JP7358345B2 - 混練機のための２条スクリュシャフト - Google Patents

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Description

本発明は、特には連続処理用の混練機のためのウォームシャフト、対応するウォームシャフト部分、ウォームシャフトまたはウォームシャフト部分を含むハウジング、ならびにハウジングを備える連続処理用の混練機に関する。
上述のウォームシャフトを備えた混練機は、特には打ち延ばし可能かつ／またはペースト状の塊の調製に使用される。例えば、それらは、粘塑性の塊の調製、プラスチックやゴムなどの均質化および可塑化、充てん材および補強材の導入、ならびに食品業界用の原材料の製造に使用される。これにより、ウォームシャフトは、処理対象の材料を軸方向に前方へと輸送または搬送することによって材料の成分を混ぜ合わせる作動要素を形成する。
上述の混練機は、ポリマー顆粒、ポリマー押出プロファイル、ポリマー成形部品、などの製造に特に適している。これにより、混練機において、均質なポリマー溶融物が生成され、例えばデリバリ装置へと搬送され、デリバリ装置から造粒装置、シャフト、コンベヤベルト、などへと搬送される。
上述の混練機は、例えばスイス特許出願公開第２７８ ５７５号明細書およびスイス特許出願公開第４６４ ６５６号明細書から知られている。
これらの混練機において、ウォームシャフトは、好ましくは回転運動を行うだけでなく、同時に軸方向、すなわちウォームシャフトの長手方向にも、並進運動にて行き来する。したがって、運動シーケンスは、好ましくは、ウォームシャフトが、軸方向について見たときに、回転に重畳される振動運動を実行することを特徴とする。この運動シーケンスにより、フィッティング、すなわち混練ボルトまたは混練コグなどの混練要素を、混練機のハウジングへと導入することが可能になる。混練要素の存在により、シャフトバーと呼ばれるメインシャフト上に配置されるウォームは、シャフトバーの断面について見たとき、連続的には延びておらず、むしろシャフトバーの断面の外周の計算された角度部分についてそれぞれ延びる多数の個別のブレード要素へと分割される。シャフトバーの軸方向および外周方向の両方において、隣り合うブレード要素は互いに離れており、すなわちシャフトバーの軸方向および外周方向の両方において、隣り合うブレード要素の間にギャップがそれぞれ設けられている。例えば、ウォームシャフトのシャフトバーの全体またはウォームシャフトのシャフトバーの軸方向における一部分が、シャフトバーの断面について見たときに、例えばシャフトバーの断面の全周のうちの１００°の角度部分にわたってそれぞれ延びる３つのブレード要素を備える場合、これは、３ブレードのウォームシャフトと称され、あるいはこのブレード要素の配置がシャフトバーの軸方向の長さの全体には及ばず、軸方向の長さの一部分だけに限られる場合には、３ブレードのウォームシャフト部分と称される。回転および軸方向のウォームシャフトの並進運動は、混練要素をブレード要素に衝突させることなく、混練される材料を濃縮し、混合および／または混練のプロセスを促進するために材料へとせん断作用を加えるために、回転および並進運動の最中に個々のブレード要素の側面が対応する混練要素に接近するように制御される。さらに、ウォームシャフトの回転および並進運動の最中にブレード要素の側面に接近するがゆえに、混練要素は、ブレード要素の側面に形成される混合物の成分の堆積を防止し、したがって混練要素はブレード要素の清掃も結果として達成する。ブレード要素の数および形状は、当然ながら、混練要素の数に適合させる必要がある。通常は、個々の混練要素は、軸方向に間隔を空けて位置する混練要素のいくつかの列にて、混練機のハウジングの内周面に軸方向に配置され、これらの列は、ブレード要素の形状および数に調和して、ハウジングの内周面の軸方向における少なくとも１つの部分について延びている。例えば、軸方向に延びる４列の混練要素がハウジングの内周面に配置される場合、ウォームシャフトは、断面について見たとき、例えば４つのブレード要素を外周面に有することができ、ブレード要素間には、ウォームシャフトの回転および軸方向運動の際に混練要素がこれらのすき間を通って移動できるように、充分に大きな距離がそれぞれ設けられる。
上述の混練機は、多くの場合、軸方向においてさまざまなプロセス部分に分けられ、各々のプロセス部分は、動作時にそのプロセス部分に割り当てられるタスクに応じて、対応する数または形状のブレード要素および混練要素で占められている。例えば、混合すべき材料に応じて、混練機は、軸方向に、混合または混練される成分が混練機へと導入される上流端に位置する送り込み部分と、送り込み部分の下流に接続され、成分を溶融させる溶融部分と、材料の成分の凝集体を砕いて互いに可能な限り均一に混合する混合および分散部分と、混合物の脱気が生じる脱気部分とを備える。個々のプロセス部分の条件を、種々のプロセス部分の要件に合わせて調整するために、混練機の個々のプロセス部分に、他の部分とは異なる数の混練要素およびそれに適合した他のブレード要素を設けることが、すでに提案されている。例えば、混練機のウォームシャフトを、いくつかの部分において３つのブレードを有し、いくつかの部分において４つのブレードを有するように構成し、これに応じて、混練機のハウジング内壁の対応するプロセス部分に３列または４列の混練要素を備えることが知られている。これを、ハウジングをいくつかのハウジングシェルに分割し、そのいくつかに３列の混練要素を持たせ、他のいくつかに４列の混練要素を持たせることで実現することができる。
しかしながら、例えば、３ブレードのウォームシャフト、４ブレードのウォームシャフト、またはいくつかの部分において３ブレードであり、いくつかの部分において４ブレードであるように設計されたウォームシャフトを備える上述の形式のこれまでに知られた混練機は、ウォームシャフトの搬送方向に搬送される材料の効果的な可塑化を保証するために、１つ以上のいわゆる保持リングが必要であるという欠点を有する。これは、いわゆる保持リングがないと、可塑化が困難な材料の場合に、可塑化されていない材料が混練機を通過してしまう可能性があるからである。保持リングは、ハウジングの内周面上の正弦波状の突起であり、ハウジングの内壁によって形成される中空の内部のいくつかの部分に狭窄部をもたらす。結果として、保持リングは、小さな軸方向部分においてハウジングの内周面から中空の内部へと半径方向に延びるシケインであり、材料がシケインを通過できるように充分に可塑化されるまでの適切なバックログを中空の内部に設定する。しかしながら、保持リングの位置にブレード要素および混練要素を配置することは、これらが衝突しかねないがゆえに不可能であり、結果として、これらの位置において堆積物が集まりやすく、これを混練機から取り除くことは、自動清掃の欠如ゆえに困難である。
スイス特許出願公開第２７８ ５７５号明細書 スイス特許出願公開第４６４ ６５６号明細書
この理由で、本発明の目的は、上述の欠点を克服し、混練機のハウジングにおいて摩耗しやすい保持リングの必要性を回避できるようにする混練機用のウォームシャフトを提供することである。
本発明によれば、この目的は、特には連続処理用の混練機のためのウォームシャフトであって、シャフトバーを有しており、シャフトバーの周面上に、シャフトバーの周面から外向きに延びるブレード要素が、互いに間隔を空けて位置するように配置され、これらのブレード要素は、ウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも一部分において、シャフトバーの周面上に、ウォームシャフトの軸方向に延びる２つの列にて配置されている、ウォームシャフトによって達成される。
この解決策は、ウォームシャフトを少なくともいくつかの部分において保持リングの代わりに２ブレードとなるように設計した場合に、ブレード要素の耐摩耗性およびウォームシャフトの直径に対して単位時間当たりに長手方向に搬送できる混合物の量の両方を、向上させることができるという認識に基づく。これは、２ブレードのウォームシャフト部分では、混練機のストロークによって前方への輸送が達成されるのに対し、保持リングはバックログを常に発生させ、すなわち搬送効果が実質的にゼロであるからである。ブレード要素の幅ゆえに、ブレード要素は、保持リングあるいは３ブレードまたは４ブレードのウォームシャフト部分のブレード要素よりも摩耗しにくい。最後に、関連のブレード要素の設計を有する２ブレードのウォームシャフト部分は、対応する設計のブレード要素がハウジングに取り付けられた混練要素と協働して混合物の可塑化を実行するため、ハウジングの内周面における保持リングの使用を回避可能にし、混合物にとって保持リングよりも大幅に穏やかでもある。
本発明によれば、ウォームシャフトは、シャフトバーの周面上に、外向きに延びるブレード要素を有し、これらのブレード要素は、ウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも一部分において、シャフトバーの周面上に、ウォームシャフトの軸方向に延びる２つの列にて配置される。結果として、本発明は、少なくともいくつかの部分において２ブレードであるように設計されたウォームシャフト、すなわちその周面、つまりはシェル表面が、シャフトバーの断面において見たときに２つのブレード要素を備えているウォームシャフトに関し、ウォームシャフトの軸方向において、隣り合う間隔を空けて位置したブレード要素が、列をそれぞれ形成している。この２ブレードの部分は、２つの列にて配置されたブレード要素を除いて、さらなるブレード要素、すなわちこれらの列の間に配置される個々のブレード要素を備えない。したがって、シャフトバーの周面の少なくとも１つの部分にわたってウォームシャフトの軸方向に延びる混練要素の列は、本発明の意味において、軸方向に互いに間隔を空けて位置する各列のブレード要素の中心点の上方に配置される接続線が、少なくとも実質的に直線であり、直線からの接続線の最大の逸脱が、１０°未満、好ましくは５°未満、さらに好ましくは２°未満であると理解される。したがって、ブレード要素の中心点は、ブレード要素の長さの中心に位置する地点を意味すると理解され、長さは、ブレード要素の外周面の最長の延在または長手方向の延在であり、すなわちブレード要素の外周面上の２つの異なる地点の間の可能な最長の直線である。
上述したように、ブレード要素は、ウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも１つの部分において、シャフトバーの周面上に２列に配置される。ウォームシャフトの軸方向の他の部分は、違う設計とされてよく、例えば３ブレード、４ブレード、あるいは交互の３ブレードおよび４ブレードであるように設計されてよい。さらに、本発明によるウォームシャフトは、２つ、３つ、またはいくつかの２ブレード部分をそれぞれ１つ以上の他の部分によって互いに隔てて備えることができ、この１つ以上の他の部分は、３ブレード、４ブレード、あるいは交互の３ブレードおよび４ブレードであるように設計されてよい。
問題の混練機に関して一般的であるとおり、本発明によるウォームシャフトのシャフトバーは、好ましくは円形の断面を有し、個々のブレード要素は、シャフトバーの周面から半径方向外向きに延びる。
したがって、本発明は、ウォームシャフトの製造の種類に限定されない。例えば、ウォームシャフトを、金属円柱をフライス加工してブレード要素を形成することによって製造することができ、あるいはブレード要素をシャフトバーに溶接することによって製造することができる。しかしながら、実際には、ウォームシャフトは、個々のウォームシャフト部分をベースロッドへと取り付けることによって製造され、各々のウォームシャフト部分は、例えば、それぞれ１～４個の隣接するブレード要素からなる２つの列を備える。
好ましくは、ウォームシャフトの半径方向に延びる２つの列のブレード要素は、シャフトバーの断面において見たときに、シャフトバーの周面においてブレード要素と対向して配置される。ここで、対向して配置とは、シャフトバーの周方向における２つの隣り合うブレード要素の中心点が、シャフトバーの円周面上で１８０°オフセットされていることと理解される。さらに、以下に示されるように、対向するブレード要素は、好ましくは軸方向にもオフセットされる。
搬送方向に搬送される混合物の良好な搬送を生み出すために、ウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々が、ウォームシャフトの長手方向に少なくとも実質的に垂直、すなわちウォームシャフトの周方向に平行に延びる長手方向の延在を有することも好ましい。ウォームシャフトの長手方向に少なくとも実質的に垂直な延在は、ブレード要素の長手方向の延在が、ウォームシャフトの軸方向に対して４５°～１３５°、好ましくは６０°～１２０°、特に好ましくは８０°～１００°、極めて特に好ましくは８５°～９５°、最も好ましくは約９０°の角度で延びることを意味すると理解される。
搬送される混合物について、ウォームシャフトの直径に対して単位時間当たりに達成される搬送出力、ブレード要素の耐摩耗性、および所望の可塑化の達成に鑑み、本発明の考え方のさらなる発展において、ウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々が、上面図において楕円形、長円形、または両凸である外周面を有することが提案される。好ましくは、本発明のこの実施形態において、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分は、ウォームシャフトの長さのうちの少なくとも０．２Ｄ（すなわち、少なくとも直径の２０％に対応する距離）、好ましくは少なくとも０．５Ｄ（すなわち、少なくとも直径の５０％に対応する距離）、特に好ましくは少なくとも１Ｄ（すなわち、少なくとも直径に対応する距離）、極めて特に好ましくは少なくとも１０Ｄ（すなわち、少なくとも直径の１０倍に対応する距離）にわたって延びる。とりわけ本発明のこの実施形態において、ブレード要素の長手方向の延在が、ウォームシャフトの長手方向に対して少なくとも実質的に垂直に延びることが好ましく、実質的に垂直とは、上記で定義したとおりである。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％が、このように形成された外周面を有することができる。
好ましくは、本発明によるウォームシャフトは、ブレード要素に関して対称に設計される。これにより、ウォームシャフトの軸方向に延びる２列のブレード要素のブレード要素は、互いに対向して配置され、ブレード要素は、それらの形状および寸法に関して少なくとも実質的に同一であり、すなわちそれらの寸法の違いが、最大で１０％、好ましくは最大で５％、特に好ましくは最大で２％、さらに特に好ましくは最大で１％、極めて特に好ましくは最大で０．５％、最も好ましくは皆無であると理解される。したがって、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々が、同じ楕円形、長円形、または両凸の外周面を有することが好ましい。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％を、対称に設計することができる。
特には、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々が両凸の外周面を有する場合に良好な結果が得られ、両凸の外周面は、特に好ましくは幅Ｂに対する長さＬの比が３～１１である。ここで、この文脈におけるブレード要素の外周面の長さＬは、すでに示したように、ブレード要素の外周面の最長の直線の延在である。さらに、この文脈におけるブレード要素の外周面の幅Ｂは、ブレード要素の長さに対して垂直に延びるブレード要素の外周面の最長の直線の延在である。本発明の考え方のさらなる発展において、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の外周面の幅Ｂに対する長さＬの比を、４～１０、特に好ましくは５～９、極めて特に好ましくは６～８、最も好ましくは７～７．５にすることが提案される。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％が、上述の形状を有することができる。
原則として、本発明は、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の側面の設計に関して限定されない。したがって、ブレード要素の側面は、シャフトバーの周方向からブレード要素の外周面まで垂直に上方へと延びてよい。しかしながら、長手方向に搬送される混合物の量に関して、ウォームシャフトの直径に対する単位時間当たりの搬送能力を改善するために、ブレード要素の側面は、シャフトバーの周方向からブレード要素の外周面まで垂直に上方へと延びるよりもむしろ、斜めであることが好ましい。したがって、本発明の特に好ましい実施形態によれば、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分の各々のブレード要素の側面が、シャフトバーの断面の平面に対して１°～６０°、好ましくは２°～４０°、特に好ましくは３°～２０°、極めて特に好ましくは４°～１０°の角度αでブレード要素の外周面まで上方へと延びる。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％が、上述の角度でシャフトバーの周面から上方へと延びる側面を有することができる。
ブレード要素の耐摩耗性および搬送能力の両方の観点に関して、本発明の考え方のさらなる発展においては、列の２つの隣り合うブレード要素の軸方向の間隔Ａのブレード要素の幅Ｂに対する比を、０．５～７にすることが提案される。これにより、ブレード要素の幅Ｂは上述のように定義され、２つの軸方向において隣り合うブレード要素’の軸方向の間隔Ａは、軸方向において隣り合うブレード要素の外周面の中心点の間の距離であり、ブレード要素の外周面の中心点は上述のように定義される。好ましくは、列の２つの隣り合うブレード要素の軸方向の間隔Ｂのブレード要素の幅Ｂに対する比は、０．７５～３、特に好ましくは１．０～２．０、極めて特に好ましくは１．２５～１．７５、最も好ましくは１．４～１．６である。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％、さらに好ましくは少なくとも８０％が、上述の比を有することができる。
本発明のさらなる極めて特に好ましい実施形態によれば、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々は、シャフトバーの断面において見たときに、シャフトバーの周面の少なくとも１６０°の角度距離にわたって延びる。特に好ましくは、ブレード要素の各々は、シャフトバーの周面の少なくとも１７０°、特に好ましくは少なくとも１７５°、さらにより好ましくは少なくとも１８０°以上、さらにより好ましくは１８０°超かつ２７０°以下、さらにより好ましくは１８５°～２３０°、特に好ましくは１８５°～２１０°、極めて特に好ましくは１９０°～２００°、最も好ましくは１９２°～１９７°、例えば特には約１９５°の角度距離にわたって延びる。好ましくは、本発明のこの実施形態において、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分は、ウォームシャフトの長さのうちの少なくとも０．２Ｄ、好ましくは少なくとも０．５Ｄ、特に好ましくは少なくとも１Ｄ、極めて特に好ましくは少なくとも１０Ｄにわたって延びる。また、本発明のこの実施形態において、ブレード要素の長手方向の延在が、ウォームシャフトの長手方向に対して実質的に垂直に延びることが特に好ましく、実質的に垂直とは、上記で定義したとおりである。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％が、シャフトバーの上述の角度範囲にわたって延びてよい。
上述の実施形態において、極めて特に好ましくは、すべてのブレード要素がシャフトバーの周面の少なくとも実質的に同じ角度部分にわたって延在し、ウォームシャフトの半径方向に延びる列のブレード要素は、シャフトバーの断面において見たときに、シャフトバーの周面上に対向して配置される。少なくとも実質的に同一の角度部分とは、この文脈において、すべての角度部分が、最大で１０％、好ましくは最大で５％、特に好ましくは最大で２％、さらに特に好ましくは最大で１％、極めて特に好ましくは最大で０．５％しか相違せず、最も好ましくは全く相違しないことであると理解される。したがって、この実施形態において、シャフトバーの周方向において隣り合うブレード要素の端部は、好ましくは重なり合う。この理由で、この実施形態においては、シャフトバーの断面において見たときにシャフトバーの周方向において隣り合う２つのブレード要素が、軸方向に互いに少しずらされることが特に好ましく、したがって好ましくは周方向に配置されているブレード要素の２つの端部が軸方向にオフセットされるが、これら２つのブレード要素の一領域、例えば一方のブレード要素の右側３分の１および他方のブレード要素の左側３分の１が、シャフトバーの周方向において見たときに重なり合う。好ましくは、シャフトバーの断面において見たときにシャフトバーの周方向において隣り合う２つのブレード要素は、シャフトバーの周方向において隣り合う２つのブレード要素の軸方向の間隔Ａのブレード要素の幅Ｂに対する比が、０．２５～３．５、好ましくは０．３７５～１．５、特に好ましくは０．５～１．０、極めて特に好ましくは０．６２５～０．８７５、最も好ましくは０．７～０．８となるように、互いに軸方向にオフセットされる。あるいは、あまり好ましくない場合でも、すべてではなく、すべてのブレード要素のうちの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％、さらに好ましくは少なくとも８０％が、上述の比を有することができる。これにより、ブレード要素がシャフトバーの周面の同じ角度部分にわたって延在し、ウォームシャフトの軸方向に延びる２列のブレード要素のブレード要素が互いに対向して位置しつつ重なり合うことで、ウォームシャフトの直径に対して単位時間当たりに搬送方向に搬送される混合物の量について、優秀な搬送能力が達成されるだけでなく、搬送方向に逆らって搬送される混合物の一部の逆流も、極めて確実に回避され、あるいは少なくとも大幅に低減される。これにより、ウォームシャフトが配置されるハウジングの内部において、先行技術において必要とされるようなハウジングの内周面上の保持リングを省略することができ、ウォームシャフト上または保持リング上、特には保持リングの下流側に望ましくない堆積物が集まることがない。
上述の実施形態の代わりに、本発明によれば上述の利点が少なくともこの範囲においては達成されないがゆえに少し好ましくないかもしれないが、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分のブレード要素の各々が、シャフトバーの断面において見たときに、シャフトバーの周面の２０°～１６０°の角度距離にわたって延在することも可能である。あるいは、ブレード要素は、４５°～１３５°、６０°～１２０°、７０°～１１０°、８０°～１００°、または８５°～９５°、例えば９０°などの角度距離にわたって延在してもよい。この実施形態においても、ウォームシャフトの少なくとも１つの２ブレードの部分は、ウォームシャフトの長さのうちの少なくとも０．２Ｄ、好ましくは少なくとも０．５Ｄ、特に好ましくは少なくとも１Ｄ、極めて特に好ましくは少なくとも１０Ｄにわたって延びる。また、本発明のこの実施形態において、ブレード要素の長手方向の延在が、ウォームシャフトの長手方向に対して実質的に垂直に延びることが特に好ましく、実質的に垂直とは、上記で定義したとおりである。
本発明のさらなる目的は、好ましくは円形の断面を有するシャフトバーを有しているウォームシャフトの一部分またはウォームシャフト部分であって、シャフトバーブレードの周面上に、シャフトバーの周面から外向きに延びる要素が、互いに間隔を空けて位置するように配置され、シャフトバー上のブレード要素は、シャフトバーの周面の少なくとも一部分にわたってウォームシャフトの軸方向に延びる少なくとも２つの列にて配置されており、各列は、互いに軸方向に間隔を空けて位置するように配置された１つ、２つ、３つ、または４つのブレード要素を備えている、ウォームシャフトの一部分またはウォームシャフト部分である。ウォームシャフトに関して上記で好ましいと説明された特性は、ウォームシャフト部分に関しても好ましい。
さらに、本発明は、連続処理用の混練機のハウジングであって、ハウジング内に、少なくともいくつかの部分を上述のウォームシャフトまたは１つ以上の上述のウォームシャフト部分が軸方向に延びる中空な内部が設計され、ハウジング内に、ハウジングの中空な内部へとハウジングの内周面から延びるいくつかの混練要素が設けられ、これらの混練要素は、ハウジングの内周面の少なくとも一部分にわたって軸方向に延びる少なくとも２つの列にて配置されている、ハウジングに関する。混練要素が軸方向に延びる少なくとも２つの列にて配置されているハウジングの部分は、好ましくは、ウォームシャフト上のブレード要素が２つの列にて配置されている部分に対応する。
さらに、本発明は、ポリマー顆粒、ポリマー押出プロファイル、またはポリマー成形部品の製造などのための連続処理用の混練機であって、供給および混合装置を有し、好ましくは排出装置を有しており、供給および混合装置が上述のハウジングを備えている、混練機に関する。
混練機のハウジングは、好ましくは、その内周面において、少なくともいくつかの部分に、ハウジングの断面において見たときに互いに対向しており、すなわち１８０°の角度だけオフセットされた混練要素の２つの列を有する。
以下で、本発明を、図面を参照してさらに詳しく説明する。
本発明による混練機の概略の縦断面図を示している。 図１ａに示した混練機のハウジングの斜視図を示している。 本発明の実施形態によるウォームシャフトの軸方向における一部分の斜視図を示している。 図２ａに示したウォームシャフトの軸方向における一部分の上面図を示している。 ブレード要素が配置された図２ａに示したウォームシャフトの軸方向における一部分のシャフトバーのシェル表面を平らに投影して示している。 本発明の別の実施形態によるブレード要素が配置されたウォームシャフトの軸方向における一部分のシャフトバーのシェル表面およびブレード要素の間のすき間へと突出した混練要素を、平らに投影して示している。 本発明の別の実施形態によるブレード要素が配置されたウォームシャフトの軸方向における一部分のシャフトバーのシェル表面およびブレード要素の間のすき間へと突出した混練要素を、平らに投影して示している。 本発明の別の実施形態によるブレード要素が配置されたウォームシャフトの軸方向における一部分のシャフトバーのシェル表面およびブレード要素の間のすき間へと突出した混練要素を、平らに投影して示している。 本発明の別の実施形態によるブレード要素が配置されたウォームシャフトの軸方向における一部分のシャフトバーのシェル表面およびブレード要素の間のすき間へと突出した混練要素を、平らに投影して示している。
図１ａおよび図１ｂに示され、全体を通して１００と標記された混練機は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置されたウォームシャフト１２とを備える。ハウジング１０は、いわゆるハウジングシェル１６で内側が覆われた２つのハウジング半分１４、１４’を備える。本特許出願において、ハウジングシェル１６は、ハウジング１０の構成要素であると見なされる。２つのハウジング半分１４、１４’が閉じられたとき、ハウジング１０の内周面は、円柱形の中空な内部１８、すなわち円形の断面を有する内部１８を定める。ウォームシャフト１２は、シャフトバー２０を備え、シャフトバー２０の周面にブレード要素２２が配置され、ブレード要素２２は、シャフトバー２０の周面に対して半径方向外向きに延び、個々のブレード要素２２は、互いに離れて位置するように配置される。２つのハウジング半分１４、１４’には、混練要素２４、すなわち混練ボルト、混練コグ、などのためのレセプタクル２８が設けられている。したがって、レセプタクル２８の各々は、ハウジングシェル１６の内周面からハウジング壁を貫いて延びるボア２８である。各々のレセプタクル２８の下側の半径方向内側の端部を、例えば断面が正方形となるように設計することができる。したがって、各々の混練ボルト２４は、例えば、その下端に、レセプタクル２８の正方形の半径方向内側の端部に正確にはまり込む端部を有することができ、これにより、使用の状態においてレセプタクル２８に回転できないように固定される。混練ボルト２４は、レセプタクル２８内に位置する端部において、レセプタクル２８の上方の端部に用いられた固定要素（図示せず）にねじ込みによって接続される。あるいは、固定要素およびナットを使用する代わりに、混練ボルト２４は、ねじ用の雌ねじを有し、ねじで固定されてもよい。
特には図１ｂから見て取ることができるとおり、混練ボルト２４用の互いに等間隔に配置されたレセプタクル２８は、軸方向において見たときに、３つの列２９、２９’、２９’’の形態で２つのハウジング半分１４、１４’の各々へと延びている。したがって、ハウジングのレセプタクルの列２９、２９’、２９’’の総数は、６である。本発明の意味において、列とは、列２９、２９’、２９’’の軸方向に間隔を空けて並んだレセプタクル２８の上方に配置される接続線が、直線であることを意味すると解釈される。図１ａおよび図１ｂに示されるように、混練機１００は、軸方向においていくつかのプロセス部分３４、３４’、３４’’に分けられ、各々のプロセス部分３４、３４’、３４’’は、混練ボルト２４の数ならびにシャフトバー２０上のブレード要素２２の数および延在に関して、個々のプロセス部分３４、３４’、３４’’の機能に合わせて構成される。図１ｂに示されるとおり、上側ハウジング半分１４の左側の部分３４および右側の部分３４’’における混練ボルト２４用のレセプタクル２８の３つの列２９、２９’、２９’’のうち、２つの列、すなわち上側の列２９および下側の列２９’’が、混練ボルト２４を備える一方で、中央の列２９’は、混練ボルト２４を備えていない。これとは対照的に、上側ハウジング半分１４の中央の部分３４’における混練ボルト２４用のレセプタクル２８の３つの列２９、２９’、２９’’のうち、１つの列、すなわち中央の列２９’が、混練ボルト２４を備える一方で、上側の列２９および下側の列２９’’は、混練ボルト２４を備えていない。また、下側ハウジング半分１４’の中央の部分３４’においても、中央の列だけが混練ボルト２４を備え、したがってハウジング１０の中央の部分３４’は、合計２列の対向する混練ボルト２４を有し、すなわちハウジング１０の内周面上の混練ボルト２４の２つの列の間の角度が、１８０°である。混合されるべき原材料は、供給ホッパー３６によって混練機１００へと加えられ、次いでプロセス部分３４、３４’、３４’’を通って案内され、最終的に出口開口部３８を通って排出される。図示のプロセス部分３４、３４’、３４’’の代わりに、本発明による混練機１００は、より多数のプロセス部分、例えば特には４つのプロセス部分を有してもよく、あるいはより少数のプロセス部分、例えば２つまたは１つのプロセス部分を有してもよい。
本発明によれば、本発明による混練機のためのウォームシャフト１２は、シャフトバー２０の周面上のブレード要素２２が、少なくともウォームシャフト１２の軸方向に延びている一部分において、図１ｂに示した中央のプロセス部分３４’と同様に、ウォームシャフト１２の軸方向に延びる２つの列に配置されるように設計され、すなわちウォームシャフト１２がいくつかの部分において２ブレードとなるように設計される。
図２ａ～図２ｃが、本発明の好ましい実施形態によるウォームシャフト１２のそのような２ブレードの部分を示している。ウォームシャフト１２の円筒形のシャフトバー２０上に、シャフトバー２０の周面から半径方向外向きに延びるブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’が配置されている。したがって、個々のブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’は、それらが上面図において両凸の外周面を有するように設計され、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の長手方向の延在Ｌは、ウォームシャフト１２の長手方向の延在に対して垂直に延びている。長手方向の延在Ｌは、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の外周面上の２つの異なる地点の間に可能な最長の直線、すなわちこの場合には長さＬを意味すると理解される。すべてのブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’は、同じ形態とおよび同じ寸法である。個々のブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の幅Ｂに対する長さＬの比は、約７．２５であり、ここで幅Ｂは、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の長さＬに対して垂直に延びるブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の外周面の最長の直線の延在である。特には図２ａおよび図２ｂから見て取ることができるとおり、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の側面４２は、シャフトバー２０の周面からブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の外周面へと垂直に延びているのではなく、むしろ２°の角度αで延びている。隣り合うブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’は、シャフトバー２０の周方向および軸方向の両方において、互いに間隔を空けて配置されている。
これにより、軸方向に間隔を空けて位置するブレード要素２２、２２’が、軸方向に延びる列４０にて配置され、軸方向に間隔を空けて位置するブレード要素２２’’、２２’’’も、軸方向に延びる列４０’にて配置される。本発明によれば、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の軸方向に延びる列４０、４０’は、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃに示される実施形態のように、軸方向に互いに間隔を空けて位置するように配置されているブレード要素２２、２２’または２２’’、２２’’’の外周面の中心点Ｍ上に配置された接続線が、直線である場合に存在する。したがって、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の中心点Ｍは、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の長さＬの中央に位置する点である。列４０の個々のブレード要素２２、２２’は、シャフトバー２０の断面において見たとき、シャフトバー２０の周面上で列４０’のブレード要素２２’’、２２’’’の反対側に位置しており、すなわち両方の列４０、４０’のブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の外周面の中心点Ｍが、シャフトバーの周面上で互いに１８０°ずれている。ブレード要素２２、２２’の幅Ｂに対する列４０の隣り合うブレード要素２２、２２’および列４０’の隣り合うブレード要素２２’’、２２’’’の軸方向の間隔Ａの比は、それぞれ約１．５である。これにより、ブレード要素の幅Ｂは上述のように定義され、２つの軸方向において隣り合うブレード要素２２、２２’または２２’’、２２’’’の軸方向の間隔Ａは、軸方向において隣り合うブレード要素２２、２２’または２２’’、２２’’’の外周面の中心点Ｍの間の距離である。
ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’のすべての長さＬは、シャフトバー２０の周面またはシェル表面において１９５°という同じ角度部分にわたってそれぞれ延びている。これらの角度は１８０°よりも大きいため、シャフトバー２０の周方向において隣り合うブレード要素２０、２０’’’または２０’、２０’’の端部は、一部において重なり合う。このため、シャフトバー２０の断面において見たときにシャフトバー２０の周方向において隣り合うブレード要素２０、２０’’’または２０’、２０’’は、軸方向に互いに少しずらされ、したがってシャフトバー２０の周方向に配置されているブレード要素の２つの端部が、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の幅Ｂの約６０％だけ軸方向にオフセットされ、これら２つのブレード要素の一領域、例えば一方のブレード要素２２の右側３分の１および他方のブレード要素２２’’’の左側３分の１が、シャフトバーのシャフトバー２０の周方向において見たときに重なり合う。ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’のこの比較的長い延在および結果として得られるブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の部分的な重なり合いによって、ウォームシャフトの直径に対して単位時間当たりに搬送方向に搬送される混合物の量について、優秀な搬送能力が達成されるだけでなく、搬送方向に逆らって搬送される混合物の一部の逆流も、極めて確実に回避され、あるいは少なくとも大幅に低減される。これにより、ウォームシャフト１２が配置されるハウジング２０の内部１８において、先行技術において必要とされるようなハウジング１０の内周面上の保持リングを、ウォームシャフト１２上に望ましくない堆積物が集まることなく省略できるように、適切な可塑化がもたらされる。
図３が、本発明の別の実施形態によるブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’が配置されたウォームシャフト１２の軸方向における一部分のシャフトバー２０のシェル表面およびブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の間のすき間へと突出した混練要素２４を、平らに投影して示している。混練機の動作時に、ウォームシャフト１２が回転し、同時にウォームシャフト１２は、１回転について１回、前後に並進運動する。これにより、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の側面４２が、混練要素２４に沿って移動する。
図４～図６が、図３の実施形態の代案の実施形態を示している。図４に示される実施形態においては、ブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’の角度部分が、図３の実施形態よりも小さい。加えて、この実施形態においては、ハウジング内周面が３列の混練ボルト２４を備える。図５に示される実施形態においては、ハウジング内周面が４列の混練ボルト２４を備え、図６に示される実施形態においては、６列の混練ボルト２４が存在する。加えて、図５および図６に示されるブレード要素２２、２２’、２２’’、２２’’’は、図３および図４に示したものとは異なる形状を有している。
１０ ハウジング
１２ ウォームシャフト
１４，１４’ ハウジング半分
１６ ハウジングシェル
１８ 中空な内部
２０ シャフトバー
２２，２２’，２２’’，２２’’’ ブレード要素
２４ 混練要素／混練ボルト
２８ 混練要素用のレセプタクル／ボア
２９，２９’，２９’’ 混練要素用のレセプタクルの（軸方向に延びる）列
３４，３４’，３４’’ プロセス部分
３６ 供給ホッパー
３８ 出口開口部
４０，４０’ ブレード要素の（軸方向に延びる）列
４２ ブレード要素の側面
１００ 混練機
α シャフトバーの周面とブレード要素の側面との間の角度
Ａ １つの列の２つの隣り合うブレード要素の軸方向の間隔Ａ
Ｂ 幅（ブレード要素の長さに対して垂直に延びるブレード要素の外周面の最長の直線の延在）
Ｌ 長さ（ブレード要素の外周面の最長の直線の延在）
Ｍ ブレード要素の外周面の中心点

Claims (15)

  1. 混練機（１００）のためのウォームシャフト（１２）であって、
    円形の断面を有するシャフトバー（２０）を有しており、前記ウォームシャフト（１２）は、軸方向に延びて互いに結合されている一つ又は複数の部分からなり、前記シャフトバー（２０）の周面上に、前記シャフトバー（２０）の周面から外向きに延びるブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）が、互いに間隔を空けて位置するように配置され、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）は、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる少なくとも一つの部分において、前記シャフトバー（２０）の周面上に、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる２つの列（４０、４０’）にて配置され、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記２つの列にて配置されたブレード要素を除いて、さらなるブレード要素を備えず、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）が前記シャフトバー（２０）の周面上に前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる２つの列（４０、４０’）にて配置されている、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．２Ｄであり、Ｄは前記ウォームシャフト（１２）の直径である、ウォームシャフト（１２）。
  2. 前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）は、前記シャフトバー（２０）の周面から半径方向外向きに延びている、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  3. 前記２つの列（４０、４０’）の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）は、前記シャフトバー（２０）の断面において見たときに、前記シャフトバー（２０）の周面上に互いに対向して配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  4. 前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記少なくとも一つの部分の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に対して４５°～１３５°の角度で延びる長手方向の延在Ｌを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  5. 前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記少なくとも一つの部分の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、上面図において楕円形、長円形、または両凸の外周面を有しており、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々が外周面の上述の形態を有している前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．２Ｄである、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  6. 前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、同じ楕円形、長円形、または両凸の外周面を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のウォームシャフト（１２）。
  7. 前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、幅Ｂに対する長さＬの比が３～１１である両凸の外周面を有し、長さＬは、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面の最長の直線の延在であり、幅Ｂは、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の長さＬに対して垂直に延びる前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面の最長の直線の延在である、ことを特徴とする請求項５に記載のウォームシャフト（１２）。
  8. 各々のブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の側面（４２）が、前記シャフトバー（２０）の周方向から前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面（２２、２２’、２２’’、２２’’’）へと、垂直に上方へと延びており、あるいは前記シャフトバー（２０）の断面の平面に対して１°～６０°の角度αで延びている、ことを特徴とする請求項５に記載のウォームシャフト（１２）。
  9. ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の幅Ｂに対する列（４０、４０’）の２つの隣り合うブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の軸方向の間隔Ａの比が、０．５～５であり、幅Ｂは、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の長さＬに対して垂直に延びる前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面の最長の直線の延在であり、２つの軸方向に隣り合うブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の軸方向の間隔Ａは、前記隣り合うブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面の中心点Ｍの間の距離であり、ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の中心点Ｍは、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の外周面の最長の直線の延在Ｌの中央に位置する地点である、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  10. 前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記少なくとも一つの部分の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、前記シャフトバー（２０）の断面において見たときに、前記シャフトバー（２０）の周面の少なくとも１６０°の角度距離にわたって延びており、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々が前記シャフトバー（２０）の周面の上述の角度距離にわたって延びている前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．２Ｄである、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  11. 前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記少なくとも一つの部分の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、前記シャフトバー（２０）の断面において見たときに、前記シャフトバー（２０）の周面の２０°～１６０°の角度距離にわたって延びており、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々が前記シャフトバー（２０）の周面の上述の角度距離にわたって延びている前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．５Ｄである、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  12. 前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記少なくとも一つの部分の前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々は、前記シャフトバー（２０）の断面において見たときに、前記シャフトバー（２０）の周面の同じ角度距離にわたって延びており、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）の各々が前記シャフトバー（２０）の周面の同じ角度距離にわたって延びている前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．２Ｄである、ことを特徴とする請求項１に記載のウォームシャフト（１２）。
  13. 円形の断面を有するシャフトバー（２０）を有しているウォームシャフト（１２）の部分であって、
    一つ又は複数の前記部分は、軸方向に延びて互いに結合して前記ウォームシャフト（１２）を形成し、
    前記シャフトバー（２０）の周面上に、前記シャフトバー（２０）の周面から外向きに延びるブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）が、互いに間隔を空けて位置するように配置され、
    前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）は、前記シャフトバー（２０）の周面の少なくとも一つの部分にわたって前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる２つの列（４０、４０’）にて前記シャフトバー（２０）上に配置され、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記２つの列にて配置されたブレード要素を除いて、さらなるブレード要素を備えず、前記ブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）が前記シャフトバー（２０）の周面上に前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる２つの列（４０、４０’）にて配置されている、前記ウォームシャフト（１２）の軸方向に延びる前記部分は、前記ウォームシャフト（１２）の長さのうちの少なくとも０．２Ｄであり、Ｄは前記ウォームシャフト（１２）の直径であり、各々の列（４０、４０’）は、互いに軸方向に間隔を空けて位置するように配置された１つ、２つ、３つ、または４つのブレード要素（２２、２２’、２２’’、２２’’’）を備える、部分。
  14. 連続処理用の混練機（１００）のハウジング（１０）であって、
    前記ハウジング（１０）内に、少なくともいくつかの部分で請求項１～１２のいずれか一項に記載のウォームシャフト（１２）あるいは請求項１３に記載のウォームシャフト（１２）の１つ又は複数の部分が軸方向に延びる、中空な内部（１８）が設計され、前記ハウジング（１０）内に、前記ハウジング（１０）の前記中空な内部（１８）において前記ハウジング（１０）の内周面へと延びるいくつかの混練要素（２４）が設けられ、前記混練要素（２４）は、前記ハウジング（１０）の内周面の少なくとも一つの部分にわたって軸方向に延びる少なくとも２つの列にて配置されている、ハウジング（１０）。
  15. ポリマー顆粒、ポリマー押出プロファイル、またはポリマー成形部品の製造のための連続処理用の混練機（１００）であって、
    請求項１４に記載のハウジングを備える、混練機（１００）。
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