AT260511B - Plastifizierungsvorrichtung für thermoplastische Kunststoffe od. dgl. - Google Patents

Description

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  Plastifizierungsvorrichtung für thermoplastische Kunststoffe od. dgl. 



   Die Erfindung betrifft eine Plastifizierungsvorrichtung für thermoplastische Kunststoffe od.   dgl.,   mit einer in einem Gehäuse koaxial drehbar gelagerten Schneckenwelle, welche Vorrichtung aufeinanderfolgend einen Zufuhr-, einen Entgasungs- und einen Ausstossabschnitt aufweist. 



   Es ist bekannt, dass Gemische auf der Basis von thermoplastischen sowie duroplastischen Kunststoffen, Elastomeren und keramischen Pasten, die in Mischern aufbereitet werden, unter bestimmten Temperaturbzw. Druckverhältnissen, Einschlüsse von Luft, Feuchtigkeit u. dgl. flüchtigen Bestandteilen aufweisen können. Wärmebehandlungen, die notwendig sind, diese Gemische in ihre endgültige Form zu bringen, beispielsweise Vulkanisation, verleihen den dabei erhaltenen Produkten, selbst unter Anwendung von Drücken, ein schwammartiges Gefüge. Dadurch kann in der Praxis die theoretische Dichte, die auf Grund der Dichte jedes der Bestandteile berechnet ist, niemals erreicht werden. 



   Mit der Plastifizierungsvorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, derartige Gemische ohne Anwendung von Drücken einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Unter anderem können auch dadurch Produkte erzielt werden, deren Dichte an die theoretische Dichte nahe herankommt. 



   Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass innerhalb des Entgasungsabschnittes die Arbeitsfläche der Schneckengänge, welche Arbeitsfläche an der Schneckenwelle oder an der Gehäuseinnenwand angeordnet ist, gegenüber dem zu behandelnden Stoff einen geringeren Reibungskoeffizienten aufweist als die Gegenfläche, und dass die in einer Normalebene zur Wellenachse liegenden Erzeugenden der Arbeitsfläche bzw. deren Tangente an der Arbeitskante mit der Tangente der Gegenfläche an dieser Stelle einen gleichbleibenden spitzen Winkel einschliessen. 



   Vorzugsweise ist die Arbeitsfläche verchromt. Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche der Schneckenwelle bei an der Schneckenwelle   angeordneten Arbeitsfläche   durch einen Polygonzug, durch Bogenstücke einer archimedischen Spirale oder durch ein Quadrat bildende Seitenkanten begrenzt, wobei sich an jede Seitenkante ein Arm anschliesst. 



   Die Wirkungsweise und der Aufbau der   erfindungsgemäss : n Plastinzierungsvorrichtung   sind nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Die Fig. 1-5 Schemata zur Erklärung der Wirkungsweise, Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 148-148 der Fig. 6, die Fig. 8 und 9 der Fig. 7 entsprechende Darstellungen mit veränderten Querschnitten der Förderschnecke, Fig. 10 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt, die Fig. 11-13 mögliche Querschnitte der Förderschnecke der Vorrichtung nach Fig. 10, nach der Linie 121-121 geschnitten, Fig. 14 eine   zweit :

   Ausführungsform   der Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 16 den Schnitt nach der Linie 127-127 der Fig. 14, die Fig. 16 und 18 weitere   Ausführungsbeispiele der   Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 17 den Schnitt nach der Linie   131-131   der Fig. 15 und Fig. 19 den Schnitt nach der Linie 140-140 der Fig. 18. 



   In Fig. 1 der Zeichnung ist eine gewisse Menge eines zu plastifizierenden   Stoffes 103   schraffiert dargestellt, welcher Stoff sich zwischen einer Fläche 100 und einer zweiten   Fläche     101,   welche die Fläche 100 längs der Geraden 102 berührt, befindet. Die Fläche 101 wird in Pfeilrichtung bewegt (s. Fig. 2-5). Um die zur Verarbeitung gewünschten Wirkungen herbeizuführen, weisen die beiden Flächen gegenüber dem Stoff verschiedene Reibungskoeffizienten auf, wobei der Reibungskoeffizient der Fläche 100 grösser als der der Fläche 101 ist. 



   Es wird dadurch der Stoff derart abgetrieben, dass jedes seiner elementaren Volumen erfasst wird. 



  Dadurch erfolgt dabei a) eine Bewegung desselben bis zu der freien Oberfläche   103'des Stoffes   (Fig. 2), wobei b) das Material an der freien Oberfläche gestreckt wird, wodurch die eventuell vorhandenen Blasen zerrissen werden. 

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   Um diesen Vorgang zu erläutern, sind in den Fig. 2-5 aufeinanderfolgende Stellungen gezeichnet, welche ein elementares Volumen, das eine Blase 104 a (Fig. 2) enthält und das sich anfänglich im Inneren des Materials befindet, im Laufe des Vorganges einnimmt. Die Blase kann z. B. ein Gas enthalten, das sich unter Einwirkung von Wärme und bzw. oder von Unterdruck verflüchtigt. Die Blase bewegt sich über die
Stellungen 104   b     und 104   c zur Stellung 104 d an die freie Oberfläche. 



   Um entsprechende Wirkungen in einer   Plastifizierungsvorrichtung   zu erzielen, müssen folgende Be- dingungen eingehalten werden :
Bedingung A : Das zu verarbeitende Material muss zwischen zwei keilförmig zueinander gerichteten
Flächen gepresst werden, welche relativ zueinander bewegt werden. 



   Bedingung B : Das Material muss während der Bewegung stets eine freie Oberfläche aufweisen, d. h. eine solche, die nicht an Teile der Vorrichtung anliegt. 



   Bedingung C : Die eine Fläche muss gegenüber dem zu verarbeitenden Material einen kleineren
Reibungskoeffizienten aufweisen als die andere Fläche. Diese unterschiedlichen Reibungskoeffizienten können auf folgende Arten erzielt werden :
1. Die beiden Flächen sind durch verschiedene Werkstoffe gebildet,
2. die beiden Flächen sind unterschiedlich bearbeitet,
3. die beiden Flächen weisen verschiedene Temperaturen auf. 



   In den Fig. 6-9 ist eine Ausführungsform, welche den Bedingungen A-C genügt, dargestellt. Die
Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse   105,   in dem ein prismatischer Körper 106 drehbar gelagert ist. 



   Der minimale Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Körper beträgt z. B.   1/10   mm. Das Gehäuse steht durch eine Öffnung 146 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung. Zwischen dem Körper 106 und der
Abschlussplatte 107 des Gehäuses 105 ist ein Spalt 147 vorgesehen. Der Querschnitt des prismatischen
Körpers 106 kann eine der Gestalten der Fig. 7-9 aufweisen, somit im wesentlichen rechteckig, dreieckig oder quadratisch ausgebildet sein. 



   Die benötigten Vorrichtungen zur Regelung des Druckes und bzw. oder der Temperatur sind nicht dargestellt. Zur Erzielung der erforderlichen Temperatur können z. B. elektrische Widerstände, Schlangen für eine   Flüssigkeitszirkulation   u. dgl. verwendet werden. Was die Lage des Anschlusses an die Vakuum- pumpe betrifft, spielt diese keine besondere Rolle. Der Anschluss darf allerdings durch den zu verarbeitenden
Stoff nicht bedeckt sein. 



   Um mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung auch einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen, muss zudem noch eine weitere Bedingung erfüllt sein :
Bedingung D : Eine derartige Anlage muss drei aufeinanderfolgende Abschnitte enthalten : a) einen Abschnitt für die Zufuhr des zu verarbeitenden Stoffes, der zähflüssig oder viskos-elastisch sein kann, wobei eine bestimmte Fördermenge sowie eine Temperatur, die den physikalischen Eigenschaften des Stoffes angepasst ist, eingehalten werden sollen, b) einen Abschnitt für das Absaugen der flüchtigen Bestandteile, welcher den Bedingungen A-C zu genügen hat und c) einen Ausstossabschnitt, welcher den aus dem Entgasungsabschnitt b kommenden Stoff aufnimmt und für den Verwendungszweck aufbereitet. 



   Die Zufuhr- und Ausstossabschnitte können in bekannter Weise ausgebildet sein. 



   Soferne die in den Fig. 6-9 dargestellte Vorrichtung für die Zufuhr und den Ausstoss des Materials mit zwei Öffnungen versehen ist und der zu verarbeitende Stoff nachgefördert wird, entspricht sie somit auch dieser letzten Bedingung. Nachstehend sind in dieser Hinsicht ergänzte Plastifizierungsvorrichtungen näher erläutert. Der Einfachheit halber sind dabei die verschiedenen zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen zum Messen und Regeln der Temperatur bzw. des Unterdruckes nicht dargestellt. 



   Jede der Ausführungsformen nach den Fig. 10-19 mit einem gleichen Zufuhr- und Ausstossabschnitt versehen.   Der Zufuhrabschnitt1 09 besteht aus einer Schnecke 114, die, gemäss der herkömmlichen Methode,   durch eine Öffnung 113 des Gehäuses 112 hindurch beschickt wird. Am Ende des Abschnittes ist eine Zufuhrdrossel bekannter Ausführung, beispielsweise in Gestalt eines ringförmigen Spaltes zwischen dem Gehäuse und einer Verdickung 115 des Schaftes der Schnecke 114 vorgesehen. 



   Der Ausstossabschnitt 111 besteht aus einer Förderschnecke 116 üblicher Bauart, die ebenfalls im Gehäuse 112 drehbar gelagert ist. Diese Schnecke 116 nimmt das im Abschnitt 110 behandelte Material auf und presst es z. B. durch ein nicht dargestelltes Mundstück. Dieser Abschnitt 111 wird also mit dem behandelten Material angefüllt, das darin wieder verdichtet wird. 



   Der Entgasungsabschnitt 110 steht durch eine Öffnung 117 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung. 



  Innerhalb dieses Abschnittes (Fig. 10) trägt die Schneckenwelle die Arbeitsflächen und hat die Gestalt einer Schnecke 118. Die Schnecke kann hiebei die in den Fig. 11-13 dargestellten Querschnitte aufweisen. 



  Soferne zwischen der Arbeitsfläche der Schnecke 118 und der durch die Gehäuseinnenwand gebildeten Gegenfläche ein entsprechender Keilwinkel gewährleistet ist, kann somit jedes beliebige Vieleck den Querschnitt dieser Schnecke bilden. Es sei bemerkt, dass die Schnecke   114, 118 und 116   drei Teile einer Förderschneckenwelle sind. 



   Bei dieser Vorrichtung wird die Bedingung A durch die besondere Ausbildung der Schnecke 118 erfüllt. Um der Bedingung B zu genügen, d. h. eine freie Oberfläche zu gewährleisten, wird die Fördermenge durch den Zufuhrabschnitt geregelt. Die Bedingung C der unterschiedlichen Reibungskoeffizienten 

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 kann beispielsweise durch Verchromen der Schnecke 118 erfüllt werden. Die Anwendung einer Schnecke im Entgasungsabschnitt gewährleistet weiters eine kontinuierliche   Förderung. wodurch   auch die Bedingung D voll erfüllt ist. 



   Eine etwas veränderte Ausführungsform einer Plastifizierungsvorrichtung ist in den Fig. 14 und 15 dargestellt. Der Entgasungsabschnitt 110 steht dabei ebenfalls durch eine in dem Gehäuse 112 vorgesehene Offnung 123 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung. Die Schneckenwelle, die die Arbeitsflächen trägt, weist hiebei den in Fig. 15 dargestellten Querschnitt auf. Dieser ist aus einem quadratischen Kern gebildet, an den sich vier in Verlängerung der Seitenkanten des Quadrates liegende Arme 126 anschliessen. 



   Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Der Entgasungsabschnitt 110 enthält eine etwas verändert ausgebildete Schnecke 145 und ist mit einer Vakuumpumpe durch eine im
Gehäuse 112 vorgesehene Öffnung 128 verbunden. Der Querschnitt dieser Schnecke, der in Fig. 17 dargestellt ist, ist durch Bogenstücke   129, 130   einer archimedischen Spirale begrenzt. Diese Bogenstücke können z. B. um 180   oder auch, wie dargestellt um 120  , zueinander versetzt sein. 



   Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 18 und 19 dargestellt. Dabei ist im Entgasungsabschnitt die Schneckenwelle als zylindrischer Teil 132 ausgebildet. Von der Innenwand des Gehäuses ragen zwei Schraubenflächen 134 ab, die im Querschnitt, wie in Fig. 19 dargestellt ist, als Teile 135 einer archimedischen Spirale ausgebildet sind. Um eine ordnungsgemässe Förderung des Materials zu gewährleisten, ist die Steigung der Schraubenfläche gegenüber den Schraubenflächen der Förderschnecken in den Abschnitten 109 und 111 umgekehrt. Die Schraubenflächen können durch Schweissen, Anschrauben oder Annieten mit dem Gehäuse verbunden sein. Der Entgasungsabschnitt 110 steht wiederum über eine oder mehrere Öffnungen 139 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung.

   Die Anordnung nach Fig. 19 ist insofern besonders vorteilhaft, als zudem ein Aussaugen des Materials in die Öffnung unbedingt vermieden wird. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Plastifizierungsvorrichtung für thermoplastische Kunststoffe od.   dgl.,   mit einer in einem Gehäuse koaxial drehbar gelagerten Schneckenwelle, welche Vorrichtung aufeinanderfolgend einen Zufuhr-, einen Entgasungs- und einen Ausstossabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Entgasungsabschnittes   (110)   die Arbeitsfläche der Schneckengänge, welche Arbeitsfläche an der Schneckenwelle oder an der Gehäuseinnenwand angeordnet ist, gegenüber dem zu behandelnden Stoff einen geringeren Reibungskoeffizienten aufweist als die Gegenfläche, und dass die in einer Normalebene zur Wellenachse liegenden Erzeugenden der Arbeitsfläche bzw. deren Tangente an der Arbeitskante mit der Tangente der Gegenfläche an dieser Stelle einen gleichbleibenden spitzen Winkel einschliessen.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Schnekkenwelle bei an der Schneckenwelle angeordneter Arbeitsfläche durch einen Polygonzug, durch Bogenstücke (129, 130) einer archimedischen Spirale oder durch ein Quadrat bildende Seitenkanten begrenzt ist, wobei sich an jede Seitenkante ein Arm anschliesst (Fig. 11,12, 13,15, 17).

   3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche verchromt ist.