JP4373499B2 - 熱可塑性プラスチック材料の粉砕及び搬送及び可塑化のための処理装置 - Google Patents

Description

本発明は投入装置、粉砕装置及びスクリュー押出機からなる熱可塑性プラスチック材料の粉砕、搬送及び可塑化のための処理装置に関する。
プラスチック材料を粉砕機で粉砕し、サイロへ搬送し、予備粉砕したプラスチック材料をサイロから詰込み機構により押出機に供給することが知られている。その場合押出機はたいていスクリュー押出機である。この構成は、サイロが材料発生の変動を補償し得る貯蔵能力を提供するという利点がある。
これに対してその場合装置の不良な熱効率が欠点である。なぜなら粉砕機で摩擦熱の形でプラスチック材料に移行する粉砕エネルギーが貯蔵サイロでのその後の中間貯蔵により再び環境へ放出され、こうして押出工程に対して失われるからである。しかもこの装置は大きな場所をとるという欠点がある。
処理される材料が上から容器の中に落下し、容器の底でカッターディスクが回転して材料を予備粉砕し、容器の壁部に設けた開口部に押し込み、そこでスクリュー押出機が材料を受領する装置が知られている。
このような配列は、摩擦熱の形で処理材料に移行する粉砕エネルギーを押出工程で利用できるという利点がある。ところがこの配列は限られた量の材料しか投入できず、この投入を常に均一に行わなければならないという大変大きな欠点がある。さもなければ駆動モータの過負荷が急速に起こるからである。従ってこの装置では処理される材料を常に少しずつ充填容器へ送給しなければならない。
ところがそのために必要な、粉砕材料の砕片寸法別の分離は、たいていの場合手数がかかり複雑である。特にプレスしたプラスチック材料や大きな中実部材の場合がそうである。これらの材料は手操作で又は自動的に分離しなければならない。それは多額の労務費又は粗砕機の形の大きな追加設備費を必要とする。
また熱可塑性プラスチック材料と充填材例えばおが屑の処理のための装置が知られている。その場合とりわけ湿った材料を予備乾燥し、その上で押出機へ送給しなければならない。その場合投入に適した材料寸法が限られているのが欠点である。ここでも材料は重力により投入方向に落下し、材料片が大きすぎると、モータの過負荷に関する前述の問題が起こるからである。
本発明は、材料の大きさと形状及びホッパの中にある量に関係なく処理のプロセスの経過が均等化され、支障なく行われるように、かつ粉砕エネルギーを押出工程で利用可能にする利点を得るとともに、構造が簡単で故障発生が少なく、異なる投入量を補償する処理装置を提供するために、冒頭に述べた種類の現存する処理装置の欠点を取り除くことを課題とする。
この課題は請求項１の上位概念による処理装置において、請求項１の特徴部分の特徴によって解決される。従属請求項は本発明の特に有利な実施態様に係り、同時に請求項１とともに本発明の説明の一部をなす。
搬送管の供給口の手前に供給装置を取付けることによってプラスチック材料の定常な供給が保証され、特に好ましくはコンベヤスクリューで構成され又はそこに取付けられた回転刃物からなり、少なくとも搬送管の出口をかすめて通る排出部材を処理ドラムの末端区域に配設することによって、材料の流れの均等化が得られる。均等化は特に排出部材の貯蔵効果によって発生し、処理ドラムの排出部材支持部分の長さが増すにつれて増加する。
別の処置は、処理ドラムの直径を変えないでコンベヤスクリュー又は刃物の回転軌道の直径を増加することである。
搬送管から押出機のスクリュー管へのプラスチック材料の確実な受渡しのために、排出部材又はコンベヤスクリューブレードと押出スクリューの相互の密接な配列が極めて重要であり、その場合プラスチック材料の搬送に関して同じ方向の回転方向は受渡しを改善する。
搬送管の出口へのプラスチック材料の供給を改善し、搬送管の端板及びその支承への圧力を減少するために、排出部材及び特にコンベヤスクリューと逆向きに送るスクリューブレードを使用することが大いに有利である。
処理ドラムに対して押出スクリューを直角又はさらに相互に傾斜した角に整列すれば、受渡しを一層改善することができる。
処理ドラムの刃物支持部分の全軸方向長さにわたって供給口を取付け、被駆動スライドの形の送出し装置を供給口のこの全長にわたって取付ければ、プラスチック材料の供給が著しく改善される。その場合供給口の中へ処理ドラムに向かって差し向けられたスライドの運動方向は、投入の性能と確実性を特に促進する。
処理ドラムの刃物とこれに関連する定置相手刃物の数は必要な処理量に従って選定することができ、その際らせんに沿った回転刃物の配列が同時に軸方向搬送作用を引き起こし、同じくらせん状に延びる案内板の取付けによって搬送作用を改善することができる。
高い処理能力のために、刃物と案内板を多条に配列することもできる。
特に有利なのは、切断が全切れ刃長さにわたって同時に始まるように、単数個又は複数個の相手刃物と回転刃物の切れ刃の配列を切断開始時に同一平面に整列されるように選定することである。それによってプラスチック材料の引込みとその結果起こる閉塞を回避することができる。
処理能力を高めるために、スライドの調整可能な圧縮力を適用することが有利である。その場合圧縮力の調整を駆動要素の出力を介して行い、さらに処理ドラムの回転数の調整を同様に行い、又はさらに搬送管の出口に現れるプラスチック材料の温度に従って調整を行うことが好ましい。
排出部材の長さと形状の設計及び出口に関する排出部材の配列は、通過量の変化を吸収し、プラスチック材料の所望の粉砕度を維持する装置の能力のために重要である。
搬送管の出口の上側にあって処理ドラム上で相対する各列２個ずつ２列の刃物で通常足りるが、固定刃物とともに材料を粉砕する回転刃物を取付けることによって、一層大きなプラスチック片も捕捉することができ、固定刃物と合体して噛み合うことにより、プラスチック片を押出スクリューに捕捉され引き込まれるまでの間効果的に粉砕する。その場合刃物の外周を回転方向に互い違いに配列すれば、処理ドラムのトルクの特に高いピークが回避される。その場合刃物と押出スクリューの回転方向が同方向であれば、押出機の強制的投入が改善される。
固定刃物の保守のために、搬送管に挿入し得る受け金に刃物ホルダを取付けることが好ましい。
回転刃物の詰込み作用を有利にに調整するために、刃物の前縁を処理ドラムの軸方向平面に関して整列することが重要である。その場合処理ドラム上に先行して配列することによって詰込み作用が高められる。刃物と押出スクリューの間の小さな間隔によって材料の受渡しが改善される。
刃物支持部分に続いて処理ドラムの上ににはめ込まれたカッタスリーブに刃物ホルダで取付ければ、回転刃物の保守と交換のために好都合である。
軸受箱の端面側の処理ドラムの密閉としてスラストカラーを配設すれば、処理ドラム又はその軸と軸受箱の間の圧力発生、それとともに軸方向力の発生と軸受荷重の増加が防止される。この理由から、粗大な材料が軸受の精密シールの区域に入り込んで損傷を引き起こすことを防止するために、スラストカラーと搬送管の内壁との間に半径方向になるべく小さなギャップが好ましい。
細片状のプラスチック材料を処理するときは、処理ドラム上の刃物を使用することは必要でなく、押出機への出口の上側で処理ドラムに１列又は２列を配列すれば十分である。この材料の場合は粉砕作業をほとんど省略できるので、間欠的な定量配給が必要でないから、材料の供給を処理ドラムの全長にわたって行い、上に投入装置を装備した直立筒状の供給装置を設けることができる。
細片材料はたいてい洗浄設備を通過しているから、付着する水分を除去することが必要である。これは乾燥空気流で極めて効果的に行うことができる。乾燥空気流は材料の流れに対して向流をなして下から上へ流れ、処理設備で浄化され、乾燥され、水分の吸収を改善するために熱せられて再び供給される。
細片状プラスチック材料の処理のために特に性能のよい配列では、処理ドラムのコンベヤスクリューが出口の両側に配列された左巻き及び右巻きコンベヤスクリューに分割され、出口の上の詰込み及び／又は切断器具がその間で運動することができ、両側から運ばれて来る材料を特に効果的に押出機に供給する。
供給装置から搬送管への供給口の大きな開口幅は、配給量及び処理能力の増加を可能にする。
図面に基づき本発明を説明する。
図１は処理装置の部分断面図及び処理ドラムの半径方向断面図、
図２は処理装置の部分断面及び処理ドラムの縦断面の側面図、
図３は図１及び２による処理装置の部分断面平面図、
図４は押出管の縦軸を通る1.−2.による食違い縦断面図及び図５で経過するような処理ドラムの端部の横断面図、
図５は処理ドラムの末端区域の縦断面図及び押出管の横断面図、
図６は供給装置、処理ドラムの外被の縦断面図及び押出管の横断面図を示す。
装置は供給ホッパ１２を載置した機械ハウジング１からなり、供給ホッパ１２の下側の接続する供給シュート１４は底板７で終わる。底板７は斜め下へ傾斜し、粉砕装置の水平に整列された搬送管６の供給口１１で終わる。
搬送管６の中に処理ドラム３が回転可能に挿置され、両側が軸受３３に支承され、モータ３４から駆動軸３５を介して駆動される。
処理ドラム３は、刃物４が半径方向に張出してらせん２８に沿って固定されている刃物支持部分１７と、それに接続する排出部材支持部分１８からなる。その排出部材１９はコンベヤスクリュー９からなる。搬送管６の供給口１１は処理ドラム３の全刃物支持部分１７にわたって軸方向２０に延びており、供給ホッパ１２の前壁１５と２つの側壁１６に取り囲まれる。前壁及び側壁は底板７とともに供給シュート１４を形成する。
底板７は処理ドラム３の周方向２５に後置された開口縁２６まで延び、供給口１１の全体にわたって連続する定置相手刃物５が開口縁２６に固定され、開口縁２６で平坦に終わっている。相手刃物５は搬送管６の中に突出し、処理ドラム３の刃物４と交差して噛み合う。切断開始時に刃物４と相手刃物５の切れ刃は同一平面にある。
供給口１１の全長に伸張するスライド３０が底板７の上に支承され、供給装置２として液圧式動力シリンダ２７により処理ドラム３に向かって供給口１１まで移動し得るようになっている。
処理ドラム３の末端区域２１には搬送管６の周囲に下向きに出口１０がある。出口１０は同時に押出スクリュー８のスクリュー管２２への充填口をなす。粉砕されたプラスチック材料がコンベヤスクリュー９によって充填口を経て送給される。
その場合押出スクリュー８とコンベヤスクリュー９の軌道は、互いに接触することがないように配列されている。それによって材料の完全な受渡しが保証される。搬送管６の出口１０でコンベヤスクリュー９と押出スクリュー８の回転方向は、搬送方向に関して同方向である。押出スクリュー８のスクリュー管２２は搬送管６に対して直角に整列されている。
供給シュート１４の底板７の上にあって処理されるプラスチック材料は、被駆動スライド３０によって処理ドラム３に押し付けられる。処理ドラム３はスライド３０の運動方向と直交する。
処理ドラム３上のらせん２８に沿って処理ドラム３の上に分布して配列された刃物４と後続のコンベヤスクリュー９によってプラスチック材料がまず粉砕され、次に軸方向２０に搬送管６を通って搬送管６の外周の出口１０の方向へ搬送され、スクリュー押出機へ排出される。
回転刃物４と同じらせん方向に、搬送管６の内壁に案内板１３がらせん状に配列されている。搬送管６を通って搬送するときに、案内板１３は粉砕されたプラスチック材料の改善された案内の当て板の役割をする。
切断操作の開始時に可動刃物４と定置相手刃物５の丁度接触する切れ刃が底板７と平行な同一平面にあるように定置相手刃物５を配列することによって、切断操作の開始時の切れ刃の間のすき間がおおむね取り除かれるから、同時切断を行うことができる。
プロセスの最適な経過を得ることができるように、一方ではプラスチック材料に対する被駆動スライド３０の押圧力を押出スクリュー８のモータ又は処理ドラム３のモータの電力消費又は電流消費に応じて制御し、他方では処理ドラム３の回転数を搬送管６の出口のプラスチック材料の温度に応じて又は押出スクリュー８のモータの電力又は電流消費に応じて調整し、搬送管６の中の粉砕されたプラスチック材料の通過量が一定であって、出口１０の区域又はスクリュー管２２の押出スクリュー８の入口に材料が溜まってプラスチック材料の融解温度以上に温度が上昇することがないようにすることができる。
図４及び５に示す本発明の実施形態ではコンベヤスクリュー９に接続する処理ドラム３の末端区域にカッタスリーブ３６がはめ込まれている。カッタスリーブ３６は刃物ホルダ４０に回転刃物３７を担持し、軸受箱５０に対してスラストカラー３９で閉じている。スラストカラー３９は処理ドラム３より大きな直径を有し、搬送管６の内壁の近くまで延び、そこに０，２ないし０，４ｍｍの狭いギャップを形成し、取外し可能な軸受箱５０の端面の手前に僅かな間隔で配設されている。
間隔をおいて隣接する２つの半径方向列の刃物ホルダ４０がカッタスリーブ３６の上に配列されている。刃物ホルダ４０に回転刃物３７が固定され、各半径方向列の刃物ホルダ４０は１８０角度ずつずらせてカッタスリーブ３６の外周に固定されている。切断の際の力のピークを減少するために、２つの半径方向列の隣接する刃物３７は互い違いに取付けられている。
その場合回転刃物３７は、回転方向５２の前方にある刃先が処理ドラム３の軸方向平面５３にあるように配列されている。
回転刃物３７は定置刃物３７’との間で処理材料を切断する。刃物３７’は刃物ホルダ４０’に取付けられて、処理ドラム３の軸線と平行な１つの列に整列されている。刃物ホルダ４０’は、搬送管６の横に設けた出入り口から挿入してねじ止めした支持部材３８に固定されている。その場合回転刃物３７は回転方向５３に下から上へ定置刃物３７’と噛み合い、その際横刃で切断する。
搬送管６の出口１０は押出スクリュー８のスクリュー管２２の充填口をなし、回転刃物３７と押出スクリュー８の周囲は互いにほとんど接触するところまで近接している。
処理ドラム３の搬送管が下側に中央出口１０を有し、出口１０が同時に押出スクリュー８のスクリュー管２２の充填口をなす本発明の実施形態を図６に示す。
搬送管は処理ドラム３の外被４１をなす。処理ドラム３は左巻きのコンベヤスクリュー４２と右巻きのコンベヤスクリュー４３を備えている。これらのコンベヤスクリューは中央出口１０の両側に配設され、出口１０の手前に処理ドラム３の中央区域を空けている。ここに詰込み器具又は刃物が周囲に分布して半径方向に取付けられている。
外被４１の長さにわたって供給口１１が上へ延びている。供給口１１は供給装置２を構成する乾燥容器４５により覆われる。乾燥容器４５は上側にある投入装置４９を装備する。
乾燥容器４５の供給口１１の上側の区域に、乾燥し熱せられた空気の吹き込みノズル４４が配設されている。吹き込みノズル４４は供給管を介して外部の供給部と連絡する。材料の水分が負荷された空気は乾燥容器４５の上部で排気管を経て出口４８へ送られる。
供給管４６と出口４８は浄化、乾燥及び加熱が行われる空気処理設備の管路に接続されている。
参照符号一覧
１ 機械のハウジング
２ 供給装置
３ 処理ドラム
４ 処理ドラム３の刃物
５ 定置相手刃物
６ 搬送管
７ 底板
８ 押出スクリュー
９ コンベヤスクリュー
１０ 搬送管６の出口
１１ 搬送管６の供給口
１２ 供給ホッパ
１３ らせん状に配列された案内板
１４ 供給ホッパ１２の供給シュート
１５ 供給ホッパ１２の前壁
１６ 供給ホッパ１２の側壁
１７ 処理ドラム３の刃物支持部分
１８ 処理ドラム３の排出部材支持部分
１９ 処理ドラム３の排出部材
２０ 搬送管６及び処理ドラム３の軸方向
２１ コンベヤスクリュー１９の末端区域
２２ 押出スクリュー８のスクリュー管
２３ スクリュー管２２の内壁
２４ 搬送管６の内壁
２５ 処理ドラム３の回転方向
２６ 供給口１１の開口縁
２７ スライド３０の液圧式動力シリンダ
２８ 刃物４の周囲らせん
２９ 処理ドラム３の縦軸
３０ 供給装置２のスライド
３１ 押出スクリュー８のスクリュー管２２の縦軸
３２ 処理ドラム３の上の刃物４のらせん
３３ 処理ドラム３の軸受装置
３４ 処理ドラム３のモータ
３５ 処理ドラム３の駆動軸
３６ カッタスリーブ
３７ 処理ドラム３の回転刃物
３７’ 搬送管６の定置刃物
３８ 刃物ホルダ４０’のための支持部材
３９ スラストカラー
４０ 回転刃物３７の刃物ホルダ
４０’ 支持部材３８の刃物ホルダ
４１ 搬送管としての外被
４２ 左巻きのコンベヤスクリュー部分
４３ 右巻きのコンベヤスクリュー部分
４４ 乾いた乾燥ガス例えば空気の吹込みノズル
４５ 供給装置としての乾燥容器
４６ 乾いた乾燥ガスの供給管
４７ 乾燥ガスのための処理設備
４８ 材料の水分が負荷された乾燥ガスの出口
４９ 乾燥容器４５の投入装置
５０ 軸受箱
５１ スラストカラーと搬送管６の内壁の間のギャップ
５２ 回転方向
５３ 処理ドラム３を通る軸方向平面

Claims (19)

1. 水平に配列された搬送管の中で駆動されて回転する刃物付き処理ドラムを有し、搬送管がプラスチック材料のための供給口と下向きの排出口を搬送管の周囲に備えており、刃物がらせん上にあって刃物ドラムに分布し、軸方向に出口の方へ搬送するように配列されており、少なくとも１個の相手刃物と共同で動作し、供給口の手前に供給シュートが取付けられている熱可塑性プラスチック材料の粉砕及び搬送のための処理装置において、
   処理ドラム（３）にプラスチック材料を供給するために供給シュート（１４）の中に可動供給装置（２）が前置された該処理ドラムの（３）の供給口（１１）が、軸方向（２０）におおむね処理ドラム（３）の刃物支持部分（１７）にわたって搬送管（６）に穿設され、コンベヤスクリュー（９）を備えた処理ドラム（３）の排出部材支持部分（１８）が刃物支持部分（１７）に接続し、
   処理ドラム（３）の搬送管（６）の末端区域（２１）に出口（１０）が設けてあり、搬送管（６）に接続された押出スクリュー（８）のスクリュー管（２２）の充填口が前記出口（１０）に通じており、
   スクリュー管（２２）の内壁（２３）が処理装置の搬送管（６）の内壁（２４）に隣接しており、
   コンベヤスクリュー（９）と押出スクリュー（８）の軌道が、搬送管（６）からスクリュー管（２２）への材料片の完全な受渡しが保証される程度の間隔を置いて配列されていることを特徴とする処理装置。
2. 複数個の刃物（４）が処理ドラム（３）の周囲に沿ってその上に固定され、その際刃物（４）がらせん（３２）に沿って配列されており、供給口（１１）の全長にわたって連続的に軸方向（２０）に延びる少なくとも１個の定置相手刃物（５）と合体し、その際可動刃物（４）の切断輪郭が少なくとも１個の相手刃物（５）の切断輪郭に接触せずに噛み合い、全切断長にわたって切断するように共同で動作する刃物（４、５）の切れ刃が切断開始時におおむね同一平面にあるように配列されており、少なくとも１個の第１の相手刃物（５）が供給シュート（１４）の底板（７）に平らに接続していることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 供給装置（２）が液圧動力シリンダ（２７）により搬送管（６）の軸方向（２０）に対して直角〜４５度の間で移動可能なスライド（３０）からなり、スライド（３０）が底板（７）の幅にわたってその上で処理ドラム（３）の供給口（１１）まで移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の処理装置。
4. 液圧式動力シリンダ（２７）である電気液圧制御圧力設備により移動させられるスライド（３０）が、供給されるプラスチック材料に調整可能な圧縮力を働かせることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
5. スライド（３０）の圧縮力が押出スクリュー（８）の駆動モータ及び／又は処理ドラム（３）の駆動モータの電力消費に従って調整されることを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
6. 処理ドラム（３）の回転数が搬送管（６）の出口（１０）のプラスチック材料の温度に従って調整されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の処理装置。
7. 処理ドラム（３）が軸方向の縦方向（２０）を押出スクリュー（８）及びスクリュー管（２２）の縦軸（３１）に対して直角に整列してこれに取付けられ、又は直角と異なる角で押出スクリュー（８）のスクリュー管（２２）に配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の処理装置。
8. 複数個の案内板（１３）が互いに間隔をおいて搬送管（６）の内壁（２４）に、処理ドラム（３）上の刃物（４）のらせん（３２）と同じらせん方向を有するらせんに沿って取付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の処理装置。
9. らせん状に配列された案内板（１３）が多条のらせんをなして配列されていることを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
10. 処理ドラム（３）の回転方向が出口（１０）で押出スクリュー（８）の搬送方向と一致することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の処理装置。
11. 供給口（１１）が処理ドラム（３）の刃物支持部分（１７）の一部に延びており、少なくとも１個又は複数個の定置相手刃物（５）が処理ドラム（３）の刃物支持部分（１７）の全長にわたって取付けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の処理装置。
12. 処理ドラム（３）の刃物支持部分（１７）が全長にわたって延びており、末端区域（２１）に配設された刃物（４）が出口（１０）をかすめて通り、供給口（１１）の少なくとも１個の相手刃物（５）が搬送管の閉じた部分にある処理ドラム（３）の末端区域（２１）の手前で終わることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
13. 処理ドラム（３）の排出部材支持部分（１８）が、らせんの少なくとも１条の巻き輪上で処理ドラム（３）の周囲に延び、少なくとも搬送管（６）の出口（１０）をかすめて通り、排出部材（１９）を担持することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の処理装置。
14. 処理ドラム（３）の排出部材支持部分（１８）の端部に、処理ドラム（３）とともに回転する複数個の刃物（３７）が１つの半径方向列をなして規則的間隔で周囲に分布して刃物ホルダ（４０）により取付けられ、複数個の半径方向列の刃物（３７）が軸方向に互いに間隔をおいて処理ドラム（３）に配列され、処理ドラム（３）の上の隣接する半径方向列の隣接する刃物（３７）が周方向に少しずつ互い違いになっており、回転刃物（３７）が定置刃物（３７’）と交差して相接し噛み合うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の処理装置。
15. 定置刃物（３７’）が搬送管に挿着し得る支持部材（３８）に刃物ホルダ（４０’）によって固定され、支持部材（３８）が側部出入り口を貫いて取付けられることを特徴とする請求項１４に記載の処理装置。
16. 処理ドラム（３）の回転刃物（３７）が処理ドラム（３）の上にはめ込まれたカッタスリーブ（３６）に取付けられていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の処理装置。
17. カッタスリーブ（３６）と搬送管（６）の端面側を閉鎖する軸受箱（５０）との間にスラストカラー（３９）が挿着され、その直径が処理ドラム（３）の直径より大きく、搬送管（６）の内壁まで延びて、そこに０．２ないし０．４ｍｍのギャップ（５１）が形成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の処理装置。
18. 供給装置（２）が上側の投入装置（４９）を備えた直立筒形の乾燥容器（４５）からなり、乾燥ガスのための供給管（４６）が供給口（１１）の上側の区域にある吹込みノズル（４４）に通じており、材料の水分を吸収した空気が乾燥容器（４５）の上部区域で排出管を介して出口（４８）へ導かれ、ここから排出され又は浄化と乾燥のために処理設備（４７）へ送られ、そこから乾燥ガスが吹込みノズル（４４）のための供給管（４６）へ供給されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の処理装置。
19. 供給口（１１）が搬送管（３）の周囲に上へ４５ないし１８０度の周範囲にわたって延びるように配設され、乾燥容器（４５）によって覆われることを特徴とする請求項１８に記載の処理装置。

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