka bez skoków ciśnienia. W korzystnej postaci stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania wynosi od około 0,8 do 1,0.

Powyższe stosunki można obliczać na podstawie masy w czasie albo objętości w czasie.

Rzeczywisty przepływ materiału i teoretyczny wleczony przepływ materiału w strefie zasilania określa się w następujący sposób. Rzeczywisty przepływ materiału w strefie dozo6

189 797 wania określa się poprzez ważenie materiału na wyjściu ze ślimaka w danym okresie. To masowe natężenie przepływu można przekształcić na objętościowe natężenie przepływu, dzieląc masowe natężenie przepływu przez gęstość stopu materiału przetwarzanego przez ślimak. Przez „gęstość stopu” rozumie się gęstość materiału, takiego jak polimer, przetwarzanego przez ślimak, gdy materiał uległ stopieniu.

Masowe natężenie przepływu materiału w ślimaku przyjmuje się jako stałe, zaś rzeczywiste objętościowe natężenie przepływu materiału w strefie zasilania określa się biorąc masowe natężenie przepływu materiału w strefie dozowania i dzieląc to masowe natężenie przepływu przez gęstość nasypową materiału przetwarzanego przez ślimak. Przez „gęstość nasypową” rozumie się masę materiału, takiego jak cząstki albo granulki polimeru, przetwarzanego przez ślimak, podzieloną przez całkowitą objętość stałych cząstek albo granulek oraz pustek albo otwartych przestrzeni pomiędzy nimi.

Przez „przepływ wleczony” rozumie się teoretyczne objętościowe natężenie przepływu materiału, które wynika ze względnego ruchu pomiędzy ślimakiem i wewnętrzną powierzchnią cylindra, tzn. przepływ materiału do przodu w wyniku obrotu ślimaka śrubowego, który wymusza przemieszczanie materiału do przodu i przez cylinder. Przepływ wleczony jest proporcjonalny do iloczynu średniej prędkości względnej materiału oraz pola przekroju poprzecznego kanału cylindra. Innymi słowy, przepływ wleczony jest objętościową wydajnością pompowania materiału i zwykle oblicza go się w odniesieniu do czasu. Przepływ wleczony opiera się na szeregu czynników związanych ze ślimakiem, włączając podziałkę, głębokość, szerokość i kąt zwojów oraz prędkość obrotową ślimaka. Przepływ wleczony, który jest skierowany w kierunku wylotowego końca ślimaka, można zwiększyć zwiększając obroty ślimaka i/lub zwiększając głębokość zwojów ślimaka.

Teoretyczny przepływ wleczony oblicza się stosując dobrze znany, zwykły wzór, taki jak przedstawiono na stronach 123-125 w „Kunststoff-ExtrudertechniK\ Gerhard Schenkel, wydawnictwo Carl Hanser Verlag, Monachium (1963).

Teoretyczny przepływ wleczony obliczony dla strefy zasilania musi być dopasowany za pomocą współczynnika korekcyjnego związanego z geometrią zwojów w tej strefie i materiałem przetwarzanym przez ślimak. Ten współczynnik korekcyjny jest konieczny ze względu na sypki charakter materiału w strefie zasilania oraz wpływ powierzchni nośnych zwojów i zazwyczaj wynosi 0,7 - 0,95, zwykle 0,8 - 0,95.

Współczynnik korekcyjny można uzyskać stosując znane sposoby, takie jak przedstawiono na stronie 123 publikacji Schenkela, gdzie znajduje się wykres stosunku wysokości zwoju do długości zwoju do współczynnika korekcyjnego. Współczynnik korekcyjny określa się biorąc stosunek wysokości zwoju do długości zwoju i odczytując odpowiedni współczynnik korekcyjny z wykresu.

Chociaż teoretycznie obliczenie teoretycznego przepływu wleczonego w strefie dozowania również wymaga dopasowania za pomocą współczynnika korekcyjnego, w rzeczywistości współczynńk korekcyjny jest bardzo bliski 1,0, ponieważ w strefie dozowania materiał jest stopiony, a tym samym ten współczynnik korekcyjny aproksymuje się jako 1,0.

Ślimak mający stosunki opisane wyżej ma względnie stały wzrost ciśnienia wzdłuż ślimaka. Jeżeli w ślimaku występują skoki ciśnienia, materiał przetwarzany przez ślimak będzie poddany naprężeniom w ślimaku, co spowoduje osad na ślimaku i spadek mechanicznych właściwości materiału.

Nie ma ograniczeń co do typu materiału, który może być przetwarzany przez ślimak, choć stwierdzono, że ślimak jest szczególnie użyteczny w formowaniu wtryskowym i wytłaczaniu polimerów'.

W korzystnej postaci geometria zwojów jest taka, że podziałka zwojów w strefie dozowania jest większa niż podziałka zwojów w strefie zasilania, podziałka zwojów w strefie zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka, podziałka zwojów w strefie dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka, podziałka zwojów wzrasta na przestrzeni strefy sprężania i głębokość zwojów zmniejsza się na przestrzeni strefy sprężania, idąc od strefy zasilania do strefy dozowania. W niniejszym kontekście termin „zewnętrzna średnica ślimaka” oznacza średnicę ślimaka mierzoną w taki sposób, aby zawierała rdzeń ślimaka i głębokość zwoju ponad i pod rdzeniem ślimaka. Stopień sprężania ślimaka kwantyfikuje wielkość,

189 797 o jaką ślimak spręża żywicę, i opiera się na koncepcji dzielenia objętości zwoju w strefie zasilania przez objętość zwoju w strefie dozowania. Stosowaną zwykle aproksymacją stosunku sprężania jest stosunek głębokości zwojów w strefie zasilania do głębokości zwojów w strefie dozowania.

Tak więc, zwykle stosowanym sposobem zmiany stopnia sprężania ślimaka była zmiana głębokości zwojów w strefach zasilania i dozowania. Ponieważ głębokość zwojów w ślimakach znanych jest stała w strefie zasilania i stała w strefie sprężania, stopień sprężania ślimaka byłby zwiększony poprzez zwiększenie głębokości zwojów w strefie zasilania albo zmniejszenie głębokości zwojów w strefie zasilania, bądź też obydwoma tymi sposobami. Jeżeli jednak stopień sprężania ślimaka jest zbyt wysoki, prowadzi to do problemów omówionych wcześniej, a mianowicie do mostkowania i niepożądanego wzrostu ciepła i narostu na ślimaku.

Wynalazek oparto na spostrzeżeniu, że można uzyskać korzyści ze ślimaka o wysokim stopniu sprężania, mającego względnie dużą głębokość zwojów w strefie zasilania i względnie małą głębokość zwojów w strefie dozowania, bez wad związanych ze ślimakami o wysokim stopniu sprężania, dostarczając ślimaka mającego bezwzględną różnicę stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania mniejszą niż 0,2, korzystnie mniejszą niż 0,1, a korzystniej mniejszą niż 0,05.

I rzeczywiście, zmianz ałki i głębo kości zwojów śhmaka wekhrg edyualwdcu obniża zasadniczo stopień sprężania ślimaka i tym samym usuwa wady związane ze ślimakiem o wysokim stopniu sprężania. Równocześnie ślimak według wynalazku zapewnia wszystkie korzyści związane ze względnie wysokimi zwojami strefy zasilania i względnie niskimi zwojami strefy dozowania, związanymi ze ślimakami o dużym stopniu sprężania.

Objętościowy stopień sprężania, obliczony jako stosunek objętości strefy zasilania do objętości strefy sprężania, nie jest łatwy do zwiarzenia, gdy zmienia się zarówno podziałka, jak i głębokość zwojów ślimaka. Jednym powodem jest to, że zmieniająca się podziałka powoduje zmianę kąta pochylenia zwojów wzdłuż rdzenia ślimaka. Odkryto, że objętościowy stopień sprężania w ślimaku mającym zmienną podziałkę zwojów i zmienną głębokość zwojów może być aproksymowany biorąc gęstość stopu do gęstości nasypowej polimeru przeznaczonego do przetwarzania w tym ślimaku.

Stosunek gęstości stopu do gęstości nasypowej dla wielu materiałów polimerowych jest w przybliżeniu równy 1,3, a ta wartość 1,3 stanowi minimum dla stopnia sprężania ślimaka. Poniżej stopnia 1,3 granulki polimeru nie są dostatecznie sprężane, aby wypchnąć uwięzione powietrze z polimeru w trakcie procesu formowania wtryskowego.

Wykorzystując niniejszy wynalazek uzyskano poprawione wyniki przy użyciu ślimaka o bardzo matym stopniu sprężania, tzn. równoważnemu dolnej granicy 1,3 lub wyższemu, lecz niższemu niż stopień sprężania ślimaka o wysokim stopniu sprężania.

Spostrzeżenie, że można wykonać i pomyślnie używać ślimaka skonstruowanego z małą różnicą stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania oraz z różnymi podziałkami w strefach zasilania i dozowania i zmienną podzialką w strefie sprężania, było nieoczekiwane w świetle znanej wiedzy, iż ślimak skonstruowany w oparciu o objętość materiału w zwojach powinien mieć tę sama podziałkę w każdej ze stref zasilania, sprężania i dozowania.

Właściwości ślimaka według niniejszego wynalazku pozwalają ślimakowi uzyskać wyższe obroty ślimaka, wyższą wydajność i zmniejszony czas cyklu formowania wtryskowego w porównaniu ze ślimakami znanymi.

Wynalazek ilustruje fig. 1, na której przedstawiono ślimak 27, mający strefę 29 zasilania, strefę 31 sprężania i strefę 33 dozowania. Ślimak jest zamontowany w wydrążonym cylindrze 35, mającym zasadniczo stałą średnicę wewnętrzną. Żywica polimerowa, która może mieć dowolną dogodną postać, taką jak tabletki, granulki, płatki bądź proszek, jest podawana przez otwór 37 w cylindrze 35 do strefy 29 zasilania, gdzie ślimak 27 obraca się w celu upakowania, a następnie popychania tabletek do strefy 31 sprężania, tak jak w znanym ślimaku.

Ślimak 21 ma rdzeń 39 ślimaka i gwint 41 usytuowany wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia 39, w celu utworzenia zwojów 43 strefy zasilania, zwojów 46 strefy sprężania i zwo8

189 797 jów 47 strefy dozowania. Podziałka zwojów 43 strefy zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka 27, a w korzystnej postaci, podziałka każdego spośród zwojów 43 strefy zasilania jest w przybliżeniu równa. Podziałką zwojów 47 strefy dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka 27, a w korzystnej postaci podziałka każdego spośród zwojów 47 strefy dozowania jest także w przybliżeniu równa. Ponadto podziałka zwojów 43 strefy zasilania jest mniejsza niż podziałka zwojów 47 strefy dozowania.

Jak przedstawiono na fig. 1, głębokość zwojów 46 strefy sprężania zmniejsza się stopniowo, idąc od bliższej strefy zasilania 29 w kierunku strefy 33 dozowania, zaś podziałka zwojów 46 strefy sprężania zwiększa się stopniowo, idąc od bliższej strefy 29 zasilania w kierunku strefy 33 dozowania. Zmianę głębokości zwojów 46 strefy sprężania uzyskuje się dlatego, ponieważ w strefie 31 sprężania rdzeń 39 ślimaka ma kształt stożka. Chociaż głębokość zwojów 46 strefy sprężania zmniejsza się idąc od strefy 29 zasilania w kierunku strefy 33 dozowania, nie jest konieczne, aby głębokość każdego kolejnego zwoju 46 strefy sprężania była mniejsza niż poprzedniego. Podobnie, podczas gdy podziałka zwojów 46 strefy sprężania wzrasta idąc od strefy 29 zasilania w kierunku strefy 33 dozowania, nie jest konieczne, aby podziałka każdego kolejnego zwoju 46 strefy sprężania była większa niż poprzedniego.

Ślimak według wynalazku może być używany we wtryskarce albo wytłaczarce, bądź też może myć używany jako sekcja topiąca większego ślimaka. Chociaż wynalazek zilustrowano ślimOkiem jednozwojnym, jak to jest znane specjalistom w tej dziedzinie, zakres niniejszego wynalazku obejmuje ślimaki mające więcej niż jeden zwój.

Przykład 1 iporównawczy przykład2

W przykładzie 1 wykonano ślimak według wynalazku, zaś w porównawczym przykładzie 2 wykonano znany ślimak. Fizyczne wymiary ślimaka zestawiono w tabeli 1.

W procesie formowania wtryskowego przy użyciu obu ślimaków wykorzystano Delrin® 500P, żywicę poliacetalową produkowaną przez E. I. Du Pont de Nemours and Company (DuPont). Żywica miała stosunek gęstości stopu do gęstości nasypowej równy 1,16/0,87 = 1,33. Wyniki zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1

	Przykład 1	Przykład porównawczy 2
Średnica ślimaka, mm	30	30
Głębokość zwojów w strefie zasilania, mm	8	7
Podziałka zwojów w strefie zasilania, mm	28	30
Głębokość zwojów w strefie dozowania, mm	2,3	2,2
Podziałka zwojów w strefie dozowania, mm	50	30
Obroty ślimaka (obr./min.)	250	125
Wydajność ślimaka (kg/godz.)	61	25
Stopień sprężania (objętość)	1,47	2,6
Rzeczywisty przepływ w strefie zasilania, 1/godz.	72	29
Współczynnik korekcyjny przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,81
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie zasilania, 1/godz.	73	37
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,98	0,78
Rzeczywisty przepływ w strefie dozowania, 1/godz.	54	22
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie dozowania, 1/godz.	54	17
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie dozowania	1,00	1,25
Różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania i w strefie dozowania	0,02	0,47

189 797

W przypadku ślimaka z przykładu 1 była mała różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania, w porównaniu ze ślimakiem z przykładu porównawczego 2. Tak więc, ślimak z przykładu 1 dawał jednorodny stop, bardziej zgodny czas wycofywania ślimaka i umożliwiał zastosowanie wyższych obrotów, tzn. wyższą wydajność żywicy niż ślimak z przykładu porównawczego 2, bez powodowania narostu na ślimaku, rozwarstwień, mostkowania albo innych wad.

Przykład 3 i przykład porównawczy 4

Żywicę nylonową Zytel® 135 F firmy DuPont poddano także formowaniu wtryskowemu jak w poprzednich przykładach. W przykładzie 3 żywicę formowano wtryskowo za pomocą ślimaka według wynalazku, zaś w przykładzie 4 żywicę formowano wtryskowo za pomocą ślimaka według dotychczasowego stanu techniki.

Wyniki zestawiono w tabeli 2.

Tabela 2

	Przykład 3	Przykład porównawczy 4
Średnica ślimaka, mm	32	32
Głębokość zwojów w strefie zasilania, mm	8	5,9
Podziałka zwojów w strefie zasilania, mm	26	32
Głębokość zwojów w strefie dozowania, mm	2,1	2,1
Podziałka zwojów w strefie dozowania, mm	48	32
Obroty ślimaka (obr./min)	275	300
Wydajność ślimaka (kg/godz.)	50	40
Stopień sprężania (objętość)	1,56	2,4
Rzeczywisty przepływ w strefie zasilania, 1/godz.	59	48
Współczynnik korekcyjny przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,80
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie zasilania, l/godz.	81	76
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,73	0,64
Rzeczywisty przepływ w strefie dozowania, 1/godz.	42	35
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie dozowania, l/godz.	58	36
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie dozowania	0,73	0,95
Różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania i w strefie dozowania	0	0.31

W przypadku ślimaka z przykładu 3 nie było różnicy stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania, w porównaniu z różnicą 0,31 dla ślimaka z przykładu porównawczego 4. Tak więc, ślimak z przykładu 3 dawał jednorodny stop, bardziej zgodny czas wycofywania ślimaka i umożliwiał zastosowanie wyższych obrotów, tzn. wyższą wydajność żywicy niż ślimak z przykładu porównawczego 4, bez powodowania narostu na ślimaku, rozwarstwień, mostkowania lub innych wad.

Przykład 5 i przykład porównawczy 6

Delrin® 500 P poddano formowaniu wtryskowemu jak w poprzednich przykładach, przy użyciu ślimaka o średnicy 65 mm. W przykładzie 3 żywicę formowano wtryskowo za pomocą ślimaka według wynalazku, zaś w przykładzie 4 żywicę formowano wtryskowo za pomocą ślimaka według dotychczasowego stanu techniki.

189 797

Wyniki zestawiono w tabeli 3.

Tabela 3

	Przykład 5	Przykład porównawczy 6
Średnica ślimaka, mm	65	65
Głębokość zwojów w strefie zasilania, mm	10	7,8
Podziałka zwojów w strefie zasilania, mm	40	65
Głębokość zwojów w strefie dozowania, mm	2,7	2,8
Podziałka zwojów w strefie dozowania, mm	75	65
Obroty ślimaka (obr./min)	180	140
Wydajność ślimaka (kg/godz.)	185	110
Stopień sprężania (objętość)	1,6	2,5
Rzeczywisty przepływ w strefie zasilania, 1/godz.	212	127
Współczynnik korekcyjny przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,84
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie zasilania, 1/godz.	248	279
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania	0,85	0,46
Rzeczywisty przepływ w strefie dozowania, 1/godz.	159	121
Teoretyczny przepływ wleczony w strefie dozowania, 1/godz.	121	170
Stosunek przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie dozowania	0,93	0,79
Różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego w strefie zasilania i w strefie dozowania	0,08	0,33

W przypadku ślimaka 5 była mała różnica stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie zasilania i stosunku przepływu rzeczywistego do teoretycznego przepływu wleczonego materiału w strefie dozowania, w porównaniu różnicą 0,33 dla ślimaka z przykładu porównawczego 6. Tak więc, ślimak z przykładu 5 dawał jednorodny stop, bardziej zgodny czas wycofywania ślimaka i umożliwiał zastosowanie wyższych obrotów, tzn. wyższą wydajność żywicy niż ślimak z przykładu porównawczego 6, bez powodowania narostu na ślimaku, rozwarstwień, mostkowania albo innych wad.

189 797

ή j

cn cm

Ó)

Ll

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Ślimak mający rdzeń ślimaka z gwintem ułożonym wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia ślimaka tak, aby utworzyć szereg zwojów, przy czym ten ślimak ma strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania, znamienny tym, że głębokość, szerokość i podziałka zwojów (43) w strefie (29) zasilania ślimaka są skonstruowane w zależności od gęstości nasypowej materiału przetwarzanego przez ślimak (27), a głębokość, szerokość i podziałka zwojów (47) w strefie (33) dozowania są skonstruowane w zależności od gęstości stopu materiału przetwarzanego przez ślimak (27), przy czym podziałka co najmniej części zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest większa niż podziałka co najmniej części zwojów (43) w strefie (29) zasilania, podziałka co najmniej części zwojów (43) w strefie (29) zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka (27), podziałka co najmniej części zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka (27), podziałka co najmniej części zwojów (46) zwiększa się na przestrzeni strefy (31) sprężania oraz głębokość co najmniej części zwojów (46) zmniejsza się na przestrzeni strefy (31) sprężania, idąc od strefy (29) zasilania do strefy (33) dozowania, przy czym różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (29) zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (33) dozowania jest mniejsza niż 0,2.
2. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (29) zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (33) dozowania jest mniejsza niż 0,1.
3. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że różnica pomiędzy stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (29) zasilania i stosunkiem rzeczywistego przepływu objętościowego do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (33) dozowania jest mniejsza niż 0,05.
4. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (29) zasilania wynosi 0,8 - 1,0.
5. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek rzeczywistego przepływu objętościowego materiału do teoretycznego objętościowego przepływu wleczonego materiału w strefie (33) dozowania wynosi 0,8 -1,0.
6. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że podziałka zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest większa niż podziałka zwojów (43) w strefie (29) zasilania.
7. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że podziałka zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest w przybliżeniu równa.
8. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że podziałka zwojów (43) w strefie (29) zasilania jest mniejsza niż zewnętrzna średnica ślimaka (27).
9. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że podziałka zwojów (43) w strefie (29) zasilania jest w przybliżeniu równa.
10. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że podziałka zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest większa niż zewnętrzna średnica ślimaka (27).
11. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość zwojów (47) w strefie (33) dozowania jest w przybliżeniu równa.
12. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość zwojów (46) zmniejsza się na przestrzeni strefy (31) sprężania, idąc od strefy (29) zasilania w kierunku strefy (33) dozowania.

189 797
13. Ślimak według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość zwojów (43) w strefie (29) zasilania jest w przybliżeniu równa.
14. Sposób projektowania ślimaka do stosowania we wtryskarce lub wytłaczarce, przy czym ślimak ma rdzeń z gwintem ułożonym wzdłuż linii śrubowej wokół rdzenia ślimaka tak, aby utworzyć szereg zwojów, przy czym ten ślimak ma strefę zasilania, strefę sprężania i strefę dozowania, znamienny tym, że wybiera się materiał, który ma być przetwarzany przez ślimak, wybiera się masowe natężenie przepływu materiału, oblicza się objętościowe natężenie przepływu w strefie zasilania, oblicza się objętościowe natężenie przepływu w strefie dozowania, dobiera się głębokość, szerokość i podziałkę zwojów w strefie zasilania oraz głębokość, szerokość i podziałkę zwojów w strefie dozowania.