CH525084A - Extruder für thermoplastische Kunststoffe - Google Patents

Description

  
 



  Extruder für thermoplastische Kunststoffe
Von den heute bekannten, zum Auspressen thermoplastischer Kunststoffe verwendbaren Extrudern werden praktisch vorwiegend die sogenannten Schneckenpressen, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Schnecke zwischen 10 und 30 liegt, verwendet. Dies gilt sowohl für Einfach- als auch für Doppel- und Mehrfachextruder. Andere bekannte Konstruktionen, wie Kolben-, Scheiben-, Planeten- und Schmelzplattenextruder, sind bisher nur für Spezialzwecke und in unbedeutenden Stückzahlen hergestellt worden.



   Es war bisher üblich, bei der Konstruktion von Extrudern verschiedener Grösse deren einzelne Teile im wesentlichen geometrisch verhältnisgleich zu vergrössern oder zu verkleiner. Ein bedeutender Nachteil solcher Konstruktionen ist, dass Extruder mit grossen Leistungen auch grosse Längen aufweisen und dadurch unverhältnismässig schwer und teuer sind. Ausserdem werden bei solchen Konstruktionen mit zunehmender Leistung die Verhältnisse an den Ausgängen der in die Schnecke geschnittenen Förderkanäle immer schwieriger, weil die aus den Kanälen fliessende Masse im Bereich höchster Drücke radial oder konisch nach innen und an der sich drehenden Schneckenspitze entlang geführt werden muss.



   Im Verlauf der Entwicklung von sogenannten schnellaufenden adiabatischen Schneckenpressen, die Durchmesser von 8-120 mm aufweisen, war gefunden worden, dass mit Schnecken mit kleinen Durchmessern und entsprechend geringen absoluten Längen, beispielsweise mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Länge von 150 mm bei Umfangsgeschwindigkeiten von 1 m/sek, die Extrusion für verschiedene Thermoplaste besser als bei allen Modellen mit grösseren Schnecken kontrolliert werden kann. Dabei wurde weiter gefunden, dass die Homogenität des extrudierten Kunststoffs, die Ausstossgleichmässigkeit und die mögliche Steuerung der Temperatur etwa umgekehrt proportional zum Durchmesser der Schnecke sind.



   Weiter wird aufgrund von Entwicklungsarbeiten mit schnellaufenden adiabatischen Schneckenpressen ( Kunststoffe , Heft 10, 1963,  Optimale Abmessungen schnellaufender Extruderschnecken ) angenommen, dass die mit kleinen Schnecken erreichbaren Qualitätsvorteile durch die sehr kleine Tiefe der Kanäle in der Meteringzone (Dünnschichtverfahren), die beispielsweise bei einer Schnecke von 15 mm Durchmesser nur 0,5 mm beträgt, begründet sind.



   Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die eingangs beschriebenen Nachteile durch die Anwendung der erwähnten neuen Erkenntnisse zu vermeiden und die Vorteile der kleinsten Modelle auch für Extruder mit grossen Ausstossleistungen nutzbar zu machen.



   Der erfindungsgemässe Extruder für thermoplastische Kunststoffe mit einem rohrförmigen, in einem Gehäuse angeordneten und um einen unbewegbaren Innendorn drehbaren Förderorgan, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Förderorgans unabhängig vom Durchmesser und kleiner als 300 mm ist und auf diesem Förderorgan oder auf dem Innendorn mindestens drei schneckenförmig verlaufende und in der Meteringzone eine Tiefe von weniger als 1 mm aufweisende Förderkanäle angeordnet sind.



   Ein besonderer Vorteil des neuen Extruders ist, dass er direkt in einen Folienblaskopf oder einen Rohrspritzkopf eingebaut werden kann, wobei gleichzeitig auf der Innenseite und auf der Aussenseite zwei verschiedene Stoffe extrudiert werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass wegen der Kürze des Förderorgans der Innendorn des Spritzkopfs durch das Förderorgan hindurchgeführt werden kann. Dadurch kann weiter das   Spritzwerkzeug    ohne die üblichen   Dornträger    ausgeführt werden. Diese Anordnung ermöglicht besonders bei Einfärbungen eine bessere Farbverteilung quer zur Spritzrichtung.



   Der neue Extruder eignet sich besonders für solche Endprodukte, wie z.B. Blasfolien und Rohrköpfe, für die Spritzwerkzeuge mit einem kreisförmigen Austritt verwendet werden, da der   Extruderaustritt    bereits kreisringförmig ist.



  Zum Austritt aus dem Spritzwerkzeug werden dann nur kurze Wege benötigt.



   Die Verweilzeit des Kunststoffs im Extruder weist wegen gleicher Länge der einzelnen Stromfäden kaum Unterschiede auf. Eine gleichmässige Vorwärts strömung im Spritzwerkzeug ist jedoch nur dann möglich, wenn eine Mehrzahl von Förderkanälen in das Förderorgan eingearbeitet sind und  die Konstruktion so ausgeführt ist, dass auch alle Förderkanäle gleichzeitig gespeist werden können. Dies kann vorzugsweise durch Ringkanäle erreicht werden.



   Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des neuen Extruders,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Extruder nach Fig. 1.



   Der in Fig. 1 gezeigte Extruder enthält ein rohrförmiges Förderorgan 1, das in einem Extrudergehäuse, das aus einem Aussenteil 2 und einem als Dorn ausgebildeten Innenteil 3 besteht, gelagert ist. Der Antrieb erfolgt von einem Zentralmotor über ein Getriebe mit den beiden um   1800    versetzten Zahnrädern 4, wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist.



  Um Radialkräfte zu vermeiden, kann der Antrieb auch durch zwei Motore, die direkt auf die beiden Antriebsritzel 4 einwirken oder von einer Seite aus, wobei jedoch eine zusätzliche Radiallagerung erforderlich ist, erfolgen. Die Materialeingänge 5 und 6 sind in Fig. 1 um   900    versetzt gezeichnet.



  Zum Verteilen des Materials über den Umfang des Förderorgans sind Verteilerkammern 10, 11 und für die Umformung des Materials in das Enderzeugnis die relativ kurzen Ausstosskanäle 7 vorgesehen. Weiter können bekannte Siebund Zentriereinsätze 9 vorgeschaltet werden.



   Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Förderorgan rohrförmig und weist auf seiner Innen- und auf seiner Aussenfläche drei schneckenförmig verlaufende Förderkanäle auf, deren Breite kleiner als 40 mm und deren Tiefe in der Meteringzone kleiner als 1 mm ist. Die Länge des Förderorgans ist kleiner als 300 mm.



   Bei Ausführungsformen mit grosser Ausstossleistung werden gleichartige Förderkanäle, allerdings mit anderem Krümmungsradius, auf ein Förderorgan mit einem entsprechend grösseren Durchmesser aufgebracht. Beispielsweise können auf der   Aussenfläche    eines Förderorgans mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Länge von 150 mm zehn Förderkanäle mit den oben genannten Abmessungen eingearbeitet werden.



   Bei einem rohrförmigen Förderorgan mit beispielsweise einem Aussendurchmesser von 157 mm und einem Innendurchmesser von etwa 143 mm können doppelt so viele, nämlich zwanzig Förderkanäle eingearbeitet werden, weil die Kanäle sowohl auf der Aussenseite als auch auf der Innenseite des Rohrs oder auf der Aussenseite des Rohrs und auf den im Innern des Rohrs befindlichen, stehenden Dorn eingeschnitten werden können. Wenn die Ausstossleistung einer Schnecke mit dem oben genannten Durchmesser von 15 mm, mit einer Länge entsprechend dem zehnfachen Durchmesser, d. h. 150 mm, und mit nur einem Förderkanal für Hochdruckpolyäthylene mit einem Meltindex von 0,3 etwa 10 kg/Std. beträgt, so ist die Leistung des beschriebenen rohrförmigen Förderorgans mit zwanzig Förderkanälen 200 kg/Std.



   Für einen Extruder mit einer Leistung von 400 kg/Std.



  würde nach den gleichen Überlegungen ein Förderorgan mit vierzig Förderkanälen benötigt. Zum Einschneiden dieser grossen Zahl von Kanälen wäre ein Rohr von etwa 407 mm Aussendurchmesser, einem Innendurchmesser von etwa 393 mm und einer Länge von 150 mm notwendig. Ein noch grösseres Förderorgan, beispielsweise mit 1,5 m Durchmesser und 150 mm Länge, würde eine Leistung von 1,5-2 t/Std.



  ermöglichen.



   Die bei dem vergrösserten Förderorgan durch veränderte Verhältnisse in dem nachfolgenden Spritzwerkzeug bewirkten unterschiedlichen Rückdrücke beeinflussen die Ausstossleistung nur unbedeutend, da die sehr geringe Tiefe der Förderkanäle in der   Meteringzone    auch bei erhöhten Rückdrücken keine nennenswerten Rückströmungen zulässt.



   Weiter geht bei der Berechnung der Rückströmung mit Hilfe der bekannten Formel für die Ausstossmenge die Tiefe der Förderkanäle in der Meteringszone nur in der dritten Potent ein. Dadurch sind auch bei höchsten Spritzdrücken keine wesentlichen Leistungsminderungen zu erwarten.



   Da bei allen Ausführungsformen, unabhängig von der Anzahl der Förderkanäle, die Form der einzelnen Kanäle gleich bleibt, und da mit Sicherheit angenommen werden darf, dass der der Anzahl der Kanäle entsprechend veränderte Krümmungsradius keinen Einfluss auf die Qualität des extrudierten Kunststoffs ausübt, sind für alle Ausführungsformen gleiche Qualitätswerte zu erwarten. Die mechanischen und die Festigkeitsverhältnisse erlauben jede Vergrösserung des neuen Extruders, da die Widerstandsmomente mit der   dritten    Potenz des Durchmessers des Förderorgans ansteigen, während die Antriebsleistungen nur linear zunehmen. Erfahrungsgemäss tritt bei einem Förderorgan mit 15 mm Durchmesser und mit einem Kanal noch kein Schaftbruch ein. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Extruder für thermoplastische Kunststoffe mit einem rohrförmigen, in einem Gehäuse angeordneten und um einen unbewegbaren Innendorn drehbaren Förderorgan, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Förderorgans unabhängig vom Durchmesser und kleiner als 300 mm ist und auf diesem Förderorgan oder auf dem Innendorn mindestens drei schneckenförmig verlaufende und in der Meteringzone eine Tiefe von weniger als 1 mm aufweisende Förderkanäle angeordnet sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Extruder nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Förderkanäle kleiner als 40 mm ist.

   2. Extruder nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein Förderorgan, dessen Verhältnis von Innen- zu Aussendurchmesser zwischen 5:10 und 9,8 :10 liegt.

   3. Extruder nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch zwei für gleiche oder verschiedene Thermoplasteinspeisung verwendbare, getrennte Zuführkanäle zur Innen- und Aussenseite des Förderorgans.