JP2023549250A - 溶融プラスチック用の多軸調製装置 - Google Patents

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Abstract

溶融プラスチック用の多軸調製ユニット(20)であって、溶融プラスチック用の取り囲まれた処理室(21)を内部に有する押出機ハウジング(24)と、処理室(21)内に回転可能に支持された少なくとも1つのロータ本体軸(22)であって、それぞれ1つのサテライトスクリュ(23)が内部に支持されている複数の収容溝を備えた、シールおよびガイド本体(22.3)を備えたロータ本体軸(22)とを備える、多軸調製ユニット(20)において、多軸調製ユニット(20)は駆動ユニット(30)を有し、駆動ユニット(30)では、押出機ハウジング(24)の外側で駆動モータ(32)と処理室(21)との間に伝動装置ユニット(31)が配置されており、伝動装置ユニット(31)は、ロータ本体軸(22)およびサテライトスクリュ(23)における押出機ハウジング(24)の処理室(21)から導出された駆動軸区分(22.2,23.2)に結合されており、押出機ハウジング(24)と伝動装置ユニット(31)との間に、処理室(21)から進出する流体流および/または熱流を遮断するための分離装置(33)が設けられており、分離装置(33)を通して、ロータ本体軸(22)およびサテライトスクリュ(23)の各々の駆動軸端部(22.2,23.2)が案内されていることを特徴とする、多軸調製ユニット(20)。

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルの特徴を有する、溶融プラスチック用の多軸調製装置に関する。
溶融プラスチック、特にポリエステルを調製するためには、国際公開第2003033240号に基本的に記載されている、いわゆるマルチローテーションシステム(MRS)の形態の多軸調製装置が有効であると実証されている。この多軸調製装置は、押出機スクリュを内蔵しており、この押出機スクリュは、プラスチックを引き込みかつ溶融するための引込みおよび計量ゾーンと、送出ゾーンとの間に、ロータ本体軸を備えたいわゆる多回転ユニットを備えている。ロータ本体軸は、他のゾーンに対して著しく増大させられた直径を有していて、さらに、回転する複数のサテライトスクリュを有している。マルチローテーションシステムによって、単軸スクリュシステムおよび多軸スクリュシステムに比べて脱ガス出力が有意に高められる。その結果、多回転ユニット内の溶融プラスチックの滞在時間を極めて短く保つことができる。充填率、つまり、サテライトスクリュを備えたロータ本体軸が内部で回転する処理室内の自由な全容積に対する、運転中に溶融プラスチックによって占められる容積の割合は、構造上、スクリュの直径とピッチとの調整によって設定されていて、規定の使用事例に合わせて最適化される。充填率および滞在時間の変更は、いずれにせよ、運転継続中には制限されてしか可能でない。
さらに公知の駆動コンセプトは、サテライトスクリュ用の駆動ゾーンを設けている。この駆動ゾーンは、脱ガスのために設けられた処理室の内部に位置している。計量ゾーンから移送された溶融プラスチックは、駆動ゾーンを通して案内される。一方、そこで発生する剪断によって行われるエネルギ供給が有利に作用することがある。なぜならば、エネルギ供給は、溶融プラスチックの均質化を促進するからである。他方では、複数のゾーンを相前後して備えて、いずれにせよ極めて長く形成された押出機スクリュをサテライトスクリュと共にその端部から駆動するためには、高い駆動出力が必要である。したがって、このようなマルチローテーションシステムにおいて高粘性の溶融プラスチックを処理することには限界がある。
中国特許出願公開第101293397号明細書に記載された多軸調製装置では、外部の伝動装置は設けられていない。全ての歯車は、調製装置内で搬送されて処理される媒体内に直接位置している。これによって、まさに熱の遮断が不可能となる。さらに、溶融プラスチックでは、プラスチックに駆動ゾーンで歯列によって加えられる剪断が不都合に作用する。さらに、処理室は、回転するシールリングがそこで高温の溶融プラスチックに曝されるほど大きく駆動装置の方向に開放されている。
独国特許出願公開第102006052610号明細書による多軸押出機が有しているサテライトスクリュは、位置固定に配置されているが、しかしながら、回転するユニットの一部ではない。処理ユニットと伝動装置ユニットとは、確かに互いに分離されているが、しかしながら、これは冷却を目的としたものではない。冷却は単に冷却通路を介して行われるようになっている。
したがって、本発明の課題は、冒頭に記載した形態の溶融プラスチック用の多軸調製装置を改良して、特に高粘性の溶融プラスチックも良好に処理することができるようにすることである。
本発明による解決手段は、請求項1の特徴を有する多軸調製装置にある。
本発明によれば、溶融プラスチックは、離されて配置された溶融押出機から処理室内に案内されるので、サテライトスクリュが支持されているロータ本体を支持する主ロータ軸としてのロータ本体軸は、引込みおよび計量ゾーンを有していない。
本発明は、多軸調製装置用に外部の駆動装置を設けており、中央のロータ本体軸と各々の個々のサテライトスクリュとは、延長された後方の軸端部を有しており、この軸端部は、処理室から導出されている。処理室を取り囲んでいる押出機ハウジングと、押出機ハウジングの外側に配置された伝動装置ユニットとの間には、分離装置が設けられており、この分離装置によってもしくはこの分離装置において、伝動装置に対して生じ得るマイナスの影響を低減することができるかまたは補償することさえできる:すなわち、
- 押出機ハウジングから流出する漏れ流の形態の物質流が、分離装置において中断され、これによって、溶融プラスチックによる伝動装置の汚染が、処理室内に圧力が形成される不具合時でも阻止されている。
- 押出機ハウジングと伝動装置との各々の前方の軸端部の支持部同士の間の整合誤差を、分離装置内に配置された連結装置によって補償することができる。このことは、また、サテライトスクリュが押出機ハウジング内もしくは押出機スクリュ軸に前方の支持箇所を有しておらず、ロータ本体軸に設けられた切込み内で自由に回転するような場合にも言える。
- 処理室から熱伝導によって、ロータ本体軸およびサテライトスクリュの、伝動装置内に延びている区分を介して流れる熱流は、特に分離装置が流体によって通流される場合に低減することができる。分離装置を通して延びている軸区分用の適切な連結装置の選択によって、熱流を同様に抑制するかまたは中断することができる。このような手段によって、伝動装置温度を100℃未満に保つことができる。
ロータ本体軸は、分離装置に向けられた側にシールおよびガイド区分を有している。このシールおよびガイド区分とハウジングにおける押出機孔との間には、環状間隙が形成されており、この環状間隙は、その半径方向の間隙幅および軸方向における延在長さに関して、潤滑を保証するためにそこで幾分溶融プラスチックが進入し得るように寸法設定されている。シールおよびガイド区分を介して、ロータ本体軸の後方の端部は押出機ハウジング内で支持されている。
環状間隙には少なくとも1つのシール手段が設けられており、これによって、溶融プラスチックが分離装置内にまで流れ得ることを回避することができる。シール手段は、返送ねじ山および/または耐熱性の軸シールリングによって形成されていてよい。シールおよびガイド区分はまた、それを通して延びているサテライトスクリュ軸用の軸受も形成している。各々の軸受孔とサテライトスクリュ軸との間には、同様にそれぞれ少なくとも1つのシール手段が設けられており、これによって、溶融プラスチックがサテライトスクリュ軸に沿って分離装置内に流れることを阻止することができる。
ロータ本体軸は、好ましくは5~8つのサテライトスクリュを備えており、これによって、構造寸法に応じて、それぞれ1つのサテライトスクリュが収容されている切込みと、ロータ周壁の、主スクリュウェブを備えた区分とを、交互に連続させることができる。
分離装置にかつ/または多軸調製ユニットの、分離装置に隣接した端部区分に、冷却媒体によって通流される温度調整媒体通路が設けられていてよく、これによって、分離装置の中空室を冷却し、こうして、熱伝導により各々の軸区分を介して伝動装置ユニットに導かれる熱流を低減することができる。
以下に、本発明を更なる有利な構成と共に図面に示した実施例を参照しながら詳しく説明する。
多軸調製ユニットを示す側面図である。 多軸調製ユニットを後方から示す斜視図である。 多軸調製ユニットを断面して側方から見た断面図である 多軸調製ユニットの一部を拡大して示す断面図である。 伝動装置ユニットと分離装置とを示す斜視図である。 多軸調製ユニットの一部と伝動装置ユニットとを示す斜視図である。
図1に側面図で多軸調製ユニット20が示してある。この多軸調製ユニット20は、溶融プラスチック用の取り囲まれた処理室21を含む押出機ハウジング24を備えている。外部の溶融押出機から供給された溶融プラスチックは、押出機ハウジング24のハウジング周壁に設けられた周囲の送入開口26において導入され、同様に周囲に配置された送出開口27において導出される。送出開口27は、無圧の運転状態で重力を用いた送出を容易にするために、好ましくは処理室21の下面に配置されている。
押出機ハウジング24の端部側のフランジ29には、温度調整媒体通路28への接続部が設けられており、温度調整媒体通路28は、処理室21内で回転する、複数のサテライトスクリュを備えたロータ本体軸の内部にまで延在している。
既に図1に示した外観から明らかなように、駆動ユニット30は、外部、つまり押出機ハウジング24の外側、特に送入開口26と送出開口27との間に形成された溶融プラスチック用の流路の完全に外側に配置されている。モータ32が、カップリングユニット34と伝動装置ユニット31とを介して処理室21内のロータ本体軸に作用する。伝動装置ユニット31とロータ本体軸22との間には、分離装置33が設けられている。この分離装置33は、処理室21から流出する媒体流および/または熱流を遮断する。分離装置33は、処理室21に対して断熱かつシールされていて、同時に多軸調製ユニット20の全ての軸の軸端部を伝動装置31の方向に導出している。
多軸調製ユニット20の裏側を示す斜視図である図2では、複数のサテライトスクリュ23を備えたロータ本体軸22を認識することができ、このロータ本体軸22は、押出機ハウジング24に設けられた吸引開口24.1,24.2の傍らで回転する。吸引開口24.1,24.2には、真空ポンプのそれぞれ1つの吸引管路が接続されている。処理室の効果的な脱ガスのために、吸引ハウジング開口24.1,24.2は全体で、処理室21の軸方向長さの少なくとも75%にわたって延在している。
図3には、駆動ユニット30を備えた多軸調製ユニット20が断面されて側面図で示してある。より解りやすくするために、同図では、実際には側方で周囲に配置されている送入開口26が切断平面に回動させられている。
押出機ハウジング24の処理室21内には、サテライトスクリュ23を備えたロータ本体軸22が回転可能に支持されている。ロータ本体軸22の、流れ方向で見て前方の支持箇所が、フランジ29の領域に形成されている。前方の支持箇所は、フランジ29の領域に開口している温度調整媒体通路28によって、例えば製造開始の始動時に予熱することができるが、しかしながら、冷却することもできる。ロータ本体軸22の後方の支持箇所は、シールおよびガイド段部22.3によって形成されている。
システムにおける必要な冷却出力は、本発明によれば大幅に低減することができる。なぜならば、サテライトスクリュ23の駆動装置が、従来技術において一般的であるように、処理室内に位置していて、ロータ本体軸22に設けられた歯列によって形成されている駆動ゾーンにおいて行われるのではなく、完全に分離装置33を越えた領域へと離されているからである。全ての軸用の駆動装置が完全に離されていることに基づいて、エネルギ供給が阻止される。もし駆動ゾーンが内部にあると、そこで常に発生する溶融プラスチックの剪断によって、エネルギ供給が行われてしまう。
本発明によれば、各々のサテライトスクリュ23は、後方に向かって軸段部23.2によって延長されていて、ピニオン23.1によって伝動装置31内で終端している。伝動装置31は、実質的に内側歯列を備えた歯付きリング31.2と伝動装置ロータ本体31.1とを備えており、伝動装置ロータ本体31.1は、一方では、ロータ本体軸22の駆動端部22.1にトルク伝達式に結合されており、他方では、伝動装置ロータ本体31.1に各々のサテライトスクリュ23用に支持箇所が形成されている。サテライトスクリュ23は、それぞれピニオン23.1で歯付きリング31.2に係合していて、ロータ本体軸22が駆動されて回転すると、歯付きリング31.2を介して駆動される。
分離装置33は中空室33.1を備えており、この中空室33.1を通して、ロータ本体軸22およびサテライトスクリュ23の軸端部が案内されている。サテライトスクリュ23の軸端部23.2は、図示の実施例では分離装置33の内部でそれぞれ分割されており、両軸区分はそれぞれ、中空室33.1の内部に配置されたカップリング要素25に連結されている。これによって、サテライトスクリュ23の、押出機ハウジング24内に位置している各々の部分と、サテライトスクリュ23の、伝動装置ロータ本体31.1に支持されている端部との間における、場合により発生する整合エラーを補償することができる。同時に伝動装置31内への熱伝導を低減することができる。
図4には、図3に示した断面図の一部がさらに拡大して示してあり、これによって、押出機ハウジング24の後方の領域と、分離装置33だけ延長された伝動装置ユニット31とが詳細に示されている。切断平面は同図では水平であるので、断面図は、側方の吸引開口24.1の一部も含んでいる。
図4の左側には、ロータ本体軸22の1つの区分が見える。ロータ本体軸22は主スクリュウェブ22.5を有しており、この主スクリュウェブ22.5の外径は、処理室21を形成する、押出機ハウジング24内の円筒状の中空室の内径にほぼ相当している。ロータ本体軸22には全周にわたって分配されて、複数の深い切込みが形成されており、これらの切込みはそれぞれ、サテライトスクリュ23のための収容溝22.6を形成している。より良好な図示のために、図4では、観察者に向いている収容溝22.6にサテライトスクリュは示されていない。
サテライトスクリュ23の各々の軸段部23.2は、図示の実施例では、まず、押出機ハウジング24の後方の端部におけるロータ軸22のシールおよびガイド区分22.3を通して案内されていて、次いで、分離装置33内の無圧の中空室33.1を通して案内されている。サテライトスクリュ23の、シールおよびガイド区分22.3を通して案内された軸段部23.2には、それぞれ返送ねじ山23.4が形成されている。この返送ねじ山23.4の向きは、ロータ本体軸22およびサテライトスクリュ23の、運転時に与えられる各々の回転方向において、処理室21に向かって送出開口の方向への搬送、つまり、伝動装置ユニット31から離反する搬送方向への搬送が生じるように選択されている。シールおよびガイド段部22.3もその外周面に少なくとも1つの返送ねじ山22.4を有しており、この返送ねじ山22.4の向きもまた、送出開口の方向への搬送が行われるように、運転中のロータ本体軸22の回転方向に合わせられている。
たいていの運転状態では、多軸調製ユニット20に比較的低い充填率が設定されていて、吸引開口に真空が加えられているので、処理室21は、通常、内圧下にはない。したがって、返送ねじ山22.4を備えたシールおよびガイド区分22.3と、返送ねじ山23.3を備えた軸段部23.2とが、通常運転時には圧力密封を行う必要はなく、予測されなかった運転状態に対する安全装置として働き、その他の時には、分離装置33を介した伝動装置ユニット31内への溶融プラスチックの一般的な引きずりを回避する。
分離装置33のハウジングの外側には、冷却媒体によって通流される温度調整媒体通路33.3が設けられている。
伝動装置ユニット31の他方の側には、軸カップリング34.1を備えたカップリングユニット34が設けられており、このカップリングユニット34によって、伝動装置ロータ本体31.1とモータ32の被駆動軸32.1とが結合されている。
伝動装置ユニット31は、図5に斜視図で示してある。ロータ本体軸22およびサテライトスクリュの軸段部22.2,23.2は、分離装置33の中空室33.1を通して伝動装置ロータ本体31.1内にまで延びている。ロータ本体軸22の駆動軸端部22.1には、外側歯列が設けられていて、この外側歯列は、伝動装置ロータ本体31.1の中心における、相応の歯列を備えた収容孔内に係合している。
これによって、伝動装置ロータ本体31.1とロータ本体軸22とは、相対回動不能にトルクを伝達するように連結されている。サテライトスクリュ23はその軸段部23.2で、伝動装置ロータ本体31.1内の転がり軸受31.5に、それも伝動装置ハウジング31.4内に不動に固定された歯付きリング31.2の両側で支持されている。支持箇所同士の間に、サテライトスクリュ23は、歯付きリング31.2に係合しているそれぞれ1つのピニオン23.1を有している。したがって、伝動装置ハウジング31.4に対して伝動装置ロータ本体31.1が回転することによって、サテライトスクリュ23は、ロータ本体軸22とは逆向きに駆動される。このとき、サテライトスクリュ23の回転数は、ピニオン23.1と歯付きリング31.2とのピッチ円直径に基づいて生じ、好ましくは伝動装置ロータ本体31.1の回転数の約3倍である。したがって、サテライトスクリュ23は、本実施形態では歯付きリング31.2の内側歯列によってのみ駆動され、伝動装置ロータ本体31.1のその他の外側歯列には係合していない。つまり、サテライトスクリュ23は、サンギヤによって駆動されるのではないので、伝動装置ユニット31は、遊星歯車伝動装置ではない。
伝動装置ロータ本体31.1の外周には、複数のシールリング31.6,31.7が設けられていて、これによって、伝動装置ユニット31の、オイルが満たされた内室31.8を、分離ユニット33の中空室33.1に対してシールすることができる。伝動装置ロータ本体31.1に設けられた、サテライトスクリュ23の軸段部23.2用の貫通孔を分離ユニット33の中空室33.1に対してシールするために、軸シールリング31.8が設けられている。
図6には、ロータ本体軸22の後方の領域と、その後方に位置する伝動装置ユニット31とが示してある。押出機ハウジングと分離装置のハウジングとは、図示されていない。ロータ本体軸22は、その伝動装置ユニット31に向けられた側にシールおよびガイド区分22.3を有しており、このシールおよびガイド区分22.3は、その外側に返送ねじ山22.4を備えている。シールおよびガイド区分22.3と、ハウジングに設けられた押出機孔との間には、環状間隙が形成されており、この環状間隙は、その半径方向の間隙幅および軸方向における延在長さに関して、潤滑を保証するためにそこで幾分溶融プラスチックが進入できる程度に大きくかつ長く寸法設定されている。シールおよびガイド区分22.3を介して、ロータ本体軸22の後方の端部は押出機ハウジング内に支持されている。シールおよびガイド区分22.3は、ピッチ円上に配置された複数の孔と共にそれぞれ、貫通して延びているサテライトスクリュ軸段部23.2用の軸受を形成している。
20 多軸調製ユニット
21 処理室
22 ロータ本体軸
22.1 駆動端部
22.2 軸段部
22.3 シールおよびガイド区分
22.4 返送ねじ山
22.5 主スクリュウェブ
22.6 収容溝
23 サテライトスクリュ
23.1 ピニオン
23.2 軸段部
23.4 返送ねじ山
24 押出機ハウジング
24.1,24.2 吸引開口
25 カップリング要素
26 送入開口
27 送出開口
28 温度調整媒体通路
29 フランジ
30 駆動ユニット
31 伝動装置ユニット
31.1 伝動装置ロータ本体
31.2 歯付きリング
31.4 伝動装置ハウジング
31.5 転がり軸受
31.6,31.7 シールリング
31.8 軸シールリング
32 モータ
32.1 被駆動軸
33 分離装置
33.1 中空室
33.3 温度調整媒体通路
34 カップリングユニット
34.1 軸カップリング

Claims (9)

  1. 溶融プラスチック用の多軸調製ユニット(20)であって、溶融プラスチック用の取り囲まれた処理室(21)を内部に有する押出機ハウジング(24)と、前記処理室(21)内に回転可能に支持された少なくとも1つのロータ本体軸(22)であって、それぞれ1つのサテライトスクリュ(23)が内部に支持されている複数の収容溝(22.6)を備えたロータ本体軸(22)とを少なくとも備える、多軸調製ユニット(20)において、
    - 前記多軸調製ユニット(20)は駆動ユニット(30)を有し、前記駆動ユニット(30)では、前記押出機ハウジング(24)の外側で駆動モータ(32)と前記処理室(21)との間に伝動装置ユニット(31)が配置されており、前記伝動装置ユニット(31)は、前記ロータ本体軸(22)および前記サテライトスクリュ(23)における前記押出機ハウジング(24)の前記処理室(21)から導出された駆動軸段部(22.2,23.2)に結合されており、
    - 前記押出機ハウジング(24)と前記伝動装置ユニット(31)との間に、前記処理室(21)から進出する流体流および/または熱流を遮断するための分離装置(33)が設けられており、前記分離装置(33)を通して、前記ロータ本体軸(22)および前記サテライトスクリュ(23)の各々の前記駆動軸段部(22.2,23.2)が案内されており、前記ロータ本体軸(22)および前記サテライトスクリュ(23)の前記駆動軸段部(22.2,23.2)は、前記分離装置(33)に設けられた少なくとも1つの中空室(33.1)を通して案内されており、
    - 前記ロータ本体軸(22)および前記サテライトスクリュ(23)の前記駆動軸端部(22.2,23.2)はそれぞれ、前記ロータ本体軸(22)における前記処理室(21)の後方の部分を閉鎖するシールおよびガイド本体(22.3)に設けられた孔を通して案内されている
    ことを特徴とする、多軸調製ユニット(20)。
  2. 前記押出機ハウジング(24)の、前記中空室(33.1)に向けられた端部かつ/または前記分離装置(30)の壁に、温度調整流体を通流させることができる少なくとも1つの温度調整媒体通路(33.3)が形成されていることを特徴とする、請求項1記載の多軸調製ユニット(20)。
  3. 前記サテライトスクリュ(23)の前記駆動軸段部(23.2)は、前記中空室(33.1)内でそれぞれ2つの区分に分割されており、前記2つの区分はそれぞれ、カップリング要素(25)を用いて互いに結合されていることを特徴とする、請求項1または2記載の多軸調製ユニット(20)。
  4. 前記カップリング要素(25)は、金属ベローズカップリングとして形成されていることを特徴とする、請求項3記載の多軸調製ユニット(20)。
  5. 前記サテライトスクリュ(23)の前記駆動軸段部(23.2)は、前記シールおよびガイド本体(22.3)の各々の孔内に位置している長さ区分の少なくとも一部にわたって、返送ねじ山(23.4)を備えることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の多軸調製ユニット(20)。
  6. 前記ロータ本体軸(22)におけるシールおよびガイド本体(22.3)は、その長さの少なくとも一部にわたって、返送ねじ山(22.4)を備えることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の多軸調製ユニット(20)。
  7. - 前記ロータ本体軸(22)は、前記伝動装置ユニット(31)の伝動装置ロータ本体(31.1)に結合されており、
    - 前記サテライトスクリュ(23)の前記駆動軸段部(23.2)は、前記伝動装置ロータ本体(31.1)内に回転可能に支持されており、端部側にそれぞれピニオン(23.1)を備えた前記サテライトスクリュ(23)は、前記伝動装置ロータ本体(31.1)を取り囲む固定された内側歯列(31.2)にだけ係合している
    ことを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の多軸調製ユニット(20)。
  8. 前記押出機ハウジング(24)に、下方を向いた送出ハウジング開口(27)が設けられていることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の多軸調製ユニット(20)。
  9. 前記多軸調製装置(20)の前記ハウジングに、真空ポンプが接続されている少なくとも1つの吸引ハウジング開口(24.1,24.2)が設けられており、1つの吸引ハウジング開口は、または複数の吸引ハウジング開口(24.1,24.2)は、共に、前記処理室(21)の軸方向長さの少なくとも75%にわたって延在していることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の多軸調製ユニット(20)。
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