DE1246223B

DE1246223B - Screw extruder

Info

Publication number: DE1246223B
Application number: DES86618A
Authority: DE
Inventors: Woldemar Tedder
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1962-08-09
Filing date: 1963-08-07
Publication date: 1967-08-03
Also published as: GB1012766A; FR1365788A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

B29fB29f

Deutsche Kl.: 39 a4 - 3/02 German class: 39 a4 - 3/02

Nummer: 1 246 223Number: 1 246 223

Aktenzeichen: S 86618 X/39 a4File number: S 86618 X / 39 a4

Anmeldetag: 7. August 1963Filing date: August 7, 1963

Auslegetag: 3. August 1967Opened on August 3, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, mit einer in einem mittleren Abschnitt der Schnecke auf dieser angeordneten Einrichtung zum Mastifizieren und Plastifizieren des Werkstoffs.The invention relates to a screw extruder for processing thermoplastics Plastics, e.g., polyethylene or polypropylene, with one in a central section of the screw on this arranged device for mastifying and plasticizing the material.

Der zu verarbeitende Werkstoff muß vor dem Auspressen aus der Schnecke häufig intensiv durchgearbeitet, mastifiziert und homogenisiert werden, damit das stranggepreßte Erzeugnis eine gleichmäßige Güte aufweist. In anderen Fällen muß das auszupressende Material z. B. mit einem Farbstoff innig vermischt werden. Hierzu ist bekannt, die Preßschnecke gewöhnlich mit einem mittleren Abschnitt zum Mastifizieren, Plastifizieren und Mischen zu versehen, der zwischen dem Einlaßabschnitt und dem Lieferende der Strangpresse angeordnet ist. Es sind bereits zahlreiche Konstruktionen von Schneckenstrangpressen mit einer zum Durcharbeiten des Werkstoffs dienenden, in der Mitte oder an anderer Stelle auf der Schnecke angeordneten Einrichtung hierzu bekannt, doch erweist sich in keinem Fall die erzielbare Mischwirkung als ausreichend, solange nicht Schädigungen des Werkstoffes durch Überhitzungen vermieden werden oder solange man sich nicht mit einer minderen Qualität des Produktes zufriedengibt. The material to be processed must often be worked through intensively before it is pressed out of the screw, be masticated and homogenized so that the extruded product has a uniform Has goodness. In other cases, the material to be pressed must, for. B. intimately with a dye be mixed. For this purpose, it is known that the screw press usually has a central section for mastifying, plasticizing and mixing provided between the inlet section and the Delivery end of the extruder is arranged. There are already numerous designs of screw extrusions with one serving to work through the material, in the middle or on another Place on the screw arranged device known for this purpose, but in no case turns out to be achievable mixing effect as sufficient as long as there is no damage to the material due to overheating be avoided or as long as one is not satisfied with a poor quality of the product.

Bei einer bekannten Schneckenstrangpresse bestehen die mittleren Einrichtungen zum Mastifizieren und Plastifizieren aus einem Schneckenabschnitt mit zur Mitte hin zunehmendem Kerndurchmesser und kleinerer Schneckensteigung als in dem einlaßseitigen Schneckenabschnitt. Bei einer anderen bekannten Strangpresse sind im mittleren Abschnitt der Schneckenkammer wendeiförmige Rillen vorgesehen, während in diesem Bereich die Schnecke auf dem Kern ausläuft, dessen Durchmesser in Förderrichtung auf den Innendurchmesser des Schneckengehäuses zunimmt. Schließlich ist es bekannt, im mittleren Abschnitt der Schneckenkammer Längsrillen oder eine andere Längsprofilierung vorzusehen und die Schneckengänge des Spindelkerns in diesem Abschnitt durch Zerkleinerungs- und Verdrängungselemente in Form von Längsstegen zu ersetzen. In allen vorgenannten Fällen reicht die Mischwirkung bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffen jedoch nicht aus.In a known screw extruder, the central devices are for mastifying and plasticizing from a screw section with a core diameter increasing towards the center and smaller screw pitch than in the inlet-side screw section. With another well-known Extruder, helical grooves are provided in the middle section of the screw chamber, while in this area the screw runs out on the core, the diameter of which is in the direction of conveyance increases to the inner diameter of the screw housing. After all, it is known in the middle Section of the screw chamber to provide longitudinal grooves or another longitudinal profiling and the Screw flights of the spindle core in this section by crushing and displacement elements to be replaced in the form of longitudinal bars. In all of the above cases, the mixing effect is sufficient difficult-to-process plastics are not sufficient.

Ferner wurden Versuche unternommen, den Werkstoff mit Hilfe von zwei ineinandergreifenden, in einem Gehäuse umlaufenden Schnecken ausrei- so chend kräftig durchzuarbeiten. Solche Strangpressen mit nicht nur einer, sondern zwei komplizierten SchneckenstrangpresseAttempts have also been made to improve the material with the help of two interlocking, working through the screws rotating in a housing with sufficient force. Such extrusions with not just one, but two complicated screw extruder

Anmelder:Applicant:

Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den HaagShell Internationale Research Maatschappij N.V., The Hague

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 90, Schweigerstr. 2Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, patent attorneys, Munich 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Woldemar Tedder, Den HaagNamed as inventor:
Woldemar Tedder, The Hague

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 9. August 1962 (30 612) - -Great Britain 9 August 1962 (30 612) - -

Schnecken, die zudem unter Einhaltung sehr enger Toleranzen hergestellt werden müssen, um einwandfrei ineinanderzugreifen und die sehr aufwendige und empfindliche Lager erfordern, sind jedoch sehr kostspielig und daher oft wirtschaftlich nicht tragbar. . Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der angeführten Nachteile und die Schaffung einer Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, mit der ein sehr kräftiges Durcharbeiten, Mischen, Mastifizieren und Plastifizieren' des Kunststoffs erzielbar ist, ohne daß eine Schädigung des Werkstoffs eintritt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der eingangs genannten Schneckenpresse erfindungsgemäß bei Anwendung von mehreren hintereinander und versetzt zueinander angeordneten Exzenterscheiben als Mastifiziereinrichtung in Strömungsrichtung unmittelbar hinter diesen ein Strömungswiderstand für den Massefluß eingebaut ist.Screws, which also have to be manufactured in compliance with very tight tolerances in order to be flawless interlocking and requiring very expensive and sensitive bearings, however, are very expensive and therefore often not economically viable. . The aim of the invention is to avoid the above Disadvantages and the creation of a screw extruder for processing thermoplastic Plastics with which a very vigorous working through, mixing, mastifying and plasticizing 'the plastic can be achieved without damage to the material occurring. The invention is based The object is achieved in that in the above-mentioned screw press according to the invention when using several eccentric disks arranged one behind the other and offset from one another as a mastifying device in the direction of flow immediately behind these a flow resistance for the mass flow is built in.

Die Verwendung mehrerer hintereinander und versetzt zueinander angeordneter Exzenterscheiben ist von einfachen Mischern und Knetern, z. B. für Kautschuk, her als ausreichend bekannt, wenn nur mäßige Anforderung bezüglich der Homogenität und Gleichverteilung der beizumischenden Zusätze in den Werkstoff zu erfüllen sind. Wenn aber eine intensivere Durchmischung erforderlich ist, z. B. eine molekulardisperse Verteilung eines Zusatzes in einer Grundmasse, wie es bei hochwertigen KunststoffenThe use of several eccentric disks arranged one behind the other and offset from one another is of simple mixers and kneaders, e.g. B. for rubber, known ago as sufficient, if only moderate Requirements regarding the homogeneity and equal distribution of the additives to be mixed in Material are to be met. But if more intensive mixing is required, e.g. Legs molecularly disperse distribution of an additive in a basic mass, as is the case with high-quality plastics

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häufig erforderlich ist, erweist sich die Wirkung solcher Exzenterscheiben allein als ungenügend.is often required, the effect of such eccentric disks alone proves to be insufficient.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit gegeneinander versetzten Exzenterscheiben als Mastifizierwerkzeug einer Schnecke eine sehr intensive Durchmischung wärmeempfindlicher Kunststoffe erzielbar ist, daß aber durch Einbau eines Strömungswiderstandes nach dem Exzenterscheibenteil der Schnecke die Plastifizier- und Mastifizierwirkung so entscheidend erhöht werden kann, daß auch bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffen einwandfreie Ergebnisse erreicht werden, ohne daß eine Schädigung des Werkstoffes durch Überhitzungen od. dgl. erfolgt.The invention is based on the knowledge that with offset eccentric disks as a mastifying tool a screw a very intensive mixing of heat-sensitive plastics can be achieved is that but by installing a flow resistance after the eccentric part of the Screw the plasticizing and mastifying effect can be increased so decisively that even with difficult to process plastics perfect results can be achieved without a Damage to the material due to overheating or the like occurs.

Der Strömungswiderstand kann zweckmäßig durch eine zylindrische Verdickung des Schneckenkerns gebildet sein, die zwischen sich und der Gehäuseinnenwand einen nur schmalen Ringspalt frei läßt. Der Strömungswiderstand kann in vorteilhafter Weise auch durch einen kurzen Abschnitt der Schnecke gebildet sein, in dem die Schneckengänge gegenläufig zu denen im Einlaßabschnitt der Schnecke angeordnet sind.The flow resistance can expediently be formed by a cylindrical thickening of the screw core be, which leaves only a narrow annular gap free between itself and the inner wall of the housing. Of the Flow resistance can advantageously also be formed by a short section of the screw be, in which the screw flights are arranged opposite to those in the inlet section of the screw are.

Durch das Nachschalten eines Strömungswiderstandes ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, in einem dem Strömungswiderstand unmittelbar folgenden Entspannungsabschnitt der Schneckenstrangpresse eine Öffnung zum Entfernen der gas- oder dampfförmigen Bestandteile der Masse vorzusehen. Die Masse tritt aus dem Strömungswiderstand in die Entspannungszone zum Entfernen der gasförmigen Bestandteile mit relativ hoher spezifischer Oberfläche ein, so daß alle gas- und dampfförmigen Bestandteile leicht und schnell abgehen. Hierzu ist die Verengung, z. B. der Ringspalt, erforderlich. Die Verengung ist zweckmäßig durch den schon erwähnten Strömungswiderstand gebildet, so daß man den Entspannungsabschnitt unmittelbar hinter dem Strömungswiderstand anordnen kann. Damit ist nur ein einziger Abschnitt vorhanden, der die beiden erwähnten Aufgaben erfüllt.By connecting a flow resistance downstream, it is also advantageously possible to in a relaxation section of the screw extruder immediately following the flow resistance to provide an opening for removing the gaseous or vaporous constituents of the mass. The mass emerges from the flow resistance into the relaxation zone to remove the gaseous Components with a relatively high specific surface area, so that all gaseous and vaporous Components come off easily and quickly. For this purpose, the constriction, z. B. the annular gap is required. the Constriction is expediently formed by the flow resistance already mentioned, so that the Can arrange relaxation section immediately behind the flow resistance. So that's just one the only section available that fulfills the two tasks mentioned.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt darThe invention is illustrated below with reference to schematic drawings of two exemplary embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schneckenstrangpresse, 1 shows the screw extruder according to the invention,

F i g. 2 eine abgeänderte Ausbildungsform des Strömungswiderstandes der Preßschnecke nach F i g. 1 undF i g. 2 shows a modified form of flow resistance the press screw according to FIG. 1 and

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung des mittleren Abschnitts zum Mastifizieren und Plastifizieren der Preßschnecke nach F i g. 1 bzw. 2.F i g. 3 is a perspective view of the middle section for mastifying and plasticizing the press screw according to FIG. 1 or 2.

Die dargestellten Schneckenpressen umfassen jeweils eine in einem zylindrischen Gehäuse drehbare Preßschnecke 4. Zwischen einer Einlaßöffnung 1 und einer Ausstoßöffnung 5 des Gehäuses 3 weist jede Preßschnecke nacheinander folgende Abschnitte auf:The screw presses shown each comprise one rotatable in a cylindrical housing Press screw 4. Between an inlet opening 1 and a discharge opening 5 of the housing 3, each Press screw one after the other on the following sections:

Einen Einlaßabschnitt A mit konstantem Kerndurchmesser; einen zum Verdichten dienenden Abschnitt B mit sich allmählich vergrößerndem Durchmesser; einen Meßabschnitt C mit einem konstanten großen Kerndurchmesser; einen zum Mastifizieren und Plastifizieren dienenden mittleren Abschnitt £>, mit mehreren hintereinander und versetzt zueinander angeordneten kreiszylinderförmigen Exzenterscheiben 8. Diese sind entlang einer Schraubenlinie gestaffelt, wobei die Richtung der exzentrischen Verlagerung benachbarter Scheiben jeweils um 90° zueinander versetzt ist. Gegebenenfalls kann man jedoch auch eine andere Anordnung wählen. Die Staffelung kann entgegengesetzt zum Schneckengang der Preßschnecke oder in der gleichen Gangrichtung ausgeführt sein. In beiden Fällen setzt diese Mischstrecke dem Massenfluß nur einen relativ kleinen Strömungswiderstand entgegen; der Druckabfall längs der Mischstrecke bzw. Mastifiziereinrichtung ist jedoch im ersteren Fall etwas größer als bei der zweiten An-Ordnung. An inlet section A having a constant core diameter; a gradually increasing diameter portion B for compressing; a measuring section C having a constant large core diameter; a middle section £> serving for mastication and plasticizing, with several circular cylindrical eccentric discs 8 arranged one behind the other and offset from one another. These are staggered along a helical line, the direction of the eccentric displacement of adjacent discs being offset by 90 ° to one another. If necessary, however, you can also choose a different arrangement. The staggering can be opposite to the screw thread of the press screw or in the same thread direction. In both cases, this mixing section opposes the mass flow only with a relatively small flow resistance; however, the pressure drop along the mixing section or mastifying device is somewhat greater in the first case than in the second arrangement.

Die Mastifizierungseinrichtung kann Scheiben gleicher Dicke (s. F i g. 3) oder Scheiben unterschiedlicher Dicke aufweisen, insbesondere Scheiben, deren Dicke in Strömungsrichtung abnimmt.The mastifying device can have panes of the same thickness (see FIG. 3) or panes of different thicknesses Have thickness, in particular disks, the thickness of which decreases in the direction of flow.

Ferner weist jede Preßschnecke einen Abschnitt E mit hohem Strömungswiderstand auf, der durch eine zylindrische Verdickung 6 des Schneckenkerns gebildet ist, die zwischen sich und der Gehäuseinnenwand nur einen schmalen Ringspalt frei läßt (s. Fig. 1) oder durch einen kurzen Abschnitt 7 der· Schnecke gebildet ist (s. F i g. 2), dessen Gangrichtung gegenläufig zur allgemeinen Gangrichtung der Schnecke ist; einen dem Strömungswiderstand unmittelbar folgenden Entspannungsabschnitt F mit einer Öffnung 2 zur Entlüftung im Gehäuse 3, wobei der Rauminhalt dieses Abschnitts der Schnecke genügend groß ist, damit die Masse hier ihre gas- und dampfförmigen Bestandteile, die über die Öffnung 2 abgeführt werden, abgeben kann. An der Öffnung 2 liegt Normal- oder Unterdruck.Furthermore, each press screw has a section E with high flow resistance, which is formed by a cylindrical thickening 6 of the screw core, which leaves only a narrow annular gap free between it and the inner wall of the housing (see Fig. 1) or by a short section 7 of the Worm is formed (see Fig. 2), the thread direction of which is opposite to the general thread direction of the worm; a relaxation section F immediately following the flow resistance with an opening 2 for ventilation in the housing 3, the volume of this section of the screw being large enough so that the mass here can release its gaseous and vaporous components, which are discharged via the opening 2. At the opening 2 there is normal or negative pressure.

Jede Preßschnecke weist ferner einen dem Abschnitt B ähnlichen Verdichtungsabschnitt G sowie einen dem Abschnitt C ähnlichen Abschnitt H auf. Beim Betrieb der Strangpresse wird der Kunststoff als Granulat über die Einlaßöffnung 1 in den Abschnitt A der Preßschnecke 4 eingeleitet. Nachdem das Material in den Abschnitten B und C verdichtet und vorplastifiziert worden ist, gelangt es in den mittleren Abschnitt D zum Plastifizieren und Mastifizieren, in dem die Kunststoffmasse gründlich gemischt und durchgearbeitet wird, und zwar hauptsächlich durch die Kolbenwirkung der mit dem Gehäuse 3 zusammenarbeitenden Exzenterscheiben 8. Die Wirkung des Abschnitts E, in welchem der Strömungswiderstand erheblich höher ist als im Abschnitt D, besteht darin, daß auf die im Mastifizierabschnitt D befindliche Masse ein hoher Gegendruck ausgeübt wird. Hierdurch wird das Mastifiziervolumen zwischen Preßschnecke und Gehäuse 3 von der Masse vollständig ausgefüllt; außerdem trägt der erhöhte Druck zur Verbesserung der Mastifizier- und Plastifizierwirkung bei. Auf diese Weise ist eine sehr feine Verteilung eines Farbstoffs in der Grundmasse und eine homogene Kunststoffmischung gleichmäßiger Qualitat erzielbar. Erreicht wird dieses Ergebnis ohne Erhöhung der Massetemperatur über den maximal zulässigen Wert hinaus.Each press screw also has a compression section G similar to section B and a section H similar to section C. When the extruder is in operation, the plastic is introduced as granules via the inlet opening 1 into section A of the press screw 4. After the material has been compressed and pre-plasticized in sections B and C , it arrives in the middle section D for plasticization and mastication, in which the plastic compound is thoroughly mixed and worked through, mainly through the piston action of the eccentric discs working together with the housing 3 8. The effect of section E, in which the flow resistance is considerably higher than that of section D, is that a high counterpressure is exerted on the mass located in mastifying section D. As a result, the mastifying volume between the press screw and the housing 3 is completely filled by the mass; In addition, the increased pressure contributes to the improvement of the mastifying and plasticizing effect. In this way, a very fine distribution of a dye in the base material and a homogeneous plastic mixture of uniform quality can be achieved. This result is achieved without increasing the melt temperature beyond the maximum permissible value.

Bei der Schneckenstrangpresse nach F i g. 1 ergibt sich der auf den Strömungswiderstand im Abschnitt E zurückzuführende Gegendruck aus den auf die Masse wirkenden Reibungskräften im engen Ringspalt zwischen der zylindrischen Verdickung 6 und dem Schneckengehäuse. Bei der Ausbildungsform nach F i g. 2 wird der Gegendruck hauptsächlich durch die im Abschnitt E vorgesehenen gegenläufigen Schneckengänge hervorgerufen. Bei Drehung der Preßschnecke ist der Schneckengang im Abschnitt E bestrebt, die Masse auf die Exzenterscheiben 8 zu zu-In the screw extruder according to FIG. 1, the back pressure due to the flow resistance in section E results from the frictional forces acting on the mass in the narrow annular gap between the cylindrical thickening 6 and the screw housing. In the form of training according to F i g. 2, the counterpressure is mainly caused by the counter-rotating worm flights provided in section E. When the press worm rotates, the worm gear in section E endeavors to bring the mass to the eccentric disks 8.

bewegen. Der hierbei entstehende Gegendruck muß im Abschnitt D durch den durch die vorangehenden Abschnitte B und C erzeugten Druck überwunden werden.move. The counterpressure created here must be overcome in section D by the pressure generated by the preceding sections B and C.

Nach Passieren des Strömungswiderstandes im Abschnitt E kann sich die Masse im zum Entfernen der gasförmigen Bestandteile dienenden Abschnitt F entspannen; hier werden die frei werdenden Gase über die Öffnung 2 im Gehäuse 3 abgezogen. Der AbschnittE ist gemäß Fig. 1 und 2 so geformt, daß die Masse mit einer hohen spezifischen volumenbezogenen Oberfläche in den Abschnitt F eintritt, um die völlige Entfernung der gasförmigen Bestandteile sicherzustellen.After passing the flow resistance in section E , the mass can relax in section F serving to remove the gaseous constituents; here the released gases are drawn off through the opening 2 in the housing 3. The section E is shaped according to FIGS. 1 and 2 in such a way that the mass with a high specific volume-related surface area enters the section F in order to ensure the complete removal of the gaseous constituents.

Während die Masse den Abschnitt G passiert, wird sie erneut verdichtet und schließlich durch den Schneckenabschnitt H an ein hier nicht gezeigtes Strangpreßwerkzeug abgegeben, das sich an die Ausstoßöffnung 5 anschließt. Der Entspannungsabschnitt F und die Öffnung 2 können entfallen, wenn Kunststoffe verarbeitet werden sollen, die keine flüchtigen Bestandteile enthalten.While the mass passes through section G , it is compressed again and finally released through the screw section H to an extrusion die, not shown here, which is connected to the discharge opening 5. The expansion section F and the opening 2 can be omitted if plastics are to be processed that do not contain volatile constituents.

Claims

Patent claims:

1. Screw extruder for processing thermoplastics with one in one middle section of the screw on this arranged device for mastifying and Plasticizing the material, characterized in that that when using several eccentric disks (8) arranged one behind the other and offset from one another as a mastifying device in the direction of flow immediately behind these a flow resistance (6, 7) for the mass flow is built in.

2. screw extruder according to claim 1, characterized in that the flow resistance is formed by a cylindrical thickening (6) of the screw core, which between and the inner wall of the housing leaves only a narrow annular gap free (FIG. 1).

3. Screw extruder according to claim 1, characterized in that the flow resistance is formed by a short section (7) of the screw in which the screw threads are arranged in opposite directions (FIG. 2).

4. screw extruder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in a relaxation section (F) immediately following the flow resistance (6,7) Screw extruder has an opening (2) for removing the gaseous or vaporous components the mass is provided.

Considered publications:
German patents No. 838 504, 889 069,
585;

U.S. Patent Nos. 2,496,625, 2,765,491.

1 sheet of drawings