JP2010095000A - 押出推進装置 - Google Patents

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ウプース ラインハルト
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VMI AZ Extrusion GmbH
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Abstract

【課題】制御性および製造される製品品質をさらに改善し特にゴム混合物の製造に適している押出推進装置を提供する。
【解決手段】特にゴム混合物あるいは熱可塑性エラストマの成分を混合するための押出機とその押出機の出力側にある特にギアポンプ等の容積測定式に動作する推進機を備え少なくとも１つの成分が容積測定式の下位推進機によって前記押出機に給入可能である押出し推進装置に関し、少なくとも１つの成分がマーカ物質（２９）を含み、前記押出機（１２）の出力側および／または出力側推進機（１４）の出力側に前記マーカ物質（２９）の検出装置が設置され、その検出装置が制御装置（４０）に接続され、その制御装置が検出された前記マーカ物質の分散度に応じて前記押出機（１２）および／または前記出力側推進機（１４）の回転数を調節する。
【選択図】図１

Description

この発明は、請求項１前段に記載の押出推進装置に関する。
押出推進装置は多様な構造で知られている。例えば欧州特許出願公開第５９９１０４号Ａ２明細書により、相互に反応する２つの成分を供給することが知られている。それにおいては混合物の粘度に依存して圧力を調節する制御手段が設けられる。
その判定は混合物と接触しなければならない特殊な粘度計を必要とする。その種の粘度計は周知であるが、例えば混合物の交換に際して先に使用していた混合物の残留分によって新しい混合物が汚染されることが無いように特段の注意を払う必要がある。粘度計の全容量中に存在している平均混合品質のみを判定することができる。微細分散および局部的な分散差は全容量に反映され得ない。
樹脂材料の粘度の監視は例えば独国特許出願公開第３６４２７５７号Ａ１明細書によっても既に知られており、それによれば高速紡機を使用しまた温度を制御系に組み入れる必要がある。
この解決方式においては粘度を判定するために測定区間の圧力差が即座に測定される。従ってこれもおおよその粘度を判定するものである。
さらに、その他の多様なセンサによって樹脂材料の品質を判定することが既に提案されている。その一例は製造中に中断無しに品質検査を実施するための超音波センサの使用である。この種の検査は特定の樹脂材料については実際に製品品質の監視を可能にする。しかしながらこの方式は、多様な混合物の混合品質を制御する必要が有りまたその点が製品品質に影響を及ぼす場合にはあまり適していない。
さらに独国特許出願第１０２００７０４５５３３．１号明細書により、容積測定式に動作する複数の下位推進機を使用し容積測定式に動作する出力側推進機の推進速度および容積流に依存せずに押出機の回転数を制御可能である押出推進装置が提案されている。それによって、追加的に設けられる圧力センサとの組み合わせによってもゴム混合物への多様な成分の供給を最適化しその結果製品品質を維持することが可能になる。
他方、付加された成分の混合品質をさらに正確に検知して制御することが要望される。
欧州特許出願公開第５９９１０４号Ａ２明細書 独国特許出願公開第３６４２７５７号Ａ１明細書 独国特許出願第１０２００７０４５５３３．１号明細書
従って本発明の目的は、制御性および製造される製品品質をさらに改善し特にゴム混合物の製造に適している請求項１前段に記載の押出推進装置を提供することである。
前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が定義される。
本発明によれば、本発明に係る押出推進装置において一成分のマーカ物質を本発明に係る検出装置によって混合物中におけるその成分の分散を正確に判定可能であることが極めて好適である。
ここで特に、例えば混合を改善するためにトランスファ混合領域あるいはピン押出し領域を備えることもできる押出機によって５％未満、特に３％の局部的な偏差に収まるように非常に均一に混合を実施し得るという事実を利用することが極めて好適である。その結果前記成分中のマーカ物質の比率と混合物中のマーカ物質の比率の単純な比較によって混合物中の前記成分の比率を判定することができる。
そのため前記の検出装置はマーカ物質の分散を粒子形態で測定することができ、その際広義の観点の光学的あるいは電磁的測定を実施してマーカ物質をそれによって検出すれば極めて好適である。
例えば蛍光あるいは発光性粒子を成分内に混合することができる。その場合予め設置された窓を介して混合物を検査し、検出装置のセンサは混合物の表面に照準が合うようにする。
従ってマーカ物質の放射スペクトルがセンサの検出感度スペクトルと一致することが好適である。
しかしながら、例えば反射性のマーカ物質を使用し、窓を介して混合物に光等の電磁線を照射し、反射率を測定して混合物中の成分の分散を判定することも可能である。
さらに、マーカ物質を放射性あるいは磁性粒子として実施することも可能であり、その際原則的にこの方式は前記粒子が少なくとも使用される濃度においては完成製品中で有害とならない場合にのみ実施可能である。
本発明によれば、検出された混合状態を本発明に係る推進装置の制御のために使用することが極めて好適である。そのため押出機の回転数および／または出力側の推進機の回転数、さらに下位推進機の回転数が制御可能である。分散度が高過ぎる場合、押出機の回転数を低下させてエネルギーを節約し低い温度で処理することができる。分散度が不足している場合、より良好な混合を達成するために押出機の回転数を上昇させるか、あるいは個別のケースに応じては同等な結果を達成するために他の推進機の回転数を低下させることができる。
さらに、押出機に供給される混合物に成分のマーカ物質を添加することも可能であり、ここでこの実施形態は混合物のうちの比較的高い割合が少なくとも１つの下位推進機を介して給入される場合に特に効果的である。
本発明の一構成形態においては、例えば形材の摩耗耐久性を形成するためまたはタイヤ製造に際して有用な煤塵粒子、または例えば混合物を着色するように作用し分散物もしくは粉末の形式で付加することができる色素粒子等のいずれにしても必要な粒子が少なくとも部分的にマーカ物質の提供のために使用される。
本発明によれば勿論、架橋システムの一部あるいは架橋システム全体がマーカ物質を含むとともに、好適には下位押出機および下位ギアポンプを備えていてそれによって正確に配量することが可能な下位推進機を介して給入されることが好適である。
本発明の別の好適な構成形態によれば、付加されたマーカ物質による混合物の着色を判定して混合比の調整のために使用する。
本発明の別の好適な構成形態によれば、検出装置のセンサをスペクトルセンサとし、すなわちマーカ物質の放射を特定の放射極大のみで検出し得るものではなく、好適には紫外線領域、可視領域、あるいは赤外線領域の光線等の電磁波が照射された混合物の全ての重要な放射スペクトルを検出するセンサとされる。
混合物の放射スペクトルの検出によってより正確な混合物の判定が可能になり、特に例えば別々の下位推進機を介して供給され多様な放射極大を有している複数のマーカ物質を１個のセンサで検出する可能性が開かれる。
変更された構成形態によれば、複数の下位推進機を有する例えば二軸スクリュー押出機等の多軸押出機によって実施する。
本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって明らかにされる。
単一押出機と複数の下位推進機を有する本発明に係る押出推進装置の一実施形態を示した概略構成図である。
図１に示された押出推進装置の実施形態は、押出推進装置１０の中心要素を形成する押出機１２を備えている。この押出機は押出成形可能な混合物の押出および推進を行うように設定されており、その混合物にはゴム混合物および熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）が含まれる。押出機は出力側で容積流Ｖを放出し、それが導管１３内を誘導される。
他方、出力側推進機１４の下流に検出装置３４のセンサを指向させることによってその位置で押出成形物が監視される。それによってマーカ物質の分散が特に二次元で監視され、例えば凝結等によって分散が不均一である場合は例えば押出機の回転数を上昇させることによって混合の強さが高められる。
本発明に従った押出成形物あるいはその他の本発明に従って処理された製品をカッターあるいは刃具によって簡便に切開することも可能である。その場合該当する刃具の少し下流の位置に切開された直後の表面が存在し、それを本発明に係るセンサによって測定することができる。
この構成形態は本発明に従って製造される製品が最終製品ではなく中間製品としてさらに処理されるものである場合に有効であることが理解される。
混合物の放出を容積制御するために、押出機１２の出力側にギアポンプとして形成された容積測定式推進機あるいは出力側推進機が設けられる。ギアポンプ１４の駆動機構は押出機１２の駆動機構から独立している。
図示された実施例においては押出機１２の終端の直前に圧力センサ１６が設けられており、それによってその位置に存在する圧力を測定しそれに応じて押出機の駆動速度を調節する。
押出機の側方には複数の給入部が設けられており、そのうち第１の給入部２２には下位推進機２８が取り付けられている。この下位推進機２８は混合物の一成分を給入し、一方主成分は押出機１２の供給ホッパ２０によって給入される。
図示された実施例において下位推進機２８によって給入される成分はマーカ物質２９を含んでいる。
同様な方式で別の給入部２４が前記第１の給入部のいくらか下流であるが押出機の最初の１／３以内に設けられている。この給入部２４は別の下位推進機３０と結合され、マーカ物質３１を含んだ成分を押出機に給入する。
任意の数の他の下位推進機を具備し得ることが理解され、図示された実施例においては下位推進機３２と結合された別の給入部２６が示されている。
この方式によって供給ホッパ２０を介して供給される成分Ｖｎに対して押出機による推進中にまずマーカ物質２９を含んだ成分が給入され、その後マーカ物質３１を含んだ成分が給入され、さらにその他の任意の成分が例えば給入部２６から給入され、ここでこれらの成分はＶ１，Ｖ２ならびにＶで示される。
総流量は前記の成分流の合計からなり、Ｖｇｅｓで示される。
本発明に従って出力側推進機１４の下流で混合物の全流動体中の（１つあるいは複数の）マーカ物質の分散が検査される。そのため導管１３に例えば耐圧性のガラスからなる窓３４が形成されており、これはここでは図示されていないが特に非弾力性の構造からなる。
ここで図示されている窓を備えた構成に代えて、貫通孔を介して圧力センサを耐圧性の導管１２内に直接挿入し、そこで混合物の流動体Ｖｇｅｓの表面に接触させて検出を実施することも可能である。このセンサは導管１３の先で露出した混合物の表面を非接触式に分析することも可能である。
センサ３６は混合物Ｖｇｅｓに対して指向し、混合物の総容積流中のマーカ物質２９および３１の分散度を検出する。それに相関してセンサ３６が出力信号を発信し、それが電気接続線３８を介して本発明に係る制御装置４０に伝送される。センサ３６の出力信号は例えば蛍光性のマーカ物質の明度のみを反映するアナログ信号とするか、あるいは例えばセンサ３６の全検出スペクトルを反映したデジタル信号とすることができる。
検出された粒子数を二次元、すなわち押出方向に対して垂直かつ押出方向に測定することが可能である。さらに、混合を改善するために押出機の回転数を上昇させることが必要であるかどうかを決定するために、粒子間距離を測定して所要の分散度と比較することも可能である。
前記のように制御装置に伝送されたセンサ３６の出力信号に基づいてこの制御装置がＶｎと例えばＶ１、または選択的に１つあるいは複数の別の下位推進機の容積流との間の混合比を判定し、その際伝送線３８上の出力信号と容積流中のマーカ物質２９あるいは３１の比率との間の整合性を適正化するために予めセンサ３６の較正を実施することが理解される。
ここで制御装置４０は、使用者によって設定された所要の混合品質および／または分散度に基づいて押出機１２の回転数を制御する。これによってＶｎ，Ｖ１，Ｖ２およびＶで示される各成分の間の混合比が変化することはないが、制御伝送線５０と押出機のモータＭを介した回転数の上昇によって混合度合が改善される。
必要に応じてゴム混合物の過熱を防止するために温度測定を追加することもできる。
必要に応じて下位推進機２８，３０および３２、ならびに押出機１４が適宜な接続線４４，４６，４８および４９を介して制御され得ることが理解され、その際本発明に従って混合比は一定に維持される。
圧力センサ１６の初期圧力も本発明に従って伝送線５２を介して制御装置４０に伝送される。
必要に応じて基礎成分Ｖｎの供給のために容積測定式推進機を設け得ることが理解されるが；一般的にこのことは、前記供給が原則的に容積測定式の推進機１４と推進機２８，３０，３２の間に相対的な回転数比によって自動的に実施されるため不要である。
１０ 押出推進装置
１２ 押出機
１３ 導管
１４ 出力側推進機
１６ 圧力センサ
２０ 供給ホッパ
２２，２４ 給入部
２８，３０，３２ 下位推進機
２９，３１ マーカ物質
３４ 窓
３６ センサ
３８，４４，４６，４８，４９ 接続線
４０ 制御装置
５０ 制御伝送線
５２ 伝送線

Claims (18)

  1. 特にゴム混合物あるいは熱可塑性エラストマの成分を混合するための押出機とその押出機の出力側にある特にギアポンプ等の容積測定式に動作する推進機を備え、少なくとも１つの成分が容積測定式の下位推進機によって前記押出機に給入可能である押出し推進装置であり、少なくとも１つの成分がマーカ物質（２９）を含み、前記押出機（１２）の出力側および／または出力側推進機（１４）の出力側に前記マーカ物質（２９）の検出装置が設置され、その検出装置が制御装置（４０）に接続され、その制御装置が検出された前記マーカ物質の分散度に応じて前記押出機（１２）および／または前記出力側推進機（１４）の回転数を調節することを特徴とする押出推進装置。
  2. 特にゴム混合物あるいは熱可塑性エラストマの成分を混合するための押出機とその押出機の出力側にある特にギアポンプ等の容積測定式に動作する推進機を備え、少なくとも１つの成分が容積測定式の下位推進機によって前記押出機に給入可能である押出し推進装置であり、前記押出機（１２）に給入可能な少なくとも１つの別の成分がマーカ物質（２９）を含み、前記押出機（１２）の出力側および／または出力側推進機（１４）の出力側に前記マーカ物質の検出装置が設置され、その検出装置が制御装置（４０）に接続され、その制御装置が検出された前記マーカ物質の分散度に応じて前記押出機（１２）および／または前記出力側推進機の回転数を前記容積測定式の下位推進機の回転数に対する比率において調節することを特徴とする押出推進装置。
  3. 推進装置が特に容積測定式に動作する出力側推進機（１４）の入力側に圧力センサを備えそれによって押出機（１２）の下流で混合物の出力圧力を測定可能であるとともに、少なくとも押出機（１２）および／または出力側推進機の回転数が前記圧力センサの出力信号に従って制御されることを特徴とする請求項１または２記載の押出推進装置。
  4. 検出装置は容積測定式の出力側推進機の出力側に設けられた窓上に取り付けられ、そこを通過流動する混合物中のマーカ物質（２９）の比率および／または分散を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の押出推進装置。
  5. マーカ物質（２９）は粒子によって形成され、その粒子がそのマーカ物質の対応成分内に均等に分散されるとともに押出機（１２）内における混合によって混合物中に同様に均等に分散されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の押出推進装置。
  6. マーカ物質（２９）は検出装置の光学式センサによって検出可能であり、センサ（３６）はマーカ物質（２９）を誘導しながら通過流動する混合物の表面に対して指向することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の押出推進装置。
  7. 検出装置のセンサ（３６）のスペクトル感度をマーカ物質（２９）の放射極大に適合させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の押出推進装置。
  8. マーカ物質（２９）は磁性あるいは放射性の粒子および／または蛍光性あるいは発光性の添加剤によって形成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の押出推進装置。
  9. 複数の下位推進機、すなわち合計２個あるいはそれより多い下位推進機押出機（１２）に接続されて各成分がそれぞれマーカ物質（２９）を有する一成分を推進し、マーカ物質がそれぞれ異なったものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の押出推進装置。
  10. 制御装置（４０）は押出機（１２）の回転数および／または容積測定式の推進機（１４）内への流入圧力を制御するとともに検出装置の出力信号に基づいて所要の混合物の混合比に調節し、その際に特に下位推進機（群）の回転数が一定に保持されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の押出推進装置。
  11. 制御装置（４０）がさらに押出機（１２）および／または出力側推進機（１４）の回転数を制御することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の押出推進装置。
  12. 少なくとも１個の下位推進機が、特に押出機の上流側の半分以内の位置、さらに好適には押出機の全長のうちの最初の１／３以内、より好適には押出機の全長のうちの最初の１／５以内の位置において該当する成分を押出機（１２）に側方から給入することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の押出推進装置。
  13. 押出機（１２）が二軸スクリュー押出機として形成されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の押出推進装置。
  14. 成分のうちの１つ、特にマーカ物質（２９）を含んだ成分が制御して給入されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の押出推進装置。
  15. ゴム混合物あるいは熱可塑性エラストマの押出成形に適用するための請求項１ないし１４のいずれかに記載の押出推進装置。
  16. 検出装置が押出成形物の露出した表面に対して直接的に指向したセンサを備えることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の押出推進装置。
  17. 検出装置が押出成形物を分断する刃具等の切断装置を備え、また検出装置は前記切断装置の下流側で切開された直後の表面に対して指向したセンサを備えることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の押出推進装置。
  18. 特にゴム混合物あるいは熱可塑性エラストマの成分を混合するための押出機とその押出機の出力側にある特にギアポンプ等の容積測定式に動作する推進機を備え、少なくとも１つの成分が容積測定式の下位推進機によって前記押出機に給入可能である押出し推進装置であり、少なくとも１つの成分がマーカ物質（２９）を含み、前記押出機（１２）の出力側および／または出力側推進機（１４）の出力側に前記マーカ物質（２９）の検出装置が設置され、その検出装置が制御装置（４０）に接続され、その制御装置が検出された前記マーカ物質の分散度に応じて前記出力側推進機（１４）および／または前記下位推進機（２８）の回転数を調節し、その際前記下位推進機（２８）と前記出力側推進機（１４）の間の回転数比が特に一定に保持されることを特徴とする押出推進装置。
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