JP2014226937A - 材料を加工するための多軸スクリュー機械 - Google Patents

Abstract

【課題】材料加工用多軸スクリュー機械の提供
【解決手段】材料を加工するための多軸スクリュー機械は、それぞれのケーシング孔に配置され、かつそれぞれの回転軸線（２１）を中心とする回転のために駆動可能である少なくとも２つの処理要素軸（１８）を有する。加工材料を処理するために、少なくとも２つの処理要素軸（１８）は、それぞれの回転軸線（２１）の方向に見たときに互いに前後に少なくとも２つの関連した軸（３７）に回転不能に配置される複数の処理要素（４５）を有する。少なくとも２つの軸（３７）の各々は、それぞれの軸（３７）を形成するために相互接続される第１の部分軸（５５）と第２の部分軸（５６）を備える。軸（３７）の各々に、接続された部分軸（５５、５６）に重なり合うように回転不能に配置される処理要素（４５）が設けられる。第１の部分軸（５５）は、各々、溶融区間内まで延び、少なくとも１つの混練要素が第１の部分軸（５５）の各々に回転不能に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、材料、特に請求項１の前文（プリアンブル部分、所謂おいて書き部分）に記載のプラスチック材料を加工するための多軸スクリュー機械に関する。

プラスチック加工用のスクリュー機械が、同一方向の回転のために駆動可能な２つの処理要素軸を有する特許文献１（特許文献２に対応）から公知である。処理要素軸はモジュラー構造を有し、処理要素軸の各々は、ランダムオーダで互いに前後に配置された異なる処理要素が設けられる軸を有する。処理要素は、確実なトルク伝達を可能にするように、キーによってそれぞれの軸に回転しないように配置される。処理要素がランダムオーダで軸に配置可能であるという事実によって、処理要素軸は、搬送、可塑化、均質化及び圧力増大のような非常に異なる操作を実行する簡単な方法を提供する。しかし、処理要素軸の製造は複雑であり、したがって、著しい金額を必要とする。

特許文献３（特許文献４に対応）は、スクリュー機械を開示しており、その軸は、材料送り込みの領域の２つの部分に分割される。これにより、材料送り込みに使用されるスクリュー部材の容易な交換が可能になる。

独国特許出願公開第４４２１５１４Ａ１号明細書 米国特許第５，７９７，６７７Ａ号明細書 独国特許出願公開第１２１４３８６Ａ号明細書 米国特許第３，３０５，８９４Ａ号明細書

本発明の目的は、比較的低い製造コストでモジュラー構造の実装及び高いトルクの伝達の達成を可能にする多軸スクリュー機械を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する多軸スクリュー機械によって達成される。従来技術と対照的に、少なくとも２つの軸が一部片で形成されず、複数の部分軸から構成されるという事実のため、同様に、軸は、処理要素軸の製造コストの低減を可能にするモジュラー構造を有する。少なくとも２つの軸は、各々少なくとも２つの部分軸から、特に少なくとも３つの部分軸から構成されることが好ましい。好ましくは、少なくとも２つの軸は、同一の方法で部分軸から構成される。部分軸の間の継手の領域の軸のトルク伝達率は、一体構造のトルク伝達率と比較して低減される。しかし、この低減は、２つの接続された部分軸に重なり合うようにそれぞれの継手に回転しないように配置される処理要素によって実質的に補償される。それぞれの処理要素は、例えば、スクリュー要素又は混練要素として構成することができる。このために、混練要素は、一部片を形成するように互いに接続される複数の混練ディスクを備えるいわゆる混練ブロックとして構成される。

第１の部分軸がそれぞれスクリュー機械の溶融区間内まで少なくとも延び、また少なくとも１つの混練要素が第１の部分軸の各々に回転しないように配置されるという事実のため、製造コストの低減を確実にしつつ、確実なトルク伝達が保証される。処理要素軸に供給される機械的なエネルギーの最大部分は、それぞれの第１の混練要素で転換され、言い換えれば、加工されるべき材料に導入される。このことは、最高のトルクが第１の混練要素の領域に生じることを意味する。第１の混練要素の全体が各々第１の部分軸に配置されるという事実のため、最高のトルクが継手の領域に又は継手の背後に生じず、したがって、著しく確実なトルク伝達が確実にされる。この結果、継手の領域の軸の破損を有効に防止することができる。溶融区間の第１の部分軸には、したがって、混練要素の形態の処理要素が設けられる。それぞれの混練要素は、一部片を形成するように互いに接続される複数の混練ディスクを備える混練ブロックとして構成される。

軸に配置された処理要素は、通常の方法で上流端及び下流端に取り付けられたストッパによって回転軸線の方向に固定される。上流端では、固定は、例えばケーシング閉鎖要素によって行われ、下流端では、固定は、例えば軸先端又はスクリュー先端によって達成される。軸先端は、各々最後の部分軸に固定可能である。

本発明の多軸スクリュー機械の製造コストは、軸が比較的長く及び／又は比較的大きな直径を有する場合、特に低減することができる。一体の軸と比較して、部分軸は、特殊な機械を必要とすることなく容易に製造可能かつ加工可能である。さらに、部分軸は、要件に従って製造又は加工することができ、これにより、軸用に最適化された製造プロセスが得られる。

軸は複数の部分軸から組み立てられるので、処理要素を軸に容易に装備することを可能にしつつ、軸のモジュラー構造が容易に実装される。各々部分軸に重なり合うように継手に配置される処理要素により、軸又は処理要素軸それぞれのトルク伝達率が実質的に損なわれないことが確実にされる。この結果、製造コストを低減することができる。

一方で、請求項２に記載の多軸スクリュー機械は、部分軸に重なり合うように配置された部分軸と処理要素との間の確実なトルク伝達を確実にしつつ、処理要素軸を製造する簡単な方法を提供する。組み立てられたとき、部分軸の外側輪郭部は互いに面一であり、したがって、処理要素は、製造中に継手の上方で容易に摺動することが可能になる。さらに、処理要素は、重なり合う処理要素の領域でしっかりして確実なトルク伝達が特に達成されるように、実質的に遊びなしに関連した部分軸に配置可能である。

請求項３に記載の多軸スクリュー機械は、高いトルク伝達率を確実にする。インボリュート伝動装置の製造は複雑であり、このことは、比較的長い軸の場合に特に当てはまる。複数の部分軸から軸を組み立てることによって、インボリュート伝動装置の製造を大幅に単純化することができる。

請求項４に記載の多軸スクリュー機械は、確実なトルク伝達及び低い製造コストを確実にする。第１の部分軸は、スクリュー機械の搬送方向に対して第２の部分軸の上流に配置される。プラスチック材料の加工時、処理要素軸に供給される機械的なエネルギーの最大部分が転換され、言い換えれば、加工されるべき溶融区間のプラスチック材料に導入される。この結果、最高のトルクが溶融区間に生じる。第１の部分軸が、隣接する第２の部分軸よりも比較的長いという事実によって、溶融区間全体は、第１の部分軸の領域に配置される。この結果、それぞれ、最高のトルクが継手の領域に又は継手の背後に生じない。したがって、継手の近くの軸の破損が有効に防止される。軸が少なくとも３つの部分軸から構成される場合、第３の部分軸、好ましくはそれらの下流に配置し得る同様に他の部分軸は、第２の部分軸の長さに対応する均一な長さを有する。これにより、少数の異なる部分軸から軸を構成する簡単な方法が提供され、これにより、製造コストの低減が可能になる。

請求項５に記載の多軸スクリュー機械は、製造コストの低減を保証する。部分軸の材料、材料加工及び／又は長さは、要件に従って加工作業を遂行するために適応させかつ最適化することができる。

請求項６に記載の多軸スクリュー機械は、部分軸の簡単かつ確実な接続を確実にする。スクリュー接続部により、部分軸を接続して共に容易にねじ留めすることが可能になる。このために、部分軸の一方に、雄ねじを有する接続ピンを設けることが好ましく、この場合、接続ピンは回転軸線に対して同心円的に配置される。この部分軸と接続されるべき部分軸には、接続ピンに対応する雌ねじを有する接続孔が設けられ、接続ピンを接続ボアの下方に容易にねじ留めすることが可能になる。好ましくは、接続ピンの雄ねじ及び関連した接続孔の雌ねじは、多軸スクリュー機械の動作中のトルク伝達がねじ接続部の締付けをもたらすように構成される。これにより、部分軸の外側輪郭部と、重なり合う処理要素の内側輪郭部との間に少しの遊びがあるときに、スクリュー接続部が緩むことが防止される。好ましくは、それぞれの軸は、実質的に間隙なしに形成される。接続された部分軸又は部分軸の一方と、軸の間に配置された環状座金との間に存在し得る間隙は、それぞれの回転軸線の方向に２ｍｍ以下、特に１．５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ以下である。スクリュー接続部及び実質的に間隙のない設計は、確実なトルク伝達を確実にする。

環状座金がそれらの間に配置されない場合、部分軸は、互いに面する部分軸の前端がそれらの間に間隙が存在しないように互いに当接するように、共にねじ留めされることが好ましい。処理要素を取り付けるとき、小さな間隙は、処理要素をそれぞれの軸に取り付けるために必要な予荷重力の結果であり得るが、この理由は、予荷重力により軸が引張応力を受けさせられるからである。実質的に、この間隙は、それぞれの軸が加熱動作条件にあるときに変化しない。

しかし、環状座金が部分軸の間に配置された場合、部分軸は、互いに面する部分軸の前端が、それらの間に間隙が存在しないように座金に当接するように、共にねじ留めされることが好ましい。処理要素を取り付けるとき、予荷重力の結果、小さな間隙が、座金と、隣接する部分軸の一方又は部分軸との間にそれぞれ生じ得る。座金の熱膨張係数は、隣接する部分軸の少なくとも一方の熱膨張係数よりも好ましくは大きいので、この間隙は、それぞれの軸が加熱動作条件にあるときに閉じる。加熱動作条件では、軸は、少なくとも１００℃、特に少なくとも１５０℃、特に少なくとも２００℃の温度を有することが好ましい。この結果、軸には、加熱動作条件において間隙がない。

請求項７に記載の多軸スクリュー機械は、動作中に処理要素軸の高い信頼性を確実にする。処理要素は、予荷重力を受けるように軸に配置されるので、処理要素の前端は、それぞれの回転軸線の方向に共に押圧され、関連した軸は、予荷重力によって印加された引張応力を受ける。多軸スクリュー機械が動作しているとき、軸が加熱し、軸を軸方向に膨張させる。処理要素は、予荷重力を受けるように軸に配置されるので、端部に配置された固定要素の間の処理要素の軸方向の遊びが防止される。この結果、処理要素が加熱動作条件にある場合でも、処理要素は軸に固定配置される。

請求項８に記載の多軸スクリュー機械は、大きな全長を有する軸に関して比較的低い製造コストを確実にする。

請求項９に記載の多軸スクリュー機械は、大きな軸直径を有する軸に関して比較的低い製造コストを確実にする。ケーシング孔の直径は処理要素の外径に左右される。より大きな外径を有する処理要素では、軸直径の長さは相応して選択される。部分軸に分割することにより、大きな軸直径の場合の製造が単純化される。

請求項１０に記載の多軸スクリュー機械は、簡単かつ確実なトルク伝達を確実にする。処理要素を関連した軸に取り付けるときに適用される予荷重力の結果、小さな間隙が、座金と、隣接する部分軸の一方又は隣接する部分軸との間に生じ得るが、この理由は、軸が予荷重力から生じる引張応力を受けるからである。座金の熱膨張係数α_Ｓは、隣接する部分軸ｉ又は部分軸の熱膨張係数α_ｉよりも大きいので、動作中の軸の温度上昇によって引き起こされる回転軸線の方向の座金の膨張は、間隙の増大よりも大きい。加熱動作条件では、それぞれの軸には、したがって間隙がないが、この理由は、部分軸の前端がそれらの間に配置された座金に当接するからである。これにより、それぞれの軸の高い安定性及びトルク伝達率が確実にされる。好ましくは、座金の熱膨張係数α_Ｓは、２つの隣接する部分軸ｉの熱膨張係数α_ｉよりも大きい。熱膨張係数α_ｉはｉ番目の部分軸の熱膨張係数を指す。一般的に言って、連続インデックスはｉ＝１，２，…，ｎであり、この場合、ｎは最後の部分軸を指す。２つの部分軸が設けられる場合、ｉ＝１，２であり、一方、３つの部分軸が設けられる場合、ｉ＝１，２，３である。軸を形成するために２つよりも多い部分軸が設けられる場合、それらの間に配置される座金は、同一であるか又は異なることができる。軸の相互に対応する座金は同一である。部分軸は、それらの間に配置された座金に当接するので、軸に間隙はない。

請求項１１に記載の多軸スクリュー機械は、確実なトルク伝達を確実にする。その比率は、両方の隣接する部分軸ｉの熱膨張係数α_ｉに適用されることが好ましい。

請求項１２に記載の多軸スクリュー機械は、確実なトルク伝達を確実にする。それぞれの座金の軸方向寸法Ｌ_Ｓ、言い換えれば座金の厚さは、一方で、温度上昇の場合に、熱膨張係数α_Ｓが十分な軸方向の膨張をもたらすことを確実にする。他方で、軸方向寸法Ｌ_Ｓ、言い換えれば座金の厚さによって引き起こされる部分軸の間の距離が最低限に維持され、その結果、トルク伝達率が継手の領域で実質的に損なわれないことが保証される。

請求項１３に記載の多軸スクリュー機械は、確実なトルク伝達を確実にする。それぞれの座金に適切な材料は、例えばマンガン鋼である。

請求項１４に記載の多軸スクリュー機械は、確実なトルク伝達を確実にする。それぞれの座金は、隣接する部分軸の外側輪郭部に対応する外側の座金輪郭部を有するので、座金はまた、トルク伝達に貢献する。軸のトルク伝達率はこのように高められる。

本発明のさらなる特徴、利点および詳細は、いくつか例示的な実施形態の後続の説明から明らかであろう。

第１の例示的な実施形態によるプラスチック材料を加工するための多軸スクリュー機械の部分断面図である。 図１による多軸スクリュー機械の部分断面平面図である。 図２の部分線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った多軸スクリュー機械及びその処理要素の断面図である。 ２つの部分軸の間の継手の領域における図１による多軸スクリュー機械の処理要素軸の軸方向部分断面図である。 第２の例示的な実施形態による多軸スクリュー機械の部分断面平面図である。 図５による多軸スクリュー機械の処理要素軸の部分軸の間の継手の領域の軸方向部分断面図である。 第３の例示的な実施形態による多軸スクリュー機械の処理要素軸の部分軸の間の継手の領域の軸方向部分断面図である。 第４の例示的な実施形態による多軸スクリュー機械の処理要素軸の部分軸の間の継手の領域の軸方向部分断面図である。

以下の説明は、図１〜図４を参照して本発明の第１の例示的な実施形態について言及する。多軸スクリュー機械１は、添加剤３が設けられるプラスチック材料２を加工するために使用される。スクリュー機械１は、搬送方向５に互いに前後に配置されかつケーシング部と称される複数のケーシング部分６〜１５から形成されたケーシング４を有する。ケーシング部分６〜１５は、ケーシング４を形成するようにフランジ（より詳細に図示せず）によって相互接続される。

ケーシング４において、２つの平行で相互侵入するケーシング孔１６、１７が形成され、これらの孔は、断面で見たときに水平の８の字形である。２つの処理要素軸１８、１９は、駆動モータ２０によって関連した回転軸線２１、２２を中心とする回転のために駆動可能であるように、ケーシング孔１６、１７に同心円的に配置される。配分ギアボックス２３は、処理要素軸１８、１９と駆動モータ２０との間に配置され、この場合、クラッチ２４が駆動モータ２０と配分ギアボックス２３との間に配置される。処理要素軸１８、１９は、回転軸線２１、２２を中心に同一の方向に、言い換えれば同一の回転方向２５、２６に駆動される。

配分ギアボックス２３の隣の第１のケーシング部分６に、ホッパの形態の材料入口３３が配置され、この入口を通してプラスチック材料２、必要な場合、添加剤３がケーシング孔１６、１７に導入可能である。

スクリュー機械１は、入口区間２７、溶融区間２８、ガス抜き区間２９、均質化区間３０、搬送区間３１及び圧力増大区間３２を有し、これらの各々は、搬送方向５に互いに前後に配置される。ケーシング４の最後のケーシング部分１５は、放出開口部３６が設けられるアダプタプレート３５によってシールされる。

処理要素軸１８、１９は、軸３７、３８と、それらの軸にそれぞれ配置された処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’とによって形成される。第１の軸３７に配置された処理要素３９〜４８、及び第２の軸３８に配置された処理要素３９’〜４８’は互いに対応し、この場合、第２の軸３８に配置された処理要素３９’〜４８’の参照番号には、処理要素３９〜４８と区別するために「’」が付与されている。図１〜図４による例示的な実施形態では、処理要素３９〜４８及び３９’〜４８’は、各々、関連したケーシング部分６〜１５の長さに対応する長さを有する。入口区間２７では、処理要素は、スクリュー要素３９〜４０’として構成される。スクリュー要素３９、３９’及び４０、４０’は、互いに係合するように軸３７、３８に互いに隣に配置され、言い換えれば、それらは近接相互噛合対として構成される。スクリュー要素３９、３９’は、それぞれの第１のストッパ４９、４９’によって回転軸線２１、２２の方向に固定され、第１のストッパは、各々、軸３７、３８の上流端部に配置され、スクリュー要素３９又は３９’にそれぞれ当接する。第１のケーシング部分６は、２つのリードスルー孔５１、５１’が設けられる第１の閉鎖プレート５０によって配分ギアボックス２３の方向にシールされる。軸３７、３８は、端側リードスルー孔５１、５１’を通して導かれ、配分ギアボックス２３に連結される。

溶融区間２８では、第１の混練要素４１、４１’及び第２の混練要素４２、４２’の形態の処理要素が、軸３７、３８に配置される。混練要素４１、４１’及び４２、４２’はまた、近接相互噛合対を形成するように構成される。混練要素４１〜４２’の各々は、一部片を形成するように構成される。混練要素４１〜４２’は、各々、互いに角度オフセットして配置される５つの混練ディスクを有する。

ガス抜き区間２９では、近接相互噛合するスクリュー要素４３、４３’が軸３７、３８に配置される。スクリュー要素３９〜４０’に対応して、スクリュー要素４３、４３’は、各々、一部片を形成するように構成される。関連したケーシング部分１０は、ガス抜き用のガス抜き開口部５２を有する。

均質化区間３０の下流において、軸３７、３８に、各々が一部片を形成するように構成される近接相互噛合する混練要素４４、４４’が設けられる。次に、混練要素４４、４４’は、互いに角度オフセットして配置される混練ディスクから形成される。

さらに、搬送区間３１の下流において、軸３７、３８に、一部片を形成するように構成される近接相互噛合するスクリュー要素４５、４５’及び４６、４６’が設けられる。相応して、スクリュー要素４７、４７’及び４８、４８’が圧力増大区間の下流の軸３７、３８に配置される。

処理要素３９〜４８’は、軸先端又はスクリュー先端５３、５３’によって通常の方法で軸３７、３８に固定される。軸先端５３、５３’は、スクリュー要素４８、４８’が当接するためのそれぞれの第２のストッパ５４、５４’を形成するために、軸先端５３、５３’用のそれぞれのスクリュー接続部によって軸３７、３８の端部に接続可能である。ストッパ４９、４９’及び５４、５４’によって、処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’は、それぞれ、軸方向に軸３７、３８に固定される。

軸３７、３８は同一であり、したがって、以下の説明は軸３７のみについて言及される。軸３７は、第１の部分軸５５と、搬送方向５に第１の部分軸の下流に配置された第２の部分軸５６とを有し、部分軸５５、５６は、スクリュー接続部によって相互接続される。第１のストッパ４９から開始して、第１の部分軸５５は軸長Ｌ_１を有し、一方、第２の部分軸５６は第２のストッパ５４までの軸長Ｌ_２を有する。長さＬ_１とＬ_２の和は軸３７の全長Ｌに等しい。全長Ｌは例えば１０．０ｍである。

第１の部分軸５５は、搬送区間３１内まで延びて、スクリュー要素４５の領域で終端するような軸長Ｌ_１を有する。スクリュー要素４５は、したがって、部分軸５５、５６の両方に重なり合うように軸３７に回転しないように配置される。スクリュー要素４５を重なり合うように配置するために、第１の部分軸５５は第１の外側輪郭部Ａ_１を有し、第２の部分軸５６は対応する第２の外側輪郭部Ａ_２を有し、これらの輪郭部は、部分軸５５、５６が相互接続されるときに、外側輪郭部Ａ_１とＡ_２に対応する内側輪郭部Ｉを有するスクリュー要素４５が２つの外側輪郭部Ａ_１とＡ_２に回転しないように配置されるように互いに整列される。したがって、外側輪郭部Ａ_１とＡ_２は、互いに面一であるように構成され、スクリュー要素４５を、両方の部分軸５５、５６に実質的に遊びなしに取り付けるか又は位置決めすることを可能にする。

スクリュー要素４５の前の処理要素３９〜４４の対応する内側輪郭部Ｉは、非回転の接続が形成されるように第１の部分軸５５の外側輪郭部Ａ_１に配置される。さらに、スクリュー要素４５の背後のスクリュー要素４６〜４８の対応する内側輪郭部Ｉは、非回転の接続が形成されるように第２の部分軸５６の外側輪郭部Ａ_２に配置される。好ましくは、処理要素３９〜４８の外側輪郭部Ａ_１とＡ_２及びそれぞれの内側輪郭部Ｉは、インボリュート伝動装置を形成する。

最高のトルクが溶融区間２８の領域に生じるとき、１つ又は複数の第１の部分軸５５は、それぞれ、溶融区間２８を越えて延び、混練要素４１、４１’及び混練要素４２、４２’の両方が第１の部分軸５５に配置されることを可能にする。

スクリュー接続部５７によって、部分軸５５、５６は、それぞれの軸３７、３８が間隙なしに又は実質的に間隙なしに形成されるように相互接続される。このために、第１の部分軸５５に、回転軸線２１に対して同心であるように下流前端に形成される接続孔５８が設けられる。接続孔５８に、雌ねじ５９が形成される。これと対照的に、第２の部分軸５６に、回転軸線２１に対して同心であるように上流前端に形成される接続ピン６０が設けられる。接続ピン６０は、接続孔５８の雌ねじ５９の下方にねじ留めされるように適応される雄ねじ６１が設けられる。スクリュー接続部５７は、処理要素軸１８、１９が多軸スクリュー機械１の動作中にそれぞれの回転方向２５、２６に回転するときに、接続部が締まって、緩まないように構成される。

軸３７、３８が間隙なしに形成されるように、部分軸５５、５６の前端は、共にねじ留めされるときに互いに当接する。処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’は、それぞれ、軸方向の予荷重力Ｆ_Ｖ、言い換えれば、それぞれの回転軸線２１、２２の方向に作用する予荷重力Ｆ_Ｖにより対応する軸３７、３８に配置される。処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’は、それぞれ、したがって、予荷重力Ｆ_Ｖにより互いに押圧され、それぞれの軸３７又は３８が、対応する量の引張応力を受けるようにされる。予荷重力Ｆ_Ｖに応じて、小さな間隙が軸方向の部分軸５５、５６の間に形成され得る。予荷重力Ｆ_Ｖは、特に、Ｆ_Ｖ≧５０ｋＮ、特にＦ_Ｖ≧１００ｋＮ、特にＦ_Ｖ≧１５０ｋＮのような予荷重力である。

軸３７、３８の部分軸５６、５７の材料、材料加工及び／又は長さは、加工作業に適応され、加工作業に応じて、これらの特徴は等しい及び／又は異なる。

第２の長さＬ_２に対する第１の長さＬ_１の比率は、Ｌ_１／Ｌ_２≧１、特にＬ_１／Ｌ_２≧１．５、特にＬ_１／Ｌ_２≧２のような比率であることが好ましい。本発明による多軸スクリュー機械１の利点は、比較的長い軸３７、３８及び処理要素３９〜４８’の比較的大きな直径が使用される場合、特に明白である。好ましくは、軸３７、３８の各々は、Ｌ≧６．０ｍ、特にＬ≧８．０、特にＬ≧１０．０ｍが適用される全長Ｌを有する。さらに、直径、言い換えれば、ケーシング孔１６、１７の内径Ｄは、Ｄ≧１７７ｍｍ、特にＤ≧２４８ｍｍ、特にＤ≧３１５ｍｍ、特にＤ≧３５２ｍｍのような内径であることが好ましい。

以下の説明は、多軸スクリュー機械の組立及び動作について言及する。

処理要素軸１８、１９を製造するために、部分軸５５、５６は、対を形成するように最初は共にねじ留めされる。このために、各々の第２の部分軸５６の接続ピン６０のそれぞれの雄ねじ６１が、関連した第１の部分軸５５に形成された接続孔５８の関連した雌ねじ５９の下方にねじ留めされる。部分軸５６は、外側輪郭部Ａ_１とＡ_２が互いに面一であるように部分軸５５にねじ留めされる。その後、処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’は、それぞれ、予め規定された予荷重力Ｆ_Ｖにより軸３７、３８に取り付けられる。このために、スクリュー要素３９又は３９’は、それぞれ、第１の段階で軸３７、３８上を摺動し、それぞれの第１のストッパ４９、４９’まで移動される。その後、その他の処理要素４０〜４８又は４０’〜４８’は、それぞれ、それぞれの軸３７、３８上を連続して摺動する。最後に、軸先端５３、５３’は、処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’がそれぞれ挟持されるように、それぞれの軸３７、３８に取り付けられる。このために、軸先端５３、５３’は、関連した第２の部分軸５６の下流前端にねじ留めされ、処理要素３９、４８又は３９’〜４８’が、それぞれ、それぞれの第１のストッパ４９、４９’と、それぞれの第２のストッパ５４、５４’との間に挟持されるようにする。部分軸５５、５６の間のそれぞれの継手は、スクリュー要素４５、４５’それぞれが、部分軸５５、５６の両方に重なり合うように配置されるように配置される。多軸スクリュー機械１を組み立てるための残りの段階は、通常の方法で実施される。

多軸スクリュー機械１の動作時、処理要素軸１８、１９は、同一の回転方向２５、２６の回転のために駆動モータ２０によって駆動される。加工されるべきプラスチック材料２及び添加剤３は、材料入口３３を介してケーシング孔１６、１７に導入され、搬送方向５に入口区間２７に沿って、溶融区間２８まで移送される。

溶融区間２８では、プラスチック材料２は、混練要素４１、４２又は４１’、４２’それぞれによって加えられる高い機械的エネルギーを受け、プラスチック材料２の溶融を引き起こす。この結果、したがって、最高のトルクが溶融区間２８に、特に混練要素４１、４１’の領域に生じる。これらのトルクは、通常の方法で一体の部分軸５５を介して混練要素４１、４２又は４１’、４２’それぞれに伝達される。

隣接するガス抜き区間２９では、溶融物は、ガス抜きされて、均質化区間３０に搬送され、この区間で、溶融物及びその中に含有された添加剤３がさらに均質化される。

隣接する搬送区間３１では、溶融物が圧力増大区間３２の方向に搬送される前に、他の均質化工程が行われる。スクリュー要素４５、４５’が部分軸５５、５６の両方に重なり合うように配置されるので、確実なトルク伝達が継手の領域で行われる。圧力増大区間３２では、溶融物の圧力が、溶融物が放出開口部３６を介して放出される前に増大される。

多軸スクリュー機械１の動作時、温度上昇により、軸３７、３８が軸方向に膨張させられる。軸方向に互いに挟持されるように、処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’それぞれに加えられる予荷重力Ｆ_Ｖにより、軸３７、３８に挟持された処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’が、軸３７、３８の軸方向膨張の結果として軸方向に緩むことが防止される。

軸３７、３８の各々が、各々２つの部分軸５５、５６から製造されるという事実によって、部分軸５５、５６の材料、材料加工及び／又は長さを加工作業に最適に適応させることができる。この結果、部分軸５５、５６の材料、材料加工及び／又は長さは、要件に従って等しい及び／又は異なるように選択することができ、一定量の機能性及び信頼性を確実にしつつ、製造コストの低減を可能にする。

以下の説明は、図５及び図６を参照して本発明の第２の例示的な実施形態について言及する。第１の例示的な実施形態と対照的に、軸３７、３８は、各々、３つの相互接続された部分軸５５、５６と６２から製造される。第１の部分軸５５はガス抜き区画２９内まで延び、その結果、スクリュー要素４３、４３’は、第１の部分軸５５及び各々第１の部分軸に接続される第２の部分軸５６の両方に重なり合うように配置される。このために、部分軸５５、５６の外側輪郭部Ａ_１とＡ_２は、上述の方法で互いに整列される。スクリュー接続部５７は、第１の例示的な実施形態のスクリュー接続部に対応する。

第３の部分軸６２の各々は、部分軸５６、６２が相互接続されるときにそれぞれの外側輪郭部Ａ_２と面一である外側輪郭部Ａ_３を有する。第２の部分軸６２は搬送区画３１内まで延び、その結果、スクリュー要素４６、４６’は、相互接続された部分軸５６、６２に重なり合うように配置される。部分軸５６、６２は、部分軸５５、５６のスクリュー接続部５７に対応するスクリュー接続部５７によって相互接続される。

回転軸線２１、２２の方向に、第３の部分軸６２は、第２の部分軸５６の長さＬ_２に好ましくは等しい長さＬ_３を有する。長さＬ_１は、長さＬ_２又はＬ_３それぞれよりも大きいことが好ましく、その結果、第１の部分軸５５は、特に混練要素４１、４１’が第１の部分軸５５に配置されるように溶融区間２８を越えて延びる。

処理要素軸１８、１９の組立及び多軸スクリュー機械１の動作に関する詳細は、第１の例示的な実施形態の説明に確認することができる。

以下の説明は、図７を参照して本発明の第３の例示的な実施形態について言及する。前述の例示的な実施形態と対照的に、環状座金６３は、各々、相互接続された部分軸５５、５６の間に配置される。それぞれの第２の部分軸５６の接続ピン６０は、部分軸５５、５６が相互接続されるときに、座金６３が部分軸５５、５６の前端に当接するように、座金６３のリードスルー開口部６４を通して導かれる。前述の例示的な実施形態に対応して、処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’は、それぞれ、予荷重力Ｆ_Ｖによる予荷重を受ける。予荷重力Ｆ_Ｖに応じて、小さな間隙が、座金６３と、隣接する部分軸５５、５６の一方又は隣接する部分軸５５、５６との間に生じ得る。座金６３は、第１の部分軸５５の熱膨張係数α_１及び第２の部分軸５６の熱膨張係数α_２の少なくとも一方よりも大きい軸方向の熱膨張係数α_Ｓを有する。好ましくは、熱膨張係数α_Ｓは、両方の熱膨張係数α_１とα_２よりも大きい。座金６３は、関連した回転軸線２１又は２２それぞれに対して実質的に同心であり、外側輪郭部Ａ_１とＡ_２によって画定されたそれぞれの軸３７、３８の軸直径よりも小さい直径を有する。

熱膨張係数α_１の少なくとも一方に対する熱膨張係数α_Ｓの比率は、α_Ｓ／α_ｉ≧１．５、特にα_Ｓ／α_ｉ≧２、特にα_Ｓ／α_ｉ≧２．５のような比率であり、この場合ｉ＝１又は２。好ましくは、上記の比率は、ｉ＝１及び２によりα_Ｓ／α_ｉに適用される。

熱膨張係数α_Ｓは、α_Ｓ≧１２．０・１０^−６１／Ｋ、特にα_Ｓ≧１５．０・１０^−６１／Ｋ、特にα_Ｓ≧１８．０・１０^−６１／Ｋのような熱膨張係数であることが好ましい。

座金６３は、それぞれの回転軸線２１、２２の方向に寸法Ｌ_Ｓを有し、この場合、寸法Ｌ_Ｓは、５ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦５０ｍｍ、特に１０ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦４０ｍｍ、特に１５ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦３０ｍｍのような寸法であることが好ましい。

部分軸５５、５６が共にねじ留めされる前に、それぞれの座金６３がそれらの間に配置される。熱膨張係数α_Ｓは、熱膨張係数α_１又はα_２の少なくとも一方よりもそれぞれ大きく、好ましくは両方の熱膨張係数α_１とα_２よりも大きいという事実によって、多軸スクリュー機械１の動作時の温度上昇による軸方向の膨張の場合にも、それぞれの軸３７、３８には間隙がないままであるか、あるいは座金６３と、部分軸５５、５６の一方又は部分軸５５、５６との間の可能な間隙が、軸方向の座金６３の比較的大きな膨張の結果閉じられ、それぞれの軸３７、３８の間隙を消えさせる。加熱動作条件では、したがって、軸３７、３８には間隙がなく、このように、それぞれストッパ４９と５４又は４９’と５４’との間の確実なトルク伝達及び処理要素３９〜４８又は３９’〜４８’のしっかりした軸方向の取付けがそれぞれ確実にされる。加熱動作条件では、軸３７、３８は、少なくとも１００℃、特に少なくとも１５０℃、特に少なくとも２００℃の温度を有する。

第２の実施形態に対応して、軸３７、３８が３つの部分軸５５、５６と６２から構成される場合、座金６３は、相互接続された部分軸５５、５６及び５６と６２の間に配置され、この場合、それらの熱膨張係数α_Ｓは、隣接する部分軸５５、５６又は５６、６２のそれぞれ１つの熱膨張係数α_１又はα_２及びα_２又はα_３よりもそれぞれ大きい。好ましくは、座金６３は同一である。３つの部分軸５５、５６と６２を備える軸３７、３８の場合、熱膨張係数はα_ｉと称され、この場合ｉ＝１，２，３。処理要素軸１８、１９のさらなる組立及び多軸スクリュー機械１の動作に関する詳細は、前述の例示的な実施形態の説明に確認することができる。

以下の説明は、図８を参照して本発明の第４の例示的な実施形態について言及する。前述の例示的な実施形態と対照的に、部分軸５５、５６の間に配置されたそれぞれの座金６３は、外側輪郭部Ａ_１とＡ_２に対応して構成されかつ整列される外側座金輪郭部Ａ_Ｓを有する。それぞれのスクリュー要素４５、４５’の内側輪郭部Ｉは、したがって、外側輪郭部Ａ_１、Ａ_ＳとＡ_２に重なり合うように配置される。この結果、それぞれのスクリュー要素４５、４５’は、部分軸５５、５６及びそれらの間に配置された座金６３に回転しないように接続される。これにより、確実なトルク伝達が確実にされる。軸３７、３８が３つの部分軸５５、５６と６２から構成される場合、第３の実施形態に関する説明が、輪郭付き座金６３又は複数の輪郭付き座金にそれぞれ適用される。

処理要素軸１８、１９のさらなる組立及び多軸スクリュー機械１のさらなる動作に関する詳細は、前述の実施形態の説明に確認することができる。

１ 多軸スクリュー機械
２ プラスチック材料
３ 添加剤
４ ケーシング
５ 搬送方向
６〜１５ ケーシング部分
１６、１７ ケーシング孔
１８、１９ 処理要素軸
２０ 駆動モータ
２１、２２ 回転軸線
２３ 配分ギアボックス
２４ クラッチ
２５、２６ 回転方向
２７ 入口区間
２８ 溶融区間
２９ ガス抜き区間
３０ 均質化区間
３１ 搬送区間
３２ 圧力増大区間
３３ 材料入口
３５ アダプタプレート
３６ 放出開口部
３７ 第１の軸
３８ 第２の軸
３９〜４８ 処理要素
３９’〜４８’ 処理要素
４９、４９’ 第１のストッパ
５０ 第１の閉鎖プレート
５１、５１’ 端側リードスルー孔
５２ ガス抜き開口部
５３、５３’ 軸先端又はスクリュー先端
５４、５４’ 第２のストッパ
５５ 第１の部分軸
５６ 第２の部分軸
５７ スクリュー接続部
５８ 接続孔
５９ 雌ねじ
６０ 接続ピン
６１ 雄ねじ
６２ 第３の部分軸
６３ 環状座金
６４ リードスルー開口部
Ａ_１ 第１の外側輪郭部
Ａ_２ 第２の外側輪郭部
Ａ_Ｓ 外側座金輪郭部
Ｄ 内径
Ｆ_Ｖ 軸方向の予荷重力
Ｉ 内側輪郭部
Ｌ 全長
Ｌ_１ 軸長
Ｌ_２ 軸長
Ｌ_Ｓ 寸法
α_１ 熱膨張係数
α_２ 熱膨張係数
α_３ 熱膨張係数
α_Ｓ 熱膨張係数

Claims (14)

1. ケーシング（４）と、前記ケーシング（４）に形成された少なくとも２つのケーシング孔（１６、１７）と、少なくとも２つの処理要素軸（１８、１９）とを備える、材料、特にプラスチック材料を加工するための多軸スクリュー機械であって、前記少なくとも２つの処理要素軸が、関連したケーシング孔（１６、１７）に配置され、かつ関連した回転軸線（２１、２２）回りの回転のために駆動可能であり、加工されるべき材料（２、３）を処理するために複数の処理要素（３９〜４８、３９’〜４８’）を備え、前記複数の処理要素が、それぞれの回転軸線（２１、２２）の方向に相前後して少なくとも２つの関連した軸（３７、３８）に回転不能に配置され、前記少なくとも２つの軸（３７、３８）が各々、第１の部分軸（５５）と、少なくとも１つの第２の部分軸（５６；５６、６２）とを備え、前記部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）が相互接続されてそれぞれの軸（３７、３８）を形成し、前記軸（３７、３８）の各々に、前記相互接続された部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）に重なり合うように回転不能に配置される処理要素（４５、４５’；４３、４３’、４６、４６’）が設けられる、多軸スクリュー機械において、
   前記第１の部分軸（５５）が各々、少なくとも溶融区間（２８）まで延び、また前記第１の部分軸（５５）の各々に少なくとも１つの混練要素（４１、４１’）が回転不能に配置されることを特徴とする多軸スクリュー機械。
2. 前記相互接続された部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）の各々が外側輪郭部（Ａ_１、Ａ_２；Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３）を備えることと、
   前記重なり合う処理要素（４５、４５’；４３、４３’、４６、４６’）の内側輪郭部（Ｉ）が両方の外側輪郭部（Ａ_１、Ａ_２；Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３）に回転不能に配置されるように、前記相互接続された部分軸（５５、５６）の前記外側輪郭部（Ａ_１、Ａ_２；Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３）が互いに一列に整列されることを特徴とする、請求項１に記載の多軸スクリュー機械。
3. 前記外側輪郭部（Ａ_１、Ａ_２；Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３）と関連した内側輪郭（Ｉ）とがインボリュート伝動装置を形成することを特徴とする、請求項２に記載の多軸スクリュー機械。
4. 前記回転軸線（２１、２２）の方向に、前記第１の部分軸（５５）の各々が第１の長さＬ_１を有し、前記第２の部分軸（５６）の各々が第２の長さＬ_２を有し、Ｌ_１／Ｌ_２＞１、特にＬ_１／Ｌ_２≧１．５、特にＬ_１／Ｌ_２≧２であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
5. それぞれの前記軸（３７、３８）の前記部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）が、材料、材料加工及び長さの特徴の少なくとも１つで異なることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
6. それぞれの前記軸（３７、３８）の前記部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）が、スクリュー接続部（５７）によって相互接続され、それぞれの前記軸（３７、３８）に特に間隙がないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
7. 前記処理要素（３９〜４８、３９’〜４８’）が、それぞれの回転軸線（２１、２２）の方向で予荷重力Ｆ_Ｖにより、それぞれの部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）に配置され、特にＦ_Ｖ≧５０ｋＮ、特にＦ_Ｖ≧１００ｋＮ、特にＦ_Ｖ≧１５０ｋＮであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
8. 前記軸（３７、３８）の各々が全長Ｌを有し、Ｌ≧６．０ｍ、特にＬ≧８．０ｍ、特にＬ≧１０．０ｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
9. 前記ケーシング孔（１６、１７）の各々が直径Ｄを有し、Ｄ≧１７７ｍｍ、特にＤ≧２４８ｍｍ、特にＤ≧３１５ｍｍ、特にＤ≧３５２ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
10. 相互接続された部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）の間に各々、環状座金（６３）が配置され、それぞれの座金（６３）が、隣接する部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）の少なくとも一方の熱膨張係数α_ｉよりも大きい熱膨張係数α_Ｓを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
11. 前記隣接する部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）の少なくとも一方の前記熱膨張係数α_ｉに対する前記熱膨張係数α_Ｓの比率が、α_Ｓ／α_ｉ≧１．５、特にα_Ｓ／α_ｉ≧２、特にα_Ｓ／α_ｉ≧２．５であることを特徴とする、請求項１０に記載の多軸スクリュー機械。
12. それぞれの座金（６３）が、前記回転軸線（２１、２２）の方向に寸法Ｌ_Ｓを有し、５ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦５０ｍｍ、特に１０ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦４０ｍｍ、特に１５ｍｍ≦Ｌ_Ｓ≦３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の多軸スクリュー機械。
13. 前記熱膨張係数α_Ｓが、α_Ｓ≧１２．０・１０^−６１／Ｋ、特にα_Ｓ≧１５．０・１０^−６１／Ｋ、特にα_Ｓ≧１８．０・１０^−６１／Ｋであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。
14. それぞれの前記座金（６３）が、隣接する部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）に対応する外側座金輪郭部（Ａ_Ｓ）を有し、前記隣接する部分軸（５５、５６；５５、５６、６２）に重なり合うように配置された前記処理要素（４５、４５’；４３、４３’、４６、４６’）が、それぞれの前記座金（６３）に回転不能に接続されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の多軸スクリュー機械。

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