JP2726187B2 - ピントランスファー押出機 - Google Patents

ピントランスファー押出機

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よるおよびドイツ連邦共和国の特許出願番号４０ ３９
９４２．７〜１６によるゴムと熱可塑性プラスチック
を加工して製造するための押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】排出および均質化押出機として、過去に
一貫していわゆるピンシリンダ押出機が、例えば本出願
人のドイツ公開公報 22 35 784またはドイツ公開公報 3
0 03 615により知られているように使用された。この形
式の押出機の場合、金属ピンが押出機ハウジングを通っ
て半径方向に押出機の加工室の中へ突出しており、その
際押出機スクリューがこの領域に中断されたスクリュー
ウエブを有する。
【０００３】これらの押出機は非常に高い生産能率およ
び被加工材料に対する良好な均質化作用により際立って
おり、かつその上同じスクリュー回転数で剪断区分スク
リューを有する慣用の冷間食物押出機と比較して単位時
間当たりの最大の材料装入量を可能にする。
【０００４】これらの利点により、ピンシリンダ押出機
が最近の１５年間でゴム産業界で最もたびたび使用され
る押出機になった。
【０００５】それと無関係に、トランスファー混合区分
として知られている押出機混合区分が発展した( ドイツ
明細書 11 42 839) 。この混合区分は、実質的に、押出
機スクリューにも押出機ハウジングの内壁にも一定の長
さにわたって溝とウエブが設けられ、その際押出機ハウ
ジングの長手方向に押出機スクリューのねじ山深さは、
ハウジング溝のねじ山深さが増大しまたは再び減少する
のと同じ程度にゼロまで減少しそして引き続きさらに増
大する。この押出機スクリューとハウジングの形成によ
って、スクリュー溝とハウジング溝の間で完全な押出し
材料の交換が可能であり、このため良好な混合作用が引
き起こされる。
【０００６】トランスファー押出機は、特に押出機の構
造長さを小さく保たなければならないときに、ピンシリ
ンダ押出機に対して一定の市場割り当て分をそれ自体と
して要求できよう。
【０００７】その上、米国特許 3,613,160から、押出機
の押出し材料輸送を外部から可変に制御できる絞り構成
要素を押出機に設けることが知られている。この刊行物
によれば、そのために押出機スクリューのスクリュー軸
にほぼ円筒状の構成部品が配置され、この構成要素はス
クリューと共に回転しかつ加工室を下流で完全に遮断す
る。この円筒状構成要素の範囲では、押出機ハウジング
を通って外部から二つの絞りピンが、それぞれ一つの軸
方向に方向づけられた溢流路に半径方向に導かれ、この
溢流路は押出機ハウジングの内壁の中へ入りこんでい
る。
【０００８】絞りピンを引っ込めると、円筒状構成要素
の上流に存在する押出し材料の一部がこの流路を通って
下流側の押出機区分へ達する。絞りピンがこの溢流路に
入りこむ種々の深さにより、この押出し材料の流れが限
定できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この押出機の科学技術
は、細部の改良は別として、最近の15年間に変化してな
いので、本発明は、周知の装置と比較して減らされた投
資費用で少なくとも同じ良好な混合作用で生産能率の増
大を可能とし、明らかにいっそう短い構造長さならびに
混合および均質化押出機のこれまでの使用領域の拡大を
許す混合および均質化押出機を提供することを課題の基
礎とした。最後に、この押出機により果たすことができ
る可塑化作業は、押出し材料の特性に依存して自由に調
整可能でなければならない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】両方の周知の混合区分構
造方式の結合により、請求項１の特徴を有する押出機を
作ることができ、この押出機は従来技術による混合およ
び均質化押出機に対して著しい利点をもっている。
【００１１】そこで、ピンシリンダ範囲および付加的な
ピンを有するトランスファー範囲をもっている押出機
で、同じ混合特性と同じスクリュー回転数のときに、押
出機の駆動能率を50％までに減少できかつ材料装入量を
60％から100 ％まで増大できることが確かめられた。
【００１２】さらに、この際立った結果は駆動回転モー
メントの50％の減少を実現し、このため押出機の製造の
際に変速機費用が著しく減少することになる。その上、
ピンシリンダとトランスファー区分の工業技術の結合に
より、同じ混合品質に必要な混合範囲の構造部分長さ
が、ピンシリンダ原理に従ってのみ働く押出機に対して
約50％だけ減少することができる。
【００１３】ハウジングねじ山をほぼその最大のねじ山
容積において有する押出機ハウジングのトランスファー
範囲の部分に半径方向に突出する調整可能な絞りピンの
配置により、提案された押出機が種々のゴム混合物の加
工のために調整できる。それ故、ハウジングねじ山およ
び押出機の加工室への絞りピンの侵入深さで、可塑化能
率または押出し材料のためのトランスファー区分で変換
された摩擦エネルギーを任意にかつ混合に関連して予め
選ぶことができる。それと共に、これまで知られた種類
の押出し材料と比較して、スクリュー回転数と加工区分
温度のほかに別の自由に選択可能なプロセスパラメータ
に手をつけることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により説明
する。
【００１５】図１は、ピントランスファー押出機の設計
の単スクリュー押出機の概略縦断面図である。押出機ハ
ウジング２の内側には、押出機スクリュー６が配置さ
れ、このスクリューは駆動ユニット５によりその縦軸線
を中心として駆動可能である。ハウジング２はその上流
側端部の範囲に、押出し材料のための供給開口３を有
し、その材料は完全に混合されかつ均質化されて出口開
口４より押出機を出る。
【００１６】押出機スクリュー６は、原料供給範囲９に
おいて、それ自体周知の仕方で、供給開口３より供給さ
れた材料を押出機に引き入れて可塑化するのに適するス
クリュー寸法を有する。
【００１７】この原料供給範囲の下流にピンシリンダ範
囲７が設けられ、このピンシリンダ範囲では、二列のピ
ン１１が押出機ハウジング２を通って半径方向にスクリ
ュー軸線の方向に押出機の加工室１４の中へ突出してい
る。この範囲７では、ピン１１との衝突を避けるために
スクリューウエブ１２が周知のようにピン平面で穴をあ
けられている。
【００１８】ピンシリンダ範囲７の下流にトランスファ
ー範囲８が配置され、このトランスファー範囲において
この実施例では押出機スクリュー６のウエブ１８と押出
機ハウジング２のウエブ１３の間の角度が105 °より大
きいかまたは105 °でありかつ互いに重なり合って90°
に補完し合う角度を形成しない。トランスファー範囲８
は入口範囲と出口範囲に分割されており、両方の範囲は
最大のねじ山深さを有するハウジングねじ山により互い
に分離されている。そのほか、このトランスファー範囲
８では、入口範囲と出口範囲のねじ山数が一定であり、
それにより入口範囲と出口範囲のウエブの数はハウジン
グとスクリューのねじ山横断面に依存してない。
【００１９】押出機スクリュー６の最後の処理区分が圧
力増大範囲１０により形成され、この範囲ではスクリュ
ー寸法は、周知のように溶解圧力を必要な型圧力に上げ
ることができるように選択される。
【００２０】この実施例のほかに、このピントランスフ
ァー押出機のための他の実現可能性も考えられる。従っ
て、上記の変形例がいっそう良い混合および均質化の結
果をもたらすのではあるが、例えばトランスファー範囲
８をピンシリンダ範囲７の上流にも配置できよう。その
ほか、ここで、ピンシリンダ範囲は二つより多いピン列
でもその混合および均質化の課題を果たすことが付け加
えられよう。費用と混合材料の比率に関して、ピンシリ
ンダ範囲には五つまでのピン列を形成するのが最も好都
合である。 個々の押出機範囲の最も好都合な長さは、
10×スクリュー直径(D) の押出機長さの場合、原料供給
範囲がほぼ３D 、ピンシリンダ範囲が1.5 〜10D 、好ま
しくは1.5 〜2D、トランスファー範囲が2 〜2.5Dおよび
圧力結集範囲が約3Dになる。
【００２１】しかしながら、この主張とは無関係に、な
お必要に応じて、付加的な加工範囲を、ピンシリンダ範
囲とトランスファー範囲の前、後にまたはこれらの間
に、従って脱ガス範囲または混練範囲を配置することも
できる。
【００２２】図２には、トランスファー部材に絞りピン
１１を有するピントランスファー押出機１を示してあ
る。ここでも、この押出機の原料供給範囲９が通例の冷
間食物押出機に対応しかつスクリュー長さ（D)対スクリ
ュー直径の比率3 を有する。
【００２３】原料供給範囲９にひっくるめて6Dの長さの
押出機区分が後に配列され、この押出機区分には、前後
して配置された二つのピン平面に押出機ピン１１を有す
るピンシリンダ範囲７が存在している。ピンシリンダ範
囲７の下流には、ほぼ２D のトランスファー範囲８およ
びほぼ1.5Dの長さの圧力結集範囲９が設けられている。
【００２４】押出機シリンダ２の温度調節は、周知の仕
方でハウジング壁２の温度調節孔１９により行われる。
押出機ハウジングのトランスファー区分は、この実施例
ではハウジング２にハウジングブシュ２０として拘束さ
れている。
【００２５】押出機スクリューとトランスファー区分ブ
シュのねじ山のピッチは、スクリューとブシュの間のウ
エブが105 °かまたはそれ以上の角度を形成するように
選択される。そこから、結果としてこのトランスファー
区分の通過の際に押出し材料が、それから明らかになる
スクリュー一回転当たりのスクリューウエブとブシュウ
エブの間の多数の交差点により条件づけられて、激しい
剪断過程にさらされることになる。
【００２６】スクリューねじ山と反対に、ブシュねじ山
はトランスファー区分において中断されてない。それど
ころか、ウエブねじ山はトランスファー区分の入口域か
らその出口域まで連続的にかつ絶えず押出機の想定され
た長手方向軸線の周りを螺旋状にほぼ増大または縮小し
ながら巻きついている。
【００２７】トランスファー区分の最初の三分の一で
は、スクリューコア直径が最大ねじ山深さから外径まで
増大し、すなわちスクリュー６のねじ山容積が入口範囲
の最大値からゼロまでに下がる。ブシュ２０のねじ山容
積は逆の傾向を有する。それ故、押出し材料のために有
効に存在する通過容積は、軸方向と半径方向の輸送方向
において一定に保たれる。この与えられた状態に基づ
き、必然的にスクリュー６とシリンダブシュ２０の間で
１００パーセントの押出し材料交換が行なわれる。
【００２８】図２によるトランスファー区分の約1.4Dの
長さの出口範囲では、スクリュー６のねじ山容積が連続
的に増大し、かつブシュ２０では連続的に減少するが、
その際さらに押出し材料のために存在するスクリューと
ブシュの全ねじ山容積は一定に保たれる。
【００２９】膨大な研究によれば、特に、高粘性の天然
ゴム混合物を加工する際に、トランスファー区分での激
しい可塑化作業の前に低い剪断勾配のときに押出機のピ
ン範囲で予備可塑化することは、機械の脈動挙動に生産
能力を高めるようにも確実にも影響を及ぼす。
【００３０】スクリュー回転数と加工区分温度のほか
に、機械は自由に予め選択可能な別の加工パラメータを
もつことができるが、その加工パラメータは種々のゴム
混合物の大きな帯域幅の加工可能性に関して機械の普遍
性を拡大する。
【００３１】トランスファー区分８の最初の三分の一の
端部に、この実施形態では、トランスファー部材の外周
に対称に分配されたピン１７を有する絞り要素が存在し
ており、これらのピンはトランスファー区分ブシュ２０
の中断されないねじ山に半径方向に沈んで、この範囲で
ブシュ２０のねじ山容積を最大値からゼロに減少させる
ことができる。
【００３２】外部から人手でまたは油圧で調整されるこ
れらの絞りピン１７を用いて、可塑化能率またはトラン
スファー区分で変換される押出し材料のための摩擦エネ
ルギーを任意に設定することができる。
【００３３】これらの絞りピン１７については、なかん
ずく、これまで冷間食品押出しで、特別に最適化された
ピンシリンダ押出機の使用によっても充分な均質性をも
って処理できなかったゴム混合物の品質を加工すること
がピントランスファー押出機で初めて成功したことを書
き加えなければならない。その場合、例えば貨物自動車
タイヤやEMタイヤのための同じ基礎ポリマーを有する戦
車チェンスパイクや走行条片混合物の製造のための天然
ゴム品質を問題にしている。
【００３４】これまで、形式GE 150 ST ×9Dの押出機で
達成された試験結果をまとめると、ピンシリンダ押出機
と比較して、55〜60 ML 1+4(100 ℃) の粘性までの低い
粘性の合成ゴム混合物で25％から50％までの生産能率の
上昇を、比エネルギーを20％まで減少しながら達成でき
ることが確認できる。
【００３５】90 〜120 ML 1+4(100℃) の間の加工する
のが困難な高粘性の天然ゴム品質では、なお著しい利点
がある。なぜなら、明らかなように、ピンシリンダ押出
機の場合、押出し材料均質性限界はすでに約800 〜1000
kg/h の生産実績のときに達成され、それ故個々の場合
にピントランスファー押出機の場合の能率の倍増は可能
であるように思われるからである。
【００３６】図３、４および５は、比較可能な大きさの
従来技術による押出機（点線のカーブ）と実験室トラン
スファーピン形押出機（実線のカーブ）で達成された実
験結果をグラフ表示で示す。押出し材料としては、高粘
性の、特に加工するのが困難なものとして知られている
天然ゴム混合物 NK 90〜95ML 1 ＋４（100 ℃) が用い
られた。全ての三つのグラフにおいて、ハッチングをつ
けた垂直な線により毎分25回転の回転数が強調され、そ
の線まで慣用の押出機が代替しうる品質でもってそのよ
うなゴム混合物を処理できる。
【００３７】図３では、ゴム生産能力がスクリュー回転
数に依存してプロットされ、一方図４は物質温度を、図
５は押出機１kg当たりの比エネルギー需要を、それぞれ
スクリュー回転数の関数として示す。これらの三つのグ
ラフを比較すると、ここに提案された押出機で、混合お
よび均質化作用が優秀であるときに、高い押出し材料生
産能力が、代替しうる押出し材料温度と著しく減少した
エネルギー使用で可能であることが分かる。
【００３８】補足すれば、ピンシリンダ形押出機ですで
に下方の能率範囲において生じた断面が生成物多孔性を
もつ問題が、ピントランスファー押出機では結局確認で
きなかったことになる。
【００３９】引き続き、最適な設計では絞りピンを断念
する必要がないのではあるが、トランスファー区分に絞
りピンを有するまたは有しない提案されたピンシリンダ
形押出機を使用できる。最後に、その位置決めと共に押
出機は種々のゴム混合物と加工温度に適応し、それと共
に使用者により広範に利用することができる。不完全な
実施形態では、調整可能な絞りピンを押出機の下流の端
部にも、例えば圧力結集範囲１０の端部に配置すること
ができよう。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
り、ピンシリンダ範囲および付加的なピンを有するトラ
ンスファー範囲をもっている押出機で、同じ混合品質と
同じスクリュー回転数のときに、押出機の駆動能率を50
％までに減少できかつ材料装入量を60％から100 ％まで
増大できることが確かめられた。
【００４１】さらに、この際立った結果は駆動回転モー
メントの50％の減少を実現し、このため押出機の製造の
際に変速機費用が著しく減少することになる。その上、
ピンシリンダとトランスファー区分の工業技術の結合に
より、同じ混合品質に必要な混合範囲の構造部分長さ
が、ピンシリンダ原理に従ってのみ働く押出機に対して
約50％だけ減少することができる。
【００４２】ハウジングねじ山をほぼその最大のねじ山
容積において有する押出機ハウジングのトランスファー
範囲の部分に半径方向に突出する調整可能な絞りピンの
配置により、提案された押出機が種々のゴム混合物の加
工のために調整できる。それ故、ハウジングねじ山およ
び押出機の加工室への絞りピンの侵入深さで、可塑化能
率または押出し材料のためのトランスファー区分で変換
された摩擦エネルギーを任意にかつ混合に関連して予め
選ぶことができる。それと共に、これまで知られた種類
の押出し材料と比較して、スクリュー回転数と加工区分
温度のほかに別の自由に選択可能なプロセスパラメータ
に手をつけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスファー区分に絞りピンのない単スクリ
ュー押出機の縦断面図である。
【図２】トランスファー区分に絞りピンを有する単スク
リュー押出機の縦断面図である。
【図３】提案された構造の押出機を慣用のピン押出機と
比較した実験結果から処理率をグラフで示した図であ
る。
【図４】提案された構造の押出機を慣用のピン押出機と
比較した実験結果から比エネルギーをグラフで示した図
である。
【図５】提案された構造の押出機を慣用のピン押出機と
比較した実験結果から物質温度をグラフで示した図であ
る。
【符号の説明】
１ 押出機 ２ 押出機ハウジング ３ 入口開口 ４ 出口開口 ５ 駆動ユニット ６ 押出機スクリュー ７ ピンシリンダ範囲 ８ トランスファー範囲 ９ 原料供給範囲 １０ 圧力増大範囲 １１ 押出機ピン １２ スクリューウエブ １３ ハウジングウエブ １４ 加工室 １５ スクリューねじ山 １６ ハウジングねじ山 １７ 絞りピン １８ スクリューウエブ １９ 温度調節通路 ２０ トランスファー区分ハウジングブシュ ２１ 調整装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンテル・マイエル ドイツ連邦共和国、ハノーバー91、ウー レンボルンストラーセ、13 (56)参考文献 特公 昭61−10293（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭43−14331（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入口開口（３）と出口開口（４）を有す
    る押出機ハウジングと、ハウジング（２）の加工室（１
    ４）にその長手方向軸線を中心として回転可能に配置さ
    れた押出機スクリュー（６）のための駆動部（５）とか
    らなる、ゴムおよび熱可塑性プラスチックを加工製造す
    るための押出機において、 押出機（１）は前後して配置された混合範囲と均質化範
    囲をもっており、一方の混合範囲はピンシリンダ範囲
    （７）として設計され、このピンシリンダ範囲では、ハ
    ウジング（２）の加工室（１４）に半径方向に突出する
    ピン（１１）およびピン（１１）の範囲で中断されたス
    クリューウエブ（１２）が形成され、他方の均質化範囲
    はトランスファー範囲（８）として設計され、このトラ
    ンスファー範囲では、押出機スクリュー（６）は入口範
    囲から出口範囲までそのねじ山容積がゼロになるまで絶
    えず減少しそしてそれから最大値までねじ山容積が増大
    し、またこのトランスファー範囲では、押出機ハウジン
    グ（２）は中断されてないハウジングねじ山をもってお
    り、これらのハウジングねじ山はトランスファー区分の
    入口範囲から出口範囲までそのねじ山容積をゼロから最
    大値に増大して、引続き再びゼロのねじ山容積に減少
    し、またトランスファー範囲では、ハウジングねじ山が
    想定された押出機長手方向軸線の周りをほぼ螺旋状に導
    かれ、そしてハウジングねじ山の最大ねじ山容積の範囲
    に半径方向に調整可能な絞りピン（１７）がハウジング
    （２）を通っておよびハウジングねじ山（６）の中へな
    らびに加工室（１４）の中へ突出可能に配置されている
    ことを特徴とする押出機。
  2. 【請求項２】 ピンシリンダ範囲（７）はトランスファ
    ー範囲（８）の前の上流に配置されていることを特徴と
    する請求項１の押出機。
  3. 【請求項３】 押出機は混合範囲と均質化範囲の上流に
    原料供給範囲（９）をもっており、かつ下流には、押出
    し材料が必要な型圧力に押し出し可能である範囲（１
    ０）をもっていることを特徴とする請求項１の押出機。
  4. 【請求項４】 １０×スクリュー直径（Ｄ）の押出機長
    さの場合に、原料供給範囲（９）が３Ｄ、ピンシリンダ
    範囲（７）が１．５〜２Ｄの長さ、トランスファー範囲
    （８）が２，５Ｄまでの長さでありそして圧力上昇範囲
    （１０）がほぼ３Ｄの長さであることを特徴とする請求
    項３の押出機。
  5. 【請求項５】 ピンシリンダ範囲（７）に、一列から五
    列までのピン（１１）が配置されていることを特徴とす
    る請求項１から４までのうちのいずれか一つに記載の押
    出機。
  6. 【請求項６】 押出機のトランスファー範囲（８）は、
    押出機スクリュー（６）のウエブ（１２）と押出機ハウ
    ジング（２）のウエブ（１３）の間の角度が１０５゜よ
    り大きいかまたは１０５゜でありかつ９０゜に補完可能
    な角度を形成しないことを特徴とする請求項１から４ま
    でのうちのいずれか一つに記載の押出機。
  7. 【請求項７】 調整可能な絞りピン（１７）が押出機
    （１）の下流側端部に配置されていることを特徴とする
    請求項１から６までのうちのいずれか一つに記載の押出
    機。
  8. 【請求項８】 絞りピン（１７）は機械的に、空気圧的
    にまたは油圧的に作用可能な調整装置（２１）をもって
    おり、この調整装置でこれらのピン（１７）は完全なハ
    ウジングねじ山深さにわたって半径方向に調整可能であ
    ることを特徴とする請求項１または７の押出機。
  9. 【請求項９】 押出機のトランスファー範囲（８）の入
    口と出口範囲で、ねじ山数、したがってスクリューウエ
    ブ（１８）とハウジングウエブ（１３）の数がハウジン
    グねじ山またはスクリューねじ山横断面と無関係に一定
    であることを特徴とする請求項１から８までのうちのい
    ずれか一つに記載の押出機。
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DE3003615C2 (de) * 1980-02-01 1984-03-29 Hermann Berstorff Maschinenbau Gmbh, 3000 Hannover Schneckenstrangpresse mit Stiftzylinder

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