JP2010137574A - 押出機構成 - Google Patents

Abstract

【課題】容積式推進装置の利点を放棄することなく操作性の点で改善される押出機構成ならびにその稼働方法を提供する。
【解決手段】特に樹脂溶融物または天然あるいは人工ゴム混合物等の粘性材料のためのスクリュー押出機を備え、その出力接続部上にギアポンプが接続され、前記スクリュー押出機が押出機スクリューを備えてなる押出機構成である。前記出力接続部（２２）は前記押出機スクリュー（１２）の側方近傍に配置され、またその押出機スクリュー（１２）の前端側に取り外し可能な蓋部材（２４）が配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、請求項１前段に記載の押出機構成に関する。

この種のゴム混合物あるいは樹脂溶融物等の粘性の材料を押出すことができる押出機構成は久しい以前から知られている。その例として、独国特許第３１３３６４７号Ｃ２明細書あるいは独国特許第３８３３７７７号Ｃ２明細書が挙げられる。最初の文献においては二軸スクリュー押出機の軸方向延長の出力接続部上にギアポンプが設けられ、そのギアが互いに噛み合って一定の推進速度を達成するように作用する。ここで数十年前から存在する問題点は、ギアポンプとスクリュー押出機の間に移行領域が存在し、その領域が実用上押出機とポンプの間の結合が解除されている場合にのみ洗浄可能であることである。そのため押出機とギアポンプの間の結合ネジを解除し押出機あるいはポンプのいずれかを取り外す必要がある。押出機およびポンプはいずれもそれぞれ独立した振動を誘導する駆動式の推進ユニットであり、従って取り外し可能な結合を形成することは決して容易でない。

他方、押出機／ギアポンプ組合せ体はその停止、また押出す材料の変更に際して汚染および／または詰まりを防止するために必ずアイドリング回転させる必要がある。

この難点のため（容積式推進装置の争いようのない利点にも関わらず）場合によって出力側に容積式推進装置を備えていない二軸スクリュー押出機が使用される。

また、ギアポンプ以外のものを容積式推進装置として使用することも提案されている。その一例が独国特許出願公開第１０２００５０５０６１９号Ａ１明細書によって開示された解決手段である。

さらに、容積式推進装置として遊星ギアポンプを使用することが提案されており、それに関しては独国特許出願公開第１０１５４８６０号Ａ１明細書を参照することができる。この解決方式においても前述したような場合に移行領域を洗浄することが必要でそのためポンプを押出機から分離することが必要になる。

独国特許第３１３３６４７号Ｃ２明細書 独国特許第３８３３７７７号Ｃ２明細書 独国特許出願公開第１０２００５０５０６１９号Ａ１明細書 独国特許出願公開第１０１５４８６０号Ａ１明細書

従って本発明の目的は、容積式推進装置の利点を放棄することなく操作性の点で改善される、請求項１前段に記載の押出機構成ならびに請求項１８前段に記載の方法を提供することである。

前記の課題は、本発明に従って請求項１および請求項１８に記載された特徴によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が示されている。

本発明によれば、ギアポンプをスクリュー押出機の全スクリューに対して側方近傍かつ実質的に完全に半径方向外側に配置し、その際にスクリュー押出機が実質的にギアポンプの構成に対して実質的に平行に延在することが極めて好適である。ギアポンプは互いに噛合しかつ同じ大きさの２つのギアからなることが好適であり、スクリュー押出機の押出機スクリューに対して直接的に隣接する。この構成においてポンプと押出機の間に存在する移行領域は、実質的に三角形状で極めて小さくなる。

本発明によれば、極めて小さくかつ実質的に三角形状の移行領域の実現によって良好な自己洗浄が達成可能であることが極めて好適である。そこに存在し従って極めて小さな質量を有するシステムはギアポンプのギアによって適宜な粘性において殆ど推進され、従ってそれ以外の場合は一般的で押出機とポンプの軸方向配列の場合には必要となる洗浄工程を少なくとも部分的に省略することができる。

本発明によれば、移行領域を非常に小さく形成し得ることも極めて好適である。それによって、特に押出機スクリューとギアポンプを三角形配置した場合に少ない材料損失が達成される。

本発明によればさらに、ギアポンプの容易な充填が可能になることも好適である。例えばギアポンプの充填のために小さな移行領域が充填されるまで押出機を低減された温度および低減された圧力をもって稼働させることができ、それによって押出機／ギアポンプ組合せ体の安全かつ無障害の始動が保証される。

本発明によれば、スクリュー押出機の出力接続部が側方、すなわち押出機スクリューの半径方向に延在し、しかもそこで出力接続部の平面に対して平行に延在するギアポンプのギアに直接的に隣接することが重要である。

本発明に係る、スクリュー押出機の前方側にフランジ取り付けされた好適な蓋部材を設けるために、移行領域の洗浄を簡便な方式で実施することができ、また移行領域は前方側を介して容易に到達可能となる。蓋部材の開放によって移行領域が軸方向に露出される。その時に押出機を低速で稼働させると、そこに存在している残留材料が蓋開放部を介して前方に移動する。このことは斜め歯を有するギアポンプのギアにおいても、ギアポンプのギアの歯面の軸方向に沿った低い軸方向摩擦抵抗が達成されるという観点から有効である。

本発明によれば、蓋部材を始動バルブとしても使用可能であることが極めて好適である。そのため押出機構成が始動される際に蓋部材が開放される。押出機が推進を行い推進された材料が外部に到達する。プロセスが安定化すると蓋部材が閉鎖され、従って直ぐに安定したプロセスの推進が開始される。その限りであれば、本発明に係る蓋部材は図示された実施形態に限定されることはない。例えば、蓋部材として横方向開口部を有する埋め込みボルトを使用することもでき、始動バルブあるいは蓋部材が閉鎖されていて材料の外部への推進を可能にする位置にありそこで蓋部材あるいは始動バルブを開放する必要がある場合に、前記の埋め込みボルトを回転させる。

また、例えばスライドまたは開放状態と閉鎖状態の２つの状態を可能にする別の操作可能な要素等の、その他の任意の開閉要素も使用可能である。

二軸スクリュー押出機構成を選択する場合もそれを本発明に従って構成することができる。当然その場合、（特にギアと押出機スクリューの外形寸法が同じである場合に）移行領域が実質的に菱形になって拡大される。その拡大を補償するために、ギアに対するスクリューの小さな心違いが可能である。それによって移行領域が殆ど平坦化され、容積の観点において縮小される。他方、蓋部材から離間するかあるいはその上にフランジ取り付けされて流動性を改善するように移行領域内に突出し専らそこに存在する残留材料を削減するように作用する差し込み部材を使用することも可能である。押出機のアイドリング回転に際して前記の差し込み部材は蓋部材の開放後に簡単に除去され、移行領域を洗浄するために押出機が低速で始動する。

加えて本発明によれば、押出機とギアポンプの間の機械的な分離が不要であることが好適である。そのことで構造が大幅に単純になるととともに、押出機ケース部材とギアポンプケース部材の間に金属接続が形成されるためギアポンプと押出機が殆ど自動的に常に同じ温度になることが保証される。

本発明に係る蓋部材により押出機スクリューの保守および点検、例えば回転円滑性の検査が簡便化され、それは押出機のアイドリング回転に際して簡便な手段で蓋部材を開放しアイドリング回転中に軸方向に目視して確認できるためである。

本発明によれば、場合によって必要な押出機スクリューの前端部上での支承が一般的な前端側に出力接続部を有する押出機スクリューと比べて決して高コストにならないことが極めて好適である。押出機スクリューの側方での支承が容易に可能となる。

本発明の好適な構成形態においては、押出機スクリューとギアポンプのギアが互いに気密に被包して配置される。原則的には押出機スクリューとギアポンプの間においてトランスミッション結合も形成可能であるが、それは相互間に可変の回転数比調節が不要である場合に限る。

本発明に係る蓋部材は機械的あるいは液圧的に付勢可能に取り付けることができ、好適には押出機ケース部材上に支承される。そのため例えば適宜な埋め込みボルトを必要に応じて片側のヒンジと組み合わせて使用することができる。他方、蓋部材を液圧式あるいは気圧式に開閉することができる。検査の目的のためには、それを介して押出機の出力接続部が延在している押出機のスクリュー構成の端面全体が移行領域を含めて蓋部材によって遮蔽されることが好適であるものの、変更された構成においては移行領域のみを蓋部材によって遮蔽しその他の端面部はそれとは別の押出機ケース部材と共に一体的に形成することも可能である。

加えて本発明によれば、本発明に係る解決方式が同方向に回転する二軸スクリュー押出機ならびに円錐型の二軸スクリュー押出機のいずれにも適用可能であることが極めて好適である。円錐型二軸スクリューにおいては両方の押出機スクリューの回転軸が互いに平行ではなく互いに交差する方向に斜めに延在する。それらの軸によって形成される平面は出力接続部の平面に対して軽く傾斜し、同時にギアポンプのギアの軸の平面に対して平行になる。

本発明によれば、押出機の出力接続部は押出機スクリューの前方領域の側方に形成される。従って押出機スクリューによって推進された材料は押出機スクリューの前端側が閉鎖されている間に側方に流出する。

本発明のその他の詳細、特徴、ならびに利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する複数の実施例の説明によって明らかにされる。

本発明に係る押出機構成の第１の実施形態の細部を示した概略構成図である。 図１の実施形態を示した概略断面図である。 変更された実施形態を示した図２と同様な断面図である。 本発明に係る押出機構成の別の実施形態を示した側面図である。 図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 本発明に係る押出機構成の第３の実施形態の細部を示した概略構成図である。 本発明に係る押出機構成の第４の実施形態を示した概略構成図である。 本発明に係る押出機構成の第５の実施形態を示した概略構成図である。

図１に示された押出機構成１０の実施形態はケース部材１４内に既知の方式で収容された押出機スクリュー１２を備えている。押出機スクリュー１２とケース部材１４のうち図１には前方、すなわち出力側部分が示され、また図１にはスクリュースレッド１６が示されている。

スクリュースレッド１６の半径方向外側でかつそれに直接的に隣接して本発明に係るギアを備えたギアポンプ１８が設けられ、そのうちギア２０が概略的に図示されている。ギア２０は押出機スクリュー１２に平行に延在している。従って押出機構成の出力接続部２２は押出機スクリュー１２の側方に配置される。

本発明によれば、押出機スクリュー１２の前端側に蓋部材２４が配置される。蓋部材２４はケース部材１４上に解除可能に取り付けられている。これは押出機スクリュー１２よりもいくらか大きく外側に延在し、すなわち出力接続部２２よりも外側に延在し従って図２に示されている移行領域２６の少なくとも大部分を遮蔽する。より大きな移行領域の場合は、図３に示されているように、蓋部材２４をギアポンプの方向にさらに拡大することが好適である。

押出機スクリュー１２によって推進された材料はその前方端の側方で押出機スクリュー１２の領域から流出し出力接続部２２を介して排出される。従ってギアポンプ１８の形式の容積式推進装置の領域に到達する。ギアポンプ１８は例えば２つのギアから形成され粘性の材料を出力ノズル３０に推進し、その上に例えば図示されていない射出ヘッドを接続することができる。

移行領域、すなわち図１において出力接続部２２付近の領域を洗浄するために蓋部材２４を取り外すことができる。押出機はその後蓋部材除去した状態において低い回転数で稼働され、残留している材料が移行領域から通常は蓋部材２４によって閉鎖されている開口部を介して軸方向に排出される。必要に応じて適宜な工具によって補助することもできるが、ギアポンプ１８のギア２０の歯は通常軸方向に延在するか（はすばの場合でも）殆ど軸方向に延在するため、通常補助は不要である。

同様な方式で、ギアポンプを低圧力（ならびに低温）で充填することもできる。さらに、蓋部材２４の開放によって比較的容易に押出機スクリュー１２の保守を実施することができる。

図２には、ギアポンプ１８のギア２０に対するスクリュースレッド１６の相対的な位置が示されている。スクリュースレッド１６はギア２０の２連構成に対して直近に隣接して配置されている。図示されているように、それらの間には隣接する部材の半径に相当する凹状の側面を有する残りの移行領域が延在している。この移行領域も押出機のアイドリング回転に際して同様に空にする必要があり、そのため本発明によれば軸方向に作用する押出機スクリューの摩擦力を利用することができ、それによって従来必要であったポンプと押出機のためのケース部材の取り外し可能な支承部が不要となる。

従って図２においてケース部材１４は一部品として示されている。

図３には、本発明に係る押出機構成の変更された構成形態が示されている。そこには２本の押出機スクリュー１２を備えた二軸スクリュー押出機が示されている。それらはギア２０の側方に延在し、それらの４体の実質的に円形断面を有する要素の間に図２の実施形態と比べて顕著に大きな移行領域２６が延在している。図１の蓋部材はこの実施例において移行領域２６より大きく延在するため、この移行領域２６も本発明に従って空にすることができる。

変更された実施形態において図３の押出機スクリューはいずれも円錐型になり、すなわち出力部直径に比べて大きな入力部直径を有する。この解決方式によって大きな充填開口部に対して流動性を向上させた適応が可能となる。同方向回転する推進スクリューならびに逆向き回転する推進スクリューのいずれの実施形態も実現可能である。出力側、すなわち殆ど図３に示されている領域内において前記の種類の押出機スクリューは著しく小さな直径を有し、それはギアポンプ１８のギア２０の直径よりも小さくなり得る。

図４には本発明に係る押出機構成１０の変更された構成形態が示されている。図４によって押出機スクリュー１２がそのスクリュースレッド１６と共にギアポンプ１８に向かって延在することが理解される。

図４によりギアポンプ１８のギア２０が互いに噛合することと射出ノズル３０の構成が理解される。

それに対して図５にはギアポンプ１８がどのような方式で支承されているかが示されている。ギア２０の間／上方には移行領域が延在しており、従って図５に示されている押出機スクリュー１２は図５の描写方向においてギア２０と重なっている。図の平面の裏側には、移行領域ならびに開放された際に移行領域への外側からのアクセスを可能にする図５には示されていない蓋部材設けられている。この構成形態において押出機スクリュー１２は鈍重な末端を有し、その端面はケース部材１４の一部分によって遮蔽され、図示された実施例においてはギアポンプの一部分である。

図６に示されているように、押出機スクリュー１２はケース部材１４の一種の縦穴内に収容することができ、その際に押出機スクリューとギアポンプのギア２０との間の接触あるいは直接的な結合は好適でないことが理解される。

図７には本発明に係る押出機構成の別の実施形態が示されている。ここで他の図面に示された構成要素と同一の構成要素は同じ参照符号で示されている。

この実施形態は明確な流体力学的支承を特徴とする。そのため、流路４０内において推進される容積の一部が押出機スクリュー１２の材料流から分離され、その際出力接続部２２の手前、すなわち上流側で分離される。そこに形成された短い流路はギア２０の支承ピン４２を包囲する円筒形ギャップに通じている。

同様な流路４４がさらに出力接続部２２の下流側に設けられ、それが同じギア２０の反対側の支承ピン４６を包囲する円筒形ギャップに通じている。この方式によってギア２０に前述のように分離された漏れ容積流による流体力学的支承を作用する。

好適な追加構成によれば、押出機スクリュー１２の前端側に還流推進装置５０が形成されている。この還流推進装置５０によって、蓋部材が設けられていないかあるいは部分的にのみ設けられている場合でも推進スクリュー１２の前端側に残留材料が滞留することが防止される。加えて、ギアポンプ１８に対する流入効率が改善される。

そのため図７に示された実施例において押出機スクリュー１２がスクリューピン５２によって延伸されている。スクリューピン５２はスクリュースレッド１６に対して逆向きに形成された逆方向スレッド５４を有している。スクリューピン５２は押出機スクリュー１２のその他部分と一体的あるいは独立して形成されているため、スクリュースレッド１６に対して逆向きの推進力、すなわち還流推進力が発生し、それによって移行領域、従ってギアポンプ１８への材料の供給が改善される。

図示された実施例において逆方向スレッド５４はスクリューピン５２と共に蓋部材２４内の適宜な窪み部５６内に形成されている。それに代えてこの構成をケース部材１４の固定端面部内に形成し得ることが理解される。

図８の実施形態もギア２０の流体力学的支承と還流推進を特徴とする。この実施形態においてケース部材１４の端面部あるいは蓋部材２４内に還流推進路６０が形成されている。この還流推進路は固定式であり、すなわちケース部材内あるいは蓋部材内で固定されている。トランスファ押出機によって知られている方式において還流推進路はスクリュースレッド１６と同方向に延在し、スクリューピン５２は押出機スクリュー１２の芯部に比べて縮小された直径を有する円筒形として蓋部材２４内に突出する。

ここでも流路４０および４４によってギアポンプ１８の浮動的な支承を達成することが可能になり、その際流路４４は還流推進装置５０の末端側に設けられる。

図９には図８に対していくらか変更された本発明に係る押出機構成の第５の構成形態が示されている。この解決方式においてはスクリューピン５２が拡大されており、すなわち図８の実施形態と異なって押出機スクリュー１２の芯部直径よりも大きな直径を有している。ここでも還流推進装置５０を形成するために還流推進路６０が押出機スクリュー１２のスクリュースレッド１６の延長上に延在する。

この構成形態によってスクリューピン５２を実質的に一種の流体力学的支承として使用し同時に粘性の材料の還流推進を確立することが可能になる。

１０ 押出機構成
１２ 押出機スクリュー
１４ ケース部材
１６ スクリュースレッド
１８ ギアポンプ
２０ ギア
２２ 出力接続部
２４ 蓋部材
２６ 移行領域
３０ 射出ノズル
４０，４４ 流路
４２，４６ 支承ピン
５０ 還流推進装置
５２ スクリューピン
５４ 逆方向スレッド
５６ 窪み部
６０ 還流推進路

Claims (19)

1. 特に樹脂溶融物または天然あるいは人工ゴム混合物等の粘性材料のためのスクリュー押出機を備え、その出力接続部上にギアポンプが接続され、前記スクリュー押出機が押出機スクリューを備えてなる押出機構成であり、前記出力接続部（２２）が前記押出機スクリュー（１２）の側方近傍に配置されることを特徴とする押出機構成。
2. 押出機スクリュー（１２）の前端側に開閉要素、特に取り外し可能な蓋部材（２４）が配置されることを特徴とする請求項１記載の押出機構成。
3. ギアポンプ（１８）は互いに噛合するギアから形成され、それらの軸が実質的に平行で、特に押出機スクリュー（１２）の軸に対して平行に延在し、前記ギアポンプが特に２つの互いに噛合するギアから形成されることを特徴とする請求項１または２記載の押出機構成。
4. ギアポンプ（１８）が実質的に同等な直径を有する２つの互いに噛合するギア（２０）を備え、押出機スクリュー（１２）は半径方向において実質的に両方のギアに隣接して配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の押出機構成。
5. ギア（２０）の直径と押出機スクリュー（１２）の直径が実質的に同等であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の押出機構成。
6. ギアポンプ（１８）のギアの軸と押出機スクリュー（１２）の軸が互いに心違いに配置されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の押出機構成。
7. 押出機が二軸スクリュー押出機として形成されて側方でギアポンプ（１８）のギアに緊密に隣接して支承され、前記二軸スクリュー押出機のスクリューの両方の軸が押出機軸平面内に延伸するとともにギアポンプ（１８）のギアの軸はポンプ軸平面内に延伸し、それらの平面が互いに平行に延在することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の押出機構成。
8. 押出機スクリュー（１２）が下流側に向かって直径が縮小する円錐型に形成され、各押出機スクリュー（１２）の軸が収束することを特徴とする請求項７記載の押出機構成。
9. 押出機とギアポンプ（１８）の間の移行領域（２６）内に出力接続部（２２）が延在し、前記移行領域が容積の観点において菱形あるいは三角形に比べて縮小され、それがギアポンプ（１８）のギアに対しての押出機スクリュー（群）（１２）の心違いによるか、あるいは移行領域（２６）を少なくとも部分的に占有する差し込み部材によって達成されることを特徴とする請求項７または８記載の押出機構成。
10. ギアポンプ（１８）のギアが押出機スクリュー（１２）に対して実質的に平行であるとともに、実質的にその前端、すなわち下流の１／４の部分にわたって延在することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の押出機構成。
11. スクリュー押出機が押出機ケース部材（１４）を有し、ギアポンプ（１８）はポンプケース部材を有し、それらのケース部材（１４）がネジ付けを伴わずに互いに結合され、特に互いに一体的に形成され、その一体性のため温度的に均一になるように互いに結合されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の押出機構成。
12. 押出機スクリュー（群）（１２）の前方領域の側方に流路（４０，４４）が分岐し、それによってギアポンプ（１８）のギア軸を流体力学的に支承可能であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の押出機構成。
13. 押出機構成が押出機スクリュー（１２）の前端側に還流推進装置（５０）を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の押出機構成。
14. 蓋部材（２４）がスクリュー押出機の前端側を遮蔽するとともに押出機ケース部材（１４）上に取り付けられることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の押出機構成。
15. 蓋部材（２４）が液圧式および／または気圧式にスクリュー押出機のケース部材（１４）および／またはギアポンプ（１８）のケース部材と結合されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の押出機構成。
16. 蓋部材（２４）はその除去時にスクリュー押出機とギアポンプ（１８）の間の移行領域（２６）を開放することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の押出機構成。
17. 押出機構成の始動のために開放可能であるとともに安定化したプロセス時には閉鎖可能である押出機／ギアポンプ組合せ体の始動バルブが蓋部材によって代替されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の押出機構成。
18. スクリュー押出機とギアポンプを備えてなり粘性の材料を推進する押出機構成の稼働方法であり、スクリュー押出機の押出機スクリュー（１２）の軸に対して平行に延在するかあるいは（スクリュー押出機を二軸スクリュー押出機として形成する場合は）各スクリューの軸を含んで延伸する平面に対して平行に延在する軸を有するギアをギアポンプ（１８）が備え、前記スクリュー押出機の前端側に取り付けられた蓋部材（２４）を取り外すことによってスクリュー押出機とギアポンプ（１８）の間の移行領域の洗浄を実施し、その際押出機構成（１０）を空にするために押出機スクリュー（１２）を回転させることによって前記蓋部材（２４）によって開放された開口部を介して材料を排出することを特徴とする方法。
19. ギアポンプ（１８）が押出機から側方に向かって低圧および低温下において充填されることを特徴とする請求項１８記載の方法。

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