JP5678179B2 - 混合及び／又は可塑化により材料を処理する装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合及び／又は可塑化により材料を処理する装置であって、共通なスクリュハウジング内に並んで設けられる少なくとも２つの円錐状スクリュを有し、これらのスクリュのスクリュ溝が互いにかみ合っており、かつ同じ回転方向を持つ少なくとも１つの電動機によりそれぞれのスクリュ軸線の周りに回転するために駆動されており、処理すべき材料が、スクリュの一方の端部の引込み範囲に設けられるスクリュハウジングの少なくとも１つの引込み口を通して供給され、スクリュにより処理される材料が、スクリュの他方の端部の引渡し範囲に設けられるスクリュハウジングの排出口を通ってスクリュハウジングから出て行くものに関する。

このような装置は、特にリサイクリングのために意図されるプラスチック屑の処理にも適している。異なる種類のポリオレフィンの混合又は異なる種類のプラスチックのコンパウンディングのため、このような２軸スクリュ押出し機が、しばしば使用される。通常これらの材料は、比較的小さい比重を持つばらばらのばら物品として存在し、その結果十分な装入量を得るために多量の処理すべき材料をスクリュの引込み範囲で受入れねばならない。これらの材料量は、スクリュにより行われる移送中に、そこで行われる溶融、ガス抜き及び圧縮により、引込み口から排出口へ所望の程度に可塑化又は均質化されて、排出口の範囲で所望の材料品質が得られるようにせねばならない。スクリュ溝の適当な形状により、この問題はある程度克服される。しかし処理すべきプラスチック材料における事情は必ずしも同じではなく、特にそれが処理すべき材料の大きさ、その種類、汚れ程度に関するものであることが、妨げになっている。これに関しても、公知の２軸スクリュ押出し機の使用は、完全に満足できるものではなかった。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１５２９８１２号明細書から公知のこのような装置において、混合状態を更に改善するため、両方のスクリュを、同じ回転方向に駆動される円錐スクリュを持つ２軸スクリュ押出し機の構成部分として構成し、スクリュの回転速度に高調波を印加することが公知である（オーストリア国特許出願公開第５０３３７１号明細書）。このような押出し機はリサイクル材料の処理によく適しており、材料の混合及び処理に関する改善が行われる。しかしこれらの公知の押出し機は納得できる送出し能力を持っていない。

最初に述べた種類の従来技術から出発して本発明の基礎になっている課題は、改善された送出し能力でプラスチックの混合及び均質化を行うプラスチックの処理装置を提供することである。

本発明は、この課題を、スクリュ外径と両方のスクリュの重なりすなわち重なり面積との数値の比が、引込み範囲においても引渡し範囲においても、１：１ないし１：２の範囲にあることによって解決する。

驚くべきことに、引込み範囲及び引渡し範囲における両方の面の重なり面積に関係して本発明による比を設ける場合、スクリュ外径と重なりとの数値比が１：１〜１：２の範囲にあると、送出しに対して改善された状態が生じることがわかった。驚くべきことに、このような装置により、押出し機スクリュに対して実質的に一層高い回転速度を実現することができ、公知の装置に比べて非常に少ない摩耗しか生じないことがわかった。減少した摩耗作用は、逆向きのスクリュに比べて著しく減少する広げ力によって生じる。なぜならば、溶融すべきプラスチックは、実際に両方の送出しスクリュの回りに循環して送出され、従って押出し機スクリュをハウジング周面へ押付けて摩耗力を生じるせん断力又は押広げ力は生じないからである。これらの事情により、更に溶融プラスチックの全体として改善される混合が生じる。その際両方のスクリュ直径と重なりすなわち重なり面積との比が、引込み範囲から引渡し範囲まで、従って両方のスクリュの全かみ合い長さにわたって、少なくともほぼ同じであると、有利である。

本発明による装置は、従来技術と比較して、同じ大きさで著しく改善された処理能力を持っている。円錐状の同じ方向に回転する押出し機スクリュは、通常のように種々の区域、特に引込み区域、溶融区域、ガス抜き区域及び適当な動圧を形成して溶融物を均質化しかつ溶融したプラスチックを排出する送出し区域を持っている。異なる組成の溶融すべきプラスチック粒子特に小さい見掛け重量及び大きい見掛け重量を持つプラスチック粒子を、装置により同じように溶融できるようにするため引渡し範囲におけるスクリュのスクリュ溝の深さに少なくともほぼ一致する最大重なり高さと引込み範囲における重なり高さとの比が、１：１ないし１：４に範囲にあるのがよい。

同様にスクリュのテーパ比を適当に合わせることができ、その際引渡し範囲におけるスクリュ外径と引込み範囲におけるスクリュ外径との比が、１：１〜１：４の範囲にある。

引渡し範囲におけるスクリュ外径とスクリュ長さとの比が１：２０〜１：５０の範囲にあるのがよい。

円錐状スクリュがスクリュ縦方向に少なくとも３つなるべく５つの区間を含み、これらの区間のうち互いに続く部分が異なる歯又は歯形状を持っていると、特に有利な状態が生じる。

異なる処理区域を互いにきれいに分離するか、又は製造すべきプラスチックの性質を改善するため、互いに続くスクリュ区間が、（モジュールに関して）少なくともほぼ同じ歯形状を持っているけれども異なる単位長さ当たり溝数を持っている。この場合単位長さ当たり少ない溝数の区間は、流通絞り又は制動体として作用し、それにより所定の処理区間における処理すべきプラスチックの必要な最小滞在時間が常に保証されるようにする。１つの処理区間が例えば２条に構成され、それに続く処理区間が１条に構成されていると、少なくともほぼ同じ歯形状を持つ２つのスクリュ区間の間に設けられるスクリュ区間が、１．５〜２．５倍なるべく２倍の歯先幅及び歯元幅を持っているのがよい。個々の刃区間は通常にように別々に製造し、場合によっては間隔板を介在させて互いにねじ止めすることができる。

本発明による押出し機の特に好ましい構成例は、第１のスクリュ区間が押出し機の引込み範囲及び溶融範囲を形成し、第３のスクリュ区間がガス抜き範囲を形成し、第５のスクリュ区間が放出範囲の方を向く均質化範囲及び引渡し範囲を形成し、第２及び第４のスクリュ区間が、例えば他の区間に比べて少ない条数を持っていることによって形成される絞り又は特に密封範囲を表している。更に個々の区間の間に、例えば楕円状に形成される羽根車の形を持つ別個の混合装置を設けることができる。

図面には本発明の実施例が概略的に示されている。

本発明による装置を一部切断された縦断面図で示す。 図１の装置の一部を拡大図で示す。 引込み範囲及び引渡し範囲における両方のスクリュのスクリュ直径と重なり面との比の概略図を示す。

混合及び／又は可塑化により材料特にプラスチック粒を処理する装置は、共通なスクリュハウジング１内に並んで設けられる２つの円錐状スクリュ２，３を含み、スクリュのスクリュ溝は互いにかみ合っており、それぞれのスクリュ軸線４，５の回りに回転するために、同じ回転方向を持つ少なくとも１つの図示しない電動機により駆動され、処理すべき材料が、スクリュ２，３の一方の端部の引込み範囲Ｅに設けられるスクリュハウジング１の引込み口６を通って供給され、スクリュ２，３により処理された材料は、スクリュ２，３の他方の端部の引渡し範囲Ａに設けられたスクリュハウジング１の少なくとも１つの排出口７を通って、スクリュハウジング１から出て行く。

図示した装置は、スクリュの長さ方向に５つの区間を含む円錐状スクリュ２，３を含み、互いに続く区間は異なる歯を持っている。特に互いに続くスクリュ区間は少なくともほぼ同じ歯形状を持っているが、これらのスクリュ区間は異なる溝数を持っており、図示した実施例では溝数は係数１だけ相違している。従って２つの２条（２溝）スクリュ区間の間に設けられる１条スクリュ区間は、特に１．５〜２．５倍の歯先幅及び歯元幅（ｋ，ｚ）を持っている。

図示した実施例では、第１のスクリュ区間が引込み範囲Ｅ及び溶融範囲Ｓを形成し、第３のスクリュ区間がガス抜き区間Ｇを形成し、第５のスクリュ区間が放出範囲の方へ向く均質化及びポンプ範囲Ｐを形成し、第２及び第４のスクリュ区間が１条密封範囲Ｄを形成する。

スクリュ外径ｃ，ｄの数値と両方のスクリュ２，３の重なり即ち重なり面積の数値との比は、引込み範囲Ｅでも引渡し範囲Ａでも、１：１〜１：２の範囲にある。引渡し範囲Ａにおけるスクリュ２，３のスクリュ溝深さに少なくともほぼ一致する最大重なり高さａと引込み範囲Ｅにおける重なり高さｂとの比は、１：１〜１：４の範囲にある。個々のスクリュの間の遊隙は通常最小であるようにするので、この間隔はここでは考慮されていない。引渡し範囲Ａにおけるスクリュ外径ｃと引込み範囲Ｅにおけるスクリュ外径ｄとの比は、１：１〜１：４の範囲にある。引渡し範囲Ａにおけるスクリュ外径ｃとスクリュ長さＥとの比は、１：１〜１：２０の範囲にある。
ｄ／Ａｄ＝１：１〜１：２（引込み範囲における直径／重なり面）
Ｅ）
ｃ／Ａｃ＝１：１〜１：２（引渡し範囲における直径／重なり面）
Ａ）
ａ／ｂ＝１：１〜１：４（スクリュ溝深さ）
ｃ／ｄ＝１：１〜１：４（スクリュ外径）
ｃ／スクリュ長さ＝１：２０〜１：５０
かつなるべくｄ／Ａｃ

重なり面積Ａは次の式により計算できる。

ここでｄはスクリュの外径、ｘは計算すべき重なり面積の高さにおける両方のスクリュ軸線の間隔である。

Claims (8)

1. 混合及び／又は可塑化により材料を処理する装置であって、共通なスクリュハウジング（１）内に並んで設けられる少なくとも２つの円錐状スクリュ（２，３）を有し、これらのスクリュのスクリュ溝が互いにかみ合っており、かつ同じ回転方向を持つ少なくとも１つの電動機によりそれぞれのスクリュ軸線（４，５）の周りに回転するために駆動されており、処理すべき材料が、スクリュ（２，３）の一方の端部の引込み範囲（Ｅ）に設けられるスクリュハウジング（１）の少なくとも１つの引込み口（６）を通して供給され、スクリュ（２，３）により処理される材料が、スクリュ（２，３）の他方の端部の引渡し範囲（Ａ）に設けられるスクリュハウジング（１）の排出口（７）を通ってスクリュハウジング（１）から出て行くものにおいて、スクリュ外径（ｃ，ｄ）と両方のスクリュ（２，３）の重なりすなわち重なり面積との数値の比が、引込み範囲（Ｅ）においても引渡し範囲（Ａ）においても、１：１ないし１：２の範囲にあることを特徴とする、装置。
2. 引渡し範囲におけるスクリュ（２，３）の少なくともスクリュ溝の深さに一致する最大重なり高さ（ａ）と引込み範囲における重なり高さ（ｂ）との比が、１：１ないし１：４に範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 引渡し範囲におけるスクリュ外径（ｃ）と引込み範囲におけるスクリュ外径（ｄ）との比が、１：１〜１：４の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 引渡し範囲におけるスクリュ外径（ｃ）とスクリュ長さ（ｅ）との比が１：２０〜１：５０の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の装置。
5. 円錐状スクリュ（２，３）がスクリュ縦方向に少なくとも３つの区間を含み、これらの区間のうち互いに続く部分が異なる歯を持っていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の装置。
6. 互いに続くスクリュ区間が、同じ歯形状を持っているけれども異なる単位長さ当たり溝数を持っていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 同じ歯形状を持つ２つのスクリュ区間の間に設けられるスクリュ区間が、１．５〜２．５倍の歯先幅（ｋ）及び歯元幅（ｚ）を持っていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記スクリュ（２，３）が前記引込み範囲（Ｅ）から前記引渡し範囲（Ａ）にかけて第１〜第５の互いに隣接する第１〜第５のスクリュ区間に区分けされており、第１のスクリュ区間が押出し機の引込み範囲及び溶融範囲（Ｓ，Ｅ）を形成し、第３のスクリュ区間がガス抜き範囲（Ｇ）を形成し、第５のスクリュ区間が放出範囲の方を向く均質化範囲（Ｐ）を形成し、第２及び第４のスクリュ区間が密封範囲（Ｄ）を形成していることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の装置。

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