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Vorrichtung zum Einstellen des Druckes bei einer Schneckenpresse für
thermoplastische Kunststoffe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen
des Druckes in der plastifizierten Masse bei einer Schneckenpresse für thermoplastische
Kunststoffe, welche im wesentlichen aus einem zwischen dem Plastifizierzylinder
und dem Formwerkzeug der Schneckenpresse im Kanal des Schmelzeflusses angeordneten
einstellbaren Drosselorgan besteht.
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Es ist allgemein bekannt, daß in Schneckenpressen durch die Verwendung
von Druckeinstellvorrichtungen ein von der Ausbildung des Formwerkzeuges unabhängiger
gleichmäßiger Druck aufgebaut und auf diese Weise in vielen Fällen eine höhere Qualität
des Extrudats erzielt werden kann, z. B. dadurch, daß je nach der Beschaffenheit
des zu verarbeitenden Materials etwaige Lufteinschlüsse in der Schmelzmasse durch
die unter dem sich aufbauenden Druck bildende Rückströmung vom Formwerkzeug ferngehalten
werden.
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Mehrere Bauarten solcher Druckeinstellventile sind bereits bekannt.
Beispielsweise wurde vorgeschlagen, einen schwertförmigen Drosselschieber radial
im Durchflußkanal für die im Zylinder der Schneckenpresse plastifizierte Masse einzustellen,
um dadurch den Kanalquerschnitt zu verengen bzw. zu erweitern.
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Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß der Massefluß hierbei geteilt
wird und überdies Strömungsschatten unmittelbar hinter dem Drosselschieber entstehen,
so daß sich hier Teile des geschmolzenen Kunststoffes absetzen und dann dort verbrennen
oder sich zersetzen können. Es hat sich herausgestellt, daß auf diese Weise unerwünschte
Schlieren im fertigen Produkt auftreten. Diese Nachteile haben sich auch bei solchen
Druckeinstellventilen gezeigt, bei denen z. B. ein konischer Ventilkopf in einer
trichterförmigen Verengung des Durchflußkanals von Hand oder unter Federdruck verschiebbar
angeordnet ist, da hier der Massenfluß ebenfalls, nämlich vom Ventilschaft, geteilt
wird.
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In einer ähnlichen, jedoch speziell für Blasfolienanlagen ausgebildeten
Vorrichtung mit konisch erweiterter Ringspaltdüse und darin axial einstellbar angeordnetem,
den Ringspalt erzeugenden Kernstück treten die obenerwähnten nachteiligen Erscheinungen
zwar nicht auf, dafür aber wirken sich die im wesentlichen infolge ungleichmäßigen
Materialeinzuges und -transportes der Schnecke auftretenden Druckschwankungen in
der plastifizierten Masse und die gegebenenfalls während des Betriebes von Hand
vorgenommenen Verstellungen des Kernstückes direkt auf die Austrittsdüse des Blaskopfes
und damit auf die Wandstärke der Blasfolie aus.
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Bei einem anderen Typ von Druckeinstellvorrich-
tungen wird ein vom
freien konischen Schneckenende gemeinsam mit einem entsprechend geformten Gegenstück
gebildeter konischer Ringspalt dadurch verengt bzw. erweitert, daß entweder die
Schnecke zum feststehenden Gegenstück axial hin und her oder umgekehrt das axial
bewegliche Gegenstück zur dann axial feststehenden Schnecke hin und her bewegt wird.
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Bei solchen Vorrichtungen treten jedoch zwischen der sich drehenden
Sclmecke und dem sich nicht drehenden Gegenstück an dieser Stelle des Extrudiervorganges
unerwünschte Scherkräfte sowie eine hierdurch bedingte zusätzliche Erwärmung in
dem plastifizierten Kunststoff auf, die diesen gegebenenfalls in nicht tragbarer
Weise aufspalten bzw. zersetzen. Die gleichen Erscheinungen zeigen sich bei einer
abgewandelten Form obiger Vorrichtung, bei der die Stirnseite des an sich zylindrischen
freien Schneckenendes mehrere konzentrische Ringe mit konischen Flanken und -das
nicht drehbare Gegenstück entsprechende konzentrische Nuten trägt, in die die Ringe
der Schnekkenstirnseite durch axiales Verschieben der Schnecke bzw. des Gegenstückes
mehr oder weniger tief hineingefahren werden, wodurch sich die von Ringen und Nuten
gebildeten Ringspalte verengen bzw. erweitern.
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Das Gegenstück weist einen zentrischen Durchlaß auf, durch den das
radial heranströmende Material zum Werkzeug hin abfließen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Querschnitt des
Durchflußkanals zwischen Plastifizierzylinderraum und Formwerkzeug der Schnekkenpresse
zu verengen bzw. zu erweitern, ohne daß hierbei der Massefluß geteilt wird oder
zu große Scherkräfte darin erzeugt werden.
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Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, konzentrisch
oder angenähert konzentrisch zum Schmelzeflußkanal in der Kanalwand kulissenartige
Führungswände und einen in diesen Führungswänden
drehbar angeordneten
Ringkörper mit im wesentlichen außermittig angeordneter Durchlaßöffnung für den
Schmelzefluß vorzusehen und den Ringkörper längs eines Teiles des Kanalumfanges
mittels einer sich wulstförmig in den Schmelzeflußkanal vorwölbenden und diesen
hierdurch zu einem verminderten lichten Querschnitt einschnürenden Wand abzudecken.
Dabei kann der Ringkörper an besonderen kreisförmigen Gleitbahnen durch die den
Ringkörper klammerartig übergreifenden Führungswände radial und axial gelagert sein.
Vorzugsweise ist die Durchlaßöffnung des Ringkörpers für den Schmelzefluß von zwei
Bögen verschiedener Krümmungsradien begrenzt.
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Die Krümmungsradien a, b können konstant sein.
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Dabei kann der vom kleineren Krümmungsradius a begrenzte Bogen von
einem Ringkörperteil mit einem in die Durchlaßöffnung vorgewölbten Drosselwulst
gebildet sein, dessen vom Schmelzefluß berührte Oberfläche der Führungswand angepaßt
ist, wohingegen der vom größeren Krümmungsradius b begrenzte Bogen von einem Ringkörperteil
gebildet sein kann, dessen Krümmungsradius dem des ungedrosselten Schmelzeflußkanals
entspricht. Im übrigen kann der kleinste Krümmungsradius a des Ringkörperteils dem
kleinsten Krümmungsradius der vom Schmelzefluß berührten Abdeckwand annähernd gleich
sein und sich mit diesem zu einer geschlossenen angenähert kreisförmigen Linie ergänzen.
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Die erfindungsgemäße Druckeinstellvorrichtung hat gegenüber den bekannten
Konstruktionen vor allem den Vorteil, daß die Einschnürung des Durchlaßkanals zwischen
Zylinderraum und Formwerkzeug der Schneckenpresse nunmehr durch eine strömungstechnisch
günstige Ausbildung der stillstehenden Kanalwandform gebildet werden kann und gleichzeitig
die Durchlaßöffnung am Einstellort stets eine zusammenhängende, ungeteilte Fläche
ist, so daß ein glatter ungestörter und ungeteilter Durchfluß der plastiiiizierten
Masse gewährleistet ist. Auf diese Weise wird eine starke Reibung und eine dadurch
auftretende unkontrollierbare Erwärmung der plastifizierten Masse verhindert, die
unter Umständen die molekulare Struktur des plastifizierten Kunststoffes zerstören
kann. Außerdem zeichnet sich die Druckeinstellvorrichtung durch die Möglichkeit
ihrer raschen und leichten Einstellung aus.
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Da es sich als vorteilhaft erwiesen hat, innerhalb des einstellbaren
Druckbereiches jeden gewünschten Druck in der Schmelzmasse aufbauen zu können, ist
die Vorrichtung in weiterer Ausbildung der Erfindung so angeordnet, daß der Ringkörper
während des Betriebes in einem Winkelbereich von 1800 stufenlos ein- und feststellbar
ist. Um eine leichte Einstellung der Druckeinstellvorrichtung zu ermöglichen, große
Einstellwege zu vermeiden und den Außenmantel der Vorrichtung nicht unnötig zu schwächen,
sind am äußeren Umfang des Ringkörpers radiale Bohrungen zur Aufnahme eines umsteckbaren
Einstellhebels und zu dessen Führung ein kurzer Schlitz in der äußeren Wandung der
Vorrichtung vorgesehen.
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Zur schnelleren und sicheren Einstellung der Druck einstellvorrichtung
in ihre für den jeweils geeigneten Druckaufbau richtige Drosselstellung kann der
Ringkörper bzw. der Einstellhebel bzw. der Führungsschlitz mit entsprechenden Markierungen
versehen und außerdem. der Ringkörper mittels einer Klemmschraube feststellbar eingerichtet
sein.
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In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Druckeinstellvorrichtung in ihrer Drosselstellung
mit kleinstem Durchlaßquerschnitt für die plastifizierte Masse, F i g. 2 den Querschnitt
II-II gemäß F i g. 1 und F i g. 3 den Querschnitt III-III gemäß F i g. 1, jedoch
in der Stellung mit dem größten Durchlaßquerschnitt der Vorrichtung, wobei der Ringkörper
8, 9 um etwa 1800 gegenüber der in F i g. 2 dargestellten Drosselstellung gedreht
ist, Fig. 4 die obere Halbschale 1 der Druckeinstellvorrichtung mit dem Drosselring
in perspektivischer Darstellung, F i g. 5 eine Seitenansicht in verkleinertem Maßstab
von F i g. 1 ohne Ringkörper 8, 9 in Richtung des Pfeiles V gesehen, F i g. 6 eine
Seitenansicht in ebenfalls verkleinertem Maßstab des aus dem Gehäuse herausgenommenen
Ringkörpers 8, 9 der gegenüber seiner in der F i g. 2 dargestellten Lage um etwa
600 gedreht ist.
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Das Gehäuse der Druckeinstellvorrichtung besteht im wesentlichen
aus einer oberen Halbschale 1 und einer unteren Halbschale, die sich aus den beispielsweise
mittels nicht dargestellter Schrauben und Distanzstücke miteinander verbundenen
Teilschalen 2 und 3 zusammensetzt. Die beiden Halbschalen sind zu einer Einheit
zusammengefaßt mittels eines Schrumpfringes 4, der zur Vermeidung von Wärmeverlusten
durch Wärmestrahlung mit einem Heizband 5 umgeben ist. Die Vorrichtung läßt sich
in bekannter Weise mit dem linken Flansch 6 am Extruderzylinder und mit dem rechten
Flansch 7 am Formwerkzeug befestigen. Der in den beiden Halbschalen drehbar gelagerte
und vom Schrumpfring 4 eingeschlossene, als Drosselring wirkende Ringkörper besteht
aus den beiden Ringhälften 8 und 9, die mittels nicht dargestellter Schrauben zusammengehalten
sind. Zwei Dichtungen 10 und 11 dichten den Raum zwischen Drosselring 8, 9 und Schrumpfring
4 gegen den von der plastifizierten Masse durchflossenen Durchlaßkanal 12 ab. Mittels
der in einer Gewindebohrung des Schrumpfringes 4 sitzenden Sechskantschraube 13
kann der Drosselring 8, 9, der zu seiner Einstellung Bohrungenl4 zur Aufnahme des
Einstellhebels 15 aufweist, in seiner jeweiligen Drosselposition arretiert werden.
Der Schlitz 16 in Schrumpfring 4 und in Heizband 5 dient als Durchlaß für den Einstellhebel
15.
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Mit 17 ist die sich wulstartig in den Schmelzeflußkanal 12 vorwölbende
Wand bezeichnet, die den Raum 18 bzw. 20 der Drosselringführungin-der Halbschale
1 abdeckt. Mit 19 ist eine an- Wand 17 befestigte Platte bezeichnet, die den Raum
18 an seinem einen Ende dicht verschließt. Mit 21 sind die besonderen Gleitbahnen
am Drosselringkörper 8, 9 gekennzeichnet, mittels derer dieser in der Führungswand
20 gelagert ist.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, wird der Durchlaßkanal 12 beidseits
neben dem Einstellort durch den von der Halbschale 1 und der Teilschale 2 bzw. von
der Halbschale 1 und der Teilschale 3 umschlossenen lichten Raum gebildet. Die Durchlaßöffnung
am Einstellort wird einerseits von der in den Durchlaßkanal wulstartig vorgewölbten
-und diesen bis auf einen kleinen lichten Radius verengenden Abdeckwand 17 der Halbschale
1 und andererseits von dem in dem Durchlaßkanal jeweils befindlichen Teil des Drosselringes
8, 9 gebildet. Je nachdem, ob die Ringhälfte 9,
welche ebenfalls
wulstartig in den Durchlaßkanal vorgewölbt ist, oder die andere Ringhälfte 8, welche
bündig mit der Kanalwandung abschließt, sich zwischen den die untere Halbschale
bildenden Teilschalen 2 und 3 befindet, hat die Durchlaßöffnung am Einstellort ihren
kleinsten bzw. größten lichten Querschnitt. Die Abdeckwand 17 der Halbschale 1 ist
auf ihrer dem Schmelzefluß abgewandten Seite so gewölbt, daß sich der Drosselring
mit seiner in den Durchlaßkanal vorgewölbten Ringhälfte 9 kulissenartig in den Hohlraum
18 hinter der Abdeckwand 17 einfahren läßt. Dieser im Bogen verlaufende Hohlraum
18 ist an seinem einen Ende durch die Schulter der wulstartigen Vorwölbung der Ringhälfte
9 und an seinem anderen Ende durch die Platte 19 abgeschlossen, die an der Innenfläche
der zylindrischen Drosselringhälfte 8 dichtend anliegt. Der bei Drehung des Drosselringes
8,9 sich volumenmäßig verändernde Hohlraum 18 ist zur Abführung etwa eingedrungener
plastifizierter Masse mit einer nicht dargestellten verschließbaren Abfluß- oder
Belüftungsleitung versehen.
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Die Querschnittsformen der in den Durchlaßkanal vorgewölbten Drosselringhälfte
9 und der Führungswand 17 müssen nicht unbedingt die in der F i g. 1 dargestellte
Gestalt haben, sondern können irgendeine beliebige strömungsgünstige Kontur aufweisen.
Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Drosselstellung der kleinsten Durchlaßöffnung
der Druckeinstellvorrichtung herrscht in der zu verarbeitenden plastischen Masse
der höchst erreichbare Druck.
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Um die Vorrichtung einzustellen, steckt man nach Lösen der Sechskantschraube
13 den Einstellhebel 15 in die durch den Schlitz 16 gerade erreichbare Bohrung 14
in der Drosselringhälfte 9 und dreht den Ringkörper 8, 9 entgegen dem Uhrzeigersinn
um seine Drehachse, bis der Einstellhebel 15 am oberen Ende des Schlitzes 16 anschlägt,
wobei der Ringkörper 8, 9 um etwas mehr als 600 gedreht und die nächste Bohrung
14 in den Bereich des Führungsschlitzes 16 gelangt ist, so daß der Einstellhebel
15 gegebenenfalls in diese umgesteckt werden kann. Auf diese Weise läßt sich der
Drosselring maximal um etwa 1800 drehen, wodurch dann die Druckeinstellvorrichtung
jene Stellung erreicht, bei welcher die Durchlaßöffnung ihren größten Querschnitt
besitzt und der in der plastischen Masse aufgebaute Druck auf seinen niedrigsten
Wert absinkt. Zwischen diesen beiden Extremwerten läßt sich jeder beliebige Druckwert
stufenlos erreichen und der Drosselring an Hand von Markierungen schnell in die
gewünschte Lage drehen.
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Nach entsprechender Einstellung des Drosselringes zieht man die Sechskantschraube
13 zur Fixierung des Drosselringes wieder an.