Vorrichtung zur Zubereitung thermoplastischer Massen für die Verformung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um thermoplastische Massen, insbesondere Kunststoffe, für die Verformung vorzubereiten, indem sie in den schmelzflüssigen oder halbftüssigen Zustand über geführt werden. Das von der erfindungsgemässen Vorrichtung abgegebene piastische Gut kann direkt einer Strangpresse zugeführt werden, bzw. die Vorrichtung kann als Beschickungsvorrichtung für Spritzgussverformungen und dergleichen dienen.
In den meisten üblichen Anlagen mit Strangpressen wird das als Ausgangsgut dienende thermoplastische Material in fester und zerteilter Form in einen Trichter eingeführt, von welchem es wiederum in eine Behandlungskammer gelangt, in welcher seine Erhitzung, Durchmischung und Verdichtung erfolgt.
Das entstehende geschmolzene Gut wird dann aus einer Düse, die sich am Ende der Heiz- und Mischkammer befindet, nach aussen gepresst bzw. stranggepresst. Gewöhnlich ist in diesen Strangpressen die Behandlungskammer waagrecht angeordnet und der senkrechte Trichter in der Nähe des einen Kammerendes vorgesehen. Das plastische Gut bewegt sich daher in senkrechter Richtung durch den Trichter und in waagrechter Richtung durch die Heizkammer. Der Effekt, mit dem in diesen üblichen Strangpressen das zerteilte Gut in den geschmolzenen oder verformbaren Zustand übergeführt wird, ist nicht hoch, und diese Vorrichtungen sind verhältnismässig kompliziert gebaut, massig und räumlich ausgedehnt.
Bei der Verformung vieler thermoplastischer Massen ergibt die Anwesenheit von Feuchtigkeit zahlreiche Probleme, und wenn die Anwesenheit von Feuchtigkeit nicht sorgfältig vermieden wird, ist das geformte Gebilde unbrauchbar oder nicht absetzbar. Die Vermeidung von Feuchtigkeit hat eine solche Bedeutung, dass man kostspielige und ver hältnismässig komplizierte Maschinen verwendet hat, um von dem Behandlungsgut bei der Vorbereitung für die Verformung Feuchtigkeit und Dämpfe abzutrennen. Man hat auch das Material in Öfen vorgetrocknet und dann bis zur vollständigen Verformung vor einer Wiederaufnahme von Feuchtigkeit geschützt.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, um thermoplastische Massen für die Verformung vorzubereiten. Diese Vorrichtung, die mit einem Zylin dier versehen ist, in den sich ein die zerteilt, plastische Masse aufnehmender Trichter öffnet und in dem eine die Masse vom Trichter wegführende Förderschnecke vorgesehen ist, die einen Hohlraum aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlraum der Schnecke und dem Trichter ein Durchlass vorgesehen und an den Hohlraum eine Druckmittelzufuhr anschliessbar ist.
Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung im Aufriss,
Fig. 2 die Vorrichtung in einer Teilansicht in grösserem Massstab,
Fig. 3 in einem Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 1 im grösseren Massstab die zur Festlegung der Zylinderkammer dienende Klemmeinrichtung,
Fig. 4 im grösseren Massstab den Aufriss der Förderschnecke bei abgenommener Kappe,
Fig. 5 in einem Schnitt nach Linie 5-5 in Fig. 6 die auf die Förderschnecke der Fig. 4 aufzusetzende Kappe,
Fig. 6 die Draufsicht auf die Kappe gemäss Fig. 5 und
Fig. 7 in Seitenansicht die Kappe der Fig. 5, die gegenüber Fig. 5 um 450 gedreht ist.
In dem Gehäuse oder Untergestell 10 (Fig. 1) ist ein geeigneter (nicht eingezeichneter) Antrieb vorgesehen. Auf dem Gehäuse 10 befindet sich die senkrecht angeordnete Strangpresse 11 mit dem Trichter 12. Rechterhand der Austrittsöffnung 14 der Strangpresse ist ein länglicher, oben offener Wasserbehälter 13 vorgesehen. An dem äussersten rechten Ende des Wasserbehälters 13 befindet sich ein Motor 15, der eine (zum Teil gestrichelt eingezeichnete) untere Walze 16 antreibt. Auf der Walze 16 ruht eine belastete Walze 17, die von der unteren Walze 16 durch Reibung angetrieben wird. Kühlwasser wird dem Behälter 13 durch die Rohrleitung 18 mit Ventil 19 zugeführt und fliesst durch die Abzugsrohre 20 und 21 aus dem rechten Behälterende ab; das Abzugsrohr 20 bildet gleichzeiltig einen Teil des das rechte Behälterende stützenden Auflegers.
Wie Fig. 2 zeigt, weist die Strangpresse 11 die senkrechte, hohle Förderschneckenwelle e 22 auf, die am unteren Ende mittels eines Stiftes 24 mit der Triebwelle 23 gekuppelt ist. Die Schnecke 22 ist drehbar in dem Zylinder 25 angeordnet, dessen unterer Flansch 26 auf einem entsprechenden Passring 27 ruht, der mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. An der rechten Seite des Zylinders 25 befindet sich im Abstand von seinem Boden ein Auslass, der von dem einstückig mit dem Zylinder geformten Auslassrohr 28 gebildet wird. Die Pressdüse 14 wird an dem rechten Ende des Auslasses 28 von einer zweiteiligen Klemme 29 und einem einstellbaren Halteoder Heizband 30 gehalten. In dem Halteband 30 ist ein Heizelement eingebettet, um die Düsenplatte 14 auf der erforderlichen Temperatur zu halten.
Weitere Heizbänder 31 und 32 umgeben den Zylinder 25 an oberhalb bzw. unterhalb des Auslasses 28 gelegenen Stellen. Ein weiteres Heizband 33 umgibt das Auslassrohr 28 zwischen dem Zylinder 25 und dem Heizband 30.
Die Förderschnecke 22 (Fig. 2 und 4) ist mit einem oberen Schneckengang 34 und einem unteren, gegensinnigen Schneckengang 35 versehen.
Diese Schneckengänge 34, 35 verlaufen zwar gegensinnig, haben aber die gleiche Steigung. Dies ist wichtig, um die Schubwirkung zu neutralisieren, unter welcher die laufende Welle 22 beim Auspressen des plastischen Gutes aus dem Auslassrohr 28 steht, damit die Belastung der Lager der Welle auf ein Mindestmass gesenkt wird. Die beiden Schnekkengänge 34 und 35 enden an der Auslassöffnung 28 im Abstand voneinander, um eine Mischkammer zu bilden, in welcher das thermoplastische Gut auf sich selbst zurückgeschoben und geknetet wird, be vor es aus dem Auslassrohr 28 austritt. Es hat sich gezeigt, dass diese spezielle Wirkung eine sehr wirksame Überführung des thermoplastischen Gutes auf der verhältnismässig kurzen dargestellten Strecke in den im wesentlichen geschmolzenen, verformbaren Zustand ergibt.
Der obere Schneckengang 34 endet ferner vorzugsweise oberhalb des oberen Endes der Auslassöffnung 28 oder in einer Höhe mit demselben, der untere Schneckengang 35 dagegen unterhalb des unteren Endes der Auslassöffnung 28 oder in einer Höhe mit demselben. Bei dieser Anordnung wird das geschmolzene Gut gleichmässig ausgetragen, ohne dass irgendeine unerwünschte schwankende Abgabe erfolgt.
Die Förderschnecke 22 ist am oberen Ende mit einer Gewindebohrung 40 (Fig. 4) versehen, die den entsprechenden Gewindeteil 41 der Kappe 42 (Fig. 5, 7) aufnimmt. Innerhalb der Förderschnecke erstreckt sich vom unteren Ende der Gewindebohrung 40 bis zum Schneckenboden ein erweiterter, zylindrischer Hohlraum 43, der am unteren Ende von der Triebwelle 23 verschlossen wird.
Die Kappe 42 (Fig. 5, 6 und 7) besteht aus dem hohlen, gewehrkugelförmigen Teil 44 und dem oben beschriebenen, kleineren, unteren Gewindeteil 41, wobei von der Oberfläche des Teils 44 aus vier senkrechte Rührflügel 45 nach oben ragen, die in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.
Auf dem Kappenkopf ist eine sich nach innen verjüngende Gewindebohrung 46 vorgesehen, die, wie später beschrieben, einen entsprechend geformten, kegeligen Stöpsel aufnimmt. Unterhalb der Gewindebohrung 46 erstreckt sich von ihr ausgehend bis zum unteren Ende des Gewindeteils 41 eine längliche, zylindrische Bohrung 47. Von der Bohrung 47 aus verlaufen in im wesentlichen radialer Richtung zur Aussenfläche der Kappe hin eine Reihe kleiner Kanäle 48, die zwischen den Schaufeln 45 Reihen von Auslässen 49 bilden.
In die Gewindebohrung 46 der Kappe 42 kann ein kegelförmiger Gewindestöpsel 50 eingeschraubt werden (Fig. 2). Ein durch den Stöpsel 50 geführtes und mit ihm verschweisstes, langes Rohr 51 erstreckt sich dabei von oberhalb der Mitte des Trichters 12 durch die e Bohrung 47 hindurch in den Hohlraum 43 der Förderschnecke 22. Dieses Rohr 51 endet kurz oberhalb der Triebwelle 23. An seinem oberen Ende ist ein hohler Schwenkansatz 52 (Fig. 1) angeordnet, der den Anschluss einer (nicht eingezeichneten) Druckluftleitung gestattet.
Der Zylinder 25 ist oben mit einem Umfangsflansch 53 versehen, der im wesentlichen die gleiche Grösse wie der untere Flansch 26 hat. Um den oberen und unteren Flansch 53 bzw. 26 herum ist ein verhältnismässig dünnwandiges Gehäuse 54 angeordnet, das entsprechende Öffnungen für nach aussen ragende Teile aufweist und einen sich um den Zylinder 25 herumerstreckenden Ringraum um schliesst.
Der Beschlckungstrichter 12 setzt sich aus einem inneren und einem äusseren Trichterteil 55 bzw. 56 zusammen, zwischen denen ein sich nach oben verjüngender Ringraum liegt. Der äussere Trichterteil 56 ist am unteren Ende an einem Ring 57 befestigt, der seinerseits auf dem Ringflansch 53 aufsitzt. Diese beiden ringförmigen Teile werden durch eine nicht eingezeichnete geeignete Verschraubung zusammen gehalten. Der innere Trichterteil 55 ist unten mit einem zylindrisch geformten Teil 58 versehen, dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem Aussendurchmesser der Schneckengänge 34 entspricht. Der untere Rand dieses zylindrischen Teils 58 passt in den Ring 57 und sitzt auf dem Ringflansch 53 auf.
Der obere Rand 59 des inneren Trichtertells 55 ist umgebördelt ; er greift über den oberen Rand des äusseren Trichterteils 56 und bildet mit diesem einen Verschluss. Die oberen Ränder der beiden Trichterteile können, wenn gewünscht, durch Schrauben aneinander befestigt werden.
Im Ring 57 und im Flansch 53 sind an einander entsprechenden Stellen über den Umfang verteilt Löcher 60 und 61 vorgesehen, die den oberen und den unteren Ringraum miteinander verbinden.
In dem äusseren Trichterteil 56 sind unterhalb seines oberen Randes in Abständen voneinander über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Löchern 62 vorgesehen.
Wie Fig. 1, insbesondere Fig. 3 zeigen, wird der Zylinder 25 durch eine Klemmeinrichtung an dem Gehäuse 10 gehalten. Diese Klemmeinrichtung be steht aus einem drehbar gelagerten Klemmhebel 63, der ein im wesentlichen waagrecht verlaufendes Endteil 64, das über den Rand des Ringflansches 26 passt, sowie einen schräg nach oben verlaufenden Handgriff 65 besitzt. Beim Schwenken des Hebels 63 in die Stellung nach Fig. 3 wird der Ringflansch 26 des Zylinders 25 fest gegen den Ring 27 des Gehäuses 10 gepresst. Ein im Gehäuse 54 vorgesehener Schlitz 66 erlaubt es, den Hebel in die Klemmstellung auf dem Flansch 26 bzw. aus derselben heraus zu schwenken. In der Zeichnung ist zwar nur eine Klemmeinrichtung dargestellt, in Wirklichkeit werden aber zwei, nämlich auf beiden Seiten des Zylinders, verwendet.
Jeder Hebel 63 ist auf einer zylindrischen Unterlage 67 angeordnet, die ihrerseits mit dem Gehäuse 10 verschweisst ist. Jeder Hebel 63 wird von einem Bolzen 68 und einer Mutter 69 frei schwenkbar auf der Unterlage 67 gehalten. Feste Handgriffe 70 (nur in Fig. 1 dargestellt), die in den Flansch 53 auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinders eingeschraubt werden, können ein Anheben der Zylinderanordnung einschliesslich Gehäuse und Trichter nach dem Lösen der Klemmeinrichtung 63 erleichtern.
Linkerhand der Zylinderanordnung (Fig. 1) ist ein Schaltbrett 71 vorgesehen, das verschiedene Regler für die Geschwindigkeit der Triebwelle 23, die Geschwindigkeit des Motors 15 und für die Heizelemente 30, 31, 32 und 33 aufweist. Für diese bekannten Regelorgane wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz beansprucht.
Die Vorrichtung wird folgendermassen betrieben: Der Trichter 12 (bzw. genauer der innere Trichterteil 55) wird mit thermoplastischem Material in Form von Körnern oder von Pulver beschickt. Nachdem die Heizelemente die erforderliche Temperatur erreicht haben, wird die Förderschnecke 22 in Umdrehung versetzt. Das Material wird von dem oberen Schneckengang 34 in den unteren Teil des Zylinders gepresst, gleichzeitig presst der gegensinnige Schneckengang 35 das Behandlungsgut vom Boden des Zylinders nach oben und schiebt es in den dem Auslass 28 gegenüberliegenden Raum auf weiteres herabgepresstes Gut, woraus eine Verdichtungs- wie Knetwirkung resultiert.
Ferner haben die entgegengesetzt gerichteten Kräfte, die von den beiden Schneckengängen ausgeübt werden, die Neigung, den auf die Schnecke 22 ausgeübten axialen Schub auszugleichen, was eine entsprechende Vereinfachung des (nicht eingezeichneten) Antriebes er möglichst.
Durch die Verdichtung und Erhitzung gelangt das Behandlungsgut in der dem Auslass 28 gegen überliegenden Zone in den geschmolzenen Zustand.
Das Gut wird, da es unter Druck steht, aus der Öffnung der Düsenplatte 14 in das Bad 13 ausgestossen. Der erhaltene stab- oder streifenförmige Pressling kann in Längsrichtung des Bades 13 und zwischen die Walzen 16 und 17 geführt werden.
Mit in geeigneter Weise belasteten (nicht eingezeichneten) Tauchwalzen, die sich an den gegenüber- liegenden Enden des Bades befinden, kann n der Pressling unter der Wasseroberfläche gehalten werden. Die Geschwindigkeit der Walze 16, die von dem Motor 15 bestimmt wird, kann so auf die Ausstossgeschwindigkeit eingestellt werden, dass der Pressling durch das Wasserbad gezogen wird. In einigen Fällen kann die Geschwindigkeit der Walze 16- so eingestellt werden, dass mit ihr die endgültige Stärke des Presslings gesteuert wird. Die Geschwindigkeit der Förderschnecke 22 und die Einstellungen der einzelnen Heizelemente können entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Pressgutes gewählt werden.
Während der Beschickung wird die Luft, die durch die Schlitze 66 (Fig. 1) oder Öffnungen 75 (Fig. 2) in den Ringraum zwischen Gehäuse 54 und Zylinder 25 strömt, erhitzt. Diese heisse Luft strömt nach oben durch die Löcher 61 und 60 in den zwischen den beiden Trichterteilen befindlichen Raum, so dass die Aussenfläche des inneren Trichterteils 55 erwärmt wird. Das Gesamtresultat dieses Hindurchströmens heisser Luft ist eine Vorerhitzung und Trocknung des im Trichter befindlichen Gutes. Die heisse Luft kann durch die e Löcher 62 in dem äusseren Trichterteil 56 entweichen.
Zur zusätzlichen Vorerhitzung des Behandlungsgutes wird das Rohr 51 über den Schwenkanschluss 52 mit einer Druckluftquelle verbunden. Die Luft strömt durch das Rohr 51 in den unteren Teil des Hohlraums 43. Sie nimmt von der Förderschnecke 22 Wärme auf und strömt in dem Hohlraum 43 (an der Aussenseite des Rohres 51) nach oben, durch die Bohrung 47 der Kappe 42 hindurch und aus den Öffnungen 49 der Kanäle 48 heraus in die dem Trichter befindliche Beschickung. Durch diesen Heissluftstrom wird das Beschickungsgut im direk ten Kontakt vorerhitzt und getrocknet. Die Geschwindigkeit, mit der die Luft aus den Öffnungen 49 austritt, lässt sich durch Regelung des Druckes der dem Rohr 51 zugeführten Luft steuern.
Wie in der Zeichnung dargestellt, erstreckt sich die Förderschnecke, einschliesslich des Schneckenganges 34 und der Rührflügel 45, nach oben in den Trichter. Hierdurch beginnt die Beschickung bereits im Trichter selbst. Ausserdem rühren die Flügel 45 das Beschickungsgut fortwährend auf, verhindern eine Agglomerierung oder Verstopfung im Trichter und erleichtern das Trocknen.
Die vertikale Anordnung der Strangpresse erlaubt ferner eine einfache Abnahme des Zylinders von der Förderschnecke, nachdem die Klemmhebel 63 gelöst sind, was bei der üblichen waagrechten Strangpressanordnung nicht möglich ist. Nachdem die Hebel 63 in die Ruhestellung geschwenkt sind, kann die gesamte Zylinderanordnung, einschliesslich Trichter und Gehäuse, abgehoben und damit die Förderschnecke zur Untersuchung und Reinigung freigelegt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform in ihrer Anwendung auf die Strangpressung beschrieben.
Wie oben ausgeführt, kann sie jedoch auch in Verbindung mit anderen Maschinen zur Verformung thermoplastischer Massen verwendet werden, wobei sie den Beschicker für die Maschine darstellt.
Die Erfindung ist oben ferner in ihrer Anwendung auf die Strangpressung und Verformung der üblicherweise als thermoplastische Massen bezeich neten Stoffe e beschrieben. Sie kann jedoch auch bei der Verarbeitung anderer schmelzbarer Stoffe Anwendung finden, wie feinzerteiltem Glas, verschiedenen Kautschukmassen und vielen anderen Stoffen, die bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen schmelzen.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere Abänderungen und Ausführungsformen möglich ; die Beschreibung ist dementsprechend weniger im Sinne einer erschöpfenden Kennzeichnung als einer beispielhaften Erläuterung aufzufassen.