专利名称：用于制备特别是热塑性塑料材料的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，用于制备特别是热塑性塑料材料，它配有一个用于待处理材特的接料容器，在该容器中装配有可围绕一垂直轴线旋转的、利用一个穿过接料容器底部的轴传动的、作用于材料的工具，这些工具由一个支座盘支承着；该装置还配有一个螺旋输送装置，用于从接料容器中输送出材料，螺旋输送装置的外壳与接料容器的排料口相接通，其中，排料口低于工具的回转轨迹并低于支座盘加以布置，另外，在接料容器中在支座盘的下方还有附加的随动工具，这些工具可将材料送到排料口中。此外，本发明还涉及一种用于制备上述那种塑料材料的方法。
这类的或相似的装置是已知的，例如在AT396.900B或AT E128.898T中就公开过。按第一种公开的结构，在与螺旋输送装置外壳相连接的接料容器上串联着另一个容器，在该容器中同样配置了作用于已被送入的材料的工具。上述两个容器彼此由一个管接头连接起来，该管接头可用一个阀门加以关闭，所以与螺旋输送装置外壳相连的那个容器可以被置于真空之下。
按第二种公开的结构，接料容器被分成两个上下叠置的室，它们仅经过一条通道而彼此相连。在该通道中还安置了另一个螺旋输送装置，它将由上面的室中的工具所处理的材料输送到下面的室中，再由第一种螺旋输送装置将材料从该室中输送走。
上述两种已知的装置所固有的缺点是构造上的费用大。对首先指出的那种结构来说，另有一个缺点是到达该装置中的塑料分子有一个相当高的百分比依最短路程未经过预处理即未经过破碎、预热、干燥、预压缩等便到达第二容器，再从第二容器依最短路程到达塑化螺旋输送装置中。上述未经过处理的或处理不良的塑料部分会在该螺旋输送装置中形成不均匀的塑料窝，从而有损于塑化物的质量。因此，如果要想获得具有所希望的均一质量的最终产品，比如粒状品或在模型中挤压成形的产品，将处理不良的材料从接料容器中输送出去的螺旋输送装置必须使由它输运的全部材料在螺旋输送装置的出口处达到所要求的质量和温度，才能挤压出具有合乎要求均匀度的材料。这一出口处温度必须保持较高，以保证全部塑料分子得以充分塑化。这一点又要求增加能源费用，此外还有这样的危险，即由于出口处温度相对高之故对塑料材料会造成热性损害(分子链长度降低)。两种已知的结构还有一个缺点，就是它们不许可进行连续工作。所指出的第二种结构另有一个缺点处于塑性状态中的塑料材料经受某些氧化反应。
本发明要实现的任务是改进文首述及的那种装置，从而达到下述目的一方面避免新送入排料螺旋输送装置中的材料未得到充分处理的现象；另一方面大大简化该装置及其工作方式。由此所力求取得的效果是降低为使由螺旋输送装置所输送的材料具有均匀而优良的质量所需的能源消耗。本发明是采取下述措施来解决上述任务的接料容器的处于支座盘上方的上内腔部分，经过一个处于支座盘外圆周和接料容器的侧壁之间的环形间隙，而与处在同一接料容器中被布置在支座盘下方的下内腔部分相连，其它的随动工具和排料口安置在该内腔部分中，其中，当支座盘旋转时，处在上内腔部分中的材料的一部分便通过上述环形间隙而进入下内腔部分中。因此，由排料口形成的螺旋输送装置的进料口不在由支座盘承载的工具的高度处，或者说不在其上的短距离处，而是位于其下方。借助在上内腔部分中转动的由支座盘承载的工具的停止效应，被置于旋转运动中的塑料材料一部分便通过支座盘周边和接料容器的内壁之间的必要自由间隙，而进入处在支座下面的区域内即进入下内腔部分中，在这里上述材料由该处的其它工具再次加以处理，并最后送入接料容器的排料口，从而被送入螺旋输送装置外壳中。所以主要进行材料破碎、干燥及预热的区域是与材料压入螺旋输送装置外壳的区域相分离的。在此情况下，经过一个短的运转时间之后，在由支座盘下面的螺旋输送装置所引去的材料量和通过环形间隙从上向下进入支座盘下面的空腔中的材料量之间，达到一种平衡。其结果是基本上由被螺旋输送器所送走的材料充填的处于支座盘下方的空腔对以混合旋风形式在接料容器中旋转的材料的排出，产生一定的阻力，所以总的说来，刚被送入接料容器中的材料只有极小一部分会立刻向下进入处于旋转的支座盘下方的区域中。这一点有助于保证材料在接料容器中有足够的停留时间，特别是在接料容器的处于支座盘上方的区域中。因此，被送入接料容器的排料口中的材料的温度实现了均化，这是因为处于接料容器中的所有塑料成分基本上都得到充分预处理之故。进入螺旋输送装置外壳中的材料的近似于恒定的温度所产生的效果是，挤压螺旋装置的外壳中的不均匀塑料窝得以大大消除，从而可使螺旋装置长度保持较小于已知结构的长度，因为本螺旋装置只须完成较少工作便可将塑料材料可靠地置于相等的塑化温度。此外，塑料材料进入螺旋装置外壳中的恒定入口温度还有使螺旋装置外壳中的材料实现均匀压缩的效果，这一点对于挤压口上的状况能产生有利影响，这种影响特别表现为均匀的挤压量和挤压出口处的均匀的材料质量。缩短了螺旋装置的长度，其结果是节约能源，以及与已知的结构相比，降低了挤压器中的处理温度，因为实际上材料进入螺旋装置外壳中所具有的平均温度比起采用已知的结构来要更加均匀。因此，按照本发明的主题，被处理的塑料材料(就其整个处理过程而言)必须按一个比已知结构略低的高温加以处理，以便获得充分塑化的可靠性。峰值温度的这一降低可带来文首述及的节能效果，此外还可避免对被处理材料的热性损害。
显而易见，本发明提出的装置既可连续工作，也可按装料方式工作，因此它在应用范围上比所指出的第二种结构更为广泛，此外，比起文首述及的两种已知的结构它还具有构造费用较低的优点，关键在于有缩短螺旋装置长度的可能性。再者，本发明提出的装置既可在真空条件下工作，也可在正压力条件下工作。尽管本发明提出的装置主要是适用于制备热塑性塑料材料的，但它也可以用于处理其它种塑料材料，特别是如果这类塑料材料作为填充物用在被处理的物质中。
根据本发明提出的一个优选的实施形式，附加的随动工具都固定在一个转子上，该转子与轴旋转接触地相连。这就有可能如此安装多个附加的工具，使它们互不干扰。依此，一个有利的实施形式在于附加的随动工具是由在转子圆周范围内可围绕垂直轴线回转地悬置在转子上的冲击工具构成的。这一点对转子圆周范围内的材料可实现有利的处理，从而最终在将已处理的材料送入接料容器的排料口方面起到良好的作用。同样的各优点也体现在本发明的一个实施形式变型中，依此变型附加的随动工具是由固定在转子上的叶片或刀片构成的，这些叶片或刀片有时具有向外逆着回转方向而弯曲的或卷起的面或边特别是刃边。通过如此成形的叶片或刀片便可将塑料材料压入螺旋装置的外壳中，这大致可以比作一种填料效应。按本发明的另一个实施形式变型也获得了相似的优点，其中，附加的工具是由固定在轴上或转子上的柱体构成的。同样的情况亦适用于另一个实施形式变型，其中，在轴上固定着上下两个支座盘，其中下面的盘支承着附加的随动工具。上述附加的工具在这里可以按照在上面的支座盘上所安置的那些工具加以相同设计，或者加以不同设计。
对上述各实施形式变型来说，有利的是，附加的随动工具的回转轨道至少部分地位于接料容器的排料口的高度，因为这样就可充分地利用附加的随动工具对送入螺旋装置外壳的进料口中的材料所产生的压入作用，或者说充分地利用前述的填料效应。
在本发明的范围内，一种特别有利的结构在于转子是由一个与轴同心地安置的滑座构成的，它的圆周表面比支座盘的圆周面更接近于轴的轴线，从而在支座盘下方形成一个与环形间隙自由连通的环形空腔，附加的随动工具便是在该空腔中回转运行的。这就在支座盘下方为已被处理的材料创造了一个足够的接料容积，这一点有助于确保被加工的塑料成分在接料容器中有一个高均匀的停留时间。为了在支座盘下方的空腔中也能获得尽可能高的材料处理量，有利的作法是依照本发明，设置多套上下叠置的附加的随动工具，并依转子的切线方向加以分布。
经试验证明若自由环形间隙的依轴的径向加以测量的宽度达20至150毫米的话，则可获得特别有利的条件。令人惊异地证明，上述间距与接料容器直径无关。在上述范围内选择的环形间隙的大小仅取决于被处理塑料材料的种类。对塑料薄膜，例如采用一个不同于压密的塑料材料(注塑部分等)所用的间隙宽度是最有利的。一种优选的环形间隙宽度是20～100毫米。
本发明的主题，还有一个有利之处，就是从螺旋装置外壳同接料容器的连接而言，它是很灵活的。当然，有利的是将螺旋装置的外壳切线地连接在接料容器上，使得接料容器的排料口同时也是螺旋装置外壳的吸料口正好处于外壳的圆周面上。其优点在于螺旋装置外壳的挤压头或者说排出部件可以安置在螺旋装置外壳的一个端头上，因为螺旋装置的驱动可以从螺旋装置的另一个端头实现。这样就避免了材料流的转向，而向将排料口安置在螺旋装置外壳的圆周面上的情况下，这种转向是不可避免的。
本发明提出的方法是用于制备特别是热塑性塑料材料的，为此采用了在一个接料容器中围绕一垂直轴线回转的工具，其中，材料利用一个螺旋装置从该接料容器中被输送出来，其特征在于在同一个接料容器中的材料利用两组上下叠置的工具连续地按照两个相继的阶段加以处理，其中，在第一阶段即利用上面一组工具进行处理的阶段，材料被预破碎和/或预加热和/或预干燥和/或预混合；而在第二阶段即利用下面一组工具进行处理的阶段，对材料进行同样处理，但不如第一阶段那么强烈，由第二阶段的工具将材料送往螺旋输送装置。在与传统方法相比显著地减少能源消耗的条件下，还能由此使得由螺旋装置供给的材料具有均匀一致的质量。
现参照一个实施例，将本发明的主题示意地绘出在附图中。
图1表示本装置的一个垂直断面，图2表示该装置的一个顶视图，部分以断面图表示。
如
图1和2所示的装置有一个接料容器1，以用于待处理的特别是热塑性的塑料材料，这种材料利用一个未示出的输送装置如输送带从上方送入该接料容器中。接料容器1呈罐状，具有垂直的侧壁2和一个平的底部3，而且具有圆横断面。一个轴4穿过底部3，该轴与接料容器1的垂直中轴线8同心地延伸。轴4是针对底部3加以密封地被支承的，由一个安置在底部3下方的、配有传动装置6的电动机5驱动而旋转。在接料容器1中，与轴4旋转接触地相连的是一个转子7及安装在其上方的支座盘9。转子7是由一个圆柱体部件构成的，它的轴向伸展度明显地大于扁平的支座盘9的轴向伸展度；它的径向尺寸明显地小于支座盘9的径向尺寸。这样一来，在支座盘9的下方就形成一个自由内腔部分10，该内腔部分经过一个处于支座盘9的外圆周面和接料容器1的侧壁2之间的环形间隙11，而和处于支座盘9上方的接料容器1的内腔部分26自由流通地相连，以之适用于被处理过的材料。因此，被处理过的塑料材料可以通过上述自由环形间隙11不受阻碍地从支座盘9上方的内腔26进入支座盘下方的环形内腔部分10。在该环形内腔中安置了工具12，这些工具在该环形内腔中围绕轴线8旋转，并为此而固定在转子7上。这种固定是由垂直的销栓13来实现的。这些销栓保持嵌在转子7的环形槽14中的工具12的内端可以回转，使得工具12能够围绕销栓13的轴线自由地摆动。工具12的自由端离接料容器1的侧壁2有一定距离。这样，工具12就成了冲击工具，它们附带地作用于在内腔部分10中的塑料材料，并对该塑料材料进行混合和/或破碎和/或加热。借助由上述工具12施加于塑料材料的离心力，将塑料材料压入到接料容器1的一个排料口15中，该排料口15处于工具12的高度，并将接料容器1的下内腔部分10与圆筒形外壳16的内部连接起来，螺旋输送装置17可旋转地被支承在该外壳中。该螺旋装置在其一个端头上由一个带有传动装置19的电动机18驱动围绕其轴线做旋转运动，并将由排料口15送给它的、经过预处理的塑料材料输送到它的另一个端头，处理完毕的塑料材料便从这个端头排出去。外壳16的有关端部例如构成一连接法兰盘20，在该法兰盘上例如可以连接这样一种工具，借以给予塑料所希望的形状。如从图上可看出的，螺旋装置外壳16近似正切地连接在接料容器1上，从而使排料口15或外壳16上的所属的开口靠紧它的侧壁。这一点使得有可能将电动机18和连接法兰盘20如所述地安装在螺旋装置17或外壳16的两个端头上，从而可避免已塑化的塑料材料在它从外壳16中出来的区域内转向。
支座盘9也载有工具21，这些工具当然是与支座盘9牢固地相连的。工具21将处于接料容器1的上内腔部分26中的材料进行混合和/或破碎和/或加热。为了达到有效破碎的目的，最好将工具21设计成具有刃棱22。若希望实现一种拉切，最好将刃棱22设计成弯曲的，或者如图2所示，设计成倒角的，具体说要针对支座盘9的径向逆着支座盘9的旋转方向(箭头23)加以错开。
在运转中，随着支座盘9的旋转，借助工具21的作用而导致已送入接料容器1中的塑料物流转动，依此，塑料材料沿着接料容器1的侧壁2在上内腔部分26中升高(箭头24)，而在接料容器1的轴线范围内又向下回落(箭头25)。如此产生的混合漩涡作用将已送入的材料彻底涡动，从而达到良好的混合效果。被送入接料容器1中的已被破碎的材料的一小部分则通过环形间隙11进入支座盘9下面的下内腔部分10，并在该处由工具12加以处理。经过一个短的启动时间之后，就会在由螺旋装置17从排料口15因而从环形空腔10中输走的材料与通过环形间隙11从上方输送至环形空腔10中的材料之间，出现一种平衡状态。其后果是，产生下述现象是不太可能的或者说是根本不可能的一次被送入接料容器1中的塑料成分进入螺旋装置外壳16中而没有事先在接料容器1中经历一足够的停留时间，或者没有被工具12、21加以充分处理。因此，通过排料口15的、由螺旋输送装置17送走的塑料量具有近似均一的性质，特别是涉及到塑料分子的温度和大小方面。因此，螺旋装置17必须在塑料物质上减少工作量，以便将塑料物质提到所希望的塑化度，其结果是对螺旋装置外壳16中的塑料材料的高热峰值应力消去了。这样既保护了塑料材料，又明显地节约了螺旋装置17运转所需的能源。
工具12不一定非要由可在转子7上回转的部件构成不可。例如也可以将工具12设计成叶片形的，必要时这些叶片或工具12也可以按图2中所示形状刚性地固定在转子7上。对工具12还可应用一种设计，如在图2中为工具21所示的。另一种变型方案是在空腔10中回转的工具由固定在轴4上或转子7上的柱体构成，这些柱体可沿径向从轴4伸出，但不一定非如此不可。另一种变型方案是代替支座盘9下方的转子7，在轴4上固定另一个支座盘，其承载附加的工具12。依此，可以按照与由上支座盘9所承载的工具相同的方法设计上述附加的工具。
如
图1所示，有多组工具12上下叠置在转子7上。所有工具的设计不必相同，例如某些工具12可以刚性地固定在转子7上，而另一些工具12则可摆地固定在转子上。同样，工具12的形状和大小及布置可在各组中互有差异，必要时甚至在某一个组内也可有所不同。
环形空腔10的形状和大小视所考虑的用途而定。支座盘9的下边离接料容器1的底部3的距离取决于转子7的高度，同时也取决于排料口15的大小和位置。若环形空腔10的高度h至少等于最好明显大于螺旋装置17的直径d或者等于螺旋装置外壳16的内径，则可获得有利的条件。在
图1所示的实施例中，h∶d＝1.56，而且其布置最好如此安排，使得被支座盘9覆盖的处于转子7外面的环形空腔10的那一部分具有近似于正方形的横断面。特别是在该环形空腔10中有附加的工具例如有一个作为叶轮设计的转子7转动的情况下，该环形空腔也可有其它横断面形状。螺旋装置外壳16与接料容器1的连接不必是正切的。如果愿意的话，也可就此将螺旋装置外壳16的端头依径向或偏心地连接到接料容器1上，这样，螺旋装置17的充料就可从螺旋装置的端侧进行。
如图所示，对所述的运转方式来说，环形间隙11的大小是有一定影响的。该环形间隙不得过大，借以防止较大的材料成分得以通过该环形间隙11。另一方面，该环形间隙也不得过小，因为否则材料会太少地进入支座盘9下方的下内腔部分10中，从而可能有这样的危险存在，即螺旋装置17充料不足。为了能适应不同的被处理的材料，环形间隙11的大小可设计成可变的，例如利用由支座盘9承载的、可相对于它调节的部件，环形间隙11可局部地被这些部件遮盖，或者可以在增大的宽度上被开放。这些部件必要时也可配置在接料容器1的侧壁2上。试验已经表明对于依径向测量的环形间隙11的宽度s(
图1)而言，有利的值在20～150毫米范围内，最好在20～100毫米范围内，这与接料容器1的直径无关，但与被处理的物质的种类有关。
合宜的做法是如此设计处于接料容器1的下内腔部分10中的工具12，使得它们比起那些由支座盘9承载的、在接料容器1的上内腔部分26中旋转的工具21来，强度较低地处理该内腔10中的塑料材料。
权利要求
1.用于制备特别是热塑性塑料材料的装置，它配有一个用于被处理的材料的接料容器(1)，在此接料容器中备有一些围绕一垂直轴线(8)旋转的、利用一个贯穿接料容器(1)底部(3)的轴(4)驱动的、作用于材料的工具(21)，这些工具由一个支座盘(9)承载着；还备有一个螺旋输送装置(17)，以用于送走接料容器(1)中的材料，该螺旋装置的外壳(16)与接料容器(1)的排料口(15)相连，其中，排料口(15)被安置得低于工具(21)的运行轨道，并低于支座盘(9)，而且在接料容器(1)中在支座盘(9)下方还有附加的随动工具(12)，它们将材料送入排料口(15)，其特征在于接料容器(1)的位于支座盘(9)之上的上内腔部分(26)通过一个处于支座盘(9)的外圆周面和接料容器(1)的侧壁(2)之间的自由环形间隙(11)，而与一个处于同一接料容器(1)中的布置在支座盘(9)之下的接料容器(1)的下内腔部分(10)相连通，附加的随动工具(12)和排料口(15)便安置在此下内腔部分中，其中，在支座盘(9)转动时上内腔部分(26)中的材料的一部分即通过环形间隙(11)而进入下内腔部分(10)中。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)被固定在一个转子(7)上，最好固定在其圆周面上，该转子旋转接触地与轴(4)相连。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于转子(7)是由一个与轴(4)同心地安置的部件构成的，该部件的圆周面与轴(4)的轴线(8)的距离比支座盘(9)的周边离该轴线的距离更近，从而在支座盘(9)之下形成一个与环形间隙(11)自由连通的环形空腔(10)，附加的随动工具(12)便是在该环形空腔中回转的。
4.按权利要求2或3所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)是由一些悬置在转子(7)上可在转子(7)圆周范围内围绕垂直轴线回转的冲击工具构成的。
5.按权利要求4所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)可围绕垂直的销栓(13)旋转，这些销栓穿过转子(7)的周边上的环形槽(14)。
6.按权利要求2或3所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)是由固定在转子(7)上的叶片或刀片构成的，它们或许有朝外逆向于旋转方向(箭头23)加以折弯的或倒角的面或边特别是刃边(22)。
7.按权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)是由固定在轴(4)或转子(7)上的柱体构成的。
8.按权利要求1所述的装置，其特征在于两个支座盘上下叠置地固定在轴(4)上，其中下面一个支座盘承载着附加的随动工具(12)。
9.按权利要求1至8中的一项所述的装置，其特征在于附加的随动工具(12)的旋转轨道至少有一部分处于接料容器(1)的排料口(15)的高度。
10.按权利要求1至9中的一项所述的装置，其特征在于有多组附加的随动工具(12)，它们上下叠置地沿接料容器(1)的切线方向分布。
11.按权利要求1至10中的一项所述的装置，其特征在于自由环形间隙(11)的依轴(4)的径向加以测量的宽度为20～150毫米，最好是20～100毫米。
12.按权利要求1至11中的一项所述的装置，其特征在于螺旋输送装置(17)的外壳(16)正切地连接在接料容器(1)上，使得排料口(15)贴靠到外壳(16)的周边上。
13.用于制备特别是热塑性塑料材料的方法，利用在一接料容器中围绕一垂直轴线旋转的工具，其中，利用一螺旋输送装置将材料从该接料容器中输送出来，其特征在于同一个接料容器中的材料利用两组上下叠置的工具连续地分两个相继的阶段加以处理，其中，在第一个阶段即利用接料容器的上内腔部分中的上一组工具所执行的阶段中，材料被破碎和/或被预热和/或被预干燥和/或被预混合，然后由上一组工具将材料送入同一个接料容器的下内腔部分中，在此下内腔部分中在第二个阶段即利用下一组工具所执行的阶段中，对材料进行同样的处理，不过其处理强度小于第一阶段中的处理，然后由第二阶段的工具将材料送给螺旋输送装置。
全文摘要
用于制备特别是热塑性塑料材料的一种装置,它有一个用于材料的接料容器(1),其中装配了作用于材料的转动的工具(21),这些工具由一个支座盘(9)承载着,并围绕接料容器(1)的垂直轴线(8)转动。支座盘(9)通过一个轴(4)实现驱动,该轴穿过接料容器(1)的底部(3)并由一电动机(5)驱动。材料从接料容器(1)通过排料口(15)被输出,螺旋输送装置(17)的外壳(16)与该排料口相连。排料口(15)配置在同一个接料容器(1)中,处于工具(21)的回转轨道的下方和支座盘(9)的下方。在同一个接料容器(1)中,附加的随动工具(12)布置在支座盘(9)的下方,它们将材料送入排料口(15)中。因此,被处理的塑料材料便可在接料容器(1)中获得一个长的停留时间,从而可节约螺旋输送装置(17)的结构长度和驱动能量。用于制备前述那种塑料材料的一种方法设定:在同一个接料容器中的材料利用两组上下叠置的工具分两个相继的阶段连续地加以处理。在第一个阶段即利用上一组工具所执行的阶段中,材料被预破碎和/或被预热和/或被预干燥和/或被预混合。在第一个阶段即利用下一组工具所执行的阶段中,对材料进行相同处理,不过,与第一阶段相比,处理强度较小。如此被处理过的材料由第二阶段的工具送给一螺旋输送装置,再由该螺旋输送装置将材料送出接料容器。
文档编号B02C13/286GK1353636SQ00808411
公开日2002年6月12日 申请日期2000年5月24日 优先权日1999年6月2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