Extruder für Kunststoffe und Verfahren zum Betrieb des Extruders
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extruder für Kunststoffe mit auf zwei nach der Ausstosseite hin zusammenlaufenden Achsen drehbar angeordneten, ineinandergreifenden, konischen Schnecken sowie ein Verfahren zum Betrieb des Extruders.
Bekannte Extruder mit konischen Doppelschnecken weisen den Nachteil auf, dass die Verarbeitung von Kunststoffrohmaterial mit unterschiedlichem Schüttgewicht zu einem einwandfreien Fertigprodukt einheitlichen Gewichts schwierig ist und dass die aus dem Extruder pro Zeiteinheit ausgestossene oder ausstossbare Menge des Fertigproduktes vom Schüttgewicht des Rohmaterials abhängt.
Zweck der Erfindung ist, diesen Nachteil zu beheben.
Erfindungsgemäss ist der Extruder dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Achse zwei Schnecken hintereinander angeordnet sind, von welchen die hintere vorwiegend der Agglomeration des Kunststoffmaterials und die vordere, in die Ausstosseite mündende, der Plastifizierung des Kunststoffmaterials dient, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Schnecken mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit anzutreiben.
Das Verfahren zum Betrieb des Extruders ist dadurch gekennzeichnet, dass die in die Ausstosseite mündenden vorderen Schnecken mit einer gleichbleibenden Drehgeschwindigkeit und die beiden anderen hinteren Schnekken in Abhängigkeit vom Schüttgewicht des angefüllten Kunststoffmaterials mit einer solchen Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, dass die vorderen Schnecken von den hinteren Schnecken immer mit mindestens annähernd gleichmässig verdichtetem Kunststoffmaterial beschickt werden.
Die Erfindung wird anschliessend anhand einer Figur, die einen Extruder zum Teil im Schnitt und zum Teil in Ansicht zeigt, beispielsweise erläutert. Hierbei ist der Extruder aus zeichnerischen Gründen in zwei quer zu seiner Längsrichtung auseinandergeschnittenen Teilen dargestellt.
In einem Zylindergehäuse 1, das eine Antriebsseite 2 und eine Ausstosseite 3 aufweist, lagern vier konische Schnecken 4, 5, 7 und 8. Die Schnecken 4 und 5 sind hintereinander auf einer ersten Achse 6 und die Schnekken 7 und 8 hintereinander auf einer zweiten Achse 9 angeordnet, wobei die Achsen 6, 9 nach der Ausstosseite 3 hin zusammenlaufen. Die miteinander im Eingriff stehenden Schnecken 4 und 7 lagern im hinteren, die Antriebsseite 2 aufweisenden Teil des Zylindergehäuses 1, während die miteinander im Eingriff stehenden Schnecken 5 und 8 im vorderen Teil gelagert sind. Die Schnecken 7 und 8 sind in Ansicht, die Schnecken 4 und 5 teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht dargestellt.
Alle Schnecken 4, 5, 7 und 8 sind angetrieben, wobei jeweils die Schnecken 4 und 7 bzw. 5 und 8 die gleiche Drehgeschwindigkeit, aber einen entgegengesetzten Drehsinn und die Schnecken 4 und 5 bzw. 7 und 8 voneinander unabhängige, insbesondere verschiedene Drehgeschwindigkeiten haben.
Zum Antrieb der vorderen Schnecken 5 und 8 weisen diese, wie aus der Figur für die Schnecke 5 ersichtlich, eine abgesetzte Welle 11 auf, die mit einer weiteren, in der Achse 6 bzw. 9 liegenden, in einem Getriebekasten 10 angeordneten Welle 12 bzw. 13 verbunden ist, z.B. durch eine lösbare Kupplung.
Im Zylindergehäuse 1 sind beide Wellen 11 der vorderen Schnecken 5 und 8 in einer zentralen Bohrung der hinteren Schnecken 4 bzw. 7 angeordnet. Die hinteren Schnecken 4 und 7 gehen an ihrem nach dem Getriebekasten 10 weisenden Ende in Hohlwellenstummel 14 bzw.
15 über, die mit in den Achsen 6 bzw. 9 liegenden Hohlwellen 16 bzw. 17 durch je eine Kupplung 18 bzw.
19 verbunden sind. Die Hohlwellen 16 und 17 sind ebenfalls im Getriebekasten 10 gelagert.
Zur Lagerung der Hohlwellen 16 und 17 im Getriebekasten 10 sind je zwei radiale Lager 20 sowie zur Aufnahme des durch den Rückdruck auf die Schnecken 4 und 7 hervorgerufenen Axialdruckes je ein Axiallager 21 vorgesehen. Die inneren Wellen 12 und 13 sind im Getriebekasten 10 ebenfalls mit je zwei Radiallagern 22 und je einem Axiallager 23 gelagert. Zudem ist zur Abstützung der Welle 12 bzw. 13 zwischen dieser und der Hohlwelle 16 bzw. 17 je ein weiteres Lager 24 vorgesehen.
Die beiden Wellen 12 und 13 sind im Getriebekasten 10 mit je einem Zahnrad 26 bzw. 27 versehen, die miteinander im Eingriff stehen. Ein weiteres Zahnrad 30, das auf einer im Getriebekasten 10 gelagerten Welle 31 angeordnet ist, steht mit dem Zahnrad 26 der Welle 12 im Eingriff. Die Welle 31 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, dessen Drehgeschwindigkeit steuerbar ist, und dreht sich in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung. Die Welle 31 dreht demnach über die Zahnräder 30 und 26, die Schnecke 5 und weiter über die Zahnräder 26 und 27, die Schnecke 8 in entgegengesetzter Richtung zur Schnecke 5.
In entsprechender Weise ist der Antrieb der Schnekken 4 und 7 ausgebildet. Jede der Hohlwellen 16 und 17 trägt ein Zahnrad 28 bzw. 29, die miteinander im Eingriff stehen. Das Zahnrad 29 der Hohlwelle 17 steht mit einem weiteren, auf einer Welle 33 angeordneten Zahnrad 32 in Eingriff. Die Welle 33 ist ebenfalls mit einem nicht dargestellten steuerbaren Antrieb verbunden. Da der Antrieb beispielsweise der Schnecke 7 über zwei Zahnräder, nämlich die Zahnräder 29 und 32 erfolgt, der Antrieb der in der gleichen Achse 6 liegenden Schnecke 8 aber über die drei Zahnräder 30, 26 und 27, muss der Drehsinn der Antriebswelle 33 umgekehrt zu demjenigen der Antriebswelle 31 sein, damit beide hintereinander liegenden Schnecken 7 und 8 in der gleichen Richtung drehen.
Zur Erwärmung und Kühlung des zu extrudierenden Materials sind verschiedene Heiz- bzw. Kühleinrichtungen vorgesehen. Das Zylindergehäuse 1 ist in seiner ganzen Länge von Heizbändern 35 umgeben, die längs der Zylinderachse in mehrere Abschnitte aufgeteilt sind.
Dadurch wird eine zonenweise Erwärmung des Zylindergehäuses 1 auf unterschiedliche, dem zu verarbeitenden Material angepasste Temperaturen ermöglicht.
Der die vorderen Schnecken 5 und 8 umgebende Teil des Zylindergehäuses 1 ist insbesondere in der Umgebung der Ausstosseite 3 mit Kühlrohren 36 versehen, durch welche bei Bedarf eine Kühlflüssigkeit wie Wasser geleitet werden kann.
Schliesslich sind die Schnecken 5 und 8 und im geringeren Ausmass auch die Schnecken 4 und 7 selbst heizbar. Die vorderen Schnecken 5 und 8 sowie die zugehörigen abgesetzten Wellen 11 sind mit einer axialen Bohrung 37 versehen, in welcher ein ebenfalls axiales
Rohr 38 angeordnet ist. Durch einen schematisch darge stellten Heizmittelanschluss 39 strömt das Heizmittel, z.B. öl, in das innere Rohr 38, durch die Welle 11 und die Schnecke 5 bis zur Ausstosseite 3 und dann zurück durch den ringförmigen Hohlraum zwischen dem Rohr
38 und der Innenwand der Bohrung 37 zum Heizmittel anschluss 39, der mit Stopfbüchsen und dgl. zum Abdichten gegenüber den rotierenden Wellen vorgesehen ist.
In der Einzugszone der Schnecken 4 und 7 ist das Zylindergehäuse 1 mit einem angedeuteten Einfülloch 40 versehen, das zum Zuführen des pulverförmigen Rohmaterials durch einen Trichter dient.
Zwischen den beiden Schnecken 4 und 5 bzw. 7 und 8 befindet sich im Zylindergehäuse 1 ein Absaugloch 41, auf dem eine Vakuumentgasung aufgesetzt werden kann.
Im Betrieb wird die Doppelschnecke 4, 7 durch die Welle 33 mit einer anderen Geschwindigkeit angetrieben als die Doppelschnecke 5, 8 durch die Welle 31. Es kann also die Doppelschnecke 4, 7 in der Einzugszone des
Einfülloches 40 eine andere Geschwindigkeit besitzen als die Doppelschnecke 5, 8. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Rohmaterialien mit verschieden hohem Schüttgewicht zu einem gleichmässigen und gleichmässig anfallenden Produkt zu verarbeiten. Mit Vorteil weist hierbei die vordere Doppelschnecke 5, 8 eine gleichbleibende Drehgeschwindigkeit auf, da sie die Aufgabe der Fertig plastifizierung des Materials und der Materialausstossbe wegung erfüllt.
Die hintere Doppelschnecke 4, 7 wird dagegen in Abhängigkeit vom Schüttgewicht des einge füllten Rohmaterials mit einer solchen Drehgeschwindig keit angetrieben, dass die Doppelschnecke 5, 8 immer mit gleichmässig verdichtetem Material entsprechend der vorgesehenen Aufnahme von der vorangehenden Doppel schnecke 4, 7 beschickt wird. Bei niedrigem Schüttge wicht des Rohmaterials wird die Doppelschnecke 4, 7 mit einer höheren Drehzahl angetrieben, bei einem höheren
Schüttgewicht dagegen mit niedrigerer Drehzahl. Das eingefüllte Rohmaterial wird von der Doppelschnecke 4,
7 agglomeriert, jedoch höchstens teilweise plastifiziert.
Dadurch bleibt das bei der Agglomeration des Rohmate rials anfallende Gas frei und kann am Ende der Doppel schnecke 4, 7 vor der Fertigplastifizierung durch das
Vakuumsaugloch 41 abgesaugt werden. Diese Massnah me sichert den Ausstoss eines einwandfreien Produkts nach der endgültigen Plastifizierung durch die Doppel schnecke 5, 8.
Durch die beschriebene Anordnung von zwei inner halb der gleichen Achsen hintereinanderliegenden Dop pelschnecken, die mit verschiedener Geschwindigkeit angetrieben werden können, ist es auch möglich, Mi schungen von Hart-PVC oder Weich-PVC, die wenig
Gleichermittelanteil haben und sehr schlecht stabilisiert sind, zu verarbeiten.
Extruders for plastics and processes for operating the extruder
The present invention relates to an extruder for plastics with intermeshing, conical screws rotatably arranged on two axes converging towards the discharge side, and a method for operating the extruder.
Known extruders with conical twin screws have the disadvantage that it is difficult to process raw plastic material with different bulk weights into a perfect finished product of uniform weight and that the amount of finished product that can be ejected or ejected from the extruder per unit of time depends on the bulk weight of the raw material.
The purpose of the invention is to remedy this disadvantage.
According to the invention, the extruder is characterized in that two screws are arranged one behind the other on each axis, of which the rear mainly serves to agglomerate the plastic material and the front, which opens into the discharge side, is used to plasticize the plastic material, and that means are provided around the screws to be driven at different speeds.
The method for operating the extruder is characterized in that the front screws opening into the discharge side are driven at a constant rotational speed and the other two rear screws are driven, depending on the bulk weight of the filled plastic material, at such a rotational speed that the front screws are driven by the rear screws always filled with at least approximately evenly compressed plastic material.
The invention is then explained, for example, with reference to a figure which shows an extruder partly in section and partly in view. Here, the extruder is shown in two parts cut apart transversely to its longitudinal direction for graphic reasons.
In a cylinder housing 1, which has a drive side 2 and an exhaust side 3, four conical screws 4, 5, 7 and 8 are supported. The screws 4 and 5 are one behind the other on a first axis 6 and the screws 7 and 8 one behind the other on a second axis 9 arranged, the axes 6, 9 converging towards the discharge side 3. The mutually engaging screws 4 and 7 are supported in the rear part of the cylinder housing 1 that has the drive side 2, while the mutually engaged screws 5 and 8 are supported in the front part. The screws 7 and 8 are shown in a view, the screws 4 and 5 partly in section and partly in view.
All screws 4, 5, 7 and 8 are driven, with screws 4 and 7 or 5 and 8 having the same speed of rotation but opposite directions of rotation and screws 4 and 5 or 7 and 8 have independent, in particular different speeds of rotation .
To drive the front worms 5 and 8, they have, as can be seen from the figure for the worm 5, a stepped shaft 11, which is connected to a further shaft 12 or shaft located in the axis 6 or 9 in a gear box 10. 13 is connected, e.g. by a releasable coupling.
In the cylinder housing 1, both shafts 11 of the front screws 5 and 8 are arranged in a central bore of the rear screws 4 and 7, respectively. The rear worms 4 and 7 go at their end facing the gear box 10 into hollow shaft stubs 14 or
15 over, the hollow shafts 16 and 17 located in the axes 6 and 9 by a coupling 18 or
19 are connected. The hollow shafts 16 and 17 are also supported in the gear box 10.
To mount the hollow shafts 16 and 17 in the gear box 10, two radial bearings 20 each and one axial bearing 21 each to accommodate the axial pressure caused by the back pressure on the screws 4 and 7. The inner shafts 12 and 13 are also mounted in the gear box 10 with two radial bearings 22 and one axial bearing 23 each. In addition, to support the shaft 12 or 13 between this and the hollow shaft 16 or 17, a further bearing 24 is provided.
The two shafts 12 and 13 are each provided with a gear 26 and 27 in the gear box 10, which mesh with one another. Another gear 30, which is arranged on a shaft 31 mounted in the gear box 10, is in mesh with the gear 26 of the shaft 12. The shaft 31 is connected to a drive, not shown, the speed of rotation of which is controllable, and rotates in the direction indicated by an arrow. The shaft 31 accordingly rotates via the gears 30 and 26, the worm 5 and further via the gears 26 and 27, the worm 8 in the opposite direction to the worm 5.
The drive of the worms 4 and 7 is designed in a corresponding manner. Each of the hollow shafts 16 and 17 carries a gear 28 and 29, respectively, which mesh with one another. The gear 29 of the hollow shaft 17 meshes with a further gear 32 arranged on a shaft 33. The shaft 33 is also connected to a controllable drive, not shown. Since the worm 7 is driven, for example, via two gears, namely gears 29 and 32, while the worm 8 lying in the same axis 6 is driven via the three gears 30, 26 and 27, the direction of rotation of the drive shaft 33 must be the opposite of that the drive shaft 31 so that both worms 7 and 8 lying one behind the other rotate in the same direction.
Various heating or cooling devices are provided for heating and cooling the material to be extruded. The cylinder housing 1 is surrounded over its entire length by heating strips 35 which are divided into several sections along the cylinder axis.
This enables the cylinder housing 1 to be heated in zones to different temperatures adapted to the material to be processed.
The part of the cylinder housing 1 surrounding the front screws 5 and 8 is provided, in particular in the vicinity of the discharge side 3, with cooling pipes 36 through which a cooling liquid such as water can be passed if necessary.
Finally, the screws 5 and 8 and, to a lesser extent, the screws 4 and 7 themselves can be heated. The front worms 5 and 8 and the associated offset shafts 11 are provided with an axial bore 37 in which an also axial
Tube 38 is arranged. The heating medium flows through a schematically illustrated heating medium connection 39, e.g. oil, into the inner tube 38, through the shaft 11 and the screw 5 to the discharge side 3 and then back through the annular cavity between the tube
38 and the inner wall of the bore 37 to the heating means connection 39, which is provided with stuffing boxes and the like. For sealing against the rotating shafts.
In the feed zone of the screws 4 and 7, the cylinder housing 1 is provided with an indicated filling hole 40 which is used to feed the powdery raw material through a funnel.
Between the two screws 4 and 5 or 7 and 8 there is a suction hole 41 in the cylinder housing 1 on which a vacuum degassing can be placed.
In operation, the double screw 4, 7 is driven by the shaft 33 at a different speed than the double screw 5, 8 is driven by the shaft 31. The double screw 4, 7 can therefore be in the feed zone of the
Filling holes 40 have a different speed than the double screw 5, 8. This provides the possibility of processing raw materials with different bulk densities into a uniform and uniform product. Advantageously, the front double screw 5, 8 has a constant speed of rotation, since it fulfills the task of the finished plasticization of the material and the movement of the material ejected.
The rear twin screw 4, 7, on the other hand, is driven depending on the bulk weight of the filled raw material at such a speed that the twin screw 5, 8 is always fed with uniformly compacted material according to the intended intake from the preceding double screw 4, 7. At low Schüttge weight of the raw material, the twin screw 4, 7 is driven at a higher speed, at a higher speed
Bulky weight, however, at a lower speed. The raw material is fed in by the twin screw 4,
7 agglomerated, but at most partially plasticized.
As a result, the gas produced during the agglomeration of the raw material remains free and can be passed through the end of the twin screw 4, 7 before the final plasticization
Vacuum suction hole 41 are sucked. This measure ensures that a flawless product is discharged after the final plasticization by the twin screws 5, 8.
The described arrangement of two inner half of the same axes one behind the other twin screws that can be driven at different speeds, it is also possible Mi mixtures of hard PVC or soft PVC that little
Have the same average share and are very poorly stabilized to process.