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JP2000190380A - 双軸押し出し機 - Google Patents

双軸押し出し機

Info

Publication number
JP2000190380A
JP2000190380A JP11365602A JP36560299A JP2000190380A JP 2000190380 A JP2000190380 A JP 2000190380A JP 11365602 A JP11365602 A JP 11365602A JP 36560299 A JP36560299 A JP 36560299A JP 2000190380 A JP2000190380 A JP 2000190380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
screw extruder
twin
kneading
kneading disks
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11365602A
Other languages
English (en)
Inventor
Burkhard Ulrich
ブルクハルト ウルリヒ
Buairihi Gerhard
ヴァイリヒ ゲルハルト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krupp Werner and Pfleiderer GmbH
Original Assignee
Krupp Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krupp Werner and Pfleiderer GmbH filed Critical Krupp Werner and Pfleiderer GmbH
Publication of JP2000190380A publication Critical patent/JP2000190380A/ja
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 最小限のエネルギー入力と高い滞留時間が与
えられ、混合されるべき材料全体を完全に分配混合して
同時にケーシング壁を全体として拭き取ることができる
一般的タイプの双軸押し出し機を提供する。 【解決手段】 互いに間隔Ａだけ隔たった回転軸線２
０，２１まわりに同じ回転方向１８，１９に回転駆動す
る２本のシャフト２２，２３と；当該シャフトに取り付
けられ夫々の回転軸線に平行に延在する表面線２７，２
８を有するシングルフライトの混練円板２５，２６とを
有する。上記混練円板は回転軸線に対し垂直な横断面
で、夫々の回転軸線まわりに円弧として形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、請求項１の前提
部分に係る双軸押し出し機（ツインスクリュー押し出し
成形機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】シング
ル羽根（フライト）型混練円板がＤＥ ８１３１５４ Ｂ
から公知である。このような円板は、９０°より大きな
頂頭角を有し、これに関して比較的重要な横断面表面を
有する。当該混練円板はケーシング並びに自身をふき払
う。これら公知の混練円板配置では、混練円板を収容す
る押し出し機の作動方向に又は当該方向に抗して処理材
料の総合的な搬送が起こらない。このタイプの混練円板
による混合作用は低い。同様のことが混練作用に対して
も変わらない。更に、同じく自由横断面表面も確定さ
れ、それ故に処理されるべき材料の、押し出し機の縦断
面範囲での平均滞留時間（ドエルタイム）が確定され
る。
【０００３】（米国特許出願第０８／２９２８７６号に
対応する）ＤＥ ４３２９６１２ Ａは、スクリュータイ
プの押し出し機械のためのスクリュー要素を教示する。
当該スクリュー要素は螺旋形で、変動ピッチ方向を有す
る。縦混合が反対方向でのねじりによって得られる一
方、横断混合はフランク弧の伸長ウェッジによって達成
される。この横断フローは典型的な連続剪断フローであ
り、主として分散的な混合作動である。当該フローを幾
つかの部分フローに分ける場合、その再循環やオフセッ
トの組み合わせは起こらず、分配混合が最適でない理由
である。
【０００４】ＤＥ ４３３８７９５ Ｃは、可塑性を与え
られるべき塊のための連続的に動く多軸スクリュー押し
出し装置を開示する。２本のきっちりと互いに噛み合う
搬送スクリューと堰止め要素の間に、前方に搬送するス
クリューが備えられ、これに隣接して後方に搬送するス
クリューが備えられる。上記スクリューが中央間隔の半
分に対応する径を有するので、ケーシングの壁が擦り落
とされないという欠点がある。これは、処理されるべき
材料がケーシング壁にくっつくことを防ぐことができな
い。ケーシング壁が拭き取られないので、これによって
熱伝達が非常に悪くなる。ケーシング壁と製品の間で温
度差が大きい場合、これによって、処理されるべき材料
に更にマイナスに影響する温度の重大な不均等性とな
る。
【０００５】本発明の課題は、最小限のエネルギー入力
と高い滞留時間が与えられ、混合されるべき材料全体が
完全に分配して混合され同時にケーシング壁が全体とし
て拭き取られるような、一般的タイプの双軸押し出し機
を改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の特
徴部分によって達成される。本発明の骨子は、非常に小
さな頂頭角を備えた複数の柱体状混練円板、言い換えれ
ば、夫々の軸線に平行に延びる表面線を有した複数の混
練円板を備えることにある。これはエネルギー入力を減
らし、全体積の混合を得るのに役立つ。更にケーシング
孔の壁の完全なる擦り落とすことが保証され、言い換え
れば、くっつくことがなく、良好な熱伝達が保証され
る。混練円板のフランク（側面）に沿ったウェッジ流れ
は減少した混合の中立域が起こることを防ぐ。混練円板
の相互噛み合い作用は処理されるべき材料の激しい混合
を保証する。混練円板は少なくとも部分的に互いを拭き
取る。ケーシング孔の一定の径を与えられると、処理さ
れるべき材料に有効な自由横断面範囲が増加し、その結
果として、スループット（処理量）が高められ得る。
【０００７】請求項９に係る押し出し機は、滞留時間を
顕著に増加する戻り搬送が達成される利点を有する。請
求項１０に係る配置は、特に激しい混合が循環する搬送
によって達成される利点を有する。
【０００８】本発明の更に有利な実施態様は従属請求項
から明らかとなろう。本発明の追加的な利点と特徴は図
面に関連した例示的な実施形態の以下の記載から明らか
となろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】双軸押し出し機１は、駆動モータ
３、当該モータに入力側でつながった歯車装置４、及び
当該装置につながったケーシング５を備えて構成され
る。これらの全ては作業方向２において相前後して配置
されている。ケーシング５は、作業方向２において配設
され互いにつながった幾つかのケーシング部分６，７，
８，９，１０でなる。処理されるべき材料の供給のため
の入口ホッパー１１がケーシング部分６に備えられる。
押し出し機１の前述のパーツは土台上でこれにつながっ
た支柱１２によって支持される。入口ホッパー１１の上
方に、計量装置１４が例えばプラスチックペレット又は
パウダーの入口ホッパー１１への計量された追加のため
に備えられる。作業方向２での下流端部にあたるケーシ
ング部分１０の端部に、押し出し機１で処理された材料
の排出のための排出開口１５が備えられる。
【００１０】ケーシング５は、互いに平行な２つの部分
的に交差するケーシング孔１６，１７を有する。２本の
シャフト２２，２３（輪郭的にのみ概略される）がケー
シング孔１６，１７に備えられ、回転軸線２０，２１回
りで同じ回転方向１８，１９に回転駆動可能で、歯車装
置４のパワー取り出し側につながっている。相互噛み合
いスクリュー２４や混練円板２５，２６のような種々の
処理要素が、それらの機能に応じて選択され作業方向２
に連続して配設されて、シャフト２２，２３に非回転に
備えられている。
【００１１】以下に図２に関して混練円板２５，２６を
詳細に記載する。混練円板２５，２６は、回転軸線２
０，２１に平行な表面線２７，２８並びにシャフト２
２，２３の収容のための中枢凹部２９，３０を有する。
回転軸線２０，２１に対し垂直な横断面描写において、
混練円板２５，２６は頂頭３１、底部３２及びこれらに
連結した２つのフランク３３を有する。頂頭３１は夫々
回転軸線２０，２１回りの円切片として形成され、頂頭
角ｂと半径ＲＡを有する。底部３２は夫々回転軸線２
０，２１回りの円切片として形成され、底部角度ｇと半
径ＲＩを有し、ＲＡ＞ＲＩが当てはまる。フランク３３
は円切片として中点Ｍまわりに中心角度ｄを有して形成
される。中点Ｍは混練円板２５の右側フランク３３に対
して図２に示される。中点Ｍは、長さＲＡ＋ＲＩだけ夫
々の回転軸線２０，２１を越えて底部３２の端部３４の
延長に起因する。その結果として、フランク３３を構成
する円切片の半径はＲＡ＋ＲＩである。それ故、混練円
板２５，２６は実質的に卵形の横断面を有する。角度ｂ
Ｅはこれまで導入された変数を用いて定義可能である：
ｂ Ｅ＝１８０°−２＊アークコサイン｛０．５＊［１＋
１／（ＲＡ／ＲＩ）｝。回転軸線２０，２１は僅かにＲ
Ａ＋ＲＩを上回る相互間隔Ａを有する。
【００１２】ケーシング孔１６，１７は２＊ＲＡ＋２＊
ＳＲＡの径を有し、その際、ＳＲＡは頂頭３１とケーシ
ング壁３５の間の放射状の遊びである。ケーシング孔１
６，１７は、間隔Ａ＝ＲＡ＋ＲＩ＋ＳＡで配設され、そ
の際、ＳＡは中心遊びに対する中心でである。その結果
として、ケーシング孔１６，１７は重複し、横断面にお
いて数字の「８」状の形態を有する。
【００１３】混練円板２５，２６が互いを剥がす遊びに
加えて、放射状の遊び（半径方向の遊び）ＳＲＡも重要
である。プロセス実行の多くの対象乃至目的のために、
放射状の遊びＳＲＡは作業プロセスに適用されなければ
ならず、これは色々なやり方で得ることができる。混練
円板２５，２６の定常的な形態が与えられる場合、ケー
シング孔１６、１７の径は対応して増加する。代替的
に、混練円板２５，２６の半径ＲＡが減少可能な一方
で、ケーシング孔１６，１７の径は一定なままである。
なお別の代替において、半径ＲＡが減少可能で半径ＲＩ
が対応して増加可能な一方、ケーシング孔１６，１７の
径は同じままである。結果は小さめの比率Ｒ Ａ／ＲＩで
ある。この小さめの半径比は、混練円板２５，２６のフ
ランク３３と壁３５の間で小さめの角度、所謂ウェッジ
角を生じ、改善された伸長流れが展開可能で、好ましい
均質化効果を有する。代替的に、フランク３３と壁３５
の間で小さめのウェッジ角を有した小さめの放射状の遊
びＳＲＡは、混練円板２５，２６が図２で認められるよ
うに回転軸線２０，２１に対して偏心して配設される場
合に、得ることができる。混練円板２５，２６は、半径
ＲＡが対応して減少する一方でケーシング孔の径が一定
なままであるような代替においても偏心して配設可能で
ある。
【００１４】頂頭の角度に関しては、０°≦ｂ≦４５°
が当てはまり、特に３°≦ｂ≦２０°が、特に好適には
３°≦ｂ≦１０°が当てはまる。混練円板２５，２６は
回転軸線２０，２１を通り且つ夫々の頂頭３１の中心を
通り縦中央平面３７，３８に対して鏡面対称で形成され
る。混練円板２５，２６はシングル羽根であり、即ち、
ケーシング孔１６，１７内の混練円板２５，２６まわり
の空間は頂頭３１によって一度だけ分けられる。
【００１５】同じ横断面でシャフト２２，２３に配設さ
れた２つの混練円板２５，２６は１対の混練円板３９と
して表される。或る厚みの混練円板２５の同じ横断面に
おいて、他方のシャフトに半分の厚みの２つの混練円板
２６を配設することも可能である。同様に或る厚みの混
練円板２５の同じ横断面において、他方のシャフトにど
のような数の混練円板２６を、それら混練円板２６全て
の厚みの総計が混練円板２５の厚みを越えることなく且
つ転位角（歯先変更角度）ｚが容認可能な限界内にある
べきように、配設することが可能である。
【００１６】図３、４及び５は、イラストａ）、
ｂ）、．．．ｈ）のように回転軸線２０，２１まわりの
連続回転の間の１対の混練円板３９の変化する位置を示
す。第１のイラストａ）のみが参照番号を有する。縦中
央平面３７，３８によって囲まれた転位角がｚによって
示される。図３のケースでは、縦中央平面３７，３８が
互いに平行に偏在するので、ｚ＝０°である；図４では
ｚ＝４５°で図５ではｚ＝９０°である。転位角ｚは或
る範囲内で自由に選択され得る。１対の混練円板３９の
各混練円板２５、２６が回転に際して互いにブロックし
ないことが唯一の条件である。−（ｂＥ−ｂ）≦ｚ≦
（ｂＥ−ｂ）が当てはまる。図３、４及び５の個々のイ
ラストは、頂頭３１が常に壁３５全体に沿って動き、そ
れによって壁をクリーニングすることを示している。イ
ラストａ）、ｂ）、．．．ｈ）は更に、１対の混練円板
３９の各混練円板２５，２６がそれらの表面線２７，２
８の一部に沿って互いを拭き取っていることを示してい
る。拭き取り状況は例えば図３ｃ）と図３ｇ）に示され
る。拭き取りが行われない状況は例えば図３ａ）、３
ｂ）、３ｄ）、３ｅ）、３ｆ）、３ｈ）に示される。
【００１７】幾つかの混練円板２５，２６がシャフト２
２，２３に作業方向にて相前後して配設される。同じシ
ャフト２２，２３に互いに続く２つの混練円板２５，２
６の縦中央平面３７，３８によって囲まれた角度はオフ
セット角ｅとして指定される。角度ｅ＝１８０°、所謂
中立オフセット角の場合、押し出し機で動かされる材料
の作業方向２での或いはその逆向きでの連続する混練円
板２５，２６による全体にわたる搬送は起こらない。活
発な搬送、弱い又は増大した脱滞留(de-accumulation,
Abstau)はオフセット角ｅの選択によって実行可能であ
る。作業方向２で互いに連続する混練円板２５，２６が
回転方向１８，１９に対して反対に０°＜｜ｅ｜＜１８
０°のオフセット角だけオフセットされるならば、押し
出し機１で処理された材料の搬送は作業方向２に行われ
る。小さなオフセット角ｅが大きなオフセット角ｅより
も高い搬送効果を有する。回転方向１８，１９にて０°
＜｜ｅ｜＜１８０°のオフセット角が与えられると、搬
送は作業方向２に抗してなされる。図６は作業方向２に
て相前後して配設された４つの混練円板２５，２５’，
２５”，２５'''と２６，２６’，２６”，２６'''を示
す。回転軸線２０まわりに回転する混練円板２５，２
５’，２５”，２５'''は回転方向１８にてオフセット
角ｅ＝９０°だけ互いにオフセットされ、作業方向２に
抗する搬送が生じる。回転軸線２１まわりに回転する混
練円板２６，２６’，２６”，２６'''は回転方向１９
に対して反対にオフセット角ｅ＝９０°だけ互いにオフ
セットされ、作業方向２での搬送が生じる。混練円板の
そのような配置は処理された材料が前後搬送のために循
環するので溶融戻りステージ４０と称される。当然なが
ら、オフセット角ｅは、混練円板２５，２６が回転軸線
２０，２１まわりの回転に関し互いに妨害しないように
選択されなければならない。下記表に示された相互関係
は、起こりうるオフセット角ｅに当てはまり、シャフト
２２の混練円板２５，２５’，２５”，２５'''は回転
方向１８において規則正しくオフセットされ、他のシャ
フト２３の混練円板は回転方向１９に抗してオフセット
される。
【００１８】
【表１】
【００１９】結論として、両方のシャフト２２，２３の
混練円板２５，２６は両方の混練円板が同じ方向に搬送
するように、あるいは一方のシャフトの混練円板が下流
方向に搬送し他方のシャフトの混練円板が上流方向に搬
送するように配設可能であると言うことができる。この
ようにして、溶融物は一方のシャフトに関して上流方向
に戻され、縦の混合効果が著しく増加する。取り付けを
交替にすることも可能で、それによって、変化するオフ
セット角の混練円板が互いに交替に配設される。
【００２０】図７に示されるように、スクリュー２４並
びに混練円板２５，２６が互いに連続して配設可能であ
る。溶融物戻りステージ４０は密接して噛み合うスクリ
ュー２４の下流に配設され、作業方向２の方へ上流に向
かって、すなわちに、作業方向に対し逆向きに脱滞留長
さに影響を及ぼす公知のタイプの脱滞留ステージ４１に
引き続く。当該脱滞留ステージ４１は作業方向２での搬
送のための密接して噛み合うスクリュー２４に引き続
く。
【図面の簡単な説明】
【図１】双軸押し出し機の長手方向側面の概略図であ
る。
【図２】本発明に係る２本の混練円板を示した図１のII
-II線での押し出し機を通る横断面図である。
【図３】ａからｈまで転位角ｚ＝０°での時間経過で連
続する異なったモーメントでの図２に係る横断面図であ
る。
【図４】ａからｈまで転位角ｚ＝４５°での図３と同様
の図である。
【図５】ａからｈまで転位角＝９０°での図３と同様の
図である。
【図６】連続的にオフセットされるように配置された混
練円板を備えた図２と同様の図である。
【図７】図１のVII-VII線での押し出し機を通る部分的
な縦断面図である。
【符号の説明】
１ 双軸押し出し機 ５ ケーシング １６，１７ ケーシング孔 ２２，２３ シャフト ２５，２６ シングル羽根の混練円板
フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ヴァイリヒ ドイツ連邦共和国 デー・75428 イリン ゲン アインジードラーヴェーク ７

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）作業方向（２）を有するケーシング
    （５）と； ｂ）互いに平行な２つの部分的に交差するケーシング孔
    （１６，１７）と； ｃ）上記ケーシング孔（１６，１７）に配設され、互い
    に間隔Ａだけ隔たった回転軸線（２０，２１）まわりに
    同じ回転方向（１８，１９）に回転駆動する２本のシャ
    フト（２２，２３）と； ｄ）上記シャフト（２２，２３）に回転不能に取り付け
    られ夫々の回転軸線（２０，２１）に平行に延在する表
    面線（２７，２８）を有するシングルフライトの混練円
    板（２５，２６）とを備えて構成される双軸押し出し機
    （１）にして、上記混練円板（２５，２６）が回転軸線
    （２０，２１）に対し垂直な横断面で i）夫々の回転軸線（２０，２１）まわりに円弧として
    形成され頂頭角ｂと半径ＲＡを有した頂頭部（３１）
    と； ii）夫々の回転軸線（２０，２１）まわりに円弧として
    形成され底部角ｇと半径ＲＩを有した底部（３２）と； iii）上記頂頭部（３１）と底部（３２）につながる２
    つの側面（３３）と；を備えてなり、 iv）ＲＡ＞ＲＩでＡ≒ＲＡ＋ＲＩが当てはまるような双
    軸押し出し機において、 ｅ）頂頭角ｂに対し０°≦ｂ≦４５°が当てはまること
    を特徴とする双軸押し出し機。
  2. 【請求項２】 頂頭角ｂに対し３°≦ｂ≦２０°が当て
    はまることを特徴とする請求項１に記載の双軸押し出し
    機（１）。
  3. 【請求項３】 頂頭角ｂに対し３°≦ｂ≦１０°が当て
    はまることを特徴とする請求項１に記載の双軸押し出し
    機（１）。
  4. 【請求項４】 各混練円板（２５，２６）が、回転軸線
    （２０，２１）を通り且つ頂頭部（３１）の中心を通っ
    て延在する縦中央平面（３７，３８）に関して鏡面対称
    に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
    一項に記載の双軸押し出し機（１）。
  5. 【請求項５】 同じ横断面にて２本のシャフト（２２，
    ２３）に配設された２つの混練円板（２５，２６）が１
    対の混練円板（３９）を構成し、当該１対の混練円板
    （３９）の混練円板（２５，２６）の縦中央平面（３
    ７，３８）が転位角ｚを囲んで、混練円板（２５，２
    ６）が回転軸線（２０，２１）まわりの同じ方向での回
    転に関して互いに妨害しないことを特徴とする請求項４
    に記載の双軸押し出し機（１）。
  6. 【請求項６】 転位角ｚに−（ｂＥ−ｂ）≦ｚ≦＋（ｂ
    Ｅ−ｂ）が当てはまり、角度ｂＥが ｂＥ＝１８０°−２×cos−１｛０．５×［１＋１／
    （ＲＡ／ＲＩ）］｝ として定義されることを特徴とする請求項５に記載の双
    軸押し出し機（１）。
  7. 【請求項７】 シャフト（２２，２３）で作業方向
    （２）にて直接隣接する２つの混練円板（２５，２６）
    の縦中央平面（３７，３８）がオフセット角ｅを囲むこ
    とを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の双
    軸押し出し機（１）。
  8. 【請求項８】 少なくとも１本のシャフト（２２，２
    ３）の混練円板（２５，２６）が、作業方向（２）での
    搬送のための回転方向（１８，１９）に対し逆向きにオ
    フセット角ｅだけ作業方向（２）にオフセットされ、０
    °＜｜ｅ｜＜１８０°が当てはまることを特徴とする請
    求項７に記載の双軸押し出し機（１）。
  9. 【請求項９】 少なくとも１本のシャフト（２２，２
    ３）の混練円板（２５，２６）が、作業方向（２）に抗
    する搬送のための回転方向（１８，１９）にオフセット
    角ｅだけ作業方向（２）にオフセットされ、０°＜｜ｅ
    ｜＜１８０°が当てはまることを特徴とする請求項７に
    記載の双軸押し出し機（１）。
  10. 【請求項１０】 一方のシャフト（２２）の混練円板
    （２５，２５’，２５”，２５'''）が、回転方向（１
    ８）に抗してオフセット角｜ｅ｜＜１８０°だけ作業方
    向（２）にオフセットされ、他方のシャフト（２３）の
    混練円板（２６，２６’，２６”，２６'''）が、回転
    方向（１９）にオフセット角｜ｅ｜＜１８０°だけ作業
    方向（２）にオフセットされることを特徴とする請求項
    ７に記載の双軸押し出し機（１）。
  11. 【請求項１１】 ２本のシャフト（２２，２３）の混練
    円板（２５，２６）が同じ方向であるが変動するオフセ
    ット角ｅで配設されることを特徴とする請求項７に記載
    の双軸押し出し機（１）。
  12. 【請求項１２】 混練円板（２５，２６）がケーシング
    孔（１６，１７）に放射状の遊びＳＲＡを有することを
    特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の双軸押し
    出し機（１）。
  13. 【請求項１３】 放射状の遊びＳＲＡを生み出すため
    に、ケーシング孔（１６，１７）の径が増大する一方で
    混練円板（２５，２６）は一定のままであることを特徴
    とする請求項１２に記載の双軸押し出し機（１）。
  14. 【請求項１４】 放射状の遊びＳＲＡを生み出すため
    に、半径ＲＡが小さくなる一方でケーシング孔（１６，
    １７）が一定のままで側面（３３）が一定のままである
    ことを特徴とする請求項１２に記載の双軸押し出し機
    （１）。
  15. 【請求項１５】 放射状の遊びＳＲＡを生み出すため
    に、半径ＲＡが減少しＲＩが増大し、それ故に比率ＲＡ
    ／ＲＩが小さめである一方でケーシング孔（１６）が一
    定のままであることを特徴とする請求項１２に記載の双
    軸押し出し機（１）。
  16. 【請求項１６】 混練円板（２５，２６）が偏心して取
    り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の双軸
    押し出し機（１）。
  17. 【請求項１７】 回転軸線（２０，２１）が中心遊びＳ
    Ａに対する中心を有するように形成され、Ａ＝ＲＡ＋Ｒ
    Ｉ＋ＳＡが当てはまることを特徴とする前記請求項のい
    ずれか一項に記載の双軸押し出し機（１）。
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