DE1200517B

DE1200517B - Screw extrusion press for processing plastics

Info

Publication number: DE1200517B
Application number: DEA29143A
Authority: DE
Original assignee: Ankerwerk Gebr Goller
Current assignee: Ankerwerk Gebr Goller
Priority date: 1957-04-30
Filing date: 1958-03-28
Publication date: 1965-09-09

Description

Schnecken-Strangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen Zusatz zum Patent: 1 187009 Die Erfindung nach dem Hauptpatent 1 187 009 betrifft eine Schnecken-Strangpresse zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen oder ähnlichen Massen mit einer zum Zwecke des kontinuierlichen Förderns, Plastifizierens und Ausstoßens drehbaren Schnecke.Screw extruder for processing plastics additive to Patent: 1 187 009 The invention according to the main patent 1 187 009 relates to a screw extrusion press for processing thermoplastics or similar materials with a rotatable for the purpose of continuous conveying, plasticizing and ejecting Slug.

Nach dem Hauptpatent ist diese Schnecken-Strangpresse durch eine der Schnecke unabhängig von deren Drehbewegung eine pulsierende Axialbewegung (Axialvibration) aufzwingende Antriebsvorrichtung gekennzeichnet, die so einstellbar ist, daß Frequenz und Amplitude dieser Axialbewegung den jeweiligen Gegebenheiten des Strangpreßbetriebes anpaßbar sind. According to the main patent, this screw extruder is by a of the screw a pulsating axial movement (axial vibration) regardless of its rotational movement Imposing drive device characterized, which is adjustable so that frequency and amplitude of this axial movement to the respective conditions of the extrusion operation are customizable.

Im Gegensatz zu der Möglichkeit, die axiale Lage von Förderschnecken in Schnecken-Strangpressen zu verändern, ist nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen, Schnecken-Strangpressen mit verbessertem Masseeinzug und Massetransport und darüber hinaus mit einer in jeder Hinsicht besseren Plastifizierleistung zu schaffen. Die Zusatzerfindung ist daher auf eine Weiterentwicklung des Hauptpatents gerichtet und besteht darin, daß nicht nur eine Schnecke, sondern ein System von ineinandergreifenden oder nebeneinanderliegenden Schnecken vorgesehen ist, von denen eine Schnecke bzw. eine Schneckengruppe mit einer Vorrichtung zur Erzeugung nur einer rotierenden Bewegung und die zweite Schnecke bzw. die zweite Schneckengruppe mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden und einer axialpulsierenden Bewegung zusammenarbeitet. In contrast to the possibility of the axial position of screw conveyors to change in screw extrusion is provided according to the present invention, Screw extrusion presses with improved mass intake and mass transport and above with a better plasticizing performance in every respect. the The additional invention is therefore aimed at a further development of the main patent and consists in that not just a snail, but a system of interlocking or adjacent screws is provided, one of which is a screw or a screw group with a device for generating only one rotating movement and the second screw or the second screw group with a device for Generating a rotating and an axial pulsating movement cooperates.

Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise eine Vorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe die Bewegungen der Schnecke oder Schnecken stufenlos oder stufenweise der Charakteristik des jeweils zu verarbeitenden Materials angepaßt werden können. Und schließlich können die ineinandergreifend oder nebeneinanderliegend angeordneten Schnecken in ihren Durchmessern und/oder Längen unterschiedlich sein, wobei vorzugsweise die länger ausgebildete Schnecke bzw. Schneckengruppe der Strangpreßdüse zugeordnet ist. A device is also expedient in this context provided, with the help of which the movements of the snail or snails are infinitely variable or gradually adapted to the characteristics of the material to be processed can be. And finally, they can be interlocking or side by side arranged screws differ in their diameters and / or lengths, preferably the longer screw or screw group of the extrusion die assigned.

Es ist bereits eine Maschine zur Durchführung von Knet- und Mischprozessen in kontinuierlichem Arbeitsgang bekanntgeworden, die eine konische Preßschnecke aufweist und bei der sich das Gehäuse der Preßschnecke hin- und herverschieben läßt. Die axiale Hin- und Herbewegung des die konische Preßschnecke umgebenden kegelförmigen Gehäuses soll bei dieser bekannten Maschine dazu benutzt werden, durch laufende Veränderung des Spaltes zwischen Schneckensteg und Gehäuseinnenwand ein inter- mittierendes Zurückfließen des Kunststoffes in den vorhergehenden Gang und damit eine besondere Knet- und Mischwirkung zu erzielen. It is already a machine for performing kneading and mixing processes became known in a continuous operation that a conical screw press and in which the housing of the screw press can be pushed back and forth. The axial reciprocation of the conical which surrounds the conical press screw Housing is to be used in this known machine to run through Change in the gap between the screw flight and the inner wall of the housing an inter- mediating The plastic flows back into the previous passage and is therefore a special one To achieve kneading and mixing effects.

Die Arbeitsweise dieser Maschine ist jedoch nicht mit derjenigen der erfindungsgemäßen Schnecken-Strangpresse vergleichbar, da durch die kurzen axialen Relativverschiebungen zwischen der kegeligen Preßschnecke und ihrem Gehäuse der Masseeinzug und der kontinuierliche Massetransport nicht verbessert werden soll. Außerdem können mit der genannten Maschine nicht die inneren Scherkräfte erhöht und damit die Temperaturerhöhung des Kunststoffes intensiviert werden, da der mögliche axiale Schneckenweg begrenzt ist, so daß auch eine Anpassung an die Charakteristik der jeweils zu verarbeitenden Materialien unmöglich wird. Dazu kommt noch, daß sich der Spalt zwischen Schnecke und Gehäuseinnenwand bei entsprechender Axialverschiebung der Schnecke ungleichmäßig vergrößert oder verkleinert, wodurch sich die auf das zu verarbeitende Material einwirkende Friktion stets in unkontrollierbarer Weise ändert und deshalb das aus der Düse kommende Material eine unterschiedliche Viskosität aufweist. The way this machine works, however, is not the same comparable to the screw extruder according to the invention, because of the short axial Relative displacements between the conical press screw and its housing of the Mass collection and the continuous mass transport should not be improved. In addition, the internal shear forces cannot be increased with the machine mentioned and thus the temperature increase of the plastic can be intensified, as the possible axial worm path is limited, so that an adaptation to the characteristic of the materials to be processed becomes impossible. In addition, there is that the gap between the screw and the inner wall of the housing with a corresponding axial displacement the snail is unevenly enlarged or reduced, causing the The material to be processed always causes friction in an uncontrollable manner changes and therefore the material coming out of the nozzle has a different viscosity having.

Weiter ist eine Misch- und Knetmaschine bekanntgeworden, in deren Schneckengehäuse eine Schnecke dreh- und axialverschiebbar gelagert ist. Während des Arbeitsablaufes wird nun der Drehbewegung der in axialer Richtung fördernden Schnecke eine hin-und hergehende Längsbewegung derart überlagert, daß die Ausnehmungen des in einzelne Flügel aufgeteilten Schneckensteges während des Umlaufs längs einer Schraubenlinie um die an der Innenwand des Schneckengehäuses angebrachten Knetzähne herumwandern. Durch diese eigenartige Bewegung soll die eingezogene Masse in zahlreiche und dauernd wechselnde Stränge aufgeteilt, durchgeknetet, gemischt und weiterbefördert werden. Next, a mixing and kneading machine has become known in which Screw housing a screw is rotatably and axially displaceably mounted. While of the work flow is now the rotary movement of the conveying in the axial direction Screw a reciprocating longitudinal movement superimposed in such a way that the recesses of the screw flight divided into individual wings during the revolution along a Helical line around the kneading teeth attached to the inner wall of the worm housing wander around. Through this strange movement the drawn-in mass is supposed to be in numerous and constantly changing Strands divided, kneaded, mixed and be promoted.

Auch in diesem Falle ist die beschriebene Misch-und Knetmaschine nicht mit der vorliegenden Erfindung vergleichbar, da zunächst einmal die Rotation und die axiale Bewegung der einzigen Schnecke nicht den jeweiligen Gegebenheiten eines Strangpreßbetriebes angepaßt werden können und dadurch die erfindungsgemäß angestrebte optimale Aufschmelzung des Kunststoffes zur Herstellung von Strängen hochwertiger Qualität nicht erreicht wird. Außerdem wird durch die konstruktive Ausführung der Misch-und Knetmaschine ein beliebiges Überlagern von Dreh- und Axialbewegungen dadurch unmöglich gemacht, daß die Ausnehmungen der Schneckenstege immer zu einem bestimmten Zeitpunkt die an der Innenwand des Gehäuses befestigten Knetzähne passieren lassen müssen, d. h. daß die Geschwindigkeit der Schneckenrotation proportional der Geschwindigkeit der Schneckenaxialbewegung sein muß. Bei nicht genau aufeinander abgestimmten Bewegungen kann ein Teil der Maschine beschädigt werden bzw. die Schnecke oder das Schneckengehäuse zum Stillstand kommen. Schließlich besitzt die Maschine noch den Nachteil, daß sich das im Schneckengehäuse befindliche Material bei Erreichen des thermoelastischen bzw. zähviskosen Bereiches an Vorder- und Rückseite der Knetzähne festsetzt und bei längerer Verweilszeit dort anbrennt bzw. sich zersetzt, wodurch die Güte und das Aussehen der Fertigteile stark beeinträchtigt werden. The mixing and kneading machine described is also in this case not comparable with the present invention, since first of all the rotation and the axial movement of the single screw does not suit the particular circumstances an extrusion plant can be adapted and thereby the invention Desired optimal melting of the plastic for the production of strands high quality is not achieved. In addition, the constructive Execution of the mixing and kneading machine any superimposition of rotary and axial movements made impossible that the recesses of the screw flights always to one At a certain point in time, the kneading teeth attached to the inner wall of the housing pass have to leave, d. H. that the speed of the screw rotation is proportional must be the speed of the screw axial movement. When not exactly on each other coordinated movements can damage part of the machine or the screw or the worm housing come to a standstill. After all, owns the machine nor the disadvantage that the material in the worm housing is when it is reached the thermo-elastic or viscous area on the front and back of the kneading teeth sets and if left there for a longer period of time it burns or decomposes, whereby the quality and appearance of the finished parts are severely impaired.

Eine andere bekannte Vorrichtung, durch welche insbesondere bei Mehrfachschneckenpressen eine bessere Förder- und Knetwirkung erzielt werden soll, weist mehrere Schnecken auf, deren Antrieb über elliptische Zahnräder erfolgt. Vorzugsweise eine der Schnecken wird hierbei angetrieben, wobei ein geeignetes Umlaufgetriebe auf die übrigen Schnecken periodisch wechselnde Drehzahlen überträgt, während die Schneckengänge der einzelnen Schnecken untereinander rhythmische Relativverschiebungen in der Achsrichtung ausführen. Another known device through which, particularly in the case of multiple screw presses A better conveying and kneading effect is to be achieved, has several screws which are driven by elliptical gears. Preferably one of the snails is driven here, with a suitable epicyclic gear on the remaining worms periodically changing speeds transmits, while the worm flights of each Carry out rhythmic relative shifts in the axial direction of the worms.

Abgesehen davon, daß mit dieser Vorrichtung nicht vorgesehen ist, die inneren Scherkräfte zu erhöhen, die Temperaurerhöhung des Kunststoffes zu intensivieren, den Masseeinzug und den fortlaufenden Massetransport zu verbessern, muß als besonders nachteilig herausgestellt werden, daß nicht mehrere Schneckengruppen mit unterschiedlichen Aufgaben angeordnet werden und daß vor allem keine der Schnecken durch die ortsfeste Lagerung eine Längsbewegung auzuführen vermag. Apart from the fact that this device is not intended to to increase the internal shear forces, to intensify the increase in temperature of the plastic, To improve the mass collection and the continuous mass transport, must be special be disadvantageous that not several groups of screws with different Tasks are arranged and that especially none of the snails by the stationary Storage is able to perform a longitudinal movement.

Schließlich wurde auch eine Schneckengangdüse bekannt, bei der ein zylinderförmiger Körper am vorderen Ende einer Welle angebracht ist und wobei der erwähnte zylinderförmige Körper an seiner Mantelfläche schraubenlinienförmige Nuten aufweist, deren Querschnitt sich mit der Annäherung an das Austrittsende der Düse verkleinert. Dieser komplizierte Düsenaufbau, bei dem der zylinderförmige Körper und damit auch die Welle oszillieren können, soll verhüten, daß sich die Düse zusetzt, daß sich Material in toten Ecken aufstaut und daß sich Verbrennungserscheinungen zeigen und hat somit nichts mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu tun. Finally, a screw thread nozzle was also known in which a cylindrical body is attached to the front end of a shaft and wherein the mentioned cylindrical body on its outer surface helical grooves has, the cross-section of which changes with the approach to the outlet end of the nozzle scaled down. This complicated nozzle structure in which the cylindrical body and so that the shaft can also oscillate, should prevent the nozzle from clogging, that material accumulates in dead corners and that there are signs of burns show and thus has nothing to do with the subject matter of the present invention.

Durch die Erfindung werden alle vorgenannten Nachteile in vorteilhafter Weise vermieden, und es wird darüber hinaus erreicht, daß jeder Materialtyp infolge der - auf nur kleinste Volumenelemente beschränkten - Scher- und Förderwirkung besonders gut eingezogen und durchmischt wird, wobei gleichzeitig das Material beim Verlassen des Plastifizierzylinders durch die Strangpreßdüse für die Verformung bestmöglich aufgeschmolzen ist. Die zusätzlich durch die ständige Pulsation (vorzugsweise hohe Frequenzen und kleine Amplitzden) in die Masse eingespeiste Energie, die auch auf kleinste Masseteilchen wirksam ist, bewirkt durch Scherkräfte eine schnelle Temperaturerhöhung des Kunststoffes, was für eine einwandfreie, leichte und saubere Schmelzführung zur Erzielung von Produkten gleichmäßiger hoher Qualität eine unerläßliche Voraussetzung darstellt. The invention makes all of the aforementioned disadvantages more advantageous Way and avoided it is also achieved that each type of material as a result the - limited to only the smallest volume elements - shear and conveying effect in particular is well absorbed and mixed, at the same time the material is exiting of the plasticizing cylinder through the extrusion nozzle for the deformation in the best possible way has melted. The additional through the constant pulsation (preferably high Frequencies and small amplitudes) energy fed into the mass, which is also on the smallest mass particles are effective, causes a rapid increase in temperature due to shear forces of the plastic, what a flawless, light and clean melt flow an indispensable prerequisite for achieving products of consistently high quality represents.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei verschieden langen Schnecken die jeweils länger ausgebildete Schnecke bzw. Schneckengruppe die Art des Materialausstoßes bestimmt. Das bedeutet, daß der Materialausstoß dann gleichmäßig verläuft, wenn die länger ausgebildete Schnecke bzw. Another advantage of the invention can be seen in the fact that at different long snails the longer designed snail or group of snails The type of material output is determined. This means that the material output is then even runs when the longer developed worm resp.

Schneckegruppe nur rotiert, während der Materialausstoß dann pulsierend bzw. stoßweise erfolgt, wenn die länger ausgebildete Schnecke bzw. Schneckengruppe rotiert und axial pulsiert.Screw group only rotates, while the material output then pulsates or occurs intermittently when the longer screw or screw group rotates and pulsates axially.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt, wobei F i g. 1 den Plastifizierzylinder und den sich daran anschließenden antriebsseitigen Teil einer erfindungsgemäßen Schnecken-Strangpresse im Längsschnitt und F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 zeigt. In the drawing is an embodiment of the subject matter of present invention shown schematically, wherein F i g. 1 the plasticizing cylinder and the adjoining drive-side part of an inventive Screw extrusion press in longitudinal section and FIG. 2 a section along the line II-II of Fig. 1 shows.

Der Plastifizierzylinder 1 der gezeigten Schnecken-Strangpresse nimmt in seinem Inneren beispielsweise eine rotierbare und bis in den Bereich der Strangpreßdüse5 reichende Schnecke 2 und eine kürzere, jedoch rotier- und axial bewegbare Schnecke 3 auf. The plasticizing cylinder 1 of the screw extruder shown takes in its interior, for example, a rotatable and extending into the area of the extrusion nozzle5 reaching screw 2 and a shorter, but rotatable and axially movable screw 3 on.

Den Schnecken2 und 3 wird das zu plastifizierende Kunststoffmaterial etwa bei der mit 4 bezeichneten Stelle beispielsweise über einen an sich bekannten Fülltrichter aufgegeben. Die Schnecken 2 und 3 werden über die Zahnräder 6 und 7 in bekannter Weise in Rotation versetzt, wodurch das Kunststoffmaterial plastifiziert und in Richtung zur Strangpreßdüse 5 transportiert wird. Dadurch, daß der Schnecke 3 zur drehenden Bewegung eine axial pulsierende Bewegung überlagert wird, werden dem von den Schnecken 2 und 3 aufgenommenen Kunststoffmaterial zusätzliche Massebewegungen aufgezwungen, welche eine bessere Zerkleinerung, Verdichtung, Mischung, Homogenisierung und Plastifizierung der Masse bewirken. Die Axialpulsation kann hierbei durch einen hin- und hergehenden mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder andersartigen Antrieb erfolgen. In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Hydraulikzylinder 9 dargestellt, in dessen Druckkammer durch wechselseitige Beaufschlagung des Kolbens 8 die pulsierende Axialbewegung der Schnecke 3 erzeugt wird.The plastic material to be plasticized becomes the screws 2 and 3 for example at the point indicated by 4, for example via a known per se Abandoned hopper. The worms 2 and 3 are driven by the gears 6 and 7 set in rotation in a known manner, whereby the plastic material plasticized and is transported in the direction of the extrusion nozzle 5. By the fact that the snail 3 an axially pulsating movement is superimposed for the rotating movement the plastic material picked up by the screws 2 and 3 additional mass movements imposed, which means better size reduction, compression, mixing, homogenization and cause plasticization of the mass. The axial pulsation can here by a reciprocating mechanical, pneumatic, hydraulic or otherwise Drive. In the drawing, a hydraulic cylinder is shown as an exemplary embodiment 9 shown, in the pressure chamber by alternating action of the piston 8 the pulsating axial movement of the screw 3 is generated.

Die maximale Amplitude der Axialpulsation ist bei ineinandergreifend angeordneten Schnecken 2 und 3 abhängig von der Ausbildung der Schnecken (Gangbreite, Gewindesteigung) und gegebenenfalls von einer der Rotation einer Schnecke oder Schneckengruppe überlagerten, zusätzlichen Drehbewegung, welche von der axialen Pulsation abhängig ist. Diese zusätzlich überlagerte Drehbewegung, die für eine beliebige Schnecke oder Schneckengruppe vorgesehen sein kann, könnte beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß die Zahnräder 6 und 7 schrägverzahnt sind. Da die Zahnräder 6 und 7 mit den Schnecken 2 und 3 jeweils in fester Verbindung stehen, würde bei einer Vorwärtsbewegung der Schnecke 3 eine der beiden Schnecken über die Zahnräder 6 und 7 einen zusätzlichen Drehimpuls erhalten. Wenn dabei der Steigungswinkel der Schrägverzahnung gleich dem des Schneckenprofils ist, so ist die Amplitude a der Axialpulsation unabhängig von der Schneckenform. The maximum amplitude of the axial pulsation is interlocking arranged screws 2 and 3 depending on the design of the screws (flight width, Thread pitch) and possibly one of the rotation of a screw or screw group superimposed, additional rotary movement, which depends on the axial pulsation is. This additionally superimposed rotary movement, which for any screw or Screw group can be provided, could for example be effected by that the gears 6 and 7 are helical. Since the gears 6 and 7 with the Screws 2 and 3 are each in a fixed connection, would with a forward movement the worm 3 one of the two worms via the gears 6 and 7 an additional Get angular momentum. If the helical gearing is the same is that of the screw profile, the amplitude a of the axial pulsation is independent from the snail shape.

Claims

Claims: 1. Screw extruder with a screw whose Rotary movement pulsating axial movements (axial vibrations) are superimposed, according to Patent 1187009, characterized in that not only a screw, but a System of interlocking or side-by-side screws provided is, of which a screw or a screw group with a device for Generation of only one ro- animal movement and the second screw or the second Screw group with a device for generating a rotating and a Axial pulsating movement cooperates.

2. screw extruder according to claim 1, characterized by a Device, with the help of which the movements of the screw or screws are infinitely variable or gradually adapted to the characteristics of the material to be processed can be.

3. Screw extruder according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the interlocking or adjacent arranged screws are different in their diameters and / or lengths and that the longer formed screw or screw group of the extrusion nozzle assigned.

Considered publications: German Patent Specifications No. 909 395, 944727; Swiss patents only. 247704, 324779.