(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに配置された第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’）を有する圧縮機（４０６）と、それを介して前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）が同期して駆動可能である伝動装置（４０５）と、駆動装置（４０４）とを含む、溶融プラスチックを工具から押し出すための加圧溶融ポンプであって、前記伝動装置（４０５）が前記駆動装置（４０４）と前記圧縮機（４０６）との間に配置されており、前記伝動装置（４０５）において前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）のそれぞれに対応する第１および第２の従動軸（４１６、４１６’；５１６、５１６’）が設けられており、また、前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）が、第１および第２の継手（４１４、４１４’；５１４、５１４’）を介して前記第１および第２の従動軸（４１６、４１６’）と連結されている溶融ポンプにおいて、
前記第１および第２の継手（４１４、４１４’；５１４、５１４’）が、前記第１および第２の従動軸（４１６、４１６’；５１６、５１６’）に設けられた２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）と、前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）に設けられた２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）と、前記２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）および前記２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）を把持する２つの継手スリーブ（４２１、４２１’）とを含むこと、ならびに前記２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）と前記２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）とが、異なる数の歯を有し、
前記第１の供給スクリューの駆動リングギアは、前記第２の供給スクリューの駆動リングギアと異なる数の歯を有することを特徴とする溶融ポンプ。
【請求項２】
前記第１の従動軸（５１６）の従動リングギア（５１８）は、前記第２の従動軸（５１６’）の従動リングギア（５１８’）と異なる数の歯を有することを特徴とする、請求項１に記載の溶融ポンプ。
【請求項３】
ケーシングに配置された第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’）を有する圧縮機（４０６）と、それを介して前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）が同期して駆動可能である伝動装置（４０５）と、駆動装置（４０４）とを含む、溶融プラスチックを工具から押し出すための加圧溶融ポンプであって、前記伝動装置（４０５）が前記駆動装置（４０４）と前記圧縮機（４０６）との間に配置されており、前記伝動装置（４０５）において前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）のそれぞれに対応する第１および第２の従動軸（４１６、４１６’；５１６、５１６’）が設けられており、また、前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）が、第１および第２の継手（４１４、４１４’；５１４、５１４’）を介して前記第１および第２の従動軸（４１６、４１６’）と連結されている溶融ポンプにおいて、
前記第１および第２の継手（４１４、４１４’；５１４、５１４’）が、前記第１および第２の従動軸（４１６、４１６’；５１６、５１６’）に設けられた２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）と、前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）に設けられた２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）と、前記２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）および前記２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）を把持する２つの継手スリーブ（４２１、４２１’）とを含むこと、ならびに前記２つの駆動リングギア（４１９、４１９’；５１９、５１９’）と前記２つの従動リングギア（４１８、４１８’；５１８、５１８’）とが、異なる数の歯を有し、
前記第１の従動軸（５１６）の従動リングギア（５１８）は、前記第２の従動軸（５１６’）の従動リングギア（５１８’）と異なる数の歯を有することを特徴とする溶融ポンプ。
【請求項４】
前記第１および第２の継手（４１４、４１４’；５１４、５１４’）は交換可能な第１および第２の調整ディスク（４２０、４２０’）を含み、前記第１の調整ディスク（４２０）が、前記第１の従動軸（４１６；５１６）と前記第１の供給スクリュー（４０８；５０８）との間に設けられ、前記第２の調整ディスク（４２０’）が、前記第２の従動軸（４１６’；５１６’）と前記第２の供給スクリュー（４０８’；５０８’）との間に設けられていることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項５】
前記第１の継手（４１４；５１４）の第１の調整ディスク（４２０）は、前記第２の継手（４１４’；５１４’）の第２の調整ディスク（４２０’）と異なる厚さを有することを特徴とする、請求項４に記載の溶融ポンプ。
【請求項６】
前記第１の従動軸（４１６；５１６）は、はすば歯（４１７、４１７’；５１７、５１７’）を介して前記第２の従動軸（４１６’；５１６’）と動作可能に連結されていることにより、前記第１および第２の供給スクリュー（４０８、４０８’；５０８、５０８’）を同期して駆動することを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項７】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、２０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、重なり合って、すなわち垂直方向に配置されていることを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項８】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、コア径（Ｄｉ）に対する外径（Ｄａ）の比率が１．６から６であるように形成されていることを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項９】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、コア径（Ｄｉ）に対する外径（Ｄａ）の比率が２．０から５．０であるように形成されていることを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１０】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）にそれぞれ設けられたスクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）は、媒体の強制給送を行うように形成されていることを特徴とする、請求項１から９のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１１】
前記スクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）は長方形または台形型のねじ山形状を有しており、前記スクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）のプロファイル角（α）が０度から２０度であることを特徴とする、請求項１０に記載の溶融ポンプ。
【請求項１２】
前記スクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）と前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）とが、前記ケーシング（４）と、固有のスクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）を有する前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）との間に少なくとも１つのスクリュー空間（１２、２１２、３１２）が形成され、前記スクリュー空間（１２、２１２、３１２）が、ケーシング間隙（１０）および／またはスクリュー間隙（１１、４１１、５１１）の他は閉じられているように相互に対応して形成されており、かつ互いに噛み合うように配置されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の溶融ポンプ。
【請求項１３】
前記ケーシング（７）は、前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）の外形に対応して、前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）と前記ケーシング（７）との間に残っているケーシング間隙（１０）が、前記ケーシング間隙（１０）が間隙密閉をもたらすほど小さくなるように形成されており、また、前記スクリューフライト（９、２０９、４０９、４０９’）および前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、前記スクリューフライト（９、２０９、３０９、４０９、４０９’）と前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）との間に残っているスクリュー間隙（１１、４１１、５１１）が、前記スクリュー間隙（１１、４１１、５１１）が間隙密閉をもたらすほど小さくなるように相互に対応して形成されており、かつ互いに噛み合うように配置されていることを特徴とする、請求項１０から１２のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１４】
前記ケーシング間隙（１０）および／または前記スクリュー間隙（１１、４１１、５１１）は、媒体に応じて、圧縮機（６、４０６）が軸方向に密であると見なされるように選択されていることを特徴とする、請求項１３に記載の溶融ポンプ。
【請求項１５】
前記駆動装置（４、４０４）および前記伝動装置（５、４０５）は、前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）の回転数が３０ｒｐｍから３００ｒｐｍとなるように設計されていることを特徴とする、請求項１から１４のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１６】
前記駆動装置（４、４０４）および前記伝動装置（５、４０５）は、前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）の回転数が５０ｒｐｍから１５０ｒｐｍとなるように設計されていることを特徴とする、請求項１から１４のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１７】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、長さ／外径比率が２から５であることを特徴とする、請求項１から１６のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【請求項１８】
前記第１および第２の供給スクリュー（８、１０８、２０８、３０８、４０８、４０８’、５０８、５０８’）は、長さ／外径比率が３．５であることを特徴とする、請求項１から１６のうちいずれか一項に記載の溶融ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に従った、溶融プラスチックを工具から押し出すための加圧溶融ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック部品を製造するには、まず、スクリュー装置においてさまざまな出発材料の重合プロセスで溶融プラスチックを作製する。溶融プラスチックには、炭酸カルシウム、おがくず、ガラス玉などのような添加物を加えてもよい。言うまでもなく、例えばタンパク質などの再生原料から製造される溶融物も溶融プラスチックと理解される。そのようなスクリュー装置は、混合機、押出機、スクリューニーダー、または類似の溶融プラスチック製造装置であってよい。
【０００３】
例えば、特許文献１では、さまざまな出発材料を、同時に作動するスクリュー軸を用いて流動性のある溶融プラスチックが得られるまで混合および混練するスクリュー装置が公知である。
【０００４】
プラスチックペレットを製造するには、溶融プラスチックを最大３０ｂａｒで工具、ここでは有孔ディスクから押し出し、その後で例えばプラスチック射出成形機で加工する。プラスチック異形材またはプラスチック成形部品を製造するには、押出プレス法で、溶融プラスチックを最大３００ｂａｒで適切な押出プレス工具または成形部品工具から押し出す必要がある。
【０００５】
特許文献１から公知のように、溶融プラスチックをスクリュー装置から、例えば特許文献２で公知の歯車ポンプに供給し、この歯車ポンプから工具に押し通すか、または工具に押し当てて、所望のペレット、異形材または成形部品を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、独立した歯車ポンプの場合、とりわけ独自の駆動装置を有し、また独自に制御が必要であるため、製造に費用がかかるという欠点がある。独自の駆動装置を有する歯車ポンプのこの他の問題として、回転数が５０ｒｐｍ以下と低い場合には特に、構造に起因して振動が発生し、この振動が溶融プラスチックの給送を妨げる。さらに、溶融プラスチックを工具に供給する際に、すべての溶融プラスチックが工具を通して押し出されるのではなく、むしろ溶融プラスチックの一部がポンプの入口開口部に戻り、そこで相応の、少なからぬ入口圧力が生じる。しかしながら、この入口圧力は一様ではなく、振動様の特定周期で生じるため、振動が起こる。この振動様の入口圧力を抑えるために、溶融物を相応の圧力で供給しなければならず、このためスクリュー装置の端部に十分な加圧が必要となる。
【０００７】
歯車ポンプの代わりに、独自の駆動装置を有する１軸スクリューポンプもよく用いられる。しかしながら、１軸スクリューポンプであっても、構造に起因してポンプ入口に少なからぬ入口圧力が生じ、スクリュー装置でこの圧力を抑え、スクリュー溝を満たす必要がある。
【０００８】
したがって、歯車ポンプまたは１軸スクリューポンプの使用は、スクリュー装置の増圧ユニットを小型化できるという利点があるにすぎず、生じる入口圧力は必ずスクリュー装置によって抑える必要があるため、増圧手段を完全に省略することは不可能である。
【０００９】
歯車ポンプおよび１軸スクリューポンプの別の欠点は、使用終了後に、歯車間またはスクリューの溝の間に溶融プラスチックが残り、歯車ポンプまたは１軸スクリューポンプの洗浄に手間がかかることである。
【００１０】
特許文献１は、歯車ポンプをスクリュー装置に統合することにより、単一の駆動装置が、スクリュー軸に取り付けた歯車ポンプと一緒にスクリュー軸を駆動することを教示している。これには、歯車ポンプをスクリュー軸と同じ高回転数で作動させ、それにより振動を最小限に抑えるという利点がある。
【００１１】
特許文献３からは、スクリューポンプを統合した２軸スクリュー押出機が公知である。この押出機には、同時に作動するスクリュー軸に、増圧をもたらすスクリュー要素が２つ取り付けられている。特定のスクリュー形状により、スクリュー要素同士の間に空間が形成され、この空間が溶融プラスチックの定量強制給送を可能にすることにより加圧が実現する。ただし、特許文献１によるスクリュー装置でも、特許文献３による２軸スクリュー押出機でも、増圧のために、また混合および混練プロセスのために、駆動装置から力とエネルギーを同時に調達する必要があるため、設備全体の駆動装置を拡張しなければならない。その結果、非常に強力な電動機と、相応に強力な伝動装置、回転軸、ケーシングなどを備える必要がある。
【００１２】
特許文献１によるスクリュー装置および特許文献３による２軸スクリュー押出機では、統合された歯車ポンプと増圧をもたらすスクリュー要素とが、混合や混練に用いられるスクリュー軸と同じ回転数を有する。均質な溶融プラスチックを得るには、高い回転数を要する。増圧をもたらすスクリュー要素と同様に、歯車ポンプではこの高い回転数が発生するが、摩擦が大きく、その結果、力やエネルギーの消費ならびに発熱が大きくなる。そうすると、熱が溶融プラスチックに伝わり、障害となるか、または極端な場合には溶融プラスチックの損傷を引き起こす可能性がある。結果として、統合された歯車ポンプおよび特殊なスクリュー要素の応用の可能性は限定的である。この問題は、使用する溶融プラスチックに応じて、個々に適合させた歯車ポンプ、または個々に形成したスクリュー要素を用いることにより軽減する。同様に、この摩擦損失が駆動装置および設備全体に影響を及ぼし、設備全体を相応に大きな寸法にする必要がある。しかしながら、これにより設備費および設置費が高額になり、また非常に激しい損耗が生じる。
【００１３】
これに関して、本発明の根底には、増圧ユニットをスクリュー装置に連結するには高額な設備費がかかり、またとりわけ、増圧ユニットについてもスクリュー装置についても、妥協なしにはこれらの部品のいずれも装備できないという認識がある。
【００１４】
その点で、特許文献４には、溶融プラスチックからプラスチックペレット、異形押出成形品または成形部品を製造するための装置が記載されている。この装置では、スクリュー装置は、溶融プラスチックの混合と混練にのみ用いられるのに対し、溶融ポンプはあくまで増圧用に設計されている。
【００１５】
請求項１の前提部に従った溶融ポンプは、すでに特許文献４に記載されており、この点に関して同明細書の内容が完全に援用される。あくまで増圧用に設計された、２つの供給スクリューを備えるこの種の溶融ポンプでは、スクリューフライト同士の間に形成されたスクリュー間隙を、そのつど加工する溶融プラスチックに適合させることが重要である。例えばポリエチレン（ＰＥ）の場合、スクリュー間隙は０．１ｍｍが好ましいのに対し、炭酸カルシウムの割合が高い溶融プラスチックでは、スクリュー間隙は０．５ｍｍが好ましい。例えばおがくずやガラス玉といった他の添加物では、１ｍｍまたは２ｍｍのスクリュー間隙が適切である可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】欧州特許出願公開０５６４  ８８４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第３８４２  ９８８号明細書
【特許文献３】欧州特許第１ ３６５ ９０６号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０ ２０１３ ０１０  ５０５．６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
これに基づいて、本発明の課題は、２つの供給スクリューの間のスクリュー間隙が容易かつ任意に調整可能である、上述した種類の溶融ポンプを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この課題の技術的な解決策として、本発明に従って、請求項１の特徴を有する上述した種類の溶融ポンプが提案される。この溶融ポンプの有利な別の形態は、従属請求項から引用され得る。
【００１９】
本技術的教示に従って形成される溶融ポンプには、容易に着脱可能な継手により、供給スクリューを迅速かつ簡単に伝動装置から分離できるという利点がある。さらにこれにより、供給スクリューを、縦軸を中心に相互に回転させること、また、この新しい角度位置で伝動装置と連結させることも可能となる。これにより、供給スクリュー同士の間に形成されるスクリュー間隙を、加工する溶融プラスチックに適合させることができる。このとき、従動軸の従動リングギアに、供給スクリューの駆動リングギアとは異なるピッチを設けると、特に有利であることが判明している。それぞれのリングギアにおいてピッチが異なること、すなわち歯数が異なることにより、供給スクリューを駆動軸に取り付けられる位置が非常に多くなる。その結果、スクリュー間隙をはるかに正確に調整することができる。
【００２０】
好ましい実施形態では、第１および第２の供給スクリューの駆動リングギアも歯数が異なる。さらにリングギアが３種類である場合には、可能な位置の数はさらに増加する。
【００２１】
第１のおよび第２の従動軸の従動リングギアの歯数が異なる場合にも、同様のことが当てはまる。
【００２２】
特に好ましい実施形態では、２つの従動軸および２つの供給スクリューにおける４つのリングギアすべての歯数が異なることにより、供給スクリューの角度調整のために特に多くの位置が利用できる。これにより、スクリュー間隙を特に正確に調整することができる。理想的な歯の組み合わせの算出は非常に複雑であるため、実践では適切なソフトウェアを使用する。
【００２３】
さらに別の好ましい実施形態では、継手は調整ディスクを含み、この調整ディスクを用いて供給スクリューの軸方向の位置を調整することができる。この場合、供給スクリューの実際の軸方向の位置を算出し、取り付けた状態で供給スクリューが所望の位置を取るように、調整ディスクの厚さを選択する。
【００２４】
好ましい別の形態では、第１の継手の調整ディスクは第２の継手の調整ディスクと厚さが異なり、その結果、調整ディスクを介して、同様にスクリュー間隙を調整することができる。これにより、スクリュー間隙のさらに正確な調整が可能となる。
【００２５】
さらに別の有利な実施形態では、２つの供給スクリューは、重なり合って、すなわち相互に垂直に配置されている。これには、入口開口部を供給スクリューに対して中心に配置  
【００２６】
できるため、入ってくる溶融物を２つの供給スクリューでしっかり捉え、それにより高充填率を実現するという利点がある。さらにこれには、入口開口部を溶融ポンプの側方に配置することにより、媒体を放射状に投入また放射状に排出できるという利点がある。またその一方で、これにより溶融ポンプをスクリュー装置に対して角度をつけて配置でき、装置全体の長さが短縮されるという利点が生じる。例えば、溶融ポンプはスクリュー装置に対して４５度の角度で設置でき、これによりスペースが大幅に節約できる。
【００２７】
有利な実施形態では、供給スクリューはコア径（Ｄｉ）に対する外径（Ｄａ）の比率が２となるように構成される。別の実施形態では、例えば溶融プラスチックにタンパク質を投入した場合、コア径に対する外径の比率は５となる。溶融プラスチックの種類に応じて、Ｄｉに対するＤａの比率も１．６から６の間で選択できる。これにより、スクリューが比較的薄く、そのため安価である場合に大量給送が実現する。
【００２８】
本技術的教示に従って形成される装置および本技術的教示に従って形成される溶融ポンプは、溶融ポンプにおいて溶融物を強制給送するため、溶融ポンプの入口開口部において入口圧力がさほど生じず、その結果、溶融物が圧力を受けずにスクリュー装置から溶融ポンプに移動できるという利点がある。溶融プラスチックの輸送に必要な力、例えば溶融物の慣性、摩擦など（溶融圧力ともいう）に打ち勝つために必要な力のみ、スクリュー装置が加える必要があり、溶融物の性質に応じて０．１から０．４ｂａｒのわずかな増圧とすることができる。しかしながら、このような力はスクリュー装置のスクリュー自体によってもたらすことができるため、スクリュー装置に増圧装置がなくても構わない。またその一方で、増圧装置のないスクリュー装置は、伝達すべき力が非常に小さいため、小さめの駆動装置、この場合は小さめの電動機、場合によっては小さめの伝動装置、小さめのスクリュー、小さめのケーシングおよびその他の小さめの部品で作動させることができるという利点がある。これは、スクリュー装置の製造コストの明らかな削減につながる。それに伴ってエネルギーコストも削減される。
【００２９】
さらに、増圧装置をなくすことにより、スクリュー装置をあくまで出発材料の混合用および溶融プラスチックの生産用に設計でき、これによりスクリュー装置の効率と、それに伴い経済性も改善するという利点が生じる。同時に、スクリュー装置にかかる負担が小さくなり、これにより損耗が少なくなる。
【００３０】
さらに、溶融ポンプをスクリュー装置から分離すると、溶融ポンプを、効率的な増圧を実現するためだけに構成および設計できるという利点もある。
【００３１】
驚くことに、本発明による装置の試作機の組み立ておよび作動において、スクリュー装置と溶融ポンプとを駆動する電力の合計は、先行技術による相応する装置の電力より小さいことが明らかとなった。したがって、スクリュー装置と溶融ポンプとを分離することにより、（構成部品の小型化による）装置の製造コストの削減に加え、プラスチックペレット、異形押出成形品および成形部品の製造にかかるエネルギーコストも削減された。別の有利な実施形態では、スクリューフライトは長方形または台形型のねじ山形状を有する。これにより、フランク角（プロファイル角ともいう）を０度から２０度の間で選択する場合は特に、溶融物の十分な強制給送が実現する。スクリューフライトの成形は、使用する溶融物に適合させる必要がある。例えばポリエチレン（ＰＥ）の加工では０度のプロファイル角が適当であることがわかっており、一方、ＰＶＣは１３度のプロファイル角でより良く加工できる。
【００３２】
好ましい実施形態では、スクリューフライトは平らな表面を有しており、これは同様に安価な製造に寄与する。
【００３３】
フランクが平らで、フランク角が０度であり、かつ表面が平らなスクリューフライトを形成することにより、スクリューフライトの断面は長方形となる。その上、スクリューフライトの間隔が、すべての勾配に従ってスクリューフライトの幅とおおよそ一致する場合には特に、スクリュー間隙が一様で最小限に抑えられ、それに伴って対応するスクリュー空間が密閉される。この密閉により、工具に対して、特に有孔ディスクに対して高い加圧が可能となる。
【００３４】
またさらに別の好ましい実施形態では、２つの供給スクリューのスクリューフライトは、もっとも狭い場所に残っているスクリュー間隙が間隙密閉を形成するように互いに噛み合っている。この間隙密閉は、一方で媒体の逆流を阻止して強制給送を増進し、他方で超過圧力の補正として機能する。強制給送により高い加圧が実現され、同時に、超過圧力の補正により、加工する媒体に間隙密閉が適合している場合には特に、媒体の損傷を防ぐ。ケーシング間隙についても同じ利点が当てはまる。
【００３５】
さらに別の利点として、２つの供給スクリューを比較的小さな出力で駆動することができ、これにより駆動モーターが小さくなり、エネルギー消費が少なくなる。
【００３６】
別の好ましい実施形態では、ケーシングと、供給スクリューまたはそのスクリューフライトとの間に多数のスクリュー空間が形成されており、そのスクリュー空間に媒体が保持されている。スクリュー空間は、スクリュー間隙および／またはケーシング間隙の間隙密閉に応じて、いわば閉鎖されて構成されており、その結果、所望の圧力を加えることができ、また、溶融プラスチックの強制給送が実現されるが、（局所的に）過剰な圧力がある場合にもある程度の圧力補正が行われる。
【００３７】
好ましい実施形態では、スクリュー空間は、スクリューフライトの勾配に沿って広がっている。スクリュー空間の始端と終端は、２つの供給スクリューの接続部、すなわち、２つの供給スクリューの軸によって画成されている面に存在する。これには、これにより媒体が、画成された場所を占め、他の媒体と混合されないという利点がある。同時に、これにより有孔ディスクに対する効果的な加圧が可能となる。
【００３８】
さらに別の好ましい実施形態では、スクリューフライトとケーシングとの間にケーシング間隙が、またスクリューフライトとそれに隣接する供給スクリューとの間にはスクリュー間隙が形成されており、この２つの間隙が間隙密閉として構成されていることから、媒体が基本的に当該スクリュー空間に保持され、間隙（間隙密閉）を越えて隣接する後方のスクリュー空間に大量に逆流することがない。これには、これによりスクリュー空間同士の間が密閉され、この空間が、個々のスクリュー空間における高圧と、溶融プラスチックの強制給送と、有孔ディスクに対する４００ｂａｒ超、最大６００ｂａｒの圧力とを可能にするという利点がある。
【００３９】
またさらに別の好ましい実施形態では、ケーシング間隙および／またはスクリュー間隙は幅０．０５ｍｍから２ｍｍである。最終的に間隙の幅、およびそれに伴う間隙密閉の大きさは、加工する媒体とその添加物によって異なる。炭酸カルシウムの割合が８０％の高充填プラスチックで、有孔ディスクに対する圧力が５００ｂａｒの場合、間隙の幅は０．５ｍｍが有利であることがわかっている。
【００４０】
またさらに別の利点として、一方では、対応して構成されているスクリューフライトを有し、互いに正確に噛み合っている２つの供給スクリューの協働により、また他方では強制給送により、迅速な加圧が行われ、その結果、比較的短い構造の溶融ポンプで高い圧力が実現でき、溶融ポンプ内の滞留時間が短く、溶融物の熱的損傷と機械的損傷が少ない。
【００４１】
またさらに別の有利な実施形態では、溶融ポンプは、供給スクリューが、溶融プラスチックの種類に応じて３０ｒｐｍから３００ｒｐｍの回転数、好ましくは５０ｒｐｍから１５０ｒｐｍの回転数で回転するように設計されている。これにより、選択された回転数が、少なくともほとんどの場合、歯車ポンプまたは１軸スクリューポンプの回転数より高くなり、その結果、形状によって生じる溶融物の強制給送に関連して、溶融物がほぼ振動なしに給送される。
【００４２】
回転数を最大３００ｒｐｍに限定する利点は、回転数が高い場合に生じるポリマー鎖の有害な切断を回避することである。
【００４３】
好ましい実施形態では、溶融ポンプは、供給スクリューの長さ／直径比率が２から５、好ましくは３．５であるとき、有孔ディスクに対する圧力が２５０ｂａｒ超、最大６００ｂａｒに達する。これにより、溶融ポンプを安価に製造でき、省スペースで設置できるという利点がある。
【００４４】
本発明による溶融ポンプのさらなる利点は、添付の図面および以下に記載する実施形態から明らかとなる。同様に、前述の特徴およびまたさらに構成される特徴は、本発明に従って、そのつど個々に、または任意の組み合わせで用いることができる。説明する実施形態は、最終的な列挙ではなく、例示的な性格をもつと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】溶融プラスチックからプラスチックペレット、異形押出成形品または成形部品を製造するための装置の、本発明による溶融ポンプの第１の実施形態を示した概略平面図である。
【図２】図１の溶融ポンプの側面断面図である。
【図３】図５ａの線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した、本発明による溶融ポンプの第２の実施形態の側面断面図である。
【図４】図５ｂの線ＩＶ−ＩＶに沿って切断した、図３の溶融ポンプの側面断面図である。
【図５ａ】図３の線Ｖ−Ｖに沿って切断した、図３の溶融ポンプの断面図である。
【図５ｂ】図３の線Ｖ−Ｖに沿って切断した、図３の溶融ポンプの断面図である。
【図６】本発明による溶融ポンプの第３の実施形態の供給スクリューの側面図である。
【図７】図６の供給スクリューの側面図である。
【図８】図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切断した、図６の供給スクリューの側面断面図である。
【図８ａ】図８の円ＶＩＩＩａの拡大図である。
【図９】本発明による溶融ポンプの第４の実施形態の供給スクリューの斜視図である。
【図１０】図９の供給スクリューの側面図である。
【図１１】図９の供給スクリューの上面図である。
【図１２】図９の供給スクリューの正面図である。
【図１３】本発明による溶融ポンプの第５の実施形態の側面断面図である。
【図１４】図１３の溶融ポンプの継手の分解図である。
【図１５】本発明による溶融ポンプの第６の実施形態の継手の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１には、溶融プラスチックからプラスチックペレット、プラスチック異形材またはプラスチック成形部品を製造するための装置を概略的に示す。この装置は、溶融プラスチックの出発材料を混合および混練するためのスクリュー装置１と、溶融プラスチックを圧縮するための本発明による溶融ポンプ２の第１の実施形態と、工具３とを含み、ここでは工具３は、５０ｂａｒ超に圧縮した溶融プラスチックをそこから押し出して所望のプラスチックペレットを作製する有孔ディスクである。本明細書に図示しない実施形態では、有孔ディスクの代わりに、所望のプラスチック異形材または所望のプラスチック成形部品を製造するための押出プレス工具を用い、工具に２５０ｂａｒ超の圧力をかけることができる。
【００４７】
本明細書に図示する実施形態において、溶融ポンプはスクリュー装置に対して４５度傾斜して配置されており、製造施設において必要なスペースを削減する。
【００４８】
特に図２から、溶融ポンプ２は駆動機、ここでは電動機４と伝動装置５と圧縮機６とを備えていることがわかる。圧縮機６のケーシング７内には２つの供給スクリュー８が互いに平行に配置され支持されており、逆方向に回転する。供給スクリュー８は、伝動装置５に連結されており、伝動装置５は電動機４に接続されている。これら２つの供給スクリュー８はそれぞれ、基本的に放射状に突出した、らせん状に延びるスクリューフライト９を有しており、一方の供給スクリュー８のスクリューフライト９は、溶融プラスチックを強制給送するように、他方の供給スクリュー８のスクリューフライト９に噛み合っている。
【００４９】
図２に示す、本発明による溶融ポンプ２の第１の実施形態において、２つの供給スクリュー８は逆方向に回転する。的確で相互に正確な噛み合いを保証するため、供給スクリュー８は伝動装置５を介して強制連結されており、その結果、供給スクリュー８の同時作動が保証されている。このとき、２つの供給スクリュー８は同期して駆動される。
【００５０】
ケーシング７は、供給スクリュー８に対応して、スクリューフライト９の外縁とケーシング７との間に狭いケーシング間隙１０が残るように形成されており、この間隙は０．０５ｍｍから２ｍｍであってよく、本明細書に図示する実施形態では０．５ｍｍである。
【００５１】
スクリューフライト９が放射状に突出し、かつ、フランクが平らに構成されている場合に、また特にフライト表面が平らに構成されている場合に、スクリューフライト９の各面のフランク角が０度であると、スクリューフライト９の断面が長方形となる。同時に、隣接するスクリューフライト９の間隔はスクリューフライト９の幅に相当する。ここから、一方の供給スクリュー８のスクリューフライト９は他方の供給スクリュー８のスクリューフライト９の隙間にぴったり噛み合うことがわかる。このとき、スクリューフライト９と供給スクリュー８との間に残るスクリュー間隙１１は最小限に抑えられており、０．０５ｍｍから２ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍとなる。実際に選択されるスクリュー間隙１１は使用する媒体によって異なり、媒体の粘性が高くなるのに伴って、相応に広いスクリュー間隙１１が選択される。スクリュー間隙１１を最小限に抑えることにより、隣接する供給スクリュー８同士の間が密閉され、その結果、ケーシング７とスクリューフライト９および供給スクリュー８との間に多数のスクリュー空間１２が形成される。密閉により、スクリュー空間１２はそれぞれ閉鎖されており、その中に存在する溶融プラスチックは連続的に強制給送される。密に互いに咬合する供給スクリュー８によって、溶融プラスチックの一部の逆流が最低限に抑えられ、その結果、圧力損失が最小限に抑えられている。これを軸方向に密ともいう。
【００５２】
高い給送能力を得るために、スクリュー空間１２は比較的大きく構成されている。これはスクリューフライト９を高くすることにより実現され、コア径（Ｄｉ）に対する外径（Ｄａ）の比率は２となる。
【００５３】
溶融ポンプ２のサイズを小さくするために、供給スクリュー８は、本明細書に図示する実施形態において長さ／外径比率が３．５である。
【００５４】
ケーシング７の内部に形成されるスクリュー空間１２は、ケーシング７の外側に向かって、かつスクリューフライト９の側方に区切られている。隣接する供給スクリュー８のスクリューフライト９が互いに噛み合う領域では、スクリュー空間１２は、密閉作用によって互いに隔てられている。その結果、１つのスクリュー空間１２は１つのスクリュー溝に広がっている。
【００５５】
ケーシング間隙１０および／またはスクリュー間隙１１の幅の形態は、使用する材料によって異なる。例えば、炭酸カルシウムの割合が８０％の高充填プラスチックを加工する場合に、必要な圧力が２５０ｂａｒであれば、幅は０．５ｍｍが適当であることがわかっている。流動性の高い媒体では間隙は小さめに、流動性の低い媒体では間隙は大きめに構成される。媒体に硬質粒子、繊維または顔料が混合されている場合には、間隙は同様に大きめに構成することができる。
【００５６】
ケーシング間隙１０およびスクリュー間隙１１により、ほぼ閉じたスクリュー空間１２の形成が可能となり、それによって、とりわけこれにより媒体の大幅な逆流が阻止されるため、有孔ディスク３への加圧が実現する。
【００５７】
圧力が局所的に所望の程度を超えて上昇した場合には、間隙が補正的に作用し、すなわち、いくらかの溶融プラスチックが隣接するスクリュー空間１２に漏れ込むことができ、これにより局所的に圧力が再び低下して、詰まりおよび／または破損が回避される。したがって、間隙の大きさは、圧力補正にも影響を及ぼす。工具３において高い圧力を要する場合には、ケーシング間隙１０およびスクリュー間隙１１を小さくする必要がある。高粘性の溶融プラスチックを加工する場合にもこれが当てはまる。低粘性の溶融プラスチックの場合、間隙を拡張することもできる。
【００５８】
結局のところ、間隙は本明細書に記載する基準に応じて、個々の例について選択することができる。間隙の幅は０．０５ｍｍから２ｍｍが適当であることがわかっている。本明細書に記載する実施形態はすべて、軸方向に密と見なされる。
【００５９】
間隙幅が０．５ｍｍである溶融ポンプ２の本明細書に記載する実施形態は、特に有利には高充填プラスチックに、すなわち、例えば炭酸カルシウム、木材、カーバイドのような固形物の割合が高いプラスチックに適用できる。このとき、高充填プラスチックは炭酸カルシウムを少なくとも８０％の割合で有する。
【００６０】
多くの溶融プラスチックがあるため、フランク角（プロファイル角ともいう）は、あらゆる必要な形状に適合させることができる。このとき、少なくとも供給スクリュー８同士が逆方向である場合、図２に示す長方形のねじ山形状、または図８に示す台形型のねじ山形状を選択すると有利であることが判明している。
【００６１】
図２に示すような長方形のねじ山形状は、ポリエチレン（ＰＥ）の加工にも用いられる。
【００６２】
図３から５に示す本発明による溶融ポンプ１０２の第２の実施形態において、２つの供給スクリュー１０８は逆方向に回転し、共通の駆動軸１１３によって駆動される。この場合も、供給スクリュー１０８のスクリューフライトは、最小限のスクリュー間隙を残すように互いに噛み合う。
【００６３】
この種の高充填プラスチックは、溶融ポンプ２、１０２を用いて材料を傷めずに運搬および圧縮することができ、プラスチックは周囲圧力で溶融ポンプ１０２に入り、５０ｂａｒから６００ｂａｒ、好ましくは４００ｂａｒの圧力で溶融ポンプ１０２から排出される。この場合も、高い給送能力を実現するために、Ｄｉに対するＤａの比率は同様に２である。
【００６４】
図６から８には、本発明による溶融ポンプの第３の実施形態の供給スクリュー２０８を示す。この供給スクリュー２０８は２条に構成されており、スクリューフライト２０９は、断面が、フランク角が１３度の台形型に構成されている。この供給スクリュー２０８は逆方向に配置され、好ましくはＰＶＣの加工に用いられる。この場合も、軸方向に密なスクリュー空間２１２が形成され、これにより十分な加圧と十分な強制給送が実現される。この場合もＤｉに対するＤａの比率は同様に２である。
【００６５】
図９から１２には、本発明による溶融ポンプの第４の実施形態の供給スクリュー３０８を示す。この供給スクリュー３０８は４条（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に構成されており、スクリューフライト３０９は断面が、フランク角が０度の長方形に構成されている。この供給スクリュー３０８は逆方向に配置され、好ましくはタンパク質含有媒体の加工に用いられる。この場合も、軸方向に密なスクリュー空間３１２が形成され、これにより十分な加圧と十分な強制給送が実現される。この場合もＤｉに対するＤａの比率は同様に２である。
【００６６】
図１３から１４に示す本発明による溶融ポンプ４０２の第５の実施形態では、圧縮機４０６、伝動装置４０５および駆動装置４０４は、図２の第１の実施形態と同様に形成されており、唯一の違いは、第５の実施形態では２つの供給スクリュー４０８および４０８’が、それぞれ継手４１４および４１４’を介して、伝動装置４０５の従動軸４１６、４１６’に着脱可能に連結されている。２つの従動軸４１６、４１６’のそれぞれには、はすば歯４１７、４１７’が形成されており、これらのはすば歯は、これらを介して２つの従動軸４１６、４１６’が、さらにそれにより供給スクリュー４０８、４０８’が同期されるように互いに噛み合っている。これにより供給スクリュー４０８、４０８’の正確な同時作動が実現し、その結果、スクリューフライト４０９、４０９’の位置が作動中に互いに変化しない。
【００６７】
継手４１４、４１４’はそれぞれ、従動軸４１６、４１６’の自由端に設けられた従動リングギア４１８、４１８’と、供給スクリュー４０８、４０８’の対応する自由端に設けられた駆動リングギア４１９、４１９’と、調整ディスク４２０、４２０’と、継手スリーブ４２１、４２１’とを含む。継手スリーブ４２１、４２１’は内側に従動歯４２２、４２２’と駆動歯４２３、４２３’とを備え、従動歯４２２、４２２’は従動軸４１６、４１６’の従動リングギア４１８、４１８’に対応するように形成され、一方、駆動歯４２３、４２３’は供給スクリュー４０８、４０８’の駆動リングギア４１９、４１９’に対応するように形成されている。本明細書に図示する実施形態において、平歯はＤＩＮ５４ ８０に従って選択されていた。
【００６８】
取り付けた状態では、継手スリーブ４２１、４２１’は、従動リングギア４１８、４１８’にも駆動リングギア４１９、４１９’にも被さるため、従動歯４２２、４２２’は従動リングギア４１８、４１８’と、また駆動歯４２３、４２３’は駆動リングギア４１９、４１９’と噛み合う。これにより継手スリーブ４２１、４２１’は従動軸４１６、４１６’から力とモーメントとを供給スクリュー４０８、４０８’に伝達することができる。
【００６９】
咬合する供給スクリュー４０８、４０８’のスクリューフライト４０９、４０９’が常に互いに噛み合うために、供給スクリュー４０８、４０８’を互いに対して調整する必要がある。これは、供給スクリュー４０８、４０８’の１つまたは２つを、それぞれの縦軸を中心に、所望の位置に達するまで回転させることで行う。このとき、スクリュー間隙４１１の大きさも所望の程度に調整する。
【００７０】
従動軸４１６、４１６’の従動リングギア４１８、４１８’は多数の歯を有し、この歯数は、供給スクリュー４０８、４０８’の駆動リングギア４１９、４１９’の歯数とは異なる。
【００７１】
そのため、供給スクリュー４０８、４０８’は、駆動リングギア４１９、４１９’のピッチに応じて、または従動リングギア４１８、４１８’のピッチに応じてずらすことができる。当然のことながら、供給スクリュー４０８、４０８’は、駆動リングギア４１９、４１９’においても従動リングギア４１８、４１８’においてもずらすことができる。さらに、第１の供給スクリュー４０８を第２の供給スクリュー４０８’とは違うようにずらすこともできる。
【００７２】
その結果、これにより、互いに対する供給スクリュー４０８、４０８’の位置決めには多くの可能性があることが明らかとなる。実践では、互いに対する供給スクリュー４０８、４０８’を最適に位置決めするために、歯の組み合わせは適切なソフトウェアを用いて計算して確認する。算出された歯の組み合わせに応じて、継手スリーブ４２１、４２１’を従動軸４１６、４１６’にはめ込み、供給スクリュー４０８、４０８’を、それに応じて、算出された位置で継手スリーブ４２１、４２１’に差し込む。
【００７３】
調整ディスク４２０、４２０’を用いて、そのつどの供給スクリュー４０８、４０８’の位置を軸方向に調整する。このとき、まずスクリューフライト４０９、４０９’の実際の位置を相互に算出する。それに応じて、第１の厚さを有する第１の調整ディスク４２０と、第２の厚さを有する第２の調整ディスク４２０’とを、所望のスクリュー間隙４１１が生じるように選択し、第１の調整ディスク４２０は第１の供給スクリュー４０８と第１の従動軸４１６との間に配置し、一方、第２の調整ディスク４２０’は第２の供給スクリュー４０８’と第２の従動軸４１６’との間に配置する。
【００７４】
図１３および１４に示す第５の実施形態において、第１のおよび第２の従動軸４１６、４１６’の従動リングギア４１８、４１８’のピッチ、すなわち歯数は同じである。同様のことが、第１のおよび第２の供給スクリュー４０８、４０８’の駆動リングギア４１９、４１９’にも当てはまる。
【００７５】
図１５に示す本発明による溶融ポンプの第６の実施形態と、図１３および１４に示す第５の実施形態とが異なるのは、第１の従動軸５１６の従動リングギア５１８の歯数が、第２の従動軸５１６’の従動リングギア５１８’の歯数と異なるという点のみである。つまり、第１の従動軸５１６の、平歯が設けられた従動リングギア５１８は合計１６の歯を有し、第２の従動軸５１６’の従動リングギア５１８’は合計１７の歯を有するのに対し、第１の供給スクリュー５０８の駆動リングギア５１９は、第２の供給スクリュー５０８’の駆動リングギア５１９’と同じく、それぞれ１８の歯を有する。これにより、２つの継手５１４、５１４’には３つの異なるリングギアが設けられているため、可能な歯の組み合わせは明らかに増し、その結果、スクリュー間隙５１１はより精密に調整可能となる。
【００７６】
ここには図示されていない別の実施形態において、２つの継手に設けられている４つのリングギアはすべて異なる数の歯を備えており、その結果、さらに多くの歯の組み合わせが利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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