2017年9月, 斯图加特讯—今年是所有双螺杆挤出机的先驱, ZSK双螺杆挤出机问世的第60周年. 整整60年前, Werner & Pfleiderer, 科倍隆的前身, 在1957年推出了第一台同向啮合ZSK双螺杆挤出机. 自此, 经过这60年的不断发展, ZSK挤出机从现在看来相对简单, 产量仅为170kg/h的混炼机不可思议的变身为广泛应用于塑料, 化工, 食品和医药等不同领域的高性能加工设备. 现在, ZSK的螺杆直径从18mm最大可达420mm, 其产量在加工聚烯烃时为200g/h到125t/h.
历时四年从第一台样机到批量生产
1953年Werner & Pfleiderer获得了德国拜耳公司的一项独家授权. 1943年, Rudolf Erdmenger 和Walter Meskat在位于沃尔芬的拜耳IG工厂开始了最初的相关研究工作. 到1945年Rudolf Erdmenger将其作为 '高粘度技术' 项目的一部分继续了这项研究工作, 并开发出了第一台完全自清洁的同向啮合双螺杆挤出机. 它是所有ZSK双螺杆挤出机的雏形, 能大范围的保持被加工物料的粘度和摩擦性能. 和现在的ZSK双螺杆挤出机不一样, 由Erdmenger发明的设备原型, 螺杆还是上下排列的. 随后Werner & Pfleiderer又花了四年时间继续研究, 并制造出第一台适合工业化生产的ZSK挤出机.
产量 提高 35倍
如今, ZSK双螺杆挤出机从其问世以来一直都以性能不断创新而著称. 螺杆中心矩相同的设备, 今天的产量却是60年前的35倍. 同时, 今天的配混设备可以完成更多的加工任务. 加工段的长度是实现这些加工的主要因素, 设备的长径比从最初的6 D扩展到了现在的80 D(D=螺杆直径).
第一代ZSK挤出机的比扭矩为3.7 Nm/cm³, 而现在的ZSK Mc18高性能挤出机可以达到 18 Nm/cm³, ZSK Mv PLUS可达11.3 Nm/cm³. 并随着螺杆转速从150 min-1 提升到 1,200 min-1 或 1,800 min-1(一些专家最初对此持怀疑态度), 如今ZSK系列挤出机能实现令人惊叹的高产量.
技术的持续发展
ZSK双螺杆挤出机的性能等级和灵活度是Werner & Pfleiderer(即现在的科倍隆)的工程师们长期集中研发的结果. 这些发展包括以下几个方面:
将加工段筒体和螺杆元件模块化设计, 方便完成各种加工任务, 并节省成本.
芯轴和螺杆元件的连接方式是最大传输扭矩的决定因素. 经过多年研发, 在FEM的帮助下, 连接方式从最初的单键到多键, 再到花键连接, 直到如今的渐开线齿连接, 并且芯轴采用特殊的冷挤工艺生产, 更加稳健. 这种连接方式可以传送非常高的扭矩.
改进的材质和生产方式逐渐增加螺杆的内外径比, 从1.22提高到现在的1.55(ZSK Mc18 和 the ZSK MEGAcompounder)和1.80(ZSK Mv PLUS)使得加工段的自由容积率大幅提升.
为扩大加工应用范围而进行的大量研发实现如今的高扭矩. 这包括新的用于大幅度改进填充剂喂料, 降低堆积密度的喂料加强技术(FET), 和更加有效和可靠脱挥的ZS-EG侧脱挥装置.
今天, 螺杆和筒体有各种材质和涂层可选, 从而确保持久的使用寿命和高纯度产品.
光明的前景
ZSK的成功还在持续. 科倍隆的研发人员已经将目光投放到未来的设备上——适用于更大范围的行业门类, 更宽广的应用领域. 能效, 资源保护和将ZSK高性能挤出机整合到企业数字系统中去是当前最热话题, 这也是ZSK未来发展的方向.
科倍隆工艺应用技术经理Frank Lechner表示: '从间歇加工转换到持续加工是我们目前创新力量的例证, 这在化工和医药领域有着日益增长的需求. 在生产如密封胶和清洁剂产品时, 使用我们的ZSK挤出机已经取得了傲人的成果. 在很多加工应用中, 我们还能够运用我们最新研发将产品的产量和品质提高几倍, 如最近问世的渐开线螺杆元件, 这有助于更高效的使用系统和资源. 我们还从挤出技术和我们几十年的加工专有技术出发为'循环经济'的未来需求做好准备. '
Erdmenger制造的原型机——ZSK双螺杆挤出机的雏形——装有万向轴驱动系统和多个排气口
图片: 科倍隆, 斯图加特
ZSK Mc18系列现代化高性能挤出机, 比扭矩18 Nm/cm³, 外内径比1.55, 适用于高扭矩需求的产品, 如工程塑料
图片: 科倍隆, 斯图加特
ZSK Mv PLUS双螺杆挤出机螺杆直径54mm, 卫生级设计, 专门为严格要求的食品加工应用而设计.
图片: 科倍隆, 斯图加特