DD278303A1 - Vorrichtung zur stabilisierung der durchsatzgeschwindigkeit eines plastizierextruders - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit von Plastizierextrudern, insbesondere fuer die Verarbeitung von Plastabfaellen. Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung, die Gleichmaessigkeit der Durchsatzgeschwindigkeit so zu sichern, dass sich Schwankungen der Prozesse in der Beschickungs-, Feststoffoerder-, Plastizier- und Entgasungszone nicht auf die Austragszone des Extruders auswirken koennen und die Einarbeitung von Zusatzkomponenten moeglich wird. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung besteht aus einem Plastizierextruder, der eine Drosselzone mit stark reduziertem Foerdervermoegen und eine davor angeordnete Druckausgleichszone aufweist, die ueber eine Zahnradfoerderpumpe fuer den weitaus groesseren Schmelzeanteil mit dem Zylinderraum nach der Drosselzone in Verbindung steht, und einer sich daran anschliessenden Extruderaustragszone. In den Raum nach der Drosselzone koennen zusaetzliche Stoffe eingespeist werden. Durch die erfindungsgemaesse Vorrichtung werden Prozessschwankungen durch die Drosselzone und die Zahnradpumpe zurueckgehalten, die sich dann in der Druckausgleichszone in Form eines zeitlich schwankenden Fuellgrades ausgleichen. Fig. 1

Description

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, damit bei relativ geringem ökonomischem Aufwand eine gleichmäßige Durchsatzgeschwindigkeit gewährleistet wird und die Voraussetzungen geschaffen werden, im selben Extruder Prozesse der Einarbeitung von Zusatzkomponenten mit konstanter Konzentration und damit hoher Qualität durchführen zu können.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Gleichmäßigkeit der Durchsatzgeschwindigkeit, zweckinäßigerwaise nach dem Vorliegen entgaster Schmelze, durch eine zweckentsprechende Vorrichtung so zu sichern, daß sich Schwankungen der Prozesse in der Beschickungs-, Feststofförder-, Piastizier- und Entgasungszone nicht auf die Austragszone des Extruders auswirken können und die Einarbeitung von Zusatzkomponenten mit konstanter Konzentration und damit hoher Qualität möglich wird. Die entsprechende Vorrichtung besteht aus einem an sich bekannten Ein- bzw. Mehrschneckenextruder einschließlich Beschickungseinrichtung für das zu verarbeitende Schüttgut, der SchnecKe(n) mit Feststofförder-, Piastizier- und Entgasungszone, dem entsprechend gestalteten Zylinderabschnitt, wobei sich den besagten Schneckenzonen eine Druckausgleichszone mit verstärkter Rückströmmöglichkeit im Sinne eines Puffembschnittes anschließt, der eine Drosselzone mit stark reduziertem, aber zeitlich stabilem Folder- bzw. Durchlaßvermögen folgt (Schneckongeometrie mit geringer Steigungshöhe, weitestgehend dichtkämmend, einer vor der Drosselzone im Zylinder angeordneten Schmelzeauslc ßbohrung, die über einen beheizbaren Schmelzekanal mit einer separat antreibbaren Zahnradförderpumpe oder ähnlichen Dosiereinrichtung in Verbindung steht, die über einen weiteren Schmelzekanal mit einer nach der Drosselzone angeordneten Schmelzeeinlaßbohrung des Zylinders verbunden is! und einer sich daran anschließenden Austragszone des Extruders. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist/sind nach der Drosselzonp zusätzlich eine oder mehrere Zuführöffnungen für zusätzliche Komponenten angeordnet, die mittels einer Dosiereinrichtung in den Extruder eingespeist werden. Die Austragszone des Extruders ist hierbei zusätzlich mit Misch- und Homogenisierelementen bestückt, d. h. als Misch-, Homogenisier- und Austragszone ausgeführt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die entgaste Schmelze des aufzubereitenden Materials zu einem minimalen Mengenanteil durch die Drosselzone hindurch weitergefördert wird, der weitaus größere Teil jedoch vor der Drosselzone den Extruder verläßt, über den Schmelzekanal, die besagte Dosiereinrichtung in präziser Form gefördert und über die nach der Drosselzone angeordnete Zylinderöffnung dem System wieder zugeführt wird. Die beiden Schmelzeteilströme vermengen sich hier wieder, erfahren durch die verbleibende Schneckenzone den erforderlichen Druckaufbau und werden schließlich durch das Formwerkzeug ausgepreßt. Mit der bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über eine spezielle Dosiereinrichtung eine zusätzliche Komponente nach der Drosselstelle zugeführt, wobei sich diese Zusotzkomponunte über die verbleibende Extruderzone, die als Misch- und Hornogenisierzone dusgeführt ist, mit den beiden Schmelzeteilströmen vereinigt. Die Zuführung der Komponente(n) und des dosierten Schmelzestromanteils kann örtlich unterschiedlich sein, hat in jedem Falle jedoch nach der Drosselzone zu erfolgen, und es muß noch ein gerügend langer Abschnitt des Extruders für die Mischung und Homogenisierung sowie den erforderlichen Drunkaufbau verbleiben. Durch Verstellung des über die Zahnradpumpe geförderten Schmelzestromes kann die Vorrichtung auch zur Variierung des Gegendruckes im Schneckenabschnitt vor der Drosselzone genutzt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gesichert, daß bei Druck- und Fördersctv.vankungen im Feststoffbereich und damit auch bei der Schmelzeförderung ein Durchgriff auf die Misch-, Homogenisier- und Austragszone vermieden wird: Die Drosselzone läßt nur einen minimalen Mengendurchsatz und damit minimalen Fluktuatiünswert zu. Der abgezweigte größere Mengenanteil der Schmelze wird durch die Dosiereinrichtung, z. B. Zahnradpumpe, kontrollier'.. Somit werden alle Schwankungen zurückgehalten und in der Ausgleichszone vor der Drosselzone gepuffert. Letzteres wird möglich, da die Sehne ;kengeometrie so ausgelegt ist, da.J große Leck- und Rückströmungen bei entsprechenden Druckspitzen eintreten. Die Ausgldichszone besitzt geeignete Leckspalte bzw. große für eine Druckströmung besonders geeignete Gangsteigungon und Gangtiefen. Auf diese Art und und Weise gelangt in den Austragsteil des Extruders durchsatzmäßig stabilisiertes Schmelzematerial.

Damit gewährleistet die erfinriunn,sgemäße Vo-richtung konstante Verhältnisse in der Austragszone des Extruders und bei Zuführung von Zusatzkomponenten, z. B. Fc'rbfjtoff, eine zeitlich konstante Konzentration. Dadurch ist auch beider Aufbereitung unregelmäßiger Schüttgüter eine gleichmäßig hohe Extrudstqualität erzielbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläu*"·^.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Die Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit eines Doppelschneckenplastizierextruders Fig. 2: Die Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit eines Doppelschneckenplastizierextruders mit Einspeisung einer Zusatzkomponente.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit dargestellt, die aus einem Doppelschneckenextruder 1 mit dem Beschickungsaufsatz 2, den beiden kämmenden und gleichsinnig drehenden Schnecken 3, 3' mit der Feststofförder-, Piastizier- und Entgasungszone 4, 5,6 und dem mit Heizungen 8 versehenen Zylinder 7 besieht. Die Schnecken besitzen eine Drosselzone 9 mit stark verringerter, aber stabiler Förderkapazität (minimale Gangsteigung, dichtkämmendes Profil, minimale Spalte...), vor der sich eine Druckausgleichszone 10 befindet, in der die Schnockengeometrie

durch große Flanken und radiale Spalten charakterisiert ist. Im Bereich besagter Druckausgleichszone 10 weist der Zylinder 7 eine Schmelzeauslaßbohrung 11 auf, die über einen Verieilerblock 13 mit der Zahnradpumpe 14 versehen ist, die ihrerseits wiederum über den Schmelzekanal 12' mit einer nach der Drospelzone 9 angeordneten Schmelzeeinlaßbohrung 15 in Verbindung steht. Schließlich besitzt die Vorrichtung eine Austragszone 16 zum Druckaufbau und zur Förderung der Schmelze. Aus dem Bereich der Druckausgleichszone 10 wird ein sehr großer Schmelzeanteil, etwa 90% der Gesam· ienge, aus dem Zylinder 7 abgeführt und mittels einer Zahnradpumpe 14 mit genauer Dosierung über die Schmelzeeinlaßbohrung 15 dem Zylinder 7 nach der Drosselzone 9 wieder zugeführt. Hier vereinigt sich diese Schmelze mit dem kleineren, direkt über die Drosselzone 9 weitestgehend konstant geförderten Schmelzeanteil. In der Austragszone 16 erfolgt dann der für die Extrusion notwendige Druckaufbau. In der Druckausgleichszone 10 werden die aus dem Beschickungsaufsatz 2 und den Feststofförder-, Piastizier- und Entgasungszonen 4, 5, 6 ankommenden stochastischen Druck- und Förderschwankungen im Sinne einer Pufferung derart abgefangen, daß je nach Druck-/Schmelzeangebot eine kleinere oder größere Füllung der an sich für Teilbeaufschlagung ausgelegten Druckausgleichszone 10 realisiert wird. Die Auslegung besagter Druckausgleichszone 10 hat so zu erfolgen, daß die Rückströmung über die Spalten und auch im Schneckenkanal selbst (Druckströmung) deutlich größer ist als eine positive Leck- bzw. Druckströmung über die Drosselzone 9 der Schnecken. Da die Schwankungen stochastischen Charakter haben und um einen annähernd konstanten Mittelwert schwanken, kann eine hohe Prozeßstabilität mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesichert werden.

Es sei ausdrücklich vermerkt, daß eine Lösung mit Druckausgleich im Sinne einer Massepufferung ohne nachfolgende Zahnradpumpe oder ähnliche präzise fördernde und auch mit relativ geringen Vordrücken arbeitende Dosiereinrichtungen keine sichere Lösung darstellen. Nur die Kombination aus Druckausgleichszone 10, Drosselzone 9 und Zahnradpumpe 14 gewährleistet einen stabilen Prozeß selbst bei größeren Druck- und Förderschwankungen in den vorgelagerten Extruderzonen. In Fig. 2 ist eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die sich von der in Fig. 1 veranschaulichten nur dadurch unterscheidet, daß in dem Bereich nach der Drosselzone 9 die Zuführöffnung 17 für Zusatzkomponenten mit einer entsprechenden Dosiereinrichtung 18 angeordnet ist. Die nachfolgende Extruderzone ist mit zusätzlichen Knetelementon als Misch-, Homogenisier-und Austragszone 19 ausgelegt. Die über die Dosiereinrichtung 18 eingespeiste zusätzliche Komponente wir'd mit aen beiden Schrnelzeanteilen innig vermischt und mit hoher Konzentrationsgleichmäßigkeit ausgetragen.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit eines Piastizierextruders, bestehend aus einem an sich bekannten Ein- bzw. Mehrschneckenextruder einschließlich Beschickungseinrichtung, Schnecken mit üblichen Festststofförder-, Piastizier- und Entgasungszonen, dem entsprechend gestalteten Zylinderabschnitt, gekennzeichnet dadurch, daß sich den besagten Schneckenzonen eine Druckausgleichszone (10) mit verstärkter Rückströmmöglichkeit anschließt, der eine Drosselzone (9) mit stark reduziertem, aber zeitlich stabilem Förder- bzw. Durchlaßvermögen folgt, daß vor der Drosselzone (9) im Zylinder (7) eine Schmelzeauslaßbohrung (11) angeordnet ist, die über einen beheizbaren Schmelzekarial (12) mit einer separat antreibbarer. Zahnradförderpumpe (14) oder ähnlichen Dosiereinrichtungen verbindbar ist, die über einen weiteren Schmelzekanal (12) mit einer nach der Drosselzcne (9) angeordneten Schmelzeeinlaßbohrung (15) des Zylinders (7) verbunden ist und sich daran eine Austragszone (16) anschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach der Drosselzona (9) zusätzlich eine oder mehrere Zuführöffnungen (17) für zusätzliche Komponenten angeordnet sind, die mittels einer entsprechenden Dosiereinrichtung (18) verbunden sind, und der Extruder eine Misch-, Homogenisier- und Austragszone (1^) aufweist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit einet Platizierextruders, insbesondere für die Verarbeitung polymerer Stoffe mit ungleichmäßigen Schüttgiiteigenschaften.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Verarbeitung polymerer Stoffe auf Piastizierextrudern kommt es aufgrund von Ungleichmäßigkeiten der Schüttguteigenschaften (Rieselverhalten, äußere und innere Reibung, Verdichtungscharakteristik...) zu zeitlichen Pulsationen des Druckaufbaus und der Durchsatzgeschwindigkeit stochastischer Natur. Die Folge solcher Fluktuationen ist eine ungenügende Qualität des Produktes, beispielsweise in Gestalt schwankender Extrudatabmessungen. Darüber hinaus können sich besagte Durchsatzschwankungen auch dann negativ auswirken, wenn es erforderlich ist, eine bestimmte Menge an Zusatzkomponenten (Farbstoffe, Füllstoffe, Stabilisatoren, Flammschutzmittel u. a.) in die Polymermasse einzuarbeiten, da es in solchen Fäller, logischerweise zu Konzentrationsschwankungen kommen muß. Besonders scWwierig gestaltet sich die Realisierung entsprechender verarbeitungstechnischer Aufgaben beim Einsatz von Thermoplastabfällen, da letztere in der Regel aufgrund ihres spezifischen Schüttgutverhaltens im besonderen Maße zu Unregelmäßigkeiten im Feststoffbereich des Extruders einschließlich der Beschickung neigen. Dabei entstehen bei der Verarbeitung voluminöser Abfälle, wie z. B. Folienschnitzel, Chemiefaserabfälle oder Bändchenabfälle erhebliche Druck- und Durchsatzpulsationeri. Diese, wie bereits erwähnt, im Feststoffbereich entstehenden Fluktuationen setzen sich grundsätzlich über alle Funktionszonen des Extruders bis einsohließlxh zum Austritt aus dem Formwerkzeug fort. Soll nun ein derartiges Abfallmaterial während der Regranulierung eingefärbt werden, ist es schwierig, einen gleichbleibenden Farbton über die gesamte Produktionszeit aufrecht zu erhalten.

Zur Lösung dieser Probleme sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen in kombinierten Teilsystemen zuerst die Aufbereitung des Thermoplastabfalls oder ähnlicher Materialien erfolgt, sodann eine genaue Dosierung des aufgeschlossenen Materials mittels einer zwangsförmig wirkenden Fördereinrichtung in eine nachfolgende Homogenisier· und Austragsvorrichtung vorgenommen urd in letztere gleichzeitig die gewünschte Zusatzkomponente eindosiert wird. Solche Vorrichtungen, bestehend beispielsweise aus Piastizierextruder. Zahnradpumpe, Homogenisierextruderteil mit in diese einmündende Dosiereinrichtung für entsprechende Zusatzkomponenten sind seh« aufwendig und schwierig zu betreiben. Beim Einsatz von kämmenden Doppelschneckenextrudern ist es grundsätzlich riöglich, durch eine geeignete Gestaltung der Schneckengeometrie eine Vergleichmäßigung des volumenstromes pro Zeiteinheit zu erreichen, wenn man nach Vorliegen einer entgasten Schmelze dieselbe mittels einer entsprechend gestalteten Schneckenzone - Schneckonabschnitt mit Elementen relativ kleiner Gangsteigung und -tiefe sowie geringen Flanken - und Schnecken/Zylinderspalten durchsatzmäßig vergleichmäßigt, mithin kontrolliert. Derartige Lösungen sind jedoch bei größeren Amplituden de>· Durchsatzschwankungen, wie sie bei der Verarbeitung von Thermoplastabfällen auftreten, nicht ausreichend: Es kommt zu Schwankungen in den einzelnen Strömungsbestandteilen, (Längs-, Druck-, Leckströmungen...) da zur Durchsatzsicherung bestimmte Mindestgangtiefen und -Steigungen mit realen axialen und radialen Spalten bei den eitizusetzenden Schneckenelementen erforderlich sind.