TW201338951A - 用於製備塑料材料的裝置 - Google Patents

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Abstract

一種對塑膠進行預處理和後續的輸送或塑化的裝置，具有容器(1)，該容器具有可圍繞旋轉軸線(10)轉動的混合及/或破碎工具(3)，其中，在側壁(9)上構造有開口(8)，塑膠材料可經由開口引出，其中，設置有多螺桿輸送/擠出機(5)，具有至少兩個在殼體(16)內旋轉的螺桿(6)；其特徵在於，輸送/擠出機(5)的縱軸線(15)之虛擬的延長段與輸送方向(17)相逆地在旋轉軸線(10)旁邊經過，其中，最靠近容器(1)的螺桿(6)的縱軸線(15)，在流出側，相對於與縱軸線(15)平行的一些半徑(11)偏移一段距離(18)，最靠近餵料開口(80)的兩個螺桿(6)彼此相逆。

Description

用於製備塑料材料的裝置
本發明涉及一種用於製備塑膠材料的裝置。
由現有技術已知不同構造方式的眾多類似的裝置，其包括容器或用於破碎、加熱、軟化和製備待回收的塑膠材料的切割擠壓機，以及與其連接的輸送機，或用於使得經過如此預處理的材料熔化的擠出機。這裏的目的是，得到在品質上盡可能高價值的最終產品，其形式多數情況下為粒料。
例如在EP 123 771或EP 303 929中記載了具有容器和與其連接的擠出機的裝置，其中，輸送給容納容器的塑膠材料通過破碎和混合工具的旋轉而得到碎化，並處於漩渦式迴旋中，同時被引入的能量加熱，由此形成一種具有足夠好之熱均勻性的混合物。這種混合物經過相應的停留時間之後從容器輸出到螺桿式擠出機中，並經過輸送和塑化或熔化。螺桿式擠出機在此大致設置在破碎工具的高度上。通過這種方式利用混合工具主動地將軟化的塑膠顆粒壓入到或填塞到擠出機中。
基本上同樣已知的是，使用雙螺桿擠出機，並將其與這種切割擠壓機連接。
然而，就在經加工的塑膠材料於螺桿輸出端所得到的品質方面，和/或在螺桿的生產能力方面而言，已公知很久之很多這種結構並不令人滿意。在使用雙螺桿時尤其要注意，單螺桿的效果並不能轉用給雙螺桿。
根據螺桿之間的軸向距離及其相對的旋轉方向，可以區分為同向的(相同方向旋轉)和相逆的(相反方向旋轉)、以及切線方向的和緊密貼合的雙螺桿輸送機或擠出機。
就相逆的螺桿而言，兩個螺桿在彼此相反的方向上旋轉。
每一種都具有特定的使用領域和使用目的。同向旋轉的雙螺桿擠出機主要通過與螺桿一同旋轉的材料在靜止的殼體壁上的摩擦來實現輸送和產生壓力，所述輸送主要由阻曳流來產生。而相逆的雙螺桿擠出機主要採用 強制輸送的原理。
對於產品的最終品質具有重要意義的一方面有從切割擠壓機進入到輸送機或擠出機中經預處理的或軟化的聚合物材料的品質，另外還有在餵料和輸送或可能之擠出時的狀況。這裏尤為關鍵的是螺桿的各個範圍或區域的長度以及螺桿的參數例如其厚度、螺紋深度等。
這裏所述的切割擠壓機-輸送機之當前組合因而存在特殊的情況，因為進入到輸送機中的材料並非直接地未經處理地冷態地被引入，而是已經在切割擠壓機中經過預處理，即已加熱、軟化和/或部分結晶等。這對於材料的餵料和品質同樣是關鍵的。
兩個系統即切割擠壓機和輸送機相反地施加影響，餵料和後續輸送或可能的擠壓的結果明顯取決於材料的預處理和密度。
因此，一個重要區域是切割擠壓機與輸送機之間的介面，也就是使均勻化經預處理的材料從切割擠壓機傳送到輸送機或擠出機中所在的區域。一方面，這是純機械的問題部位，因為這裏必須使兩個不同工作的裝置相互耦接。另外，該介面對於聚合物材料也很困難，因為這種材料在此往往靠近熔化區域處於非常軟化的狀態，但不許熔化。如果溫度過低，生產能力和品質就會下降；如果溫度過高，在有些部位就會發生並非所願的熔化，對餵料造成阻塞。
此外，很難精確地對輸送機進行配給和餵料，因為這是一個封閉的系統，不存在用於餵料的直接入口，而是從切割擠壓機出來之後進行材料餵給，即不能直接地施加影響，而是例如通過重力計量式的配給器施加影響。
因而關鍵的是，既要在機械上考慮這種過渡，又要理解聚合物特性，同時注意整個過程的經濟性，即注意高生產能力和相應的品質。這裏要注意某些相反的前提條件。
相逆的多螺桿或雙螺桿輸送機通常具有很好的餵料特性。但裝填開口的向後通風性相應較差。而相逆的雙螺桿的剪切功率或剪切速度或把能量引入到材料中的能力較小。根據經驗，這種系統之分散的混合作用比單一螺桿和相逆的雙螺桿差。然而利用這種系統能產生相應的壓力，以便在擠出機端部上連接相應的工具，例如型材噴嘴。
有些系統的輸送機或擠出機連接到切割擠壓機上，但恰恰對於這種系 統而言，可採用完全不同於單一螺桿輸送機的方式來調節餵料或餵給到雙螺桿輸送機中的方式，例如可以不通過重力計量式配給器進行配給。相反地，在切割擠壓機中，環繞的混合和破碎工具引起連續餵給經預處理之軟化的顆粒，或者實現朝向輸送機或擠出機之餵料開口的連續的材料流。
此外，已知的那些裝置的另一共同之處在於，混合和破碎工具的輸送或旋轉方向，以及材料顆粒在容器中的環繞方向，還有輸送機特別是擠出機的輸送方向，基本上相同或者同一方向。由於希望材料盡可能填塞到螺桿中或者對該螺桿進行強制餵給，所以有意地選取了這種佈置方式。把顆粒沿螺桿輸送方向填塞到輸送機螺桿或擠出機螺桿中這種構思也完全顯而易見，且符合本領域技術人員的常見想法，因為顆粒由此不必使其移動方向逆反，進而不必施加用於方向逆反的額外的力。因而在這種情況下，在基於此的後續發展中，始終都要考慮到提供盡可能高的螺桿填充度和增強這種填塞效果。例如還嘗試使擠出機的餵料區域錐形地擴展，或者使破碎工具鐮刀形地彎曲，以便該破碎工具能夠把軟化的材料刮抹式地餵給到螺桿中。由於擠出機相對於容器在輸入側從徑向的位置偏移到切線方向的位置，填塞效果得到進一步增強，塑膠材料被環繞的工具更為顯著地輸入到或者壓入到擠出機中。
這種裝置基本上具有功能能力，且工作令人滿意，儘管還有如下問題反復發生：例如在含有少量能量的材料例如PET纖維或PET膜中，或者在具有較早的黏性點或軟化點的材料例如聚乳酸(PLA)中，始終都會觀察到如下效應：在壓力下有意地同向地把塑膠材料填塞到擠出機或輸送機的餵料區域中，這導致材料緊接著或者尚在擠出機或螺桿的餵料區域中就過早地熔化。由此一方面減小了螺桿的輸送效果，另外也會使得熔化物部分地回流到切割擠壓機或容納容器的區域中，這造成尚未熔化的碎片附著在熔化物上，致使熔化物又冷卻並部分地凝固，以此方式形成由部分凝固的熔化物和固態的塑膠顆粒構成之腫瘤式的生成物或密集體。由此造成餵料阻塞，混合和破碎工具被黏住。進一步導致輸送機或擠出機的生產能力或產出量減小，因為螺桿不再被充分地填滿。在此，混合和破碎工具還會卡住。在這種情況下，通常必須將設備停機並徹底清潔。
另外，有些聚合材料在切割擠壓機中已經被加熱至接近其熔化範圍，所述問題會在這種材料中出現。在這種情況下，餵料區域被過度填充，材料熔化，餵料減少。
某些通常拉長的、條帶形的、纖維狀的具有一定延長度和較小密度或硬度的材料也有問題，因而在例如切割成條帶的塑膠膜中產生問題。這主要是因為，細長的材料在螺桿的餵料開口的流出側的端部上被纏住，其中，條帶的一端伸入到容器中，另一端卻伸入到餵料區域中。由於無論混合工具還是螺桿都同向地運轉，或者有相同的輸送方向分量和壓力分量作用到材料上，所以條帶的兩端在相同的方向上受到牽拉或擠壓，致使條帶無法再鬆開。這也導致材料在該區域中堆積，餵料開口橫截面變窄，餵料特性惡化，進一步導致生產能力受損。此外，由於供料壓力提高，在該區域中會出現熔化，由此也會出現開頭部分所述的問題。
因而對於相逆的雙螺桿輸送機來說，餵料也很敏感。
本發明的目的在於克服所述缺點，對前述部分所述類型的裝置加以改進，使螺桿也能毫無問題地對敏感的或者條帶形的材料餵料，且材料品質高，且能以高生產能力加工或處理所述材料。
就前述部分所述類型的裝置而言，該目的通過申請專利範圍第1項的特徵部分得以實現。
在此首先設定，在輸送機特別是擠出機僅有一個唯一的螺桿時其中央縱軸線之虛擬的延長段，或者在其具有多於一個的螺桿時其最靠近餵料開口的螺桿的縱軸線，與輸送機的輸送方向相逆地在旋轉軸線旁邊經過，而不與該旋轉軸線相交，其中，在輸送機具有一個唯一的螺桿時其縱軸線，或者最靠近餵料開口的螺桿的縱軸線，在流出側相對於容器的一些半徑偏移一段距離，這些半徑平行於縱軸線，並在輸送機的輸送方向上從混合及/或破碎工具的旋轉軸線朝向外面。
混合工具的輸送方向和輸送機的輸送方向由此不再像由現有技術已知那樣同向，而是至少略微相逆，由此減小了前述部分所述的堵塞效應。由 於有意地使得混合及或破碎工具的旋轉方向相比於目前已知的裝置逆反，所以施加到餵料區域上的供料壓力減小，過度填充的風險減小。通過這種方式，多餘的材料不會以過大的壓力填塞到或者刮抹到輸送機的餵料區域中，而是相反地，多餘的材料甚至切線方向地又從那裏去除，從而儘管在餵料區域中始終都存在有足夠的材料，卻幾乎無壓力地或者僅以較小的壓力供應所述材料。以此方式能將螺桿充分地填滿，始終都能餵予足夠的材料，卻不會出現螺桿過度填充，進而導致局部之使得材料熔化的壓力尖峰。
通過這種方式防止材料在餵料區域中熔化，由此提高運行效率，延長維修週期，縮短因可能的維修和清潔措施所引起的待機時間。
由於供料壓力減小，用來能以公知的方式調節螺桿填充度的滑塊反應出明顯靈敏，螺桿的填充度可以更為精確地調節。尤其對於稠密的材料例如由高密度聚乙烯(HDPE)或PET所構成的碾磨物料而言，由此可以輕易地找到設備的最佳運行點。
此外，已令人意想不到的有利之處是，已經被軟化接近熔點的材料在本發明相逆的運行狀況下被更好地餵料。尤其是當材料已經存在於黏稠的或軟化的狀態下時，螺桿切割由靠近容器壁的黏稠圈環所構成的材料。若旋轉方向即為螺桿的輸送方向，該圈環更可能被進一步移送，而不會利用螺桿進行刮除，由此會減少餵料。根據本發明，使旋轉方向逆反即可避免此點。
另外，在加工上述條帶狀或纖維狀材料時，所形成的纏連物或堆積物能輕易地去除，或者甚至根本就不會形成，因為在開口沿混合工具的旋轉方向處於流出側或下游側的邊緣上，混合工具的方向向量和輸送機的方向向量指向幾乎相反的或者至少略微相逆的方向，細長的條帶由此不會圍繞該邊緣彎曲和纏連，而是又被容器中的混合漩渦帶走。
總之，採用本發明的設計顯著地改善了餵料特性，明顯地提高了生產能力。由切割擠壓機和輸送機構成的整個系統由此更為穩定，能力更強。
現在，相逆的雙螺桿尤其受益於來自切割擠壓機之通過相逆旋轉的工具被預先均勻化的材料。此外，這種系統特別適宜於對溫度和剪切敏感的材料例如PLA/木頭複合物。切割擠壓機以由旋轉方向所引起之較小的填塞力謹慎地填塞到本身能易於填充之相逆的雙螺桿中，由此確保禁止過度填 充，且不會出現過早的熔化。已預先均勻化之變熱的材料於是被能輕柔地加工的相逆的雙螺桿熔化。
熔化物於是通常立即被加工成型材，特別是當它是WPC(木頭塑膠複合物)時，尤其當它是PLA/細長木質纖維複合物時。細長木質纖維或天然纖維可以非常稠密地引入到擠出系統中。切割擠壓機的工具之特定的旋轉方向保證可靠地填充這些纖維，這些纖維占整個複合物重量的份額最多可以為70-80%。
本發明其他較佳的設計通過如下特徵來介紹。
特佳地，恰好設置有兩個螺桿，或者把輸送機設計成相逆的雙螺桿輸送機。在此可以實現最為可靠的效果。
根據本發明的一種較佳的改進規定，這些螺桿為柱形結構，且相互平行，或者把輸送機設計成平行的雙螺桿輸送機特別是雙螺桿擠出機。
根據一種替代之改良的實施例，螺桿為錐形結構，或者把輸送機設計成錐形雙螺桿輸送機或擠出機。這種輸送機尤其適用於容納輕的散裝物料。
本發明的另一實施例，螺桿之一比其餘螺桿長。
本發明的再一實施例，這些螺桿至少在餵料開口的區域中緊密貼合地或者切線方向地構成，以便能夠滿足待處理的材料的要求。
根據另一節省空間能有效實現之較佳的實施方式，這些螺桿的橫截面豎直地上下佈置，這些螺桿在餵料開口的鄰近區域中特別是關於餵料開口的中心對稱地佈置，且相距餵料開口的平面一樣遠。
另一可以替代的實施例，這些螺桿的橫截面傾斜地上下佈置，或者水平地並排佈置，僅把最靠近餵料開口的螺桿設置在餵料開口的鄰近區域中。
相關地對於餵料特性尤其有利的是，從螺桿的靠近入口或容器之必要時處於電機側的起始部觀察，或者從餵料開口觀察，最靠近餵料開口的螺桿在朝向端部或者朝向輸送機輸出開口的方向上逆時針地旋轉。
這對於碾磨物料特別有利，因為這種物料在通常情況下非常鬆散。對於具有通常螺桿旋轉方向之已知的裝置而言，螺桿僅僅在重力影響下被填充，而工具僅有少許影響。因而難以把能量引入到材料中，因為必須多次特意地將外部工具的高度大大減小或者通常還必須將其省去。這樣又會有損於螺桿中的熔化能力，因為材料在切割擠壓機中未得到充分加熱。這對 於碾磨物料尤為關鍵，因為碾磨物料相比於薄膜相對較厚且更重，顆粒也應在內部加熱。
如果現在調轉螺桿轉向，螺桿就不再自動地被填充，因而需要工具將材料輸入到螺桿的上部區域中。由此也可以把足夠的能量引入到材料中，以便於以後可能發生的熔化。這進一步導致提高生產能力以及改善品質，因為通過不怎麼冷的顆粒能減小螺桿中的剪切程度，這同樣有助於改善MFI值。
較佳地，兩個螺桿具有相同的直徑。
根據本發明一種較佳的實施例，把輸送機設置在容器上，相對於混合及/或破碎工具之徑向最外面的點朝向旋轉圓(Flugkreis)切線方向，或者相對於在開口處朝向掠過的塑膠材料切線方向，且朝向垂直於容器的半徑，並指向混合及/或破碎工具的旋轉或移動方向的方向向量(旋轉方向的方向向量)，和輸送機的輸送方向的方向向量的內積，在開口的任何單點或整個區域中，或者在沿徑向直接處於開口之前的任何單點或整個區域中，為零或者為負。沿徑向直接處於開口之前的區域被規定為開口之前使得材料在剛剛穿過開口之前但尚未經過該開口時所在的區域。通過這種方式實現前述部分所述的優點，且有效地避免在餵料開口區域中出現由堵塞效應所引起的任何積聚形成物。這特別是也不取決於混合工具和螺桿相互間的空間佈置情況，例如，旋轉軸線不必朝向垂直於輸送機或螺桿的底面或縱軸線。所述旋轉方向的方向向量和輸送方向的方向向量位於一個較佳水平的平面上，或者位於一個朝向垂直於旋轉軸線的平面上。
根據另一較佳的設計，混合及/或破碎工具的旋轉方向的方向向量與輸送機的輸送方向的方向向量夾成大於或等於90°且小於或等於180°的角度，其中，該角度在兩個方向向量的相交點在相對於旋轉或移動方向位於上游的開口邊緣上來測得，特別是在該邊緣或開口之處於上游的最遠點來測得。由此規定一角度範圍，輸送機必須在該角度範圍內設置在容器上，以便實現有利的效果。在這裏，在開口的整個區域中，或者在開口的任一單點處，作用到材料上的力會出現朝向至少略微相逆，或者在極端情況下出現使壓力朝向中和的橫向。混合工具和螺桿的方向向量的內積在開口的任何點都不是正的，因而在開口的部分區域中沒有一次會出現過大的填塞 效應。
本發明的另一較佳的實施例是，旋轉或移動方向的方向向量與輸送方向的方向向量夾成介於170°和180°之間的角度，這是在開口中心於兩個方向向量的相交點來測得。例如當輸送機切線方向地設置在切割擠壓機上時，這種佈置方式是適宜的。
為了確保不會出現過大的填塞效應，較佳的實施例是，縱軸線相距半徑的距離或偏移量大於或等於輸送機或螺桿的殼體的內直徑的一半。
在此還可以有更好的實施例是，縱軸線相距半徑的距離或偏移量大於等於容納容器的半徑的7%，更佳大於等於其20%。對於具有延長的餵料區域或槽式套筒(Nutenbuchse)或展寬的料箱(Tasche)的輸送機有利的是，該距離或該偏移量可以大於或等於容納容器的半徑。這特別適用於如下情況：輸送機切線方向地與容納容器連接，或者相對於容器的橫截面切線方向地伸展。
這裏特別有利的是，輸送機或螺桿的縱軸線，或者最靠近餵料開口的螺桿的縱軸線，或者殼體內壁，或者螺桿成組地相對於容器側壁內面切線方向地伸展，其中，最好使得螺桿的一端與驅動機構連接，而其相對的一端則朝向設置在殼體端部上的輸出開口，特別是朝向擠出機端頭輸送。
針對徑向偏移地但並非切線方向地設置之輸送機的較佳實施例，輸送機的縱軸線之虛擬的延長段與輸送方向相逆地至少逐段地作為割線穿過容器的內腔。
較佳的一實施例，開口直接與餵料開口連接，而無例如輸送機螺桿之較長的間距或過渡路段。由此可以有效地謹慎地傳送材料。
在容器中環繞之混合及/或破碎工具的旋轉方向的逆反在任何情況下都不能僅隨意地進行或者出於疏忽而進行，混合工具-無論對於已知的裝置還是對於本發明的裝置-不能直接反向旋轉，這尤其是因為混合及/或破碎工具按某種方式非對稱地或者方向旋轉地佈置，使得它僅在唯一的一側或者在一個方向上起作用。如果有意地使這種機組沿錯誤的方向旋轉，就會既不能形成良好的混合漩渦，又不能充分地破碎或加熱材料。因而每個切割擠壓機都有其固定設定之混合及/或破碎工具的旋轉方向。
相關地特別較佳的實施例，相比於在旋轉或移動方向上位於後面或下 游的區域，混合及/或破碎工具之作用到塑膠材料上的指向旋轉或移動方向之前面的區域或前邊緣係不同地構造、彎曲、調整或佈置。
一種較佳的設置方式實施例，在混合及/或破碎工具上設置有工具和/或刀具，其在旋轉或移動方向上加熱地、破碎地和/或切割地作用到塑膠材料上。所述工具和/或刀具可以直接固定在軸上，或設置在特別是平行於底面佈置之可轉動的工具架或架盤上，或者設置在其中，或者必要時一體地成型於其上。
原則上，所述效果不僅對於擠壓性擠出機或凝聚器至關重要，而且對於非擠壓性或擠壓性小的輸送機螺桿也至關重要。這裏也能避免局部的過度餵給。
按照另一特別較佳的設計，容器基本上為柱形，其具有平面的底面和相對於該底面方向豎直的柱殼形的側壁。此外在構造上簡單的是，旋轉軸線與容器中央的中軸線重合。在另一較佳的設計中，容器的旋轉軸線或中央的中軸線豎直地朝向和/或垂直於底面。通過這種特殊的造型優化了餵料特性，且裝置的構造穩固而簡單。
相關地也較佳的實施例，混合及/或破碎工具，或者，如果設置有多個上下佈置的混合及/或破碎工具，則最下面之最靠近底部的混合及/或破碎工具，以及開口相距底面較短距離地佈置，特別是佈置在容器的高度的最下面四分之一的區域中。該距離是規定好的，且在容器的邊緣區域中從開口或餵料開口的最下面的邊緣到容器底部來測得。由於頂角邊緣往往為倒圓設計，所以該距離從開口的最下面的邊緣沿著側壁之虛擬的延長段向下，直到容器底部之虛擬的延長段向外來測得。所述距離很適宜為10-400mm。
此外對於加工有利的是，混合及/或破碎工具在徑向上處於最外面的邊緣一直伸展至緊靠側壁。
容器並非必須具有圓柱形狀，儘管這種形狀出於實際和製造技術的原因是有利的。不同於圓柱形狀的容器，例如截錐形的容器或者帶有橢圓形輪廓的柱形容器，必須換算成與圓柱形容器相等的容積，假設這種虛擬容器的高度等於其直徑。容器高度在此明顯高於所產生的混合漩渦(考慮到安全距離)，所述容器高度保持不予考慮，因為不會用到所述過高的容器高度，因而不再對材料加工有影響。
前述的術語“輸送機”係指帶有非擠壓性或去擠壓性的螺桿，即純輸送機螺桿的設備，又指帶有擠壓性螺桿，即擠出機螺桿之具有積聚效果或塑化效果的設備。
在本文中，前述的“擠出機”或“擠出機螺桿”係指用來使得材料完全地或者部分地熔化的擠出機或螺桿，又指用來使得軟化的材料僅僅積聚卻不熔化的擠出機。對於積聚式螺桿而言，材料僅僅短暫地被強烈擠壓和剪切，但並不塑化。積聚式螺桿因而在其輸出端提供了未完全熔化的材料，而是由僅在其表面上熔化的顆粒構成所述材料，這些顆粒彷彿燒結一樣熔結在一起。但在兩種情況下都通過螺桿對材料施加壓力並將該材料擠壓。
無論容器還是螺桿或者混合工具，在附圖中都不是尺寸精準的，其相互間的比例也不是尺寸精準的。因而與這裏所示的情況相比，實際上容器通常比較大或者螺桿比較長。
在第1圖和第2圖中從不同的位置示出的切割擠壓機-擠出機組合，在其結構上非常類似，因而在下面共同地予以介紹。它們的主要區別在於多個螺桿6相互間的佈置方式，稍後將對此予以詳述。
在第1圖和第2圖中示出之較佳用於製備或回收塑膠材料的切割擠壓機-擠出機組合，分別具有圓柱形容器1或切割擠壓機或粉碎機，其具有平面的水平的底面2和與該底面方向垂直、豎直的柱殼形的側壁9。
從底面2到側壁9的最上面的邊緣測量，在相距底面2不遠處，最大約為側壁9高度的10-20%，必要時比這還小，設置有與底面2方向平行、平面的架盤13或工具架，該架盤/工具架可圍繞中央的旋轉軸線10沿著用箭頭標出的旋轉或移動方向12旋轉，該旋轉軸線同時是容器1的中央的中心軸線。架盤13通過電動機21來驅動，該電動機位於容器1的下方。在架盤13的頂面上設置有多個刀具14，例如切割刀具，它們與架盤13一起形成混合及/或破碎工具3。
如圖中示意性地示出，刀具14在架盤13上並非對稱地佈置，而是在其指向旋轉或移動方向12的前邊緣22上經過特殊構造、調整或佈置，以 便能夠在機械上特定地作用到塑膠材料上。混合及/或破碎工具3之沿徑向處於最外面的邊緣在相對靠近處，大致在容器1的半徑11的5%處，一直伸展到側壁9的內表面。
容器1在上面具有填充開口，要處理的物料，例如由塑膠構成的部分，例如借助輸送機構沿箭頭方向經由該填充開口被拋入。替代地可以規定，容器1封閉，且至少可抽空成工業真空，其中材料通過拋料系統被引入。物料被環繞的混合及/或破碎工具3獲取，並以混合漩渦的形式渦旋向上，其中物料沿著豎直的側壁9上升，且近乎在有效的容器高度H的區域中在重力作用下向內並向下回落到容器中心的區域中。容器1的有效高度H近乎等於其內直徑D。因而在容器1中形成混合漩渦30，其中材料既從上向下渦旋，又沿旋轉方向12渦旋。這種裝置因而可以基於對混合及/或破碎工具3或刀具14的特殊設置而僅以預定的旋轉或移動方向12工作，且旋轉方向12不能直接地或不能在未做附加改變的情況下發生轉向。
引入的塑膠材料被環繞的混合及/或破碎工具3破碎、混合，且在這種情況下通過引入的機械的摩擦能量而變熱和變軟，但並未熔化。在容器1中經過一定的停留時間之後，均勻化地變軟成黏稠但未熔化的材料經由開口8從容器1中引出，引入到雙螺桿輸送/擠出機5的餵料區域中，並在那裏被螺桿6獲取，且經過後續熔化，所述材料將在下面予以詳述。
在當前情況下唯一的混合及/或破碎工具3的高度上，在容器1的側壁9中開設有開口8，預處理後的塑膠材料可經由該開口從容器1的內部引出。所述材料傳遞至切線方向地設置在容器1上的雙螺桿輸送/擠出機5，其中，輸送/擠出機5的殼體16具有位於其外殼壁上用於等待被螺桿6獲取材料的餵料開口80。這種實施方式具有如下優點：螺桿6能從在圖面中位於下面的端部7起受僅示意性地示出的驅動機構驅動，使得螺桿6在圖面中位於上面的端部能保持離開驅動機構。這可以實現把用於被螺桿6輸送之塑化的或者凝聚成塊的塑膠材料的輸出開口設置在該上面的端部上，該端部的形式例如為未示出的擠出機端頭。塑膠材料因而可以在不轉向的情況下被螺桿6輸送經過輸出開口，這在根據第3圖和第4圖的實施方式中不能直接實現。
餵料開口80與開口8處於材料輸送或傳遞連接，在當前情況下直接地 無較長中間段或間距地與開口8連接。僅設置有一個很短的傳遞區域。
在殼體16中安置有兩個擠壓式的柱形螺桿6，它們均可圍繞其縱軸線15旋轉。這些螺桿也可以替代地為錐形，如第2圖中所示。輸送/擠出機5沿箭頭的輸送方向17輸送材料。輸送/擠出機5是本已公知之傳統的雙螺桿擠出機，其中，變軟的塑膠材料被擠壓，進而熔化，熔化物然後在相對側在擠出機端頭處輸出。
在根據第1圖的實施方式中，兩個螺桿6豎直地上下佈置，而在根據第2圖的實施方式中，兩個螺桿6水平地並排佈置。
兩個螺桿6在相反的方向上旋轉，即相逆地旋轉。
混合及/或破碎工具3或刀具14位於與第1圖中最下面的螺桿6或相鄰於餵料開口80的螺桿6的中央縱軸線15幾乎相同的高度或平面上。刀具14最外面的端部與這些螺桿6的接條相距足夠距離。
在根據第1圖和第2圖的實施方式中，輸送/擠出機5如所述那樣切線方向地與容器1連接，或者相對於其橫截面切線方向地伸展。下面的或者相鄰於餵料開口80的螺桿6的中央縱軸線15之與輸送/擠出機5的輸送方向17相逆地向後延長的虛擬的延長段在這些附圖中在旋轉軸線10的附近經過，而不與該旋轉軸線相交。螺桿6的縱軸線15在流出側相對於容器1的半徑11偏移一段距離18，這些半徑平行於縱軸線15，且從混合及/或破碎工具3的旋轉軸線10沿輸送/擠出機5的輸送方向17朝向外面。在當前情況下，縱軸線15向後延長的虛擬的延長段並不穿過容器1的內腔，而是緊靠其旁邊經過。
距離18略大於容器1的半徑。輸送/擠出機5因而略微向外偏移，或者餵料區域稍微下沉。
前述之術語“反向相反地”、“略微”或“相逆地”在此係指向量相互間之非銳角的方向，這將在下面予以詳述。
換句話說，旋轉方向12的方向向量19和輸送/擠出機5的輸送方向17的方向向量的內積在開口8的任何單點或者在沿徑向直接處於開口8之前的區域中為零或者為負，卻無一處為正，方向向量19相對於混合及/或破碎工具3之最外面的點朝向旋轉圓切線方向，或者相對於在開口8處朝向掠過的塑膠材料切線方向，並指向混合及/或破碎工具3的旋轉方向12或移動 方向，方向向量17在平行於螺桿6的中央縱軸線15的輸送方向上延伸。
就第1圖和第2圖中的餵料開口而言，旋轉方向12的方向向量19和輸送方向17的方向向量的內積在開口8的任一點均為負。
在開口8之處於旋轉方向12上游的極限點(最遠點)20處測量，或者在開口8之處於上游的最遠的邊緣處測量，輸送方向17的方向向量與旋轉方向12的方向向量19之間的角度α幾乎最大約為170°。
沿著第2圖的開口8向下走，即沿著旋轉方向12行進，兩個方向向量之間的鈍角越來越大。在開口8的中心，這些方向向量之間的角度約為180°，內積最大為負，在其下面更遠處，該角度甚至大於180°，內積又略微減小，但始終保持為負。但該角度不再稱為角度α，因為它並非在點20處來測得。
在第2圖中未示出之在開口8的中心或中央所測得在旋轉方向的方向向量19和輸送方向17的方向向量之間的角度β約為178°-180°。
根據第2圖的裝置表示第一種極端情況或極限值。按照這種設置方式，能實現特別謹慎的填塞效果或者特別較佳的餵料，這種裝置尤其對於在熔化區域附近被處理的敏感的材料或者對於長條形物料係有利的。
第3圖和第4圖僅用於表示擠出機在工具的旋轉方向上的連接可行方式。L、B和A的值未示出。
第3圖中示出了一種替代的實施方式，據此，輸送/擠出機5的兩個豎直上下佈置彼此相逆的螺桿6並非切線方向地而是以其端部7與容器1連接。輸送/擠出機5的螺桿6和殼體16在開口8的區域中適當配置於容器1的內壁輪廓，且齊平地向後偏移。輸送/擠出機5或螺桿6的任何部分均不穿過開口8伸入到容器1的內腔中。
距離18在此約為容器1的半徑11的5-10%，且大致等於殼體16的內直徑d的一半。該實施方式因而表示了第二種極端情況或極限值，其偏移程度或距離18盡可能小，其中，混合及/或破碎工具3的旋轉或移動方向12至少略微地與輸送/擠出機5的輸送方向17相反，更確切地說，在開口8的整個面上相反。
在第3圖中，內積在處於上游最遠的極限值點20處恰好為零，該點位於開口8之處於上游最遠處的邊緣上。在第3圖的極限點20處測量，輸送 方向17的方向向量與旋轉方向12的方向向量19之間的角度α恰好為90°。沿著開口8向下走，即沿著旋轉方向12行進，這些方向向量之間的角度越來越大，變成一個大於90°的鈍角，同時，內積為負。但內積在任何點或者在開口8的任何區域均不為正，或者所述角度小於90°。由此在開口8的部分區域中沒有一次會發生局部的過度餵料，或者說，在開口8的任何區域都不會出現有害的過大的填塞效應。
這也是與純徑向的設置方式相比的決定性區別，因為在完全徑向地設置輸送/擠出機5的情況下，在極限點20處或者在邊緣20’上存在著小於90°的角度α，且開口8的一些區域會有正的內積，這些區域在圖面中位於半徑11的上方或者位於其上游或進入側。因而有可能在這些區域中積聚局部熔化的塑膠物料。
第4圖中示出了另一種替代的實施方式，據此，相比於第3圖，具有兩個豎直上下佈置彼此相逆的螺桿6的輸送/擠出機5在流出側稍遠地偏移，但並不像第1圖和第2圖中那樣切線方向地偏移。在當前情況下，如同第3圖一樣，螺桿6的縱軸線15的向下延長的虛擬延長段割線式地穿過容器1的內腔。這導致-在容器1的圓周方向上測量-開口8比根據第3圖的實施方式寬。距離18也相應地比第3圖的情況大，但略小於半徑11。在極限點20處所測得的角度α約為150°，由此使得填塞效果相比於第3圖的裝置有所減小，這對於某些敏感的聚合物有利。殼體16從容器1觀察位於右邊的內邊緣或內壁切線方向地與容器1連接，由此並不形成鈍滯的(stumpf)過渡邊，這與第3圖不同。在開口8的朝向下游的該點處，在第4圖中完全是在左邊，所述角度約為180°。
1‧‧‧容器
2‧‧‧底面
3‧‧‧混合及/或破碎工具
5‧‧‧輸送/擠出機
6‧‧‧螺桿
7‧‧‧端部
8‧‧‧開口
9‧‧‧側壁
10‧‧‧旋轉軸線
11‧‧‧容器半徑
12‧‧‧旋轉方向
13‧‧‧架盤/工具架
14‧‧‧切割刀具
15‧‧‧縱軸線
16‧‧‧殼體
17‧‧‧輸送方向
18‧‧‧距離
19‧‧‧旋轉方向的方向向量
20‧‧‧極限點
21‧‧‧電動機
22‧‧‧前邊緣
30‧‧‧混合漩渦
80‧‧‧餵料開口
本發明的其他特徵和優點可由對本發明主題之不應做限制性的理解的如下實施例的說明來得到，這些實施例在附圖中示意性地、並非精準地被示出：第1圖為本發明裝置之直立的剖視圖，其具有大致切線方向地連接的輸送/擠出機，該輸送/擠出機具有上下佈置的多個螺桿；第2圖為一種替代的實施方式的水平剖視圖，其具有大致切線方向地 連接的輸送/擠出機，該輸送/擠出機具有並排地佈置之錐形的多個螺桿；第3圖為另一實施方式，其中輸送/擠出機的偏移最小；以及第4圖為另一實施方式，其中輸送/擠出機的偏移最大。
3‧‧‧混合及/或破碎工具
6‧‧‧螺桿
7‧‧‧端部
8‧‧‧開口
9‧‧‧側壁
10‧‧‧旋轉軸線
11‧‧‧容器半徑
12‧‧‧旋轉方向
14‧‧‧切割刀具
15‧‧‧縱軸線
16‧‧‧殼體
17‧‧‧輸送方向
18‧‧‧距離
19‧‧‧旋轉方向的方向向量
20‧‧‧極限點
22‧‧‧前邊緣

Claims (20)

  1. 一種用於製備塑膠材料的裝置，具有用於待加工的材料的容器(1)，其中，在該容器(1)內設置有至少一個可圍繞旋轉軸線(10)轉動之環繞的混合及/或破碎工具(3)，用於混合、加熱和必要時破碎塑膠材料；其中，在該容器(1)的側壁(9)上，在所述或最靠近底部最下面的混合及/或破碎工具(3)的高度的區域內，設置有開口(8)，經預處理的塑膠材料可經由該開口從容器(1)的內部引出；其中，設置有至少一個用於容納經預處理的材料的多螺桿輸送/擠出機(5)，其具有至少兩個在殼體(16)內旋轉的、能輸送的、特別是能塑化的或者能積聚的螺桿(6)；其中，該殼體(16)具有位於其端部(7)或其外殼壁上用於等待被螺桿(6)獲取的材料的餵料開口(80)，且該餵料開口(80)與所述開口(8)連接，其特徵在於：該輸送/擠出機(5)的或者最靠近餵料開口(80)的螺桿(6)的中央縱軸線(15)之虛擬的延長段與輸送/擠出機(5)的輸送方向(17)相逆地在該旋轉軸線(10)旁邊經過，而不與該旋轉軸線相交，其中，該輸送/擠出機(5)的或者最靠近餵料開口(80)的螺桿(6)的縱軸線(15)，在流出側或者在混合及/或破碎工具(3)的旋轉或移動方向(12)上，相對於容器(1)的一些半徑(11)偏移一段距離(18)，這些半徑平行於縱軸線(15)，並在輸送/擠出機(5)的輸送方向(17)上從混合及/或破碎工具(3)的旋轉軸線(10)朝向外面，該最靠近餵料開口(80)的兩個螺桿(6)彼此相逆。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，恰好設置有兩個螺桿(6)，或者把輸送/擠出機(5)設成相逆的雙螺桿輸送機。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，該等螺桿(6)為柱形結構，且相互平行，或者把輸送/擠出機(5)設成平行的雙螺桿輸送機。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置， 其中，該等螺桿(6)為錐形結構，或者把輸送/擠出機(5)設成錐形雙螺桿輸送機。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，該等螺桿(6)之一比其餘螺桿長。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，該等螺桿(6)至少在餵料開口(80)的區域中緊密貼合或者相切。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，該等螺桿(6)的橫截面豎直地上下佈置，該等螺桿(6)在餵料開口(80)的鄰近區域中特別是關於餵料開口(80)的中心對稱地佈置，且相距餵料開口(80)的平面一樣遠。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，該等螺桿(6)的橫截面傾斜地上下佈置，或者水平地並排佈置，僅把最靠近餵料開口(80)的螺桿(6)設置在餵料開口(80)的鄰近區域中。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，從螺桿(6)的靠近入口或容器的起始部觀察，或者從餵料開口(80)觀察，最靠近餵料開口(80)的或者最下面的螺桿(6)在朝向端部或者朝向輸送/擠出機(5)的輸出開口的方向上逆時針地旋轉。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，針對與容器(1)連接的輸送/擠出機(5)而言，由旋轉方向(12)的方向向量和輸送/擠出機(5)的輸送方向(17)的方向向量構成的內積，在開口(8)的任何單點或整個區域中，或者在沿徑向直接處於開口(8)之前的任何單點或整個區域中，為零或者為負，旋轉方向的方向向量相對於混合及/或破碎工具(3)之徑向最外面的點朝向旋轉圓切線方向，或者相對於在開口(8)處朝向掠過的塑膠材料切線方向，且朝向垂直於容器(1) 的半徑(11)，並指向混合及/或破碎工具(3)的旋轉或移動方向(12)。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項任一項所述的裝置，其中，混合及/或破碎工具(3)之徑向最外面的點的旋轉方向的方向向量(19)與輸送/擠出機(5)的輸送方向(17)的方向向量夾成大於或等於90°且小於或等於180°的角度(α)，其中，該角度在兩個方向向量(17、19)的相交點在開口(8)的相對於混合及/或破碎工具(3)的旋轉或移動方向(12)位於上游的輸入側的邊緣上來測得，特別是在該邊緣或開口(8)的處於上游的最遠點(20)來測得。
  12. 如申請專利範圍第1項至第11項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，旋轉方向(12)或移動方向的方向向量(19)與輸送/擠出機(5)的輸送方向(17)的方向向量夾角介於170°和180°之間的角度(β)，這是在開口(8)的中心在兩個方向向量(17、19)的相交點來測得。
  13. 如申請專利範圍第1項至第12項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，距離(18)大於或等於輸送/擠出機(5)或螺桿(6)的殼體(16)的內直徑的一半，和/或大於等於容器(1)的半徑的7%，較佳為20%，或者距離(18)大於或等於容器(1)的半徑。
  14. 如申請專利範圍第1項至第13項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，輸送/擠出機(5)的縱軸線(15)之虛擬的延長段與輸送方向相逆地按照割線的方式相對於容器(1)的橫截面佈置，且至少逐段地穿過容器(1)的內腔。
  15. 如申請專利範圍第1項至第14項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，輸送/擠出機(5)切線方向地與容器(1)連接，或者相對於容器(1)的橫截面切線方向地伸展，輸送/擠出機(5)或螺桿(6)的縱軸線(15)或者最靠近餵料開口(80)的螺桿(6)的縱軸線或者殼體(16)的內壁或者螺桿(6)成組地相對於容器(1)的側壁(9)的內面切線方向地 伸展，其中，較佳使得螺桿(6)的一端(7)與驅動機構連接，而其相對的一端則朝向設置在殼體(16)端部上的輸出開口特別是朝向擠出機端頭輸送。
  16. 如申請專利範圍第1項至第15項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，開口(8)直接地與餵料開口(80)連接，而無明顯的間距，特別是無過渡路段或輸送/擠出機螺桿。
  17. 如申請專利範圍第1項至第16項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，混合及/或破碎工具(3)包括工具和/或刀具(14)，其在旋轉方向(12)或移動方向上破碎地、切割地和加熱地作用到塑膠材料上，其中，所述工具和/或刀具(14)構造在或設置在特別是平行於底面(12)佈置之可轉動的工具架(13)，特別是架盤(13)上。
  18. 如申請專利範圍第1項至第17項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，相比於在旋轉方向(12)或移動方向上位於後面或下游的區域，混合及/或破碎工具(3)或刀具(14)之作用到塑膠材料上指向旋轉方向(12)或移動方向的前面的區域或前邊緣(22)係不同地構造、調整、彎曲和/或佈置。
  19. 如申請專利範圍第1項至第18項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，容器(1)基本上為圓柱形，其具有：平面的底面(2)和相對於該底面豎直方向的柱殼形的側壁(9)；和/或，混合及/或破碎工具(3)的旋轉軸線(10)與容器(1)的中央的中軸線重合；和/或，旋轉軸線(12)或中央的中軸線豎直地朝向和/或垂直於底面(2)。
  20. 如申請專利範圍第1項至第19項任一項所述之用於製備塑膠材料的裝置，其中，最下面的工具架(13)或者最下面的混合及/或破碎工具(3)和/或開口(8)相距底面(2)較短距離地佈置在底部附近，特別是佈置在容器(1)高度的最下面四分之一的區域中，最佳是相距底面(2)10mm-400mm 的距離佈置。
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