JP2020520825A - プラスチック押出しのためのマルチスクリュ押出し機用の押出し機スクリュ - Google Patents

Abstract

プラスチック押出しのためのマルチスクリュ押出し機用の押出し機スクリュ（１００）が、−プラスチックを溶融しかつ均一化するための吸込み兼調量ゾーン（１）、気体成分を排出するための脱気ゾーン（２）、および圧縮および／または排出ゾーン（４）と、−複数の遊星スクリュ（３０）を有するマルチスクリュセクション（２０）であって、遊星スクリュ（３０）が、少なくともその長さの一部にわたって押出し機スクリュ（１００）の外周部において開放している、マルチスクリュセクション（２０）と、−駆動ゾーン（３）であって、該駆動ゾーン（３）において遊星スクリュ（３０）が歯列（３３）を介して中心軸における外歯列に係合しているか、またはマルチスクリュ押出し機のステータリングまたは押出し機孔の内壁における内歯列に係合している、駆動ゾーン（３）と、を含んでいる。吸込み兼調量ゾーン（１）は、マルチスクリュセクション（２０）内にまで延びており、このとき遊星スクリュ（３０）の、調量ゾーン（１）内に位置しているそれぞれの部分が、少なくとも部分的に覆われている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の特徴を備えた、プラスチック押出しのためのマルチスクリュ押出し機用の押出し機スクリュに関する。

このようなマルチスクリュ押出し機は、プラスチック・固体粒子、特にポリエステル顆粒から均一なプラスチック溶融物を獲得するために働き、かつ本出願人の欧州特許第１４３４６８０号明細書によって公知である。この押出し機構造型式では、脱気ゾーンに複数の遊星スクリュが設けられている。脱気ゾーンの領域における遊星スクリュの室容積は、マルチスクリュ押出し機の作動時に満たされないので、プラスチックの相応に大きな表面が形成され、この表面は脱気を容易にする。次いで、プラスチック溶融物の部分ストランドは、排出および／または圧縮ゾーンにおいて再びまとめられて、例えば下流に配置された溶融物ポンプへとさらに案内される。

公知のマルチスクリュ押出し機の使用時における難点は、例えば駆動出力および溶融出力、質量温度および調量ゾーンにおける滞在時間のような、作動のための数多くのパラメータを最適化するということにある。高すぎる質量温度は、プラスチックの不都合な変化を惹起することがあり、これに対して低い質量温度は、調量ゾーンにおける固体の不十分な溶融を惹起する。確かに、長い滞在時間は溶融および均一化を促進するが、しかしながら、この段階においてなお湿分を含んでいるプラスチックの加水分解を加速してしまう。

この最適化は特に、固体がリサイクル品を含んでいて、かつゆえに不均一な溶融特性を有している場合に困難である。このような場合には、固体成分がマルチスクリュセクションに達した時点で、固体成分がなお十分に溶融されていないということが発生し得る。マルチスクリュセクションにおける遊星スクリュは、プラスチック溶融物内に浮遊状態で支持されているので、場合によっては、溶融物内において一緒に案内された固体残留物が、遊星スクリュの軸受箇所によって押圧され、遊星スクリュおよび軸受の摩耗を高めてしまう。

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の押出し機スクリュを改良して、脱気ゾーンに達するまでの単に短い滞在時間においても、均一に溶融された溶融物が得られる押出し機スクリュを提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えたマルチスクリュ押出し機によって解決される。

本発明によれば、例えば上流に配置された押出し機またはポンプから溶融物を供給される供給管から、かつ／または上流に配置されたモノスクリュから、マルチスクリュセクションへの連続した移行部が得られ、このときそこでは、供給部とマルチスクリュセクションとの間における直径移行部を構成するために、円錐部分が形成されている。円錐部分は、円錐部分形状に形成されていても、または横断面で見て凹面状にまたは凸面状に湾曲させられて形成されていてもよい。重要なことは単に、供給部を介して供給された溶融物が末広がりになり、かつ遊星スクリュのための、円錐部分に配置された個々の供給孔に供給されることである。

本発明にとって重要な思想は、溶融および均一化、いわゆる調量（Metering）を、上流において実施することではなく、この調量を、マルチスクリュセクション内にまで延ばすことである。

つまり調量ゾーンは、全体として、比較的小さな直径を備えた供給部、ストランドを広げかつ複数の部分ストランドにストランドを分割するための円錐部分、および複数の遊星スクリュを介して脱気ゾーンに達するまでの部分ストランドのさらなる案内部を含んでいる。

従来技術では構造的に分離されたセクションが、それぞれまた特定の機能を有しているのに対して、本発明では、１つの構造部分において、つまりマルチスクリュセクションにおいて、同じ遊星スクリュを用いて、２つの機能を同時に満たすことが、かつ他方では、１つの機能、つまり溶融および均一化を、少なくとも２つの構造部分を介して分割することが提案されている。

調量ゾーンの、供給部に形成された部分は、本発明によれば単に短く形成されていてよく、またはそれどころか省かれてよく、これによってこの部分における滞在時間が短縮される。多数の個別ストランドへの、直接続く分割によって、押出し機スクリュへの溶融物の接触面は増大し、これによって個別ストランド内において案内される溶融物は、良好に温度調整可能である。特に溶融物の冷却も可能である。

遊星スクリュの端部だけが収容エレメントの孔内において案内されているのではなく、マルチスクリュセクションにおける調量ゾーンの割合が、遊星スクリュの長さの少なくとも約１／４にわたって延びているので、つまり、良好な温度調整および均一化を可能にする、それぞれ小さな横断面を備えた相応に長い流路が発生している。

与えられた直径比に基づいて遊星スクリュが、押出し機スクリュ自体の回転数の数倍の回転数で回転することによって、マルチスクリュセクションの内部における調量ゾーンの長さ割合における滞在時間は、短い。しかしながら滞在時間は、例えばさらに、遊星スクリュのピッチによって一定の範囲内において変化させることができる。

本発明に係るマルチスクリュ押出し機の運転形式について、さらに付言すると、遊星スクリュの、完全に閉鎖された長手方向領域における室は、本発明によれば好ましくは、完全な充填状態で運転されるので、良好な搬送作用が得られる。この室に接続している無圧の脱気ゾーンに基づいて、背圧は存在しておらず、かつ上流に配置された装置において単に溶融開始された溶融物成分を、良好に引き込むことができる。

駆動ゾーンは、自体公知のように、遊星スクリュの排出側端部に設けられていてよい。そのために遊星スクリュは、その端部に、もしくは下流側端部の近傍領域にピニオンを備えているか、またはピニオンに結合されている。ピニオンは、押出し機孔の壁における内歯列に係合しており、これによって遊星スクリュは同期的に駆動されている。

しかしながら特に好ましくは、駆動ゾーンは、遊星スクリュにおける機能分離部が位置している箇所に、つまり遊星スクリュの完全に閉鎖された部分が、調量ゾーンで終端していて、かつ脱気ゾーンの開放された領域に移行している箇所に、配置されている。この箇所における配置形態には、遊星スクリュにおいて主として、マルチスクリュセクションの、調量ゾーンに対応配置すべき長手方向部分における溶融および均一化のために必要な駆動トルクを、直接的に導入することができるという利点がある。吸込み部と排出部との間における遊星スクリュ軸全長にわたっての、細い遊星スクリュ軸のねじれは、長さの中心またはさらに前方における駆動ゾーンのこのような配置形態によって回避される。マルチスクリュセクションにおける遊星スクリュ軸の、流れ方向において下流に配置されたそれぞれの長手方向部分には、これらの長手方向部分が比較的長いにもかかわらず、ほとんど荷重が加えられない。それというのは、脱気ゾーンの領域においてスクリュは、単に部分的にしか満たされておらず、ひいては僅かなトルクしか必要とされないからである。

さらに付言すれば、駆動ゾーンの配置形態は、必ずしも正確に、２つの機能ゾーンの間における移行部に位置している必要はなく、隣接したゾーンのうちの少なくとも１つのゾーンとオーバラップしていてもよい。それというのは、溶融物はいずれにせよ駆動ゾーンにおける歯列を介して導かれるからである。

本発明に係るマルチスクリュ押出し機では、遊星スクリュが単に完全に溶融された溶融物だけを、部分的に満たされた室において脱気のために搬送する従来技術におけるよりも、明らかに大きなトルクが遊星スクリュのためにもたらされねばならないので、伝達すべきトルクは明らかに大きい。したがってさらに好ましくは、駆動ピニオンおよび所属の歯列は、ステータリングにまたは直接押出し機孔に、はす歯歯列を備えている。

好適な実施形態は、マルチスクリュセクションを、一体に駆動される押出し機スクリュの一部として設けることを提案し、このとき供給部および／または排出部には、それぞれ１つのモノスクリュセクションが設けられている。この場合調量ゾーンは、上流に配置されたモノスクリュによって形成された部分と、マルチスクリュセクションにおける部分とに分割される。この実施形態においても、モノスクリュセクションが従来技術におけるよりも短くてよく、その結果滞在時間が短縮されているということが、利点として得られる。このとき本発明に係る押出し機スクリュの利点としては、モノスクリュセクションにおいて処理の開始と同時に、より迅速な溶融を可能にする比較的高い駆動出力を得ることができるということがある。しかしながら局部的な過熱は回避される。なぜならば、円錐部分を介してマルチスクリュセクション内に、個別ストランドへと直ちに続いて広がることによって、比較的大きな冷却出力を得ることができ、ひいては熱による損傷が回避されるからである。

次に図面を参照しながら本発明について詳説する。

第１実施形態による、本発明に係るマルチスクリュ押出し機用の押出し機スクリュの一部を示す斜視図である。 第２実施形態による押出し機スクリュの一部を示す斜視図である。 図２に示された押出し機スクリュの一部を示す斜視図である。 図２に示された押出し機スクリュの詳細を示す斜視図である。 押出し機スクリュの第２実施形態の遊星スクリュを示す側面図である。

図１には、押出し機スクリュ１００の、本発明にとって重要である部分が斜視図で示されている。プラスチック粒子もしくはプラスチック溶融物は、図１に示された位置において右から引き込まれて、左に向かって排出される。

長さにわたって４つの機能ゾーンが設けられており、すなわち、
−ここでは見えない吸込み部の下流における第１の長手方向部分は、プラスチック顆粒が溶融されかつ均一化されるいわゆる調量ゾーン１を形成しており、
−これに脱気ゾーン２が接続している。押出し機の、ここでは同様に図示されていないハウジングには、ここでは吸込み装置が設けられており、これによって揮発性の成分を脱気ゾーン２から吸い出すことができる。
−調量ゾーン１において溶融されて、接続する脱気ゾーン２において脱気された溶融物は、駆動ゾーン３を通って移動しなくてはならず、かつ下流で排出ゾーン４において圧縮され、かつ搬出される。

構造的に見て、押出し機スクリュ１００は主として３つの部分、すなわち、
−第１のモノスクリュセクション１０；
−多数の遊星スクリュ３０を備えたマルチスクリュセクション２０、および
−第２のモノスクリュセクション４０
に分割されている。

好ましくは、モノスクリュセクション１０，４０およびマルチスクリュセクション２０はそれぞれ、別体のエレメントとして形成されていて、これらのエレメントは、互いに結合されて１つの一体的な押出し機スクリュ軸１００を形成している。これによって製造が簡単化されていて、かつ摩耗時には、個々のセクションの比較的簡単かつ安価な交換が可能である。

第１のモノスクリュセクション１０からマルチスクリュセクション２０への移行部には、円錐部分２１を備えた遊星スクリュハウジング２３が形成されており、円錐部分２１は、遊星スクリュ３０毎に少なくとも１つの遊星スクリュ孔２２を有している。

円錐部分２１および遊星スクリュハウジング２３は、マルチスクリュセクション２０の第１の長手方向部分を形成しており、この第１の長手方向部分は、調量ゾーン１に対応配置されている。遊星スクリュ孔２２は、遊星スクリュハウジング２３の内部における深い流路に続いている。遊星スクリュ３０は、遊星スクリュ孔２２内で部分長さ３１にわたって完全に取り囲まれており、これに対して遊星スクリュ３０の比較的大きな長さ部分３２は、接続する脱気ゾーン２において開放されている。遊星スクリュ３０の、取り囲まれた長さ部分３１と開放されている長さ部分３２との比は、図示の実施形態では約１：２〜１：４である。この長さ比は、処理すべき出発材料に応じて特殊に選択され、これによって一方では、調量ゾーン１において可能な限り均一な溶融を達成することができ、かつ他方では、効果的な脱気を実施することができる。

円錐部分２１および／または遊星スクリュハウジング２３の外周部には、少なくとも１つのスクリュ螺条が形成されており、これによって、モノスクリュセクション１０から供給された溶融物は、個々の遊星スクリュ３０に分配されるのみならず、部分的に、円錐部分２１の外周部を介しても搬送される。液状の溶融物によって、押出し機ハウジング内における孔に対する押出し機スクリュ１００の潤滑が達成される。

下流の排出側の端部に、遊星スクリュ３０はそれぞれピニオン３３を備えている。遊星スクリュ３０の端部は、軸受収容部２５において支持軸受２４に浮動状態で支持されている。この支持軸受２４は、別の円錐部分を介して、排出ゾーン４を形成する排出スクリュ４１を備えた第２のモノスクリュセクション４０に移行している。

ピニオン３３の歯列は、すぐ歯歯列として形成されても、またははす歯歯列として形成されてもよい。はす歯歯列の場合には、同じ回転方向におけるピッチを、遊星スクリュ３０のスクリュウェブのピッチのように選択すると好適である。このように構成されていると、端部におけるピニオン３３の配置形態においてマルチスクリュセクション２０からの排出を促進する、追加的な搬送作用が得られる。

遊星スクリュハウジング２３において遊星スクリュ３０が完全に収容されているのに対して、開放している脱気ゾーン２においては露出した自由な容積が必要になる。この部分において遊星軸スクリュ３０は、完全には取り囲まれておらず、かつゆえに搬送作用は低減するので、許容可能な脱気結果を得るためには、通路深さを少なくとも係数２だけ明らかに増大させることが必要である。実地においては、明らかにさらに高い値が好適であるということが判明している。比が４の場合に既に、脱気出力の明らかな改善がもたらされる。最高の結果は、脱気ゾーン２における通路深さと調量ゾーン１における通路深さとの通路深さ比が５：１よりも大きいことによって得ることができる。

図２には、本発明に係る押出し機スクリュ１００’の第２実施形態の一部が斜視図で示されている。第１実施形態におけるように本実施形態においても、３つの主要な構造部分、すなわち、
−第１のモノスクリュセクション１０；
−多数の遊星スクリュ３０’を備えたマルチスクリュセクション２０’であって、遊星スクリュ３０’が、吸込み側において円錐部分２１’および供給孔２２’を備えた遊星スクリュハウジング２３’に支持されていて、かつ排出側において支持軸受２４’に支持されている、マルチスクリュセクション２０’、および
−排出スクリュ４１を備えた第２のモノスクリュセクション４０
が設けられている。

押出し機スクリュ１００’の機能分割も、同様に４つのゾーン、すなわち、
−調量ゾーン１’
−脱気ゾーン２’
−駆動ゾーン３’、および
−排出ゾーン４’
を含んでいる。

しかしながら第２実施形態における直列配置形態は異なっており、つまり駆動ゾーン３’は、調量ゾーン１’と脱気ゾーン２’との間に位置している。そのために、調量ゾーン１’が遊星スクリュ３０’に対応配置すべき長手方向部分３１’で遊星スクリュハウジング２３’から進出する箇所において直接的に、それぞれピニオン３３’が形成されているか、または装着されている。流れ方向においてピニオン３３’の下流に位置している、遊星スクリュ３０’の長手方向部分３２’は、脱気ゾーン２’に対応配置される。遊星スクリュ３０’の排出側の先端は、支持軸受２４’のリング形状の軸受収容部２５’において支持されている。

遊星スクリュ軸３０の長さの中心もしくは上流の１／３にピニオン３３’が配置されている場合、はす歯歯列が、脱気ゾーン２’内への搬送を促進することができる。露出した面積と通路ピッチの積として算出される、歯列の全通路容積が、遊星スクリュ部分における通路容積と同様となるように、選択されると、それどころか同時に可塑化を促進することができる。

特に好ましくは、歯列の傾斜角度は少なくとも、生じる通路ピッチが、遊星スクリュの通路ピッチと少なくとも同じ大きさに、特に少なくとも１.５倍の通路ピッチに相当するように選択される。

図３には、押出し機スクリュ１００’のマルチスクリュセクション２０’が拡大されて斜視図で示されており、このとき全部で８つの遊星スクリュ軸３０のうちの２つが除去されており、これによって、内部に位置していて、その周りに回転する遊星スクリュ３０’が配置されている中心軸２６’への視線を、確保することができる。中心軸２６’は、その排出側の端部分に、内部冷却装置の一部としての冷却螺旋を備えている。

図４には、マルチスクリュセクション２０’の円錐部分２１’の端面を、モノスクリュセクション１０’の側から見た斜視図が示されている。遊星スクリュハウジング２３’の遊星スクリュ孔２２’内には、遊星スクリュ軸３０’の先端３４’が認識できる。遊星スクリュハウジング２３’において、遊星スクリュ軸３０’はまず完全に取り囲まれていて、かつピニオン３３’が配置されている駆動ゾーンにおいて初めて再び開放している。遊星スクリュハウジング２３’の外周部は、外周部に、僅かなウェブ高さを備えたスクリュウェブ２７’を有している。

図５には、ただ１つの遊星スクリュ３０’が、側面図で示されている。先端３４’を起点として、まず遊星スクリュ３０’の長手方向部分３１’が形成されており、この長手方向部分３１’は、僅かなウェブ高さを有している。調量ゾーン１’に対応配置されるべきこの部分は、遊星スクリュ孔２２’(図４参照)の内部において案内されている。その下流には、駆動セクション３’の一部であり、かつピニオン３３’を収容するために形成されているか、または直接一体成形された歯列を有している部分が接続している。全長のほぼ２／３を成していてかつ脱気ゾーン２’に対応配置されている排出側の端部分において、スクリュのコア直径は減じられていて、かつウェブ高さは相応に増大させられている。室容積は、長手方向部分３１’に対して増大させられているので、部分３１’，３２’におけるそれぞれのピッチとはほぼ無関係に、長手方向部分３２’において室は単に部分的にしか満たされないことが達成され、これによって良好な脱気作用が得られる。

Claims (12)

1. プラスチック押出しのためのマルチスクリュ押出し機用の押出し機スクリュ（１００；１００’）であって、少なくとも、
   −プラスチックを溶融しかつ均一化するための吸込み兼調量ゾーン（１；１’）、気体成分を排出するための脱気ゾーン（２；２’）、および圧縮および／または排出ゾーン（４；４’）と、
   −複数の遊星スクリュ（３０；３０’）を有するマルチスクリュセクション（２０；２０’）であって、前記遊星スクリュ（３０；３０’）が、少なくともその長さの一部にわたって前記押出し機スクリュ（１００；１００’）の外周部において開放されている、マルチスクリュセクション（２０；２０’）と、
   −駆動ゾーン（３；３’）であって、該駆動ゾーン（３；３’）において前記遊星スクリュ（３０；３０’）が歯列（３３；３３’）を介して中心軸（２６’）における外歯列に係合しているか、または前記マルチスクリュ押出し機のステータリングの内歯列または押出し機孔の内壁の内歯列に係合している、駆動ゾーン（３；３’）と、
   を含んでいる、押出し機スクリュ（１００；１００’）において、
   前記吸込み兼調量ゾーン（１；１’）は、前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）内にまで延びており、前記遊星スクリュ（３０；３０’）の、前記調量ゾーン（１；１’）内に位置しているそれぞれの部分が、少なくとも部分的に覆われている
   ことを特徴とする、押出し機スクリュ（１００；１００’）。
2. 前記吸込み兼調量ゾーン（１；１’）は、モノスクリュセクション（１０，４０）を含んでおり、前記吸込み兼調量ゾーン（１；１’）は、前記モノスクリュセクション（１０）から前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）内にまで延びている、
   請求項１記載の押出し機スクリュ（１００）。
3. 流れ方向で見て前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の下流に、モノスクリュセクション（１０，４０）として形成された圧縮および／または排出ゾーン（４；４’）が設けられている、
   請求項１または２記載の押出し機スクリュ（１００）。
4. −前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の始端部に、円錐部分（２１；２１’）が形成されていて、該円錐部分（２１；２１’）は、前記遊星スクリュ（３０；３０’）毎に少なくとも１つの遊星スクリュ孔（２２；２２’）を有しており、かつ
   −前記調量ゾーン（１；１’）は、前記円錐部分（２１；２１’）を介して、前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）における遊星スクリュハウジング（２３；２３’）内にまで延びていて、該遊星スクリュハウジング（２３；２３’）において前記遊星スクリュ（３０；３０’）は、その長さの少なくとも一部にわたって取り囲まれている、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００）。
5. 前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の前記中心軸（２６’）および場合によっては、前記モノスクリュセクション（１０，４０）は、それぞれ一体の押出し機スクリュの一部として形成されている、
   請求項２から４までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００；１００’）。
6. 前記駆動ゾーン（３；３’）は、前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の下流側端部に配置されている、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００’）。
7. 前記駆動ゾーン（３’）は、前記マルチスクリュセクション（２０’）内において前記調量ゾーン（１’）と前記脱気ゾーン（２’）との間に配置されている、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００’）。
8. 前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）のロータ軸および前記モノスクリュセクション（１０，４０）はそれぞれ、互いに解離可能に結合されている別個の押出し機スクリュ部分エレメントとして形成されている、
   請求項２から７までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００；１００’）。
9. 前記遊星スクリュハウジング（２３；２３’）の外周部に、少なくとも１つのスクリュウェブ（２７’）が設けられていて、かつ前記外周部は、流動可能となっている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００；１００’）。
10. 前記吸込み兼調量ゾーン（１；１’）は、前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の上流に配置された管路を含んでいて、該管路はポンプに接続されている、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００）。
11. 前記圧縮および／または排出ゾーン（４；４’）は、前記マルチスクリュセクション（２０；２０’）の下流に配置された管路を含んでいて、該管路はポンプに接続されている、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００）。
12. プラスチック押出しのためのマルチスクリュ押出し機であって、請求項１から１１までのいずれか１項記載の押出し機スクリュ（１００；１００’）を収容するための押出し機孔を備えた押出し機ハウジングを、少なくとも含んでいる、マルチスクリュ押出し機。

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