DE1175868B - Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner fuer Kunststoffe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B 29 f

Deutsche Kl.: 39 a4-3/02

Nummer: 1175 868

Aktenzeichen: P 22037 X / 39 a4

Anmeldetag: 13. Januar 1959

Auslegetag: 13. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner mit einer Schneckenmischzone, durch die der zu verarbeitende Kunststoff geführt wird und die einen beweglichen Druckstempel aufweist, der die Misch- oder Knetzone wenigstens teilweise derart überdeckt, daß der freie Raum in dieser Misch- oder Knetzone verändert werden kann und so der Druck auf das Beschickungsgut zu- oder abnimmt.

Es ist in der Fachwelt bekannt, Kunststoffe, die flüchtige Bestandteile enthalten, in Vorrichtungen zu verarbeiten, die sowohl als Strangpresse als auch als Trockner wirken. Dazu sind Vorrichtungen bekannt, die mit einer Schnecken-Misch-Zone arbeiten, durch die das Kunststoff-Beschickungsgut geführt wird und die mit einem beweglichen Druckstempel versehen sind, der dazu dient, den freien Raum in der Mischzone zu verändern, und die dazu verwendet werden, Kunststoffe strangzupressen und flüchtige Stoffe freizusetzen.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen ist die Temperaturregelung von außerordentlicher Bedeutung. Wenn während des Mischens und des Strangpressens die Temperatur in der Strangpresse zu hoch ansteigt, kann der Kunststoff verbrennen oder in seiner Qualität auf andere Weise gemindert werden. Wenn die Temperatur andererseits zu stark absinkt, erfolgt eine ungenügende Plastifizierung und der Auspreßvorgang verläuft unbefriedigend. Wenn der Kunststoff flüchtige Stoffe enthält, kann die Menge dieser Stoffe dabei nicht auf den noch zulässigen Anteil herabgesetzt werden.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner zu schaffen, bei der eine genaue selbsttätige Temperaturregelung möglich ist. Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Temperaturmeßvorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Temperatur des Kunststoffes an ausgewählten Stellen längs des Weges desselben erreicht, die mit einem Betätigungsmechanismus oder Servoantrieb verbunden ist, der automatisch auf den Druckstempel einwirkt und diesen bewegen kann, um den freien Raum in der Misch- oder Knetzone in Abhängigkeit von vorbestimmten Temperaturveränderungen zu verändern.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird die Temperatur des Beschickungsgutes in der Mischoder Knetzone kontinuierlich bestimmt und der freie Raum durch Einstellen des beweglichen Druckstempeis verändert, damit zur Vermeidung von Überhitzungen oder Unterkühlungen der Arbeits-Kombinierte Schneckenstrangpresse und
Trockner für Kunststoffe

Anmelder:

Phillips Petroleum Company,

Bartlesville, OkIa-^V.-St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

John Matthew FoIz, Bartlesville, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Januar 1958

(711004)

ablauf im wesentlichen konstant aufrechterhalten werden kann, während zur gleichen Zeit die gewünschte Menge an flüchtigen Stoffen entweicht. Bei den bekannten Einrichtungen ist diese Problemstellung weder erkannt noch gelöst.

Die Betätigungseinrichtung für den Druckstempel besteht vorzugsweise aus einem gesteuerten Membranventil, dessen Ventilschaft an diesem Druckstempel befestigt ist, wobei die Temperaturmeßvorrichtung aus einem Thermoelement besteht, das sich in dem Weg des Gutes zwischen Stempel und Schnecke befindet und das über einen Temperaturregler auf das Membranventil einwirkt. Es kann auch die Betätigungseinrichtung für den Druckstempel aus einem von einem Motor angetriebenen und mit Druckstempel verbundenen Getriebe bestehen, wobei ein Thermoelement auf dem Weg des Gutes zwischen diesem Stempel und der Schnecke angeordnet ist, das über einen Temperaturregler auf,dieses Getriebe zur Inbetriebsetzung oder Außerbetriebnahme desselben einwirkt.

Das Thermoelement ist vorzugsweise in der Bahn des aus der Gegend des Druckstempels abströmenden Gutes angeordnet. An Stelle einer Schnecke können auch zwei parallele und in gegenläufigem Sinn umlaufende Schnecken in einem Gehäuse angeordnet sein, und jede einzelne dieser Schnecken

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kann einen Abschnitt mit gegenläufigem Windungs- wobei das Material unter Druck durchgearbeitet

sinn in der Nähe des Druckstempels aufweisen. wird. Das zu verarbeitende Material wird also durch

Die Erfindung wird im folgenden an einem Aus- und durch gemischt und zum Strangpressen und zur

führungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher er- Abgabe der flüchtigen Stoffe vorbereitet. Verschie-

läutert. In der Zeichnung zeigt 5 dene Grade der Durcharbeitung und der Erwärmung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer typischen Aus- können durch eine entsprechende Bemessung der

führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Länge der gegenläufigen Schraubengänge sowie

wobei der Schnitt längs der Linie 1-1 der Fig. 2 durch eine Einrichtung zum Ablassen des Materials

genommen ist, aus der Gegend der gegenläufigen Gewindegänge

Fig. 2 die gleiche Vorrichtung im Grundriß io 31, 32 erzielt werden. Das austretende Material kann

längs der Linie 2-2 der F i g. 1 und dem Atmosphärendruck oder einem Teilvakuum

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der ausgesetzt oder durch ein inertes Gas geschützt

Fig. 1. werden.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung Die Steuerung dieser verschiedenen Wirkungen enthält ein Doppelgehäuse 16, 17, das vorzugsweise 15 wird durch eine Änderung der Länge der Stempelaus verschweißten Blechen besteht und mit Aus- fläche 35 und durch eine Begrenzung des Materials Meldungen 18,19 versehen ist, die bei 20 (F i g. 3) auf den Raum der gegenläufigen Windungen erzusammentreffen und einen Schlitz zwischen den reicht, wobei die Größe des Rückdrucks und die ent-Gehäuseteilen offen lassen. Gegensinnige Förder- standene Wärme der Länge der Stempelfläche proschnecken 22, 23 sind in dem Doppelgehäuse 16, 17 20 portional sind.

untergebracht und so angeschlossen, daß sie gegen- Hierzu ist die öffnung 36 des Gehäuses 16, 17 mit läufig rotieren, so daß sie sich an ihrem Umfang einem Druckstempel 37 ausgestattet, der eine herausin der Mitte nach unten bewegen (F i g. 3). nehmbare Auskleidung 38 hat, die durch den Halte-Um das Gehäuse 16, 17 sind Mantel 25, 26 für block 39 gehalten wird. Die unteren Flächen von Heiz- oder Kühlflüssigkeiten angeordnet, wobei diese 25 Stempel und Auskleidung sind so geformt, daß sie Mantel in Abschnitte unterteilt sind, damit die Tem- zwischen die Umfangsteile der Gewindegänge 31, 32 peraturen aufeinanderfolgender Abschnitte des (F i g. 3) passen. Der Druckstempel 37 ist in eine Schneckengehäuses leichter unabhängig eingestellt Kammer 44 eingeschlossen, die bei 45 angeflanscht werden können. ist. Die Kammer 44 ist durch die Deckelplatte 62 Ein Beschickungstrichter 27 hat eine untere öff- 30 abgedichtet, an der das gesteuerte Membranventil nung28, durch die Material nach unten in das Be- 60 befestigt ist, dessen Schaft durch die Deckelschickungsende der ersten Abschnitte 29, 30 der platte 62 führt und am oberen Teil des Druck-Förderschnecken 22, 23 abgegeben wird. Diese Ge- deckeis befestigt ist. Die obere Kammer des Ventils windegänge sind rechts- bzw. linksgängig und im 60 ist über eine Leitung 64 mit einem üblichen allgemeinen schraubenförmig, wobei die Steigung 35 Temperaturregler 68 verbunden. Die Temperatur fortlaufend abnimmt, so daß sie zunehmend einen wird vorzugsweise mit einem Thermoelement gestärkeren Druck entwickeln können. messen, das in der Nähe des Auslasses des Druck-Ein Rückdruck wird durch gegenläufige, d. h. stempeis 37 in einer der Auskleidungen 18, 19 einnach rückwärts fördernde Gewindegänge in den gebaut ist. Um einen Bruch zu vermeiden, ist dieses Schneckenabschnitten 31, 32 erzeugt, in die das Ma- 40 Thermoelement vorzugsweise so in die Auskleidung terial durch die nach vorwärts liefernden Gewinde- eingebettet, daß es mit deren Innenfläche abschließt, gänge 29, 30 geführt wird. Die parallelen, praktisch Temperaturänderungen werden als elektrische Imnebeneinander angeordneten Schnecken 22, 23 füh- pulse über 70 auf den Temperaturregler 68 überren so das Material nach vorn und treiben es in die tragen, durch den wiederum das Membranventil 60 gegenläufigen Gewindegänge 31, 32, durch die die 45 vermittels Druckluft gesteuert wird, wodurch der Förderbewegung des Materials verzögert wird. Die Druckstempel 37 in vertikaler Richtung bewegt wird, eiste Auswirkung dieser Verzögerung besteht in so daß der freie Raum zwischen dem Druckstempel einem Auspressen der Flüssigkeiten, falls welche 37 und den Gewindegängen 31, 32 vergrößert oder vorhanden sind, die aus den Gebieten hohen Drucks verkleinert und so die Temperatur des Materials über das Gebiet der gegenläufigen Gewindegänge 50 eingestellt wird, das an dem Druckstempel vorbeizu dem Gebiet geringeren Drucks, bei der Dar- geführt wird. Das aus der Gegend des Druckstellung der Fig. 1 nach rechts strömen, wobei ein stempeis kommende heiße Material wird durch die freier Raum für diese Rückströmung vorgesehen nach vorwärts arbeitenden Gewindegänge 46, 47 der ist. Die Flüssigkeiten werden rings um die Schnecken- Schnecken 22, 23 langsam vorgeschoben, durch die stöpsel 33 abgezogen, die an den Schnecken 22, 23 55 das Material geknetet wird, wobei ständig neue an den Gehäuseeingängen vorgesehen sind, wobei Oberflächen zur Abgabe flüchtiger Stoffe freigesetzt ein Spielraum zwischen diesen Stöpseln und den werden. Das Material wird dann zu den HilfsAuskleidungen des Gehäuses vorgesehen ist. Die gewindegängen 48 und den Hauptaustraggewinde-Gase treten durch den Entlüftungsstutzen 61 aus. gangen 49 gefördert, die im Auslaßteil des Gehäuses Durch die Arbeit der nach vorwärts arbeitenden 60 16, 17 laufen. Diese Austragsgewindegänge haben Gewindeabschnitte 29, 30, durch die das Material eine größere Steigung, und das Gehäuse 16 endet zu den und durch die gegenläufigen Gewinde- vor der Stirnwand 50, so daß das Material von den abschnitte 31, 32 gepreßt wird, wird in dem Material Hilfswindungen 48 nach der Seite zu den Hauptselbst Friktionswärme erzeugt, die durch die innere austragsgewindegängen 49 verschoben wird, die das Reibung in dem Material hervorgerufen wird. Der 65 Material über das Sieb 51 zu der Strangpreßmatrize auf das Material ausgeübte Rückdruck und die durch 52 fördern. Das durch die Matrize strömende Mainnere Reibung erzeugte Wärme wirken gleichzeitig terial kann auf einen gewünschten Querschnitt, z. B. auf das Material während seiner Förderung ein, in die Form eines flachen Bandes gebracht werden.

Der Abschnitt des Gehäuses, in dem die Entlüftung 61 angeordnet ist, kann erweitert werden, so daß das Material zur Abgabe flüchtiger Stoffe länger darin verweilt, wobei dieser Abschnitt unter beliebigem, z. B. atmosphärischem Druck oder unter einem Teilvakuum stehen kann.

Dadurch, daß das Material durch die gegenläufigen Gewindegänge 31, 32 getrieben wird, wird es intensiv gepreßt und gemischt, und es entsteht gleichzeitig Wärme in den einzelnen Teilchen. Diese Wärme kann zur Abscheidung restlicher flüchtiger Bestandteile aus dem Behandlungsgut ausgenutzt werden. So kann z. B. aus feuchten Materialien, z. B. aus einem Copolymeren des Äthylens und eines höheren Olefins ein größerer Teil der Feuchtigkeit in der ersten Stufe durch Rückfluß von den ersten Gewindegängen 29, 30 abgezogen werden, während die restliche Feuchtigkeit durch den Entlüftungsstutzen 61 infolge der Wärme verdampft, die durch innere Reibung in den vorhergehenden Stufen entwickelt wurde.

Die Bearbeitung des Materials und der Temperaturanstieg werden durch die wirksame Länge der Stempelfläche 35 und durch den freien Raum zwischen dem Druckstempel 37 und den gegenläufigen Windungen 31, 32 reguliert.

Eine Teilregulierung der Temperatur des Gehäuses in den verschiedenen Stufen kann durch eine Unterteilung des Mantels 25 in Abschnitte erreicht werden. So können z. B. die Abschnitte 53, 54, 55, 56, 57 und 58 unabhängig voneinander betrieben werden, damit man die besten Ergebnisse erhält, indem die Temperaturen in diesen Abschnitten entweder über oder unter der Temperatur des Beschickungsmaterials gehalten werden.

Das Verfahren kann auf sehr verschiedene Stoffe, sowohl zum Mischen oder Plastifizieren, als auch zur Extraktion von Flüssigkeiten angewendet werden. So können z. B. thermoplastische Materialien, wie feste Polymere von Olefinen oder Copolymere von Olefinen behandelt werden. Es können auch warmhärtbare Materialien verarbeitet werden, wobei durch die genaue Temperaturkontrolle, die man gemäß der Erfindung erhält, eine vollständige Homogenisierung der Zusammensetzung erhalten wird und die in den gegenläufigen Windungen gebildete Wärme zur Einleitung einer teilweisen chemischen Reaktion verwendet werden kann, durch die eine Verzögerung der Warmhärtung, eine Konditionierung des Materials für das Auspressen und eine anschließende Vervollständigung der Warmhärtung bewirkt werden kann.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Behandlung von Materialien, in denen Gase und größere Mengen von flüchtigen Stoffen eingeschlossen sind. So kann bei der Herstellung von Olefin-Copolymeren, z. B. des Copolymeren von Äthylen und Propylen, die Fällung des Polymeren aus der abströmenden Reaktionsmasse durch Wasserzusatz erfolgen. Das gebildete Präzipitat wird als Aufschlämmung in Wasser in die erfindungsgemäße Vorrichtung gegeben. Wegen der Eigenschaften der gebildeten Feststoffteilchen, die verschiedene Größen und Formen haben, schwankt die Menge des Polymeren und des Wassers, die von Fördergewinde- "5 gangen 29,30 aufgenommen wird, innerhalb sehr weiter Grenzen. Die im Hochdruck-Mischabschnitt gebildete Wärme schwankt daher ebenfall sehr stark. Ein Maß für die Temperaturregulierung in diesem Abschnitt kann durch eine Messung der Manteltemperatur im Abschnitt 55 erhalten werden. Die Temperatur in diesem Abschnitt spricht jedoch viel stärker auf den freien Raum in der Öffnung zwischen dem Druckstempel 37 und den gegenläufigen Windungen 31, 32 an und eine wirklich genaue Temperaturregulierung kann durch eine Einstellung dieses freien Raumes erreicht werden.

Außer auf die erwähnten Kunststoffmaterialien ist die Erfindung auch auf die Behandlung von synthetischem Kautschuk anwendbar und auf Harze und Kunststoffe im allgemeinen. Das Beschickungsmaterial kann als Mischung von Feststoffen in einer Aufschlämmung oder in irgendeiner anderen üblichen Form eingeführt werden. Im allgemeinen kann die Vorrichtung für die Behandlung von Materialien angewendet werden, wenn durch ein gemeinsames Erwärmen, Pressen und Bearbeiten unter kontrollierten Bedingungen eine durchgreifende Plastifizierungswirkung, zusammen mit einer Entwässerung und Entgasung, bei scharfer Temperaturkontrolle erreicht werden soll.

Obwohl die in der Zeichnung dargestellte Temperaturregulierungseinrichtung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, so können auch andere Einrichtungen verwendet werden, durch die die Temperatur gesteuert werden kann. So kann z. B. an Stelle des gesteuerten Membranventils 60 ein Getriebe verwendet werden. Es können auch andere Temperaturregler verwendet werden, und das Thermoelement kann ebenfalls durch eine andere Temperaturmeßeinrichtung ersetzt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner mit einer Schnecken-Mischzone, durch die der zu verarbeitende Kunststoff geführt wird und die einen beweglichen Druckstempel aufweist, der die Misch- oder Knetzone wenigstens teilweise derart überdeckt, daß der freie Raum in dieser Misch- oder Knetzone verändert werden kann und so der Druck auf das Beschickungsgut zu- oder abnimmt, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßvorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Temperatur des Kunststoffes an ausgewählten Stellen längs des Weges desselben und einen Betätigungsmechanismus oder Servoantrieb, der mit dieser Temperaturmeßvorrichtung verbunden ist und automatisch auf den Druckstempel einwirken und diesen bewegen kann, um den freien Raum in dieser Mischoder Knetzone in Abhängigkeit von vorbestimmten Temperaturänderungen zu verändern.

2. Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für den Druckstempel aus einem gesteuerten Membranventil besteht, dessen Ventilschaft an diesem Druckstempel befestigt ist, und daß die Temperaturmeßvorrichtung aus einem Thermoelement besteht, das sich in dem Weg des Gutes zwischen Stempel und Schnecke befindet und das über einen Temperaturregler auf das Membranventil einwirkt.

3. Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für den

Druckstempel aus einem von einem Motor angetriebenen und mit dem Druckstempel verbundenen Getriebe besteht, und daß ein Thermoelement auf dem Weg des Gutes zwischen diesem Stempel und der Schnecke angeordnet ist, das über einen Temperaturregler auf dieses Getriebe zur Inbetriebsetzung oder Außerbetriebnahme desselben einwirkt.

4. Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- »ο kennzeichnet, daß das Thermoelement in der Bahn des aus der Gegend des Druckstempels abströmenden Gutes angeordnet ist.

5. Kombinierte Schneckenstrangpresse und Trockner nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Schnecke auch zwei parallele und in gegenläufigem Sinn umlaufende Schnecken in einem Gehäuse angeordnet sind und jede einzelne dieser Schnecken einen Abschnitt mit gegenläufigem Windungssinn in der Nähe des Druckstempels aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 615 199.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 640/395 8.64 0 Bundesdruckerei Berlin