CN116507476A - 用于塑料熔体的多轴制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塑料熔体的多轴制备装置(20)，其至少包括挤出机外壳(24)，其内部具有封闭的塑料熔体处理室(21)，切至少一个转子主体轴(22)可旋转地安装在处理室(21)内，具有带多个槽的密封导向体(22.3)，每个槽内安装有行星螺杆(23)，特点是多轴制备装置(20)具有驱动单元(30)，其中齿轮单元(31)布置在驱动电机(32)和处理室(21)间、挤出机外壳(24)外部，齿轮单元连接到转子体轴(22)和行星螺杆(23)的引导出挤出机外壳(24)的处理室(21)的驱动轴段(22.2、23.2)，且特点还有分离从处理室(21)流出的流体流和/或热的分离装置(33)设置在挤出机外壳(24)和齿轮单元(31)之间，转子主体轴(22)和行星螺杆(23)的相应驱动轴端(22.2、23.2)穿过分离装置。

Description

用于塑料熔体的多轴制备装置
本发明涉及一种用于塑料熔体的多轴加工装置，其具有权利要求1前序部分的特征。
为了处理塑料熔体，特别是聚酯，所谓的多旋转系统(MRS)形式的多轴制备装置已被证明是成功的，其基本上描述于WO 2003 033 240A1中。它包含挤出机螺杆，挤出机螺杆包括所谓的多旋转单元，在用于吸入和熔化塑料的进料区和计量区之间具有转子主体轴，挤出机螺杆还包括出料区。后者与其他区域相比具有明显更大的直径，并且还有几个旋转的行星螺杆。与单螺杆和双螺杆系统相比，使用多旋转系统可显着提高脱气性能。因此，熔体在多旋转装置中的停留时间可以保持很短。填充度，即塑料熔体运行中所占体积相对于处理室(其中转子主体轴随行星螺杆旋转)的总自由体积的比例，通过螺杆的直径和螺距的配合设计而指定，并针对特定应用进行了优化。填充度以及停留时间的变化在操作期间至多在有限范围内是可能的。
此外，在众所周知的驱动理念中，为行星螺杆提供位于用于脱气的处理室内的驱动区。从计量区转移的熔体通过驱动区。一方面，通过在那里发生的剪切而发生的能量输入可能是有利的，因为它有利于塑料熔体的均匀化。另一方面，需要高驱动功率来驱动挤出机螺杆连同行星螺杆一起从其端部驱动，该挤出机螺杆已经很长并且具有连续的几个区域。因此，在这种多旋转系统中处理高粘性塑料熔体具有局限性。
CN 101 293 397A中描述的多轴制备装置不具有外齿轮。所有齿轮都直接位于准备单元中输送和处理的介质中。这意味着不可能进行热分离。此外，塑料在具有齿轮的驱动区中受到的剪切会对塑料熔体产生负面影响。此外，处理室在驱动方向上敞开到旋转密封环暴露于热塑料熔体的程度。
根据DE 10 2006 052 610 A1的多轴挤出机具有固定的行星螺杆，但行星螺杆不是旋转单元的一部分。制备装置和齿轮单元彼此分开。但是，这没有冷却目的。冷却应仅通过冷却通道进行。
因此，本发明的目的是改进上述类型的用于塑料熔体的多轴制备装置，使得特别是高粘性塑料熔体也易于处理。
根据本发明的解决方案在于具有权利要求1的特征的多轴制备装置。
根据本发明，熔体从外购的熔化挤出机进料到处理室中，使得作为主转子轴的转子主体轴没有进料和计量区，该主转子轴承载其中安装有行星螺杆的转子主体。
本发明为多轴制备装置提供了一种外部的驱动装置，该驱动装置驱动中心转子主体轴和每个单独的行星螺杆具有的延伸的后轴端，后轴端被引导出处理室。在封闭处理室的挤出机外壳和布置在其外部的齿轮单元之间，设有分离装置或在其中可以减少甚至补偿对齿轮单元的可能的负面影响：
-从挤出机外壳逸出的泄漏流形式的材料流在分离装置中被中断，因此即使在处理室中压力升高的故障情况下，也可以避免带有塑料熔体的齿轮机构的污染。
-在挤出机外壳和齿轮中的各个前轴端的支承之间的对准误差可以通过布置在分离装置中的联轴器来补偿。这也适用于行星螺杆在挤出机外壳或挤出机螺杆轴上没有前轴承但在转子主体轴上的凹槽中自由旋转的情况。
-可以减少，通过转子主体轴和行星螺杆的段上的热传导，从处理室流出并通向齿轮机构的热流，特别是如果流体流过分离装置。通过为穿过分离装置的轴段选择合适的联轴器，也可以抑制或中断热流。这些措施允许齿轮温度保持在100℃以下。
转子主体轴在其面向分离装置的一侧具有密封和引导部分。在它和外壳中的挤出机孔之间形成环形间隙，其尺寸根据其径向间隙宽度和其在轴向方向上的膨胀来确定，使得一些塑料熔体可以渗透到其中以确保润滑。转子主体轴的后端通过密封和引导部分安装在挤出机壳体中。
在环形间隙中，提供至少一种密封剂以防止塑料熔体流入分离装置。密封剂可以由返回螺纹和/或耐温轴密封件形成。密封和引导部分还为穿过它的行星螺杆轴形成支承。在相应的支承孔和行星螺杆轴之间，还分别设置至少一种密封剂，以防止熔体沿着行星螺杆轴流入分离装置中。
转子主体轴优选地配备有五到八个行星螺杆，以便根据尺寸获得交错次序的槽，每个槽中容纳行星螺杆，转子壳的部分设置有主螺杆叶片。
在分离装置和/或多轴制备装置的相邻端部，可以提供冷却剂流过的温度控制通道，以冷却分离装置及其空腔，从而减少通过热传导从相应的轴段进入齿轮单元的热流动。
下面将参考附图中所示的实施例以进一步有利的实施例更详细地解释本发明。附图详细说明：
图1是多轴制备装置的侧视图；
图2是从后方看的多轴制备装置的透视图；
图3是多轴制备装置的侧剖视图；
图4是多轴制备装置的放大剖视图；以及
图5是齿轮单元和分离装置的透视图。
图6是多轴制备装置和齿轮单元的部分的透视图。
多轴制备装置20在图1中以侧视图示出。它具有挤出机外壳24，带有用于塑料熔体的封闭的处理室21。从外部熔化挤出机供应的塑料熔体在挤出机外壳24的壳罩中的外周的进入开口26处被引入并且在排出开口27处被排出，该排出开口也布置在外周上。排出开口27优选地布置在处理室21的下侧，有利于在无压操作模式下通过重力排出。
在挤出机外壳24的端侧凸缘29上，提供了与温度控制通道28的连接，该温度控制通道延伸到转子主体轴的内部，该转子主体轴具有在处理室21中旋转的多个行星螺杆。
图1中的外部视图已经显示驱动单元30被布置在外部，即，在挤出机外壳24的外部，并且具体地完全在形成在用于塑料熔体的进入开口26和排出开口27之间的流动路径的外部。电机32通过联接单元34和齿轮单元31作用在处理室21中的转子主体轴上。在齿轮单元31和转子主体轴之间，设置有分离装置33。这导致从处理室21流出的流体和/或热流的分离。分离装置33对处理室21进行隔热和密封，同时沿齿轮31的方向引导出多轴制备装置20的所有轴的轴端。
图2是多轴制备装置20背面的透视图，显示了配备有多个行星螺杆23的转子主体轴22，其旋转经过挤出机外壳24中的抽吸开口24.1、24.2。真空泵的吸入管线连接到抽吸开口24.1、24.2。为了处理室的有效脱气，外壳的抽吸开口24.1、24.2一起延伸超过处理室21的轴向长度的至少75％。
图3以侧剖视图示出了具有驱动单元30的多轴制备装置20。为了更好地理解，实际上外周布置的进入开口26已经旋转到剖面中。
在挤出机外壳24的处理室21中，可旋转地安装具有行星螺杆23的转子主体轴22。沿流动方向观察，转子主体轴22的前支承点形成在凸缘29的区域中。通过在那里流动的温度控制通道28，它可以被预热，例如，在生产开始时启动，但也可以被冷却。转子主体轴22的后支承点由密封和引导部分22.3形成。
根据本发明，系统中所需的冷却能力可以大大降低，因为行星螺杆23的驱动不像现有技术中常见的那样布置在驱动区(其由位于在转子主体轴22上的处理室中的齿形成)，而是在分离装置33之外的区域完全外包。由于所有轴的驱动完全外包，避免了本会发生在内部的驱动区(因为熔体的剪切总是在那里发生)的能量输入。
根据本发明，每个行星螺杆23向后延伸有轴段23.2并在齿轮单元31中的小齿轮23.1中运行。齿轮单元31基本上包括具有内齿的环形齿轮31.2和齿轮转子主体31.1，转子主体31.1一方面扭矩锁定地连接到转子主体轴22的驱动端22.1，并且另一方面，在其上形成用于每个行星螺杆23的支承点。行星螺杆23各自与其小齿轮23.1啮合在环形齿轮31.2中，并在转子主体轴22被驱动和旋转时由小齿轮驱动。
分离装置33包括空腔33.1，转子主体轴22和行星螺杆23的轴端穿过空腔33.1。在所示的实施例中，行星螺杆23的轴端23.2在分离装置33内被分开，其中两个轴段分别与布置在空腔33.1内的联接元件25联接。结果，位于挤出机外壳24中的行星螺杆23的相应段与其安装在齿轮转子主体31.1中的端部之间的任何未对准都可以得到补偿。同时，可以减少到传动装置31中的热传导。
图4再次显示了图3的剖视图，这次放大以详细显示挤出机外壳24的后部区域和由分离装置33延伸的齿轮单元31。这里的剖切面是水平的，因此剖视图还包括侧向抽吸开口24.1的一部分。
在图4的左侧，转子主体轴22的一部分是可见的。它具有主螺杆叶片22.5，其外径大致对应于挤出机外壳24中的圆柱形空腔(其形成处理室21)的内径。在转子主体轴22上，沿圆周分布有若干个深凹口，每个深凹口形成行星螺杆23的容纳槽22.6。为了更好的显示，在根据图4的视图中指向观察者的容纳槽22.6中没有画出行星螺杆。
在所示实施例中，行星螺杆23的每个轴段23.2首先穿过挤出机外壳24后端处的转子轴22的密封和引导部分22.3，然后穿过分离装置33中的无压的空腔33.1。在通过行星螺杆23的密封和引导部分22.3引导的轴段23.2处，在每种情况下形成指向观察者的点。选择它的方位使得在转子主体轴22和行星螺杆23的操作中给定的相应旋转方向上，向处理室21的输送在排出开口的方向上进行，即在背离传动装置31的方向上进行。密封和引导部分22.3在其外圆周上还具有至少一个返回螺纹22.4，其中定向再次与转子主体轴22在操作中的旋转方向相配合，使得输送在排出开口的方向上进行。
因为在大多数操作状态下在多轴制备装置20中指定低填充度并且在抽吸开口处施加真空，所以处理室21通常不处于内部压力下。因此，带有返回螺纹22.4的密封和引导部分22.3以及带有返回螺纹22.4的轴段23.2不必在正常操作中提供压力密封，而是作为针对不可预见的操作环境的安全装置，同时避免塑料熔体通过分离装置33进入传动装置31。
在分离装置33的外壳外侧设有供冷却剂流过的温度控制通道33.3。
在传动装置31的另一侧，提供具有联轴器34.1的联接单元34，借助联轴器34.1将传动转子主体31.1连接至电机32的输出轴32.1。
齿轮单元31在图5中以透视图示出。转子主体轴的轴段22.2、23.2和行星螺杆穿过分离装置33的空腔33.1进入齿轮转子主体31.1。转子主体轴22的驱动轴端22.1设有外齿，该外齿啮合在齿轮转子主体31.1中心的相应的齿形插入孔中。
齿轮转子主体31.1和转子主体轴22因此扭转刚性地联接。行星螺杆23的轴段23.2安装在齿轮转子主体31.1的滚动轴承31.5中，在环形齿轮31.2的两侧紧密地固定在齿轮箱31.4中。在支承点之间，行星螺杆23分别具有小齿轮23.1，该小齿轮啮合在环形齿轮31.2中。因此，随着齿轮转子主体31.1相对于齿轮箱31.4的旋转，行星螺杆23在与转子主体轴22相反的方向上被驱动，其中它们的速度由小齿轮23.1和环形齿轮31.2齿的节圆直径决定并且优选地是齿轮转子主体31.1的速度的大约3倍。在该实施例中，行星螺杆23因此仅由环形齿轮31.2的内齿驱动，而不与齿轮转子主体31.1上的另外的外齿啮合。因此，它们不是由主齿轮驱动的；因此，齿轮单元31不代表行星齿轮。
在齿轮转子主体31.1的外圆周处，设置有多个密封环31.6、31.7以靠着分离装置33的空腔33.1将齿轮单元31的充油内部31.8密封。为了靠着分离装置33的空腔33.1密封用于行星螺杆23的轴段23.2的通孔，在齿轮转子主体31.1中设置轴密封件31.8。
图6示出了转子主体轴22的后部区域及其后面的齿轮单元31的视图。挤出机外壳和分离装置的外壳未示出。转子主体轴22在其面向齿轮单元31的一侧具有密封和引导部分22.3，其在外侧设有返回螺纹22.4。在密封和引导部分22.3和外壳中的挤出机孔之间形成环形间隙，该环形间隙在其径向间隙宽度和其在轴向方向上的扩展方面足够长，以至于一些塑料熔体可以渗透到那里以确保润滑。转子主体轴22的后端在密封和引导部分22.4上方支撑在挤出机外壳中。密封和引导部分22.4在每种情况下都具有多个布置在部分圆上的孔，形成用于行星螺杆的轴段23.2穿过的轴承。
附图标记列表
20多轴制备装置
21处理室
22转子主体轴
22.1驱动端
22.2轴段
22.3密封和引导部分
22.4返回螺纹
22.5主螺杆叶片
22.6容纳槽
23行星螺杆
23.1小齿轮
23.2轴段
23.4返回螺纹
24挤出机外壳
24.1、24.2抽吸开口
25联接元件
26进入开口
27排出开口
28温度控制通道
29凸缘
30驱动单元
31齿轮单元
31.1齿轮转子主体
31.2环形齿轮
31.4齿轮箱
31.5滚动轴承
31.6、31.7密封环
31.8轴密封件
32电机
32.1输出轴
33分离装置
33.1空腔
33.3温度控制通道
34联接单元
34.1联轴器

Claims (9)

1.一种用于塑料熔体的多轴制备装置(20)，其至少包括挤出机外壳(24)，所述挤出机外壳(24)具有在内部的封闭的用于塑料熔体的处理室(21)，以及至少一个旋转安装于处理室(21)中的转子主体轴(22)，转子主体轴(22)设有多个容纳槽(22.5)，每个容纳槽(22.5)中安装有行星螺杆(23)，
其特征在于，
-多轴制备装置(20)具有驱动单元(30)，其中在挤出机外壳(24)外部、驱动电机(32)和处理室(21)之间布置有齿轮单元(31)，齿轮单元(31)连接到引导离开挤出机外壳(24)的处理室(21)的转子主体轴(22)和行星螺杆(23)的驱动轴段(22.2，23.2)，以及
-在挤出机外壳(24)和齿轮单元(31)之间，提供用于分离从处理室(21)流出的流体流和/或热量的分离装置(33)，相应的转子主体轴(22)和行星螺杆(23)的驱动轴段(22.2、23.2)穿过分离装置(33)，其中转子主体轴(22)和行星螺杆(23)的驱动轴段(22.2、23.2)穿过分离装置(33)中的至少一个空腔(33.1)，
-转子主体轴(22)和行星螺杆(23)的驱动轴端(22.2、23.2)分别穿过转子主体轴(22)上的密封引导体(22.3)中的孔，所述密封引导体封闭处理室(21)的后部。
2.根据权利要求1所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，在挤出机外壳(24)的面向空腔(33.1)的端部和/或在分离装置(30)的壁中，形成至少一个温度控制通道(33.1)，温度控制流体能够在温度控制通道中流动。
3.根据权利要求1或2所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，腔体(33.1)中的行星螺杆(23)的驱动轴段(23.2)分别分成两部分，每部分通过联接元件(25)彼此连接。
4.根据权利要求3所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，所述联接元件(25)设计为金属波纹管联接器。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，行星螺杆(23)的驱动轴段(23.2)至少在其位于密封引导体(22.3)的相应孔中的长度部分的一部分上设有返回螺纹(23.4)。
6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，转子主体轴(22)上的密封引导体(22.3)至少在其长度的一部分上设有返回螺纹(22.4)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，
-转子主体轴(22)连接到齿轮单元(31)的齿轮转子主体(31.1)，并且
-行星螺杆(23)的驱动轴段(23.2)能够旋转地安装在齿轮转子主体(31.1)中，其中行星螺杆(23)在每种情况下在其端侧设有小齿轮(23.1)，行星螺杆(23)仅啮合围绕齿轮转子主体(31.1)的固定的内部环形齿轮(31.2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，在所述挤出机外壳(24)上设置有指向下方的排出外壳开口(27)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多轴制备装置(20)，其特征在于，在多轴制备装置(20)的外壳上设置至少一个抽吸壳体开口(24.1、24.2)，真空泵连接至抽吸壳体开口(24.1、24.2)，其中一个抽吸壳体开口或多个抽吸壳体开口(24.1、24.2)一起延伸超过处理室(21)的轴向长度的至少75％。
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