Schneckenpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, der das Rohmaterial entweder in festem Aggregatzustand oder in plastifiziertem Zustand zugeführt wird.
Diese Schnek- kenpresse weist nach dem Patentanspruch des Haupt patentes im Einfüllbereich der Schnecke eine Einzugs tasche auf, welche im geschlossenen Teil des Schnecken- mantels in axialer Richtung des Schneckenzylinders ver laufend und an der Einfüllöffnung mit ,grösstem Quer schnitt beginnend sowie nach einer Länge von minde stens der einfachen Schneckensteigung in den Kreis querschnitt des Schneckenraumes auslaufend angeordnet ist.
Bei der Verarbeitung von verschiedenartigen ther moplastischen Kunststoffen oder unterschiedlichen Ma terialien auf einer Schneckenpresse mit axial verlaufen der Einzugsmasche wird es in der Praxis Tals Mangel emp funden, dass sich unter sonst gleichbleibenden Arbeits bedingungen bei einem Wechsel des Aufgabegutes oder auch nur bei Änderungen in der Qualität des gleichen Rohstoffes, beispielsweise bei verschiedenem Feuchtig keitsgehalt infolge längerer oder kürzerer Lagerung der Rohstoffposten,
häufig Unterschiede im Füllungsgrad und Druckaufbau der Schneckenpresse und somit auch in der Qualität der Produktion einstellen.
Der Erfindung liegt deshalb die Forderung zugrunde, diesen Mangel durch eine Einrichtung zum Dosieren des Füllungsgrades der Schnecke zu beheben. Es sind- zwar Vorrichtungen bei Schneckenpressen bekannt, welche die Zufuhr des Aufgabegutes mittels Schieber oder Dosierpumpen drosseln bzw. dosieren sollen, aber sehr schwerfällig und ungenau arbeiten, da sie weitab von der Schnecke im Aufgabetrichter oder in der Zu führungsleitung liegen und das Aufgabegut auf seinem weiteren Wege zur Schnecke gewissen Imponderabilien, wie Brückenbildung, Fliessverzögerungen und derglei chen, ausgesetzt ist.
Um eine möglichst genaue und verzögerungsfreie Dosierung zu erreichen, kommt es demgegenüber nach der Erfindung vor allem darauf an, dass die Dosierung in unmittelbarer Schneckennähe indem von Schnecken kern und der Zylindezwand im Bereich der Einzugstasche begrenzten Raum erfolget. Daher ist die erfindungsge- mässe Schneckenpresse gekennzeichnet durch ein am oder im Einfüllkanal der Schneckenpresse verstellbar angeordnetes, beispielsweise als Haube, Schieber oder Blende ausgebildetes Drosselorgan,
mittels welchem das wirksame Füllungsvolumen der Einzugstasche und/oder der Eintrittsquerschnitt oder Einzugstasche an der Ein füllöffnung veränderbar sind.
Mittels des verstellbaren Drosselorgans lässt sich die Menge des in die Einzugstasche einzuziehenden Auf gabegutes und somit der Füllungsgrad der Schnecke 'dosieren. Diese Dosierung ist um so feiner und ge nauer möglich, je grösser der veränderbare Eintritts querschnitt der Einzugstasche an der Einfüllöffnung im Verhältnis zu der in der gleichen Ebene liegenden, vom Schneckenkern und der Zylinderwandung begrenzten, ringförmigen Querschnittsfläche ist.
Deshalb kann vor zugsweise der dem Drosselorgan in dessen Wirkebene gegenüberliegende Schneckenkern in seinem Durchmes ser grösser sein als in der anschliessenden Einzugszone und etwa dem Schneckenkerndurchmesser in der Homo- genisierzone entsprechen, wobei der Wechsel vom grös- seren zum kleineren Schneckenkerndurchmesser im Be reich der Einzugstasche erfolgen kann. Die Steuerung des Drosselorgans kann je nach den betrieblichen Er fordernissen von Hand erfolgen.
Darüber hinaus kann der Verstellmechanismus und damit die Stellung des Drosselorgans im Einfüllkanal in Abhängigkeit von der jeweiligen Fördermenge bzw. dem Druck im Extruder selbsttätig regelbar angeordnet sein.
Von besonderer Bedeutung ist die vorgeschlagene Anordnung zum Dosieren des Füllungsgrades der Schnecke für solche Schneckenpressen, die mit einer Einrichtung zum Entgasen der Schmelze ausgerüstet sind, insbesondere für Extruder mit einer Mehrstufen schnecke in Tandemanordnung. Derartigen bekannten Schneckenpressenanordnungen liegt der Gedanke zu grunde, -den Massedurchsatz von eingeschlossener Luft, monomeren Anteilen und dem Aufgabegut anhaftender Feuchtigkeit zu befreien. Diese unerwünschten, die Qualität der extrudierten Produkte beeinträchtigenden Materialeinschlüsse werden im allgemeinen im Bereich der vollständigen Plastifizierung extrahiert.
Die Funk tion dieser bekannten Maschinen setzt gewöhnlich das Vorhandensein zweier in axialer Tandemanordnung hin tereinander geschalteter Schneckenstufen voraus, so dass das Material zunächst eingezogen, aufgeschlossen und verdichtet wird, um nach seiner anschliessenden Entspan nung und Entgasung erneut eingezogen, verdichtet und ins Werkzeug gepresst zu werden. Man hat es hier prak- trisch mit einem zweimaligen Einzug und einer ersten Einfüll- sowie einer zweiten Wiedereinfüllzone zu tun, von denen jeweils der Füllungsgrad der Schnecke für die betreffende Schneckenstufe und damit deren Masse durchsatz abhängt.
Vorzugsweise kann daher eine mittels Drosselein richtung regelbare Einzugstasche in der Einfüll- und gegebenenfalls in der Wiedereinfüllzone einer Mehr stufenschnecke in Tandemanordnung mit Entgasungs system angeordnet sein, wobei die Stellung des Drossel organs bzw. der Drosselorgane in Abhängigkeit vom Schmelzestandpegel in der bzw. den Entgasungsleitungen oder in Abhängigkeit von der Fördermenge oder dem Druck am Ende der letzten Schneckenstufe und/oder in der von der ersten Homogenisierzone über eine Ent gasungsvorrichtung in die zweite Wiedereinfüllzone füh renden Schmelzeleitung :regelbar vorgesehen sein kann.
Dabei kann die Verstellung des Drosselorgans in Ab hängigkeit von Steuerimpulsen eines in der bzw. den Entgasungsleitungen eines Entgasungsextruders ange ordneten Schmelzestandfühlers bzw. -messers, insbeson dere eines solchen induktiver bzw. kapazitiver Art, über einen in -seiner Drehrichtung umkehrbaren Regelmotor erfolgen.
Das beispielsweise als Haube, Schieber oder Blende ausgebildete Drosselorgan oder dessen Halterung kön nen im Einfüllstutzen geführt sein. Ferner kann das Drosselorgan als die Einzugstasche bildende Haube ge gebenenfalls mit Stirnblende derart ausgebildet sein, dass sich durch Schwenken des Drosselorgans das Volumen der Einzugstasche ändert. Ebenso kann das Drossel organ aber auch als zum Einfüllstutzen koaxial angeo- ordneter, ringförmiger Drehschieber oder Teil eines solchen mit blendenartigen Ausnehmungen ausgebildet sein. Schliesslich kann das Drosselorgan mittels Zahn stangentrieb bewegbar angeordnet sein.
Darüber hinaus hat es sich in bestimmten Fällen, so beispielsweise bei der Verarbeitung von Polypropylen in pulverförmigen Rohzustand, als vorteilhaft erwiesen, für die Einzugstasche eine nach aussen ins Freie führende Entlüftungsleitung, die am Drosselorgan angeordnet sein kann, vorzusehen, durch welche die frei werdende Luft austraten kann, sobald das Material auf Druck ge bracht wird.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt von einem gewöhnlichen Einschnecken-Extruder mit axial verlaufender Einzugs tasche und einer im Einfüllkanal angeordneten verstell baren Blende, durch welche der Eintrittsquerschnitt der Einzugstasche an der Einfüllöffnung veränderbar ist, Fig.2 einen Schnitt durch den Einfüllstutzen mit dem als Blende ausgebildeten Drosselorgan im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig.3 ein als ringförmiger Drehschieber ausgebil detes Drosselorgan, Fig.4 einen Schnitt durch den Einfüllstutzen mit einem als Haube ausgebildeten Drosselorgan, Fig.
5 einen Ausschnitt von einem Heissschmelze- Extruder mit Einzugstasche und Blende, die in Ab hängigkeit vom Schmelzestandpegel in einer Entgasungs leitung selbsttätig verstellt wird, und Fig.6 einen Ausschnitt von einem Extruder mit Zweistufenschnecke in Tandemanordnung mit in ihrer Eintrittsweite ein- und verstellbaren Einzugstaschen.
In der Schneckenpresse nach Fig. 1 ist im Zylinder 1 mit dem Einfüllstutzen 2 die Schnecke 3 angeordnet. Der an die Einfüllöffnung anschliessende Zylinderab schnitt weist nach dem Hauptpatent eine sich in der Förderrichtung allmählich verjüngende Einzugstasche 4 auf, deren Eintrittsquerschnitt an der Einfüllöffnung mittels einer verstellbaren Blende 5 veränderbar ist. Das Verstellen der Blende 5, die an der Halterungsstange 6 sitzt und in dem im Einfüllstutzen 2 eingelassenen Nuten 7 geführt ist, erfolgt über ein um den ortsfesten Zapfen 8 drehbares Ritzel 9, an dem der Schwenkarm 10 be festigt ist und welches in die Zahnstange 11 an der Halterung 6 eingreift, durch Schwenken des Armes 10. In der Blende 5 ist auf der Einzugstaschenseite eine Entlüftungsnut 12 eingelassen.
In der Wirkebene der Blende 5 ist der dieser gegen überliegende Schneckenkern zur Erzielung einer wir kungsvolleren Dosierung in seinem Durchmesser unge wöhnlich stark und grösser als in der anschliessenden Einzugszone, er entspricht etwa dem Schneckenkern durchmesser in der Homogenisierzone. Dabei erfolgt der Wechsel vom grösseren zum kleineren Durchmesser im Bereich der Einzugstasche.
Die Steuerung der Blende 5 erfolgt nach den be trieblichen Verhältnissen und der jeweiligen Eigenart des zu verarbeitenden thermoplastischen Kunststoffma terials von Hand.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsart des Dros- ,selorgans dargestellt,nämlich ein ringförmiger Drehschie ber 13 mit mehreren auf seinem Umfang vorgesehenen blendenartigen Ausnehmungen 14, die unterschiedlich grosse Durchtrittsöffnungen von der Einfüllöffnung in die Einzugstasche bilden. Der Drehschieber ist im Ein füllstutzen 2 zur Einstellung der gewünschten Drossel blende in geeigneten Führungen ein- und verstellbar ge halten.
Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle der verschiedenen Ausnehmungen die Unterkante des Dreh schiebers schräg,abzuschneiden, so dass sich beim Ver drehen des Schiebers eine kontinuierliche Verstellung des Eintrittsquerschnittes der Einzugstasche an der Ein füllöffnung ergibt.
Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem das Drosselorgan als Haube 15 ausgebildet und als solche um die Achse 16 im Zylinder 1 schwenk bar angeordnet ist. Die Haube kann gegebenenfalls mit einer Stirnblende 17 ausgestattet sein, so dass nicht nur das Füllungsvolumen, sondern auch der Eintrittsquer schnitt der Einzugstasche variierbar ist.
In Fig. 5 ist bei sonst ähnlicher Anordnung eine zweistufige Entgasungsschnecke (System Hartig) darge stellt, bei der bekanntlich im Anschluss an die Material einfüllöffnungen zunächst die Einzugszone 18, sodann die Verdichtungszone 19 und die Homogenisierzone 20 sowie eine Dekompressionszone 21 am Ende der ersten Schneckenstufe mit Entgasungsbereich zwischen der er sten und der zweiten Schneckenstufe angeordnet sind und erst hieran anschliessend die Verdichtungszone 22 und in üblicher Weise die Ausstosszone der zweiten Schneckenstufe folgen.
An den Entgasungsbereich ist ein Entgasungskanal 23 angeschlossen, der unter atmosphärischem oder unter Unterdruck steht. Im Entgasungskanal ist ein kapaziti- ver Schmelzestandmesser 24, 25 von handelsüblicher Bauart zur Feststellung der jeweiligen Höhe des Schmel zespiegels vorgesehen, welcher über die Leitungen 26, 27 Regelimpulse an den Umkehrmotor 28 gibt. Dieser Umkehrmotor treibt über den Riemen 29 und das Ritzel 9 die Zahnstange 11 an der Blende 5 in dem Sinne an, dass beim Steigen des Pegels über einem bestimmten Wert der Eintrittsquerschnitt der Einzugstasche verklei nert und beim Absinken wieder vergrössert wird.
Auf diese Weise lässt sich ein Höhersteigen oder Austreten der Schmelze aus dem Entgasungskanal und Verstopfen desselben mit Sicherheit vermeiden.
Um die Regelfähigkeit der Blende 5 auch bei klei nen Regelwegen zu erhöhen, kann in den Einfüllstutzen 2 ein Rührwerk, beispielsweise ein angetriebener Quirl 30, zur Beseitigung etwaiger Brückenbildungen im Ein füllstutzen bei der Verarbeitung von pulverförmigem Aufgabegut hineinragen.
Fig. 6 zeigt schliesslich eine Schneckenpresse mit Mehrstufenschnecke in Tandemanordnung, bei welcher die plastifizierte Masse am Ende der ersten Schnecken stufe aus dem Zylinder austritt und in einer Leitung 31 über eine Vakuumentgasungsvorrichtung 32, wie sie beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift Nr. 425 207 beschrieben ist, der nächsten Stufe der Schnecke in entgastem Zustand wieder zugeführt wird. Bei einer derartigen Anordnung weist der Extruder sowohl in der ersten als auch in der zweiten Schnecken stufe je eine Einzugszone mit regelbarer Einzugstasche 33 bzw. 34 auf.
Zwischen den beiden Stufen ist die Schnecke mit als Speerrgewinde 35 ausgebildeten, ge genläufigen Gängen versehen, damit das übertreten der plastifizierten Masse von der ersten zur zweiten Stufe innerhalb des Zylinders 1 vermieden und der ganze Massedurchsatz der ersten Stufe gezwungen wird, über die Entgasungsvorrichtung zu laufen. Diese Entgasungs vorrichtung besteht im dargestellten Beispiel im wesent lichen aus einem mit dem Zylinder 1 verbundenen Topf 36 von grossem Aufnahmevolumen, in welchen die Schmelze über einem Verteilerteller oder durch ein Sieb 37 eintritt und sich entspannen kann, wobei die völlige Druckentspannung durch ein über die Leitung 38 angeschlossenes Vakuum gefördert wird.
Der Eintrittsquerschnitt der Einzugstasche 33 kann in der oben beschriebenen Weise mittels längsverschieb- licher Blende 5 in Abhängigkeit vom Schmelzepegel in der Einzugszone der zweiten Stufe regelbar angeordnet sein. Der hinter der Entgasungsvorrichtung liegende Schmelzestandsmesser und der Regelmotor sind der Übersichtlichkelt wegen in der Zeichnung nicht darge stellt.
Der Eintrittsquerschnitt der Einzugstasche 34 kann. mittels einer Blende 39, die .an dem durch die Wand des Topfes 36 dichtend hindurchgeführten und an ihrem Ende mit dem Regelritzel 40 versehenen, drehbaren Bolzen 41 )sitzt, in Abhängigkeit auch vom Schmelzespiegel über die gleiche Regeleinrich tung oder in Abhängigkeit von der Ausstossförder- menge oder dem Druck am Ende der zweiten Schnek- kenstufe über die Impulse bekannter Regeleinrichtungen und Umkehrmotor regelbar sein.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Einzugs- Maschenregelung ist darin zu erblicken, dass mit ihrer Hilfe sich auf Schneckenpressen üblicher Bauart die verschiedensten, sonst schwer einziehbaren Rohstoffe verarbeiten lassen, ohne dass es hierfür jeweils einer besonderen Schneckencharakteristik mit umständlicher Auswechslung der Schnecken bedarf.