专利名称：用于回收塑料材料以重复利用的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用于回收塑料材料以重复利用的装置，尤其是热塑性塑料材料，带有一个待加工材料从上部通过进料口进料的料罐，并且带有至少一个在料罐中布置的、围绕着垂直的料罐轴线旋转的、混合和/或者粉碎用刀具，其中由该刀具处理的材料导入一个在料罐的下部布置的出料口，最好是相切地连接在料罐上的、至少装有一个螺杆的壳体的喂料口与该出料口流动连通。其中刀具经过的喂料口的那个侧壁，在剖面上看，相对于螺杆壳体的轴线，构成喂料口连续伸展的扩宽口。
这类装置是大家所熟知的，例如AT407972B。它大多数情况下具有一个挤出螺杆，它把由它输送的材料直接供给后面的处理装置，大多数情况下是一个造粒装置。但是螺杆也可以是一个纯粹起输送作用的螺杆，它将材料供给连接的加工段，例如借助于旋转刀具的重复加工，其中材料首先由这个加工段供给塑化机构或者团聚机构。熟知的装置原则上其工作是令人满意的，但是经常有关于在出料口上连接的装置喂料的困难，当在这个装置中涉及到塑化机构或者团聚机构时，尤其如此。争取达到的是在螺杆上尽可能均匀地喂料，并且因此达到该装置的尽可能均匀地排料，当在挤出机上接有成型设备时，那么这就尤其重要，在该装置中重要的是，成型材料要尽可能均匀地供给。此外上述到的困难由于是有条件的，待加工的材料大部分是各不相同的，不仅是材料的化学成分，而且还有它的外部特性(污染程度、颗粒度、颗粒形状、等等)。
本发明的任务就是克服这种困难，并且改进在开头时所描述的这类装置，以达到待加工材料到连接在出料口上的螺杆壳体喂料口的尽可能均匀地喂料，以实现在螺杆的排料端，尤其是塑化机构或者团聚机构的排料端均匀地排料。本发明通过这种方式解决该任务，朝着螺杆壳体轴线的方向看，扩宽口延伸到相邻螺杆的螺旋线的圆周部分上，最好是延伸到螺杆轴线的区域，使扩宽口的螺杆侧的棱形成一个与螺旋线共同起作用的不间断的剪切棱。由此得到一个待加工材料到螺杆的喂料口的恒定的喂料，即使当材料在料罐中又热又软时也是这样。可以认定，这个改进的工作方式可以归因于较长的、由扩宽口的螺杆侧的边缘构成的剪切棱。根据本发明的结构的另一个主要的优点在于，到现在为止在喂料区大多数情况下必不可少的、受到强烈磨损的冷却开槽衬套取消了。它不仅带来成本的节省，而且也带来了驱动电机起动转矩小的优点。
根据本发明的一个特别有利的替代方案，围着扩宽口的喂料口的侧壁与螺杆轴线构成20°到80°的夹角，最好是30°到55°。同样通过试验表明对于上述到的喂料状态特别有利，当下列公式适用于螺杆壳体的喂料口时h≥k0.6d并且L≥k0.6d，其中h是在料罐的轴向方向测量的喂料口的有效高度，单位mm，L是在料罐的圆周方向测量的喂料口的有效长度，单位mm，d是螺杆的外径，单位mm，并且k是螺杆的数量，其中k最好等于1或者2。
此外当喂料口的底部从螺杆向料罐方向倾斜时，这是有利的。
本发明不仅在该结构上、在连接到料罐的出料口的壳体上只布置有一个唯一的螺杆方面显示出优越性，而且在结构上，在壳体中安装有两个螺杆，也有优点。螺杆可以是起塑化作用的螺杆或者团聚螺杆，但是也可以是一个纯粹起输送作用的螺杆。到现在为止人们对双螺杆结构一直有着成本较高的顾虑，然而申请人的经验表明，为了达到相当均匀的喂料状态，在单螺杆结构中必须采取的复杂的措施使其接近了双螺杆结构的成本。还有与单螺杆结构相比，双螺杆结构的螺杆和圆筒可以制造的非常短，并且在同样的螺杆直径下大约可以达到1.5到2倍的排料量(例如在加工聚乙烯时)。
然而申请人的试验表明，在双螺杆结构中对于保持喂料状态的优越性是有利的，当料罐的直径D与两个螺杆每个的直径d具有下列关系时D=10d2K3,]]>
其中D是圆筒形料罐的内径，单位mm，或者是具有同样的有效高度、换算到相同容积的假想圆筒形料罐的内径，d是螺杆的直径，单位mm，并且K是一个大于或者等于50、最好大于100的常数。
对于非圆筒形料罐或者变化的螺杆直径要进行换算，对此后面还要进一步地探讨。
与单螺杆结构相比，这种双螺杆结构的螺杆长度可以做的更短，大约可缩短一半，所以在装置的排料相同时，对空间需求显著减小。在螺杆的楔形空隙区产生了更好的塑化性能，因为在那里材料通过剪切和捏合作用得到特别强烈的加工。同时也表明，鉴于螺杆的几何形状，这种结构对于各不相同的塑料种类的加工不敏感，因此该装置是通用的。
另外在本发明的范围内表明，由螺杆和它的壳体构成的机构的喂料，尤其是当它是由塑化机构或者团聚机构构成时，在料罐和螺杆之间存在的待加工材料的接触面越小越好。因此根据本发明的优选方案，结构这样构成，在双螺杆时，在壳体中，螺杆尽可能近的位于喂料口的料罐侧的边缘。因此由螺杆构成的塑化机构或者团聚机构的壳体直接连接到料罐的出料口上，以使塑化机构或者团聚机构壳体的喂料口与料罐的出料口是紧邻的、或者与它相重叠。为此当两个螺杆的壳体尽可能相切地连接在料罐的圆周上时是有利的，虽然原则上与此不同的布置、例如径向布置也是可能的。
当在塑化机构或者团聚机构的壳体中，两个螺杆的横截面在喂料口的区域处于垂直重叠或者倾斜重叠，在本发明的范围内得到最有利的布置。垂直布置获得了有时可能有粘性的待加工材料从料罐到两个螺杆必须通过的最小的表面。为了避免在这段表面上的材料粘结，这是很重要的。当不用垂直布置方案时，例如在两个螺杆横截面倾斜布置时，或者甚至于并排布置时，那么为了防止材料粘结到该段表面上，并且由此造成在那里堆积材料的过热，大多数情况下需要在塑化机构或者团聚机构的壳体中，在喂料口的区域布置冷却通道。
两个螺杆的螺旋线至少可以在喂料口的区域相互啮合。它具有螺旋线自净化的优点，这在喂料区恰恰是最重要的。尽管两个螺杆的螺杆直径相同是实用的，但它不一定是必须的，并且例如当一个螺杆是另一个螺杆的供料螺杆时，那么两个螺杆也可以具有不同的长度。
本发明的其他特征和优点由在附图中以示意图的形式表示的实施例的说明中得出。
图1所示是通过第一个实施方式的、朝着图2所示的剖面线I-I的方向看的纵剖面图，图2表示的是图1所示的剖面线II-II的剖面。图3所示是带有相同长度、并排布置的螺杆、在水平剖面中的实施方式。图4所示是对于图3所示的实施方案的变化形式，在该实施方案中两个螺杆具有不同的长度。图5所示是根据图3所示的布置形式的喂料口的结构。图6所示是根据图1所示的布置形式的喂料口的结构，并且图7所示是在水平剖面中喂料口的结构。图8到图14所示是在各自的垂直剖面中，螺杆布置的不同方案。图15所示是在水平剖面中带有锥形双螺杆挤出机的布置。
在根据图1、2、6和7所示的装置中，该装置形成了一个带有双螺杆的破碎和挤出的组合，它带有一个带有垂直轴线2和圆筒形横截面的料罐1，它的侧壁3基本上是圆筒形。在料罐1中，坐在轴5上的托盘4沿着箭头8(图2所示)的方向围绕着轴线2旋转，轴5密封地穿过料罐1的底部6，并且在底部6中可回转地支承在支座7中。轴5由电机9驱动回转。
料罐1在上面最好在漏斗形的盖板11上，设有一个待加工材料的进料口10。当材料在真空下被加工时，在料罐1上接有一个抽真空装置，并且进料口10装有一个合适的、同样可抽真空的闸门。待加工材料由一个供料装置12，例如一条输送带供给进料口10，并且沿着箭头13的方向抛入开口10中。
在底部6的区域布置的托盘4支承着多个刀具14，它对供给到料罐1中的材料，大部分是热塑性的回收利用物，至少起到混合的作用，大多数情况下也被粉碎和干燥。在后一种情况下刀具14构成了带有切削刃的刀子。由刀具14从托盘14上抛起来的材料，以混合旋风卷15的形式沿着料罐1的侧壁3升高，并且在达到最高点16后，又落回到料罐轴线2的区域。通过这种方法加工材料被彻底混合均匀，或者确切地说被良好的粉碎和干燥，并且在料罐1中达到足够的停留时间之后，由料罐中通过排料口17排出，它在图示的实施方式中与塑化机构或者团聚机构20、在本例中是挤出机的壳体19的喂料口18相重叠，但至少也是与其保持相互流通。机构20具有两个在壳体19中布置的螺杆21、22，它由一台电机23以相同的回转方向同时驱动，以使螺旋线能够相互啮合。一个对此合适的可能的驱动布置如在图3和图4中所示。电机23驱动一个支承在变速箱的外壳25上的太阳齿轮24，并且驱动两个与两个螺杆21、22的轴旋转连接的行星齿轮26、27。
如图所示，与单螺杆挤出机相比较，为了达到双倍的挤出量，料罐的尺寸必须满足根据经验确定的下列经验公式的关系D=10d2K3,]]>其中D是料罐1的内径，单位mm，d是两个螺杆21、22的螺旋线的外径，单位mm，K是一个常数，它至少为50，然而最好是至少为100。这个公式适用于圆筒形料罐。如果这个料罐不是圆筒形的，而是带一点锥形，那么D就要换算到同样有效高度的、相同容积的圆筒形料罐的内径。以合适的生产状况为前提，每个混合旋风卷15的最高点16位于托盘4的上部边缘之上的距离，在这里都可视为有效高度H。
但是另一方面在许多种情况下螺杆壳体19的喂料口18的尺寸和形状也很重要。在料罐1中被混合的、必要时被粉碎的、并且因此被加热的、并且必要时被干燥的塑料材料，被刀具14抛入这个至少部分地位于在料罐1中旋转的刀具14的高度上的喂料口中。这可由下述得以支持，沿着箭头8的方向看，刀具棱的走向朝着移动相反的方向弯成角形或弧形，因此在刀具14旋转时产生一个对材料进入喂料口18的刮刀形的挤压。试验得出，当下列尺寸对于喂料口18适用时，存在特别有利的关系h≥k0.6d并且L≥k0.6d，其中h是在料罐1的轴向方向测量的喂料口18的有效高度，单位mm，L是在料罐1的圆周方向测量的喂料口18的有效长度，单位mm，d是螺旋线的外径，单位mm，并且k是螺杆的数量，其中k最好是1或者2。
这里把从料罐1到壳体9，材料通过方向的有效的净横截面视为喂料口18的有效长度或者有效高度。
此外试验表明，送入喂料口18的材料有时有这种倾向，堆积在喂料口18的刀具14经过的那个边缘区，那么在图2中所示是处于喂料口18的左侧的边缘区域。为了避免这种堆积，上述到的刀具14经过的喂料口18的侧壁28(在图3和图4中所示是位于右边的侧壁28)，相对于螺杆壳体19的纵轴线线29倾斜布置，在塑料材料的进料方向上看，围成了喂料口18相对于螺杆轴连续伸展的扩宽口36，这被证明是实用的。侧壁28与螺杆壳体19的纵轴线线29形成的角度α(图7)任何情况下总小于90°，更确切的说是在20°到80°之间，最好是30°到55°。侧壁28在这里至少延伸到相邻的螺杆21或者22的螺旋线30的圆周处，最好延伸到螺杆轴线的区域。这个螺杆的纵轴线线在两个螺杆21、22垂直布置时，在俯视图中看与螺杆壳体19的轴线29相重叠(图2所示)。侧壁28的棱，尤其是它的端部形成了一个与螺旋线30共同起作用的剪切棱39(图1、5、6所示)，因为没有布置开槽衬套，所以该剪切棱沿着螺杆21、22的圆周方向连续地、也即不间断地伸展。
在根据图1、2和7所示的实施方式中，两个螺杆21、22垂直重叠布置，并且螺杆轴处于水平位置。尽管这个布置是最有利的，但两者不一定是必需的。当必须要偏离时，那么如图3和图4所示，两个螺杆21、22并排处于水平位置。在根据图3所示的实施方式中两个螺杆21、22一样长，并且以相同的旋转方向驱动，它们的螺旋线30可以相互啮合。因此两个螺杆21、22共同输送物料到连接在螺杆壳体19上的挤出机端部31。
根据图4所示的布置在这点上与根据图3所示的布置相偏离，两个螺杆21、22具有不同的长度，更确切的说是与料罐1相邻的螺杆21比另一个螺杆22短。因此螺杆21接受由料罐1中通过它的出料口17抛入螺杆壳体19的喂料口18的材料，其中喂料状态通过前面提到的料罐1和喂料口18的尺寸，以及通过侧壁28的喂料口的形状得到改善。螺杆21在它输送段的行程中将它接受的材料转交给另一个将材料供给连接的挤出机端部31的螺杆22。这个布置除了均匀喂料的优点以外，还有个优点，就是到挤出机端部31的排料壳体37和进料件更便宜。
根据图3和图4所示的结构，喂料口18的详细构成如图6中所示。
从图5、6和7所示可以看出，在喂料口18的刀具14经过的那个边缘区，就是在图5、6和7所示位于右侧的边缘区，为了改善喂料状态，设有一个斜面32。此外喂料口18的底部33朝着料罐1的方向倾斜，以使由其形成的喂料口的壁，从螺杆22沿着到料罐1的方向倾斜。
如已经提到的，两个螺杆21、22原则上可相对占据每个位置。在图8到图14中表示了不同的布置。在图11中所示的两个螺杆21、22垂直重叠的位置是最有利的布置，因为同在螺杆21、22的其他位置不一样，这样布置在螺杆壳体喂料区表面上不存在被塑料微粒粘结的危险。与根据图11所示的布置相偏离的布置虽然在原则上也是可以用的，然而在这种布置中上述到的例如粘性塑料微粒的粘结，和由此导致的喂料口的遮盖都是可能的。它可能导致这些材料微粒的过热。为了避免这种情况，推荐在不同于图11所示的螺杆21、22的布置中，在壳体19靠近喂料口18的截面的那个区域布置冷却通道34，空腔35就处在这个连接喂料口18的区域，它可能导致上述到的粘结和由此产生的被加工材料微粒的过长的停留时间。这个空腔35越大，并且它在壳体19中距离料罐1扩展的越远，那就越要适当地布置更多的冷却通道34。
尽管由于成本的原因，两个螺杆21、22的结构具有相同的和不变的螺线直径d(图7)是最有利的，但是它不一定是必需的。图15即表示了一种带有两个螺杆21、22的实施方式，两个螺杆的结构为锥形，并且共同形成了一个输送到挤出机端部31的双螺杆挤出机。在这里两个螺杆21、22通过相互啮合的齿轮38由一个共同的电机驱动，反向旋转。它们的螺旋线30可以相互啮合，那么以使在这个实施方式中可以达到在喂料区的自净化。
尽管具有螺杆21、22的壳体19水平布置是最有利的，但是原则上也可以使这个壳体以倾斜的纵轴线线，如果有这种情况的话，甚至是垂直地连接在料罐1上。
尽管在前面所述的实施例中各自只表示了两个螺杆，那么理论上在类似的结构下，带有三个或者多个螺杆的结构是可能的，对于这类结构前面上述到的公式同样适用。但是这种装有三个或者多个螺杆的结构由于经济的原因不具有特别重要的意义。
权利要求
1.用于回收塑料材料以重复利用的装置，尤其是热塑性废塑料材料，带有一个待加工材料从上部通过进料口(10)进料的料罐(1)，并且带有至少一个在料罐(1)中布置的、围绕着料罐(1)的垂直轴线(2)旋转的、混合和/或者粉碎用刀具(14)，其中由这个刀具(14)处理的材料导入一个在料罐(1)的下部布置的出料口(17)，最好是相切地连接在料罐(1)上的、至少装有一个螺杆(21)的壳体(19)的喂料口(18)与该出料口流动连通，其中刀具(14)经过的喂料口(18)的那个侧壁(28)，在剖面上看，相对于螺杆(21)的壳体(19)的轴线(29)，构成喂料口(18)连续伸展的扩宽口(36)，其特征在于，朝着螺杆(21、22)的壳体(19)的轴线(29)的方向看，扩宽口(36)延伸到相邻螺杆(21、22)的螺旋线(30)的圆周部分上，最好是延伸到螺杆轴线的区域，以使扩宽口(36)的螺杆侧的棱形成一个与螺旋线(30)共同起作用的不间断的剪切棱(39)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喂料口(18)围着扩宽口(36)的侧壁(28)与螺杆轴线构成在20°到80°之间的夹角，最好是在30°到55°之间。
3.根据权利要求1或者2所述的装置，其特征在于，下列公式适用于螺杆(21、22)的壳体(19)的喂料口(18)h≥k0.6d并且L≥k0.6d，其中h是在料罐(1)的轴向方向测量的喂料口(18)的有效高度，单位mm，L是在料罐(1)的圆周方向测量的喂料口(18)的有效长度，单位mm，d是螺杆(21)或者螺杆(21、22)的外径，单位mm，并且k是螺杆的数量，其中k最好是1或者2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，喂料口(18)的底部(33)，从螺杆(21、22)向料罐(1)方向倾斜。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，在两个螺杆(21、22)时，在壳体(19)中，螺杆(21、22)尽可能近的位于喂料口(18)的料罐侧边缘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在两个螺杆(21、22)时，在与螺杆(21、22)相邻的壳体(19)壁的截面上设有冷却通道(34)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在两个螺杆(21、22)时，料罐(1)的直径(D)与两个螺杆每个的直径(d)具有下列关系D=10d2K3,]]>其中D是圆筒形料罐(1)的内径，单位mm，或者是具有同样的有效高度，换算到相同容积的假想圆筒形料罐的内径，d是螺杆的直径，单位mm，并且K是一个大于或者等于50的常数，最好是大于100。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，在两个螺杆(21、22)时，两个螺杆(21、22)的横截面在喂料口(18)的区域垂直重叠或者倾斜重叠。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，在两个螺杆(21、22)时，两个螺杆(21、22)的螺旋线(30)至少在喂料口(18)的区域相互啮合。
全文摘要
用于回收塑料材料以重复利用的装置有一个在上部带有材料进料口(10)的料罐(1)。在料罐(1)中至少一个刀具(14)围绕着垂直的料罐轴线旋转。这个刀具(14)将处理的材料导入一个在料罐(1)的下部布置的、与装有至少一个螺杆(21、22)的壳体(19)连接的出料口(17)。刀具(14)经过的喂料口(18)的那个侧壁(28)相对于螺杆轴线(29)围成连续伸展的扩宽口(36)。这个扩宽口(36)延伸到螺旋线(30)的圆周部分上，以使扩宽口(36)的螺杆侧的棱形成一个与螺旋线(30)共同起作用的不间断的剪切棱(39)。
文档编号B29C47/10GK1777498SQ200480010750
公开日2006年5月24日 申请日期2004年5月11日 优先权日2003年6月5日
发明者赫尔穆特·贝彻, 赫尔穆思·舒尔茨, 乔·温德林 申请人:赫尔穆特·贝彻, 赫尔穆思·舒尔茨, 乔·温德林