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thermoplastische Material auf eine niedrige Viskosität gebracht. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch für das Strangpressen von thermoplastischen Schaumstoffen völlig ungeeignet.
Weiters ist aus der GB-PS ein Extruder bekannt, bei dem der Kunststoff in einem vorderen Abschnitt des Schneckenzylinders geschmolzen und verdichtet und in einem zweiten Abschnitt druckentlastet wird, wobei die Schnecke eine Unterbrechung der Schneckengänge aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile tunlichst zu vermeiden und insbesondere ein Kühlsystem für eine Blähmittel enthaltende Schmelze zu schaffen, in welchem der Strom der Schmelze trotz des Anstieges seiner Viskosität nur minimaler Reibung ausgesetzt ist, um auf diese Weise die Entwicklung von Reibungswärme auf ein Minimum zu beschränken, und bei dem gleichzeitig eine zufriedenstellende Homogenisierung des dem Kühlprozess unterworfenen Materials erhalten wird, so dass das Material im Moment der Extrusion homogen die gewünschte niedrige Temperatur hat.
Dies wird ausgehend von einer Misch-Kühl-Vorrichtung der eingangs angeführten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine mit der Schnecke des Extruders zu deren Verlängerung verbindbare Vorschubschnecke vorgesehen ist, deren Gewindegänge in an sich bekannter Weise in einem als Barriere wirkenden, zum Schneckenzylinder durch eine Scheibe abgedichteten zylindrischen Zwischenbereich unterbrochen sind und dass der Schneckenzylinder in den unmittelbar an die Scheibe beidseitig angrenzenden Bereichen aus mit radialen Bohrungen versehenen zylindrischen Blöcken gebildet ist und ein die Blöcke und die Scheibe radial mit Abstand umschliessendes, stirnseitig durch zwei Klemmplatten begrenztes Gehäuse unter Bildung eines die beiden Blöcke miteinander verbindenden Sammelkanals vorgesehen ist.
Erfindungsgemäss wird eine einfache, kompakte Vorrichtung geschaffen, die nur geringe Kosten verursacht, wirtschaftlich arbeitet und die obige Aufgabe erfüllt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung hat den Vorteil, dass sie leicht an bereits bestehenden Extrudern für synthetische thermoplastische Schaumstoffe anbringbar ist.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l eine Seitenansicht eines Extruders für thermoplastischen Schaumstoff mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die Befestigungszone der erfindungsgemässen Vorrichtung an der Laufbüchse des Extruders, Fig. 2A eine Verlängerung von Fig. 2, in der im axialen Schnitt die erfindungsgemässe Vorrichtung gezeigt ist, Fig. 2B eine Verlängerung von Fig. 2A, in der ein mittels der Vorrichtung gemäss Fig. 2A gespeister Spritzkopf schematisch gezeigt ist und Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2A.
Der in Fig. 1 gezeigte Extruder --10-- kann eine oder mehrere Schnecken aufweisen. Beim hier gewählten Ausführungsbeispiel hat der Extruder zwei miteinander drehbare und miteinander kämmende Schnecken --12 und 14--, s. Fig. 2. In einen Zwischenbereich der Laufbüchse --16-- des Extruders mündet eine Einspritzvorrichtung --18-- für ein Blähmittel. Die Schnecke --14-endet in üblicher Weise in einer konischen Spitze --14'-- (Fig. 2), während in das freie Ende der Schnecke --12-- mittels eines Gewindeschaftes --20'-- eine Vorschub schnecke --20-- einer erfindungsgemässen Vorrichtung --21-- eingeschraubt ist.
Die Vorschubschnecke --20-- hat zwei schraubenlinienförmige Gänge und eine ziemlich grosse Steigung, um die ganze Strömung des von den beiden Schnecken --12, 14-- des Extruders ankommenden Materials weiterzutransportieren.
Steigung und Durchmesser der Vorschubschnecke--20-sind über die ganze Länge hinweg konstant.
Wie Fig. 2B zeigt, ist ein kurzer Zwischenbereich --20"-- der Vorschubschnecke --20-- nicht mit Gewinde versehen, und dieser Bereich ist in einer entsprechenden axialen Öffnung --22-- in einer kreisförmigen Scheibe --24-- abgedichtet drehbar und bildet eine Barriere gegen den unmittelbaren Durchtritt des Materials längs der Schnecke an der Scheibe --24-- vorbei.
Dieser Zwischenbereich --20"-- begrenzt auf der Vorschubschnecke --20-- einen stromaufwärts angeordneten Zufuhrbereich --20A-- und einen stromabwärts angeordneten Übergangsbereich --20B--. Der Zwischenbereich --20"-- kann gegebenenfalls ein Gewinde entgegengesetzt zu dem der Schnecke oder eine beliebige andere Gestaltung haben, vorausgesetzt, dass der unmittelbare Durchtritt des Materials mindestens im wesentlichen verhindert wird.
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herum einen rohrförmigen, mit der Vorschubschnecke --20-- koaxialen Sammelkanal --32-- bildet.
Die Blöcke --26, 28-- sind mittels kreisförmiger Klemmplatten --34, 36--, die in der Mitte eine Öffnung aufweisen, unter Verwendung von Schraubbolzen --38'--, die durch die Stirnplatten in das Gehäuse geschraubt sind, gegen die Scheibe --24-- geklemmt.
Jede der Klemmplatten --34, 36-- hat eine rohrförmige Nabe --34A bzw. 36A--, die nach aussen gerichtet ist und in einem Befestigungsflansch --34B bzw. 37B-- endet. Die Befestigung der erfindungsgemässen Vorrichtung an der Laufbüchse --16-- des Extruders --10-- ist in Fig. 2 gezeigt. Ein an beiden Enden mit Flanschen versehenes Passstück --38-- ist am freien Ende der Laufbüchse --16-- mit zwei Klemmhalbringen-40, 40'- gehalten. Ähnlich ist der Flansch --34B-- am Passstück mit zwei Klemmhalbringen --42, 42'-- befestigt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besteht die Aufgabe des Passstücks --38-- darin, die Strömung des von der Schnecke --14-- kom-
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--12-Vorschubschnecke--20--entspricht.
Der Übergangsbereich --20B-- (Fig.2) der Vorschubschnecke --20-- ragt ein kurzes Stück in die Nabe --36A-- der Klemmplatte --36--, und dieser Bereich der Nabe --36A-- hat den gleichen Innendurchmesser wie der Block --28--. Am Flansch --36B-- der Nabe --36A-- ist mittels
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flach schlitzförmig, usw.). In den Spritzkopf --46-- ragt ein Temperaturmessfühler --48-- zum Steuern der Extrusionstemperatur, und ein ähnlicher hier nicht gezeigter Messfühler ist im Pass- stück --38-- vorgesehen, um die Temperatur des Materials am Einlassende der erfindungsgemässen Vorrichtung --21-- zu überwachen.
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fangsringen verteilt sind. Einer dieser Ringe ist in Fig. 3 zu sehen. Aus Gründen der Klarheit hat der in Fig. 3 zu sehende Ring nur zwölf Bohrungen --50--, die einen Abstand voneinander haben.
In der Praxis ist es jedoch wünschenswert, eine dichtere Verteilung, z. B. vierunddreissig Löcher pro Ring zu haben, wenn die Vorschubschnecke --20-- einen Durchmesser von 120 mm aufweist. Vorzugsweise sollte die Gesamtfläche (im Querschnitt) der Löcher in jedem Block mindestens 50% der inneren zylindrischen Oberfläche des Blocks ausmachen. Vorzugsweise haben ausserdem alle Bohrungen --50-- den gleichen Durchmesser.
Durch jeden Block --26 und 28-erstrecken sich in axialer Richtung mehrere Bohrungen --52--, die zwischen den Bohrungen --50-- gleichmässig verteilt sein können, wie Fig. 3 zeigt.
Mit diesen sich in Längsrichtung erstreckenden Bohrungen --52-- sind entsprechende Bohrungen --54-- in der Scheibe --24-- und weitere Bohrungen --56-- in jeder der Stirnplatten --34, 36-ausgerichtet. An der Aussenfläche jeder Stirnplatte ist ein Kragen --58 bzw. 60-- von C-förmigem Profil abgedichtet festgeschraubt, der mit dieser Fläche eine Ringkammer --62-- begrenzt, die mit den Bohrungen --56-- in der Stirnplatte in Verbindung steht. In jedem der Kragen ist ein Gewindeloch --64 bzw. 66-zum Anschluss an einen hier nicht gezeigten Kühlflüssigkeitskreislauf, z.
B. einen Ölkreislauf vorgesehen, so dass die Blöcke --26, 28-- im Betrieb auf zweckmässiger Temperatur gehalten werden können, während das vom Zufuhrbereich --20A-- der Vorschubschnecke - 20-- vorwärtsgedrängte Material zunächst durch die Bohrungen --50-- des Blocks --26-- in Form einzelner enger radialer Ströme fliesst, die durch diesen Block individuell gekühlt werden.
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Diese einzelnen radialen Ströme werden im Sammelkanal --32-- erneut vereint und vermischt und bilden eine einzige ringförmige Strömung, die axial zum Block --28-- gerichtet ist. An dieser Stelle wird das Material erneut in einzelne radiale Ströme unterteilt, die die Bohrungen --50--
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--28-- durchströmen- vereinigen sich diese Ströme wieder und mischen sich miteinander in äusserst wirkungsvoller Weise, denn über die Innenfläche des Blocks --28-- streift kontinuierlich das Gewinde des Übergangsbereichs --20B-- der Vorschubschnecke --20-- hinweg.
Das führt zu einer sehr gründlichen Homogenisierung, und das auf diese Weise homogenisierte Material wird vom Übergangsbereich --20B-- zum Spritzkopf-46-- weiterbewegt. Die Intensität der Zirkulation der Kühlflüssigkeit wird als Funktion der mittels des Temperaturmessfühlers --48-- gemessenen Temperatur reguliert.
Ist die Temperatur zu hoch, wird die Zirkulation verstärkt und umgekehrt.
Um die besten Ergebnisse zu erhalten, ist es ratsam, gewisse Einzelbedingungen zu beachten.
Unabhängig von der Anzahl radialer Bohrungen --50-- in jedem der Blöcke --26, 28-- sollte z. B. zunächst einmal der Durchmesser der Löcher nicht kleiner sein als 3 mm, denn sonst besteht die Gefahr eines nicht mehr annehmbaren Druckabfalls. Im allgemeinen sollte je nach der Kapazität des Extruders der Durchmesser der Bohrungen --50-- im Bereich von 3 mm (bei Kapazitäten von 40 bis 50 kg/h verarbeitetem Material) bis 10 mm (bei Kapazitäten im Bereich von 250 kg/h) liegen.
Ausserdem ist das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Bohrungen --50-bedeutsam. Vorzugsweise sollte dieses Verhältnis (l/d) zirka 12 nicht übersteigen und nicht geringer sein als 4. Die folgende Tabelle soll als praktische Orientierungshilfe dienen.
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<tb>
<tb>
Bohrungsdurchmesser <SEP> 1/d <SEP> bevorzugtes <SEP> Verhältnis
<tb> (mm) <SEP> 1/d
<tb> 3 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 6 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 6-10 <SEP> 7-9 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 11 <SEP>
<tb>
Ferner ist es ratsam, das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Bohrungen in jedem Block und der "Kolbenfläche" der Vorschubschnecke --20-- zu berücksichtigen, wobei unter "Kolben- fläche" der Unterschied nR bis zu verstehen ist, worin R den Radius des Gewindes der Vor- schubschnecke --20-- und r den Radius des Kerns der Schnecke bezeichnet.
Das genannte Verhältnis sollte vorzugsweise grösser als 1 und vorzugsweise kleiner als 2 sein, denn sonst wird die Kühlwirkung verschlechtert und der Druckabfall über die Vorrichtung hinweg nimmt zu.
Die Homogenisierungswirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung nimmt offenkundig mit steigender Anzahl von Bohrungen --50-- in jedem Block zu. Sie hängt jedoch auch in einer nicht einfach zu übergehenden Weise von der Form und radialen Weite des Sammelkanals --32-- ab.
Bei zu grosser radialer Weite, vereinigen sich die aus dem Block --26-- kommenden einzelnen radialen Ströme unter geringer gegenseitiger Störung, so dass es kaum zu einer Vermischung kommt.
Durch entsprechende Begrenzung der radialen Weite des Sammelkanals --32--, wird die Intensität der Strömung in diesem Kanal in axialer Richtung verstärkt, und es können künstlich Bedingungen gegenseitiger Beeinflussung zwischen dieser Strömung und den den Block --26-- verlassenden einzelnen radialen Strömen geschaffen werden, durch die die Homogenisierung verbessert wird.
Wenn man davon ausgeht, dass der Aussendurchmesser der Blöcke --26, 28-- und der Scheibe --24-gleichbleibend ist (Fig. 2A), nimmt vorzugsweise die radiale Weite des Sammelkanals --32-- von den beiden Enden her zu einer mittleren zylindrischen Zone --32'-- zu, welche die Scheibe-24umgibt. Wieder entspricht jedoch die Weite an jedem Ende des Kanals 1 bis 1, 5 mal dem Durchmesser der diesem Ende zugehörigen radialen Bohrungen --50--. Vorzugsweise entspricht die Fläche des Kanals in Querrichtung in der zylindrischen Zone--32'-0, 9 bis 1, 5 mal der Gesamtfläche
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der Löcher --50-- in jedem Block --26, 28--.
Unter diesen Bedingungen wird die axiale Strömung des Materials im Sammelkanal --32-- nur in begrenztem Ausmass durch die Störung oder lokale Turbulenz an jeder der radialen Bohrungen --50-- beeinflusst, so dass die einander widersprechenden Erfordernisse der guten Homogenisierung und des geringen Druckabfalls auf zufriedenstellende Weise ausgewogen sind. Es sei noch erwähnt, dass mit dem Ausdruck "geringer Druckabfall" eine auf ein Minimum herabgesetzte Reibung mit der entsprechenden, auf ein Minimum reduzierten Reibungswärme angedeutet wird, was alles von Vorteil ist für den Wirkungsgrad der Kühlung und Homogenisierung, den die erfindungsgemässe Vorrichtung bietet.
Als Beispiel werden für eine Vorschubschnecke --20-- mit einem Durchmesser von 120 mm (Kerndurchmesser 80 mm) die folgenden Bemessungswerte vorgeschlagen : Blöcke-26, 28- : Länge zirka 130 mm, Aussendurchmesser 260 mm, radiale Bohrungen --50-mit einem Durchmesser von 7 mm, verteilt in 14 Ringen zu je 34 Löchern. Das führt zu : einem Verhältnis lid von 10, einer Gesamtbohrungsfläche von 18326 mm2, einer Kolbenfläche von 5500 mm2, einem Verhältnis zwischen den beiden Flächen von 3, 33.
Sammelkanal : Radiale Weite an jedem Ende : 10 mm, Querschnittsfläche in der zylindrischen Zone --32'-- : 17600 mm2, Verhältnis zwischen dieser Fläche und der Gesamtfläche der Bohrungen in jedem Block : 0, 96.
Die Dicke der Scheibe --24-- beträgt hiebei 50 mm.
Eine Vorrichtung --21-- mit diesen Abmessungen kann an einem Doppelschneckenextruder zur Erzeugung von 180 bis 220 kg/h Polystyrol-Schaumstoff mit einer Schneckengeschwindigkeit von 8, 5 bis 28 Umdr/min angewendet werden. In den bisher durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung, die mit Öl von 900C gekühlt wurde, imstande war, eine homogene Kühlung von 220 kg/h Material von zirka 140 C auf zirka 118 C zur Schaffung eines Schaumstoffs in gleichmässiger Dichte im Bereich von 0, 029 bis 0, 030 g/ml zu gewährleisten.
Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere könnte es zweckmässig sein, den Kerndurchmesser der Vorschubschnecke --20-- im Zufuhrbereich-20A-- und im Übergangsbereich --20B-- zum nicht mit Gewinde versehenen Zwischenbereich --20"-- über die ganze Länge der entsprechenden gelochten Blöcke --26, 28-oder nur über einen Teil dieser Länge hinweg allmählich zunehmen zu lassen. Ausserdem könnte die Verteilung und/oder der Durchmesser der radialen Bohrungen --50-- unterschiedlich sein, obwohl eine gleichmässige Verteilung und ein gleichmässiger Durchmesser mindestens vom Gesichtspunkt der Konstruktion bevorzugt wird.
Das Gehäuse --30-- könnte an der Aussenseite mit Rippen versehen sein, um die Wärmeabgabe vom durch den Sammelkanal --32-- fliessenden Material zu erhöhen. Es scheint jedoch nicht ratsam, sich zum Kühlen des Materials wesentlich auf das Gehäuse --30-- zu verlassen, denn bei dieser Art von Kühlung besteht die Gefahr, dass auf der Strömung im Sammelkanal --32-- eine sogenannte kalte Haut entsteht.
Es kann auch der Durchmesser des Zwischenbereichs --20"-- der Vorschubschnecke --20-- und der Durchmesser der Öffnung --22-- in der Scheibe --24-- verkleinert, beispielsweise auf den Wert des Durchmessers des Kerns der Vorschubschnecke-20-herabgesetzt sein. Die in Fig. 2A gezeigte Auslegung wird jedoch bevorzugt, denn sie erlaubt ein leichtes Herausnehmen der Schnecke, ohne dass die Anordnung auseinandergenommen werden muss.
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