JP2645612B2 - 可塑化可能コンパウンドのためのマルチスクリュ連続混合混練機 - Google Patents

可塑化可能コンパウンドのためのマルチスクリュ連続混合混練機

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JP2645612B2 JP5512928A JP51292893A JP2645612B2 JP 2645612 B2 JP2645612 B2 JP 2645612B2 JP 5512928 A JP5512928 A JP 5512928A JP 51292893 A JP51292893 A JP 51292893A JP 2645612 B2 JP2645612 B2 JP 2645612B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、スクリュを備える可塑化可能コンパウン
ドのためのマルチスクリュ連続混合混練機に関するもの
であって、スクリュはハウジング内で回転し、かつ関与
しているスクリュを取囲む円筒型ハウジングセクション
を貫通しており、送込みゾーンおよび放出ゾーン、なら
びにその中間にある溶解、混合、および混練ゾーンが存
在し、この送込みゾーンおよび放出ゾーンは同じ方向に
回転する互いに噛合ったスクリュによって形成され、溶
解、混合および混練ゾーンには混練エレメントが配設さ
れる。
このような機械は、DE−AS １ 679 884号から知ら
れる。この機械については、混練エレメントは互いに噛
合う混練ディスクとして設計されており、これらのディ
スクには通常、軸方向に延びる２つまたは３つのエッジ
が設けられている。これらの比較的幅の狭い混練ディス
クは激しいせん断を誘発し、したがって処理されるべき
材料において、混練ディスクが互いに噛合うことに起因
する非常な熱の上昇を引起こす。軸方向に見て比較的短
い領域に集中している高度なせん断のため、しばしば温
度ピークが高くなり、機械の動作パラメータが特に正確
かつ注意深く設定かつモニタされていなければ、関与し
ている材料に熱による損傷を与えてしまう危険が伴う。
さらにDE−AS 24 52 994号から、バッチ式でしか
動かない不連続的に作業する混練機が知られている。被
処理物は混練プロセスの後で、外に出すことによって放
出されなければなれない。この既知の混練には、連続的
に作業を行なうのに必要なすべての構造要素およびゾー
ン、特に閉じられたハウジングが欠けている。これは軸
方向に対して傾斜している三角形の面を設けられた互い
に反対方向に回転する２つの得練エレメントのみを含
み、連続する三角形の面の傾斜は処理されるべき材料を
往復させることによる送込みを成し遂げるために逆方向
となってる。
この発明は、温度のピークが高くなることが事実上妨
げられるような態様で、溶解、混合、および混練のプロ
セスを設計することにおける問題点に基づいている。混
練エレメント軸方向に延ばされた多角形を含み、その表
面はほぼ平らであり、かつ軸方向に平行であってそのエ
ッジは回転中にエンベロープ（包絡線）の境界を定め、
これらのエンベロープは互いに対し小さい隙間があって
回転中にエッジ同士が噛合うことのないようになってお
り、エッジとそれを取囲むハウジングセクションとの間
の距離は前記の隙間よりも著しく大きいものに保たれて
いるということにおいて、この問題は本発明によって解
決される。
互いに噛合うことのない、軸方向に伸ばされた多角形
は、その多角形の表面領域と関係しているハウジングセ
クションとの相互作用において、軸方向に延びるチャン
バを提供し、このチャンバにおいて、多角形の１つのエ
ッジが隣接する多角形の横で移動する場合に、混練効果
がもたらされる。これはエッジが幾分チャンバ内に突出
し、したがって材料を横に押しのけ、その材料が、特に
高いせん断力を吸収することになく運ばれて、チャンバ
内に入れられるからである。総合的に必要である混練効
果を発生させるには、延ばされた多角形は適切な長さに
設計される。これはその形状に起因する工化学的問題を
引起こすことのない特徴である。都合よくは、多角形の
長さはそれらにおけるエンベロープの直径よりも大き
い。材料のせん断応力を低くすることは本質的に、多角
形が互いに噛合うことなく小さな隙間がある状態で互い
の横を動くということにおいて成し遂げられる。隙間と
比べて、関与しているハウジングセクションから多角形
のエッジまでの距離が著しく大きいことによって、材料
に対する熱損傷を減ずることができる。材料は２つの多
角形間でせん断され、混練されることによって熱を持つ
が、この高熱の材料は多角形とハウジングセクションの
内壁面との間の空間に放出される。材料の熱は、ハウジ
ングセクションへの熱伝達によって、奪われることにな
る。この際、材料が多角形とハウジングセクションの内
壁面との間の空間を急速に移動すれば、熱の吸収が不十
分となる。そこで、本発明では、多角形のエッジとハウ
ジングセクションの内壁面との間の間隔を十分に大きく
保っている。２つの多角形間でせん断され、混練されて
多角形とハウジングセクションの内壁面との間の空間に
放出された材料は、急速に動かないので、この空間内に
留まっている時間が長くなる。そのため、材料の熱は、
この空間内で効率的にハウジングセクションを通して吸
収される。
既知の混練ディスクと比較して、多角形の効果で発生
されたせん断速度は著しく低い。これは、処理されるべ
き材料が多角形に沿って運ばれた場合に、この処理され
るべき材料において熱の生成がその低さに対応して低減
されることにつながる特徴である。これは、混合の効果
が高くても、関与しているハウジングセクションととも
に多角形が形成するチャンバの領域において達成され
る。それは、材料がこれらのチャンバ内に存在している
時間が比較的長いからである。いずれにせよこの時間
は、既知の狭い混練ディスクにおける関連の自由空間に
存在している時間よりも長い。既知の狭い混練ディスク
が互いに噛合うことにより残る自由空間が小さいもので
かなく、処理されるべき材料は混練ディスクに沿って急
速に動くことを強要されるからである。材料が多角形の
隣に存在している時間が長ければ、関与しているチャン
バ内でしばしば繰り返し混合が起こり、特に高温になっ
たり、特定的な温度ピークが生じたりすることもない。
多角形領域における熱の導入は、加熱エレメントがハ
ウジングに取付けられる、またはハウジングの中にある
状態で、既知の態様において得ることができる。そのよ
うにして材料に導入された付加的な熱は、高度なせん断
によって材料内に発生され、かつそれに対応して必要な
駆動機械の電力から生じる熱よりも経済的に、生成され
る。その結果得られたトルクは、それに対応する消耗に
とながる。加えて、高度なせん断によって生成される温
度ピークのために、発生された熱はしたがって材料を損
傷から保護するために冷却によって後に消散させられな
ければならないということが経験的にわかっている。こ
の危険は、本発明に従う機械によって大幅に除去される
が、これは一方では述べたように材料内で混練の効果に
よって生成された熱が比較的低く、他方では材料が損傷
を受ける危険性がないような態様で、外から導入された
熱をすぐに測定することができるからである。したがっ
て、本発明の機械については、特に必要な冷却が考慮さ
れた場合には結果として、既知の混練ディスクを用いた
機械と比べて同じ処理量で、総合的に供給されるエネル
ギはより低くなる。
また、互いに噛合うことのないツインスクリュ押出機
に関していえば、DE−AS １ 014 735号から、スクリ
ュごとに平坦で平らな部分を備えた同軸の円筒型ローラ
を含み、それらの平坦で平らな部分が機械の出口開口部
とスクリュとの間で両側に配列されている、混練エレメ
ントを提供することが、知られている。ローラの直径は
スクリュのハウジングの内側の直径よりも小さい。スク
リュが互いに噛合わないことと、その結果内部のシリン
ダを形成する２つのスクリュハウジングの壁同士が重な
らない（内部シリンダは正確にスクリュ間の中央領域に
おいて触れ合う）こととにより、スクリュハウジングの
外部領域とローラ間の領域との双方において関連のスク
リュハウジングの内部直径に対するローラの直径が減少
した結果、外側ではスクリュハウジングの方向に、また
内側では対向するローラの方向に距離が生じ、ローラ間
の領域では、平らな部分から対向する平らな部分までの
距離は一方の平らな部分とスクリュハウジングの外側の
領域との間の距離の２倍となる。このことは、動作にあ
たり互いの横を動く対向するローラにおける平らな部分
が、現在の距離と同じくらい、すなわちスクリュハウジ
ングと対向しているときには外側に置かれた平らな部分
の距離の２倍であり、それにより混練に特に重要である
この領域における混練効果が、決定的に低減され、した
がってその効果の強さが事実上失われるということを意
味する。
そのうえ、引用された文献はスクリュの直径よりも著
しく短い通常の長さの混練エレメントしか開示していな
い。
延ばされた多角形のエッジは軸に対し平行に配向する
ことができる。この場合、工学的視点から見て単純な態
様で製造することができる構成要素が得られる。しかし
ながら、延ばされた多角形のエッジを傾け、つまりそれ
らのエッジが特定的には関与しているスクリュの軸方向
に対し狭い角度をなして延びることができるようにし
て、エッジがねじ山の完全な道筋の数分の１のみにわた
って延びるようにすることも可能である。隣接する多角
形のエッジが同じ方向に動けば、スクリュを回転させる
ことで対向する多角形のエッジの近接領域が前進させら
れ、それによりエッジに沿って移動するせん断が誘発さ
れ、したがって材料は瞬間的なせん断、およびしたがっ
て特定的な混合効果につながるより長い経路に従うこと
となる。このようにして、多角形の領域における比較的
長い存在時間は保持され、しかしながら材料は移動する
せん断によってとりわけ均一に処理される。
多角形の表面に隣接して形成される混合チャンバを常
に満たされた状態に保つために、多角形のすぐ後ろに都
合のよいようにバッフルが設けられる。バッフルとして
は、中断逆送りねじ山を備えた短いスクリュが特に適切
であることがわかっている。送りが中断されているとこ
ろで、材料はねじ山の一方の道筋から他方の道筋にわた
って流れることができる。
延ばされた多角形は、都合よくは半径方向に関して対
称である等辺多角形として設計され、それによって各多
角形表面がハウジングの壁とほかの多角形のそれぞれと
に対して同じ態様で作用するようになる。そのようにす
るにあたっては、断面が六角形である多角形が特に有利
であることがわかっている。これは、処理方法に関して
は、この多角形が処理されるべき材料の移送について処
理量の良好な断面をもたらすからである。
図面は、本発明の実施例を示す。
図１は、ツインスクリュ混合混練機の側面図である。
図２は、同じ機械の平面図である。
図３は、図２の線III−IIIに沿ったこの機械の断面図
であって、スクリュは双方とも、一方の多角形のエッジ
が他方の多角形の表面と対向するようにセットされる。
図４は、図３のものに対応する（拡大）断面図である
が、双方の多角形が異なった角度にセットされている。
図５から図７は、多角形の異なった実施例を示す。
図１は、ツインスクリュ混合混練機を特に側面図とし
て示すものなので、機械における機械における一方のス
クリュ１しか見ることができない。スクリュ１は概略的
に描かれたハウジング２内に配設される。ハウジング２
には処理されるべき材料を送り込むための入口開口部３
がある。ハウジング２の左端には駆動ユニット４が描か
れている。ハウジング２の右端には出口５があり、これ
はスクリュの先端６によって貫かれる。以上のように、
これはツインスクリュ混合混練機の従来の設計である。
入口開口部３の領域では、スクリュ１は移送スクリュ
７を有し、それには軸方向に延ばされた多角形８が続
く。多角形８にはねじ山を備える比較的短いスクリュ９
が続き、これはスクリュ７に対して逆に回転するので、
このスクリュ９はバッフルとして働く。スクリュ９の図
解されたねじ山の筋道は双方とも、そのバッフル効果が
あっても、スクリュ９の領域において必要なスループッ
トが得られるようにするために、２つの中断部10を有す
る。スクリュ９にはもう１つの多角形11が続き、それに
は多角形８の後に設けられているような、スクリュ12が
続き、これは反対方向にバッフルとして働くものであっ
て中断部13を備え、それにより多角形８と多角形11とは
双方とも、スクリュ９および12の効果と反対に作用する
ようになる。運ばれてきた被処理材料を出口５に送る放
出スクリュ14は、スクリュ１の終端部を形成する。
図２は図１に従うツインスクリュ混合混練機を平面図
である。スクリュ１の隣には第２のスクリュ15があり、
この第２のスクリュ15は駆動ユニット４によってスクリ
ュ１とともに同じ回転方向に駆動される。スクリュ１と
同じ態様で構成されたスクリュ15では、図２では見えな
い入口開口部３の領域に移送スクリュ17が設けられてお
り、これは移送スクリュ７のねじ山と噛合うし、またそ
の反対もある。したがって、これは既知の互いに噛合う
スクリュ７および17に関わるものであって、これらは同
じ方向に駆動され、かつそれらに固有する機能によっ
て、入口開口部３を介して送り込まれた材料を左から右
に移すものである。そのようにするにあたり、材料は多
角形８および18の領域に運ばれ、さらにバッフル９およ
び19に運ばれ、さらには多角形11および21に運ばれて、
最後には放出スクリュ14および24を介して出口５に運ば
れる。
多角形８および18ならびに11および21の領域では、移
送スクリュ7/17によって運ばれた材料がエッジ25に沿っ
て徹底的に混練される。これは、スクリュ１および15が
回転している間、エッジ25は対向する多角形の表面27ま
たはエッジ25の横を移動するからであって、それにより
供給された材料は既に説明した態様で徹底的に混練され
る。この点について、そのプロセスを添付の図３および
４で説明する。多角形8/18および11/21は機械全体の中
で比較的大きい長さにわたって延びるので、混練中に処
理されるべき材料において発生される熱は、適切な長さ
にわたって分散され、それによって狭い空間内で温度ピ
ークが生じることが回避される。やがて、付加的に要求
される熱が、ボア26によって供給され得る。このボア26
は適切な熱伝達媒体を導くものであって、ハウジング２
に設けられている。
図３および４は図２の線III−IIIに沿った断面図であ
り、図３の提示においては２つのスクリュ１および15の
セッティングは、２つのスクリュが回転している間に１
つのエッジ25が１つの多角形表面27の横で移動するよう
な相互関係になる角度に選択される。図４に従う配列で
は、この２つのスクリュ１および15のセッティングは異
なって選択されており、つまりこの場合は双方の対向す
る多角形の２つのエッジ25が、互いに接近しているよう
な態様である。そのようにするにあたり、図３および図
４に従う配列の双方において、２つの多角形８および18
のエンベロープ（包絡線）29/30が、互いに対して遊び
（隙間）を維持しており、この遊びはハウジング２の内
部壁28からエッジ25までの距離よりも著しく少ない。
図３に従う配列と図４に従う配列との双方において、
２つの多角形８および18の間の領域では、中間の材料に
対し顕著な混練効果があり、しかしながら、この混練効
果は多角形に沿って比較的大きい距離にわたる（図２参
照）ので、混練動作は処理されるべき材料に対して比較
的控え目に進行する。図２に示されるように多角形のエ
ッジ25がそれぞれの軸方向に対し小さく角度をなしてい
る場合、混練効果はそれぞれの多角形に沿ってそれぞれ
のエッジ25のアプローチ領域の軸方向のシフトの結果移
動することになり、このときそれぞれのエッジ25はもう
一方の多角形と対向している。混練効果はこのようにし
て通過させられた材料に沿って生じる。これは供給され
た様々な材料の混合に対し特に良い影響を有する特徴で
ある。
以下で、混練動作をもう一度説明する。図３および図
４からは、２つの多角形８および18の２つのエンベロー
プ29および30が重なることはないということが明らかで
あり、したがってエッジ25と多角形の表面27との間には
比較的小さい遊びが残り、本質的にはそこにおいて混練
動作が行なわれる。そのようにするにあたり、処理され
るべき材料は図示されている矢印に従い２つの多角形８
および18が同じ方向に回転することから生じる特定的な
はせん断にさらされるが、このとき２つの多角形の間に
存在する隙間の領域では、それぞれの対向するエッジ25
または多角形表面27は互いの横を反対方向に移動する。
図５から７は多角形の異なった設計を示すものであ
る。
図５に従い、多角形のエッジ31は軸平行に配向され
る。図６および７はそれぞれの多角形の軸と反対に小さ
く角度をなして延びるエッジ32および33にかかわるもの
である。エッジ32および33は、互いに反対方向な傾斜す
る。傾斜は、エッジ32および33がねじ山の道筋の数分の
１にわたってしか延びないほど小さく、その結果エッジ
32および33が続いていくにつれ特に傾斜量が大きくな
る。
エッジ25が同じ方向に傾斜している、図２で示したよ
うなエッジ25を伴う多角形の設計が最適な効果を持つと
いうことがわかっている。なぜならこの場合、混練動作
の前述された蛇行の効果は、一方のエッジがそれぞれの
他方の多角形と対向して位置付けられたときに、とりわ
け顕著だからである。
また、マルチスクリュ混合混練機に沿って連続的にい
くつかの多角形の段差を設ける、たとえば図１および２
で示された２つの段差よりも多く設けることもできると
いうことが指摘されなければならない。多角形の段差の
数は、実質的には処理されるべき材料に応じてのもので
あって、特にそれによって生じる熱の量による。多角形
を図１および２の図と比べて短くし、その代わりにより
多くの多角形の段差を連続的に設けることも可能であ
る。しかしながら、個々の多角形の段差においては、適
切な混練効果は多角形の長さがそれらのエンベロープの
直径よりも大きい場合にのみ得ることができるというこ
とが示されている。
また、軸方向に延びる多角形を備えた、たとえばトリ
プルスクリュ混合混練機を設けることもできるというこ
とが指摘されなければならない。図５から７では、多角
形は中空のシャフトとして示される。しかしながら実際
の構成では、このキャビティはアンカによって充填さ
れ、このアンカがそれぞれのシャフト全体を貫きかつ駆
動トルクを移動させる。

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マルチスクリュー連続混合混練機であっ
    て、 隣接し、かつ内壁面（28）を有する２個の円筒形のハウ
    ジングセクションを有するハウジングアセンプリ（２）
    と、 前記各ハウジングセクション内に配置されるスクリュー
    要素（１、15）とを備え、 前記２個のスクリュー要素は、軸方向に沿って互いに近
    接しており、かつ、回転軸の周りを同じ方向に回転する
    ものであり、 前記各スクリュー要素は、移送スクリュー部（７、17）
    と、混練部（８、18、11、21）とを含み、 前記各混練部は、エッジ（25）と平らな表面（27）とを
    もって軸方向に延びる多角形を備えており、 回転中に前記２個のスクリュー要素のエッジが描く包絡
    線は、互いに対して小さなクリアランスを持つようにさ
    れ、かつ、回転中においては隣接する前記多角形のエッ
    ジが重ならないようにされて多角形間のクリアランスが
    保たれるようにされており、前記ハウジングセクション
    の内壁面と前記エッジとの間の間隔は前記クリアランス
    よりも著しく大きく保たれる、マルチスクリュー連続混
    合混練機。
  2. 【請求項２】混合混練されるべき材料を前記ハウジング
    内へ送り込むための入口開口（３）と、前記材料を前記
    ハウジングから排出するために出口開口（５）とをさら
    に備え、 前記各スクリュー要素（１、15）は、排出スクリュー部
    （14、24）を含み、２つの排出スクリュー部は互いに噛
    み合うようにされており、 前記移送スクリュー部（７、17）は、前記入口開口に接
    近して配置され、前記排出スクリュー部は、前記出口開
    口に接近して配置されており、前記混練部（８、18、1
    1、21）は、前記移送スクリュー部と前記排出スクリュ
    ー部との間で軸方向に配置されている、請求項１に記載
    の混合混練機。
  3. 【請求項３】前記多角形（８、18、11、21）は、前記包
    絡線の直径よりも大きな軸方向長さを有してる、請求項
    １に記載の混合混練機。
  4. 【請求項４】前記多角形（８、18、11、21）は、前記包
    絡線の直径よりも大きな軸方向長さを有してる、請求項
    ２に記載の混合混練機。
  5. 【請求項５】前記スクリュー要素（１、15）各々は、前
    記移送スクリュー部（７、17）とは反対の側にある混練
    部の一方の側にこの混練部（８、18、11、21）に近接し
    て軸方向に配置されたバッフル要素（９、12、19）を備
    える、請求項３に記載の混合混練機。
  6. 【請求項６】前記スクリュー要素（１、15）各々は、前
    記移送スクリュー部（７、17）とは反対側にある混練部
    （８、18、11、21）の一方の側に、この混練部に近接し
    て軸方向に配置されたバッフル要素（９、12、19）を備
    える、請求項４に記載の混合混練機。
  7. 【請求項７】前記バッフル要素（９、12、19）は、中断
    ねじ（10、13）を有しており、前記バッフル要素のねじ
    は、前記移送スクリュー（７、17）に対して逆向きのね
    じになっている、請求項６に記載の混合混練機。
  8. 【請求項８】前記バッフルの（９、12、19）は、前記移
    送スクリュー部（７、17）の軸方向長さよりも短い軸方
    向長さを有してる、請求項７に記載の混合混練機。
  9. 【請求項９】各スクリュー要素（１、15）は、２個の混
    練要素（８、18、11、21）を有している、請求項８に記
    載の混合混練機。
  10. 【請求項１０】各スクリュー要素（１、15）は、２個の
    バッフル要素（９、12、19）を有しており、１個のバッ
    フル要素は、移送スクリュー部（７、17）とは反対側の
    混練部（８、18、11、21）の一方の側に２個の混練部
    （８、18、11、21）の各々に近接して軸方向に配置され
    ている、請求項９に記載の混合混練機。
  11. 【請求項１１】前記多角形（８、18、11、21）のエッジ
    （31）は、前記スクリュー要素（１、15）の回転軸に対
    してほぼ平行に延びている、請求項３に記載の混合混練
    機。
  12. 【請求項１２】前記多角形（８、18、11、21）のエッジ
    （31）は、前記スクリュー要素（１、15）の回転軸に対
    してほぼ平行に延びている、請求項４に記載の混合混練
    機。
  13. 【請求項１３】前記多角形（８、18、11、21）のエッジ
    （31）は、前記スクリュー要素（１、15）の回転軸に対
    してわずかな角度で傾斜して軸方向に延びている、請求
    項４に記載の混合混練機。
  14. 【請求項１４】隣接する多角形（８、18、11、21）に関
    して、前記多角形のエッジ（32、33）は、それらの回転
    軸を通過する面を基準として同方向において傾斜して軸
    方向に延びている、請求項13に記載の混合混練機。
  15. 【請求項１５】隣接する多角形（８、18、11、21）に関
    して、前記多角形のエッジ（31）は、それらの回転軸を
    通過する面を基準として互いに平行に延びている、請求
    項４に記載の混合混練機。
  16. 【請求項１６】多角形の回転軸に対して垂直に見た前記
    多角形（８、18、11、21）の断面状は、正多角形であ
    る、請求項４に記載の混合混練機。
  17. 【請求項１７】前記正多角形は六角形である、請求項16
    に記載の混合混練機。
  18. 【請求項１８】前記多角形（８、18、11、21）は、前記
    スクリュー要素（１、15）の固定部分の周りに配置され
    た中空シャフトを備える、請求項４に記載の混合混練
    機。
  19. 【請求項１９】前記バッフル要素（９、12、19）は、前
    記移送スクリュー部（７、17）の軸方向長さよりも短い
    軸方向長さを有するねじを備えており、 前記多角形（８、18、11、21）のエッジ（32、33）は、
    前記スクリュー要素（１、15）の回転軸に対して同方向
    にわずかな角度で傾斜して軸方向に延びており、それら
    のエッジは、ねじの回転軌跡の全体に対してわずかな部
    分のみを占めるように延びている、請求項７に記載の混
    合混練機。
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