DE1729149A1 - Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken und Drucklager,insbesondere fuer Schnecken - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl Ing. Walter Meissner München, 12· September 1967 Dipl. Ing. Herbert Tischer '

Büro München
München 2, Tal 71

Prank W» Egan & Co·, Somerville, New Jersey (V.St.A.)

Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken und Drucklager, insbesondere für Schnecken

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere auf Strangpressen, wie sie beim Herstellen von Kunststoffartikeln benutzt werden·

Ferner betrifft die Erfindung ein Drucklager,, inabesondere für Schnecken, das vorzugsweise für Vorrichtungen mit zwei parallel angeordneten Umlaufschnecken dienen kann, wobei der Abstand zwischen den Schnöd !erwachsen nicht größer als der Durchmesser einei' der Schnecken ist·

Das erfindungsgemäße Lager kann in vorteilhafter Weise in verschiedenen Bereichen, wo hohe Druckbela^tungen auftreten, Verwendung finden· Es eignet sich insbesondere für Doppel- oder Mehrschneckenkun8tstoffextru.der« Daher dient in der folgenden ausführlichen Bö sciire.; der Erfindung eine solche Maschine als Beispiel«

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Eines der bei der Konstruktion von Kunststoffschneckenextrudern auftretenden Probleme besteht darin, ein geeignetes Mittel zum Aufnehmen der nach rückwärts gerichteten Druckbelastungen auf die rotierenden Schnecken zu schaffen. Diese Druckbelastung besteht in dem Unterschied zwischen dem Kunststoffdruck am Zuführende der Schnecke und dem Druck am Ausstoßende der Schnecke· Der Druck am Zuführende entspricht gewöhnlich ganz oder fast ganz dem Atmosphärendruck, während der Druck am Ausstoßende je nach den Betriebsbedingungen einen

Wert von 42o kg/cm oder mehr erreichen kann· Dieser Druckunterschied wirkt auf einen dem Querschnitt der Schnecke entsprechenden Bereich· folglich erzeugt der Druckunterschied bei einer Schnecke mit einem Durchmesser von 8,9 cm und bei einem Ausstoßdruck von 42o kg/cm eine Druckbelastung von ungefähr 26·3οο kg·

Bei einem Einschneckenextruder wird die Druckbelastung gewöhnlich von einem normalen bekannten Kugeloder Rollendrucklager aufgenommen· Bei äusserst hohen Druckbelastungen wird gewöhnlich ein tandemartig angeordnetes Hollenlager verwendet· Sowohl einfache als auch tandemartige Lageghaben notwendigerweise einen großen Durchmesser. Er muß vier- bis sechsmal so groß sein wie der Schneckendurchmesser, um die erforderliche Druckkapazität und eine angemessene Lebensdauer des Lagers zu gewährleisten.

Bei Doppel- oder Mehrschneckenextrudern sind die Umstände jedoch anders· Bei tangentialen Schnecken entspricht der Abstand zwischen den Schneckenachsen dem Schneckendurchmesser und bei sich überlappenden oder überschneidenden Sohnecken ist dieser Abstand geringer als der Schneckendurchmesser. Dadurch wird der Durchmesser mindestens eines Drucklagers ungefähr auf den Abstand

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zwischen den Senneckenachsen beschränkt. Um bei den "bekannten Lagern die erforderliche Druckkapazität zu erzielen, ist es notwendig, diese in Schichten anzuordnen. Dies erfordert komplizierte Mittel, um die Last gleichmäßig auf die verschiedenen Lager in dem Stapel zu verteilen· Diese Anordnung weist eine Reihe von Nachteilen und Mangeln auf einschließlich hoher Anschaffungskosten, unliebsamer Schwierigkeiten bei der Wartung und kurzer Lebensdauer des Lagers bei hohen Belastungen.

In einer bekannten Anordnung für mehrere Schnecken sind zwei Schrägverzahnungen, die einen Teil der Druckbelastung von der einen Schnecke auf die andere übertragen, und ein großes mechanisches Drucklager zur Aufnahme der gemeinsamen Last der Schnecken vorgesehen. Diese Anordnung ist zwar theoretisch geeignet für gegensinnig rotierende Schnecken, ist aber für Extruder mit gleichsinnig rotierende Schnecken ungeeignet· Außerdem ist diese Anordnung unerwünscht, weil die Zähne nicht nur die Drehkraft einer Schnecke, sondern auch die Druckbelastung tragen müssen. In vielen Fällen ist die Drehkraft äusserst hoch und wegen des begrenzten Durchmessers der Verzahnungen ist es allein schon schwierig, geeignete Verzahnungen zur Aufnahme hoher Drehkräfte zu schaffen, die keinen zusätzlichen Druckbelastungen zu widerstehen brauchen.

Wie aus der ausführlichen Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen klar hervorgeht, beseitigt die vorliegende Erfindung die oben erwähnten Schwierigkeiten, Nachteile, Mangel und Beschränkungen, wie sie bis Jetzt bei Einschnecken- und MehrSchneckenextrudern mit hohen Druckbelastungen vorhanden waren.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues und brauchbares Lager zu schaffen, das hohen

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Druckbelastungen, wie sie von einer rotierenden Schnecke erzeugt werden, wirksam standhält.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten -hydrostatischen Drucklagers für Maschinen mit mehreren Schnecken wie z.B. für einen Doppelschneckenkuns tstoffextruder·

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines hydrostatischen Drucklagers für einen Mehrschneckenkunststoffextruder mit mindestens zwei parallelen Schnecken, die im wesentlichen tangential angeordnet sind oder sich überlappen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Drucklagere, das sich besonders für Doppel- oder Mehrschneckenextruder eigsfit und das sich sowohl durch eine hohe Druckbelastungskapazität als auch durch einen kleinen Gesamtdurchmesser auszeichnet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein rotierendes Schneckendrucklager zu schaffen, das auch bei starker Beanspruchung eine sehr lange Lebensdauer hat und keinen nennenswerten Verschleiß zeigt.

Eine weitere *ufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines hydrostatischen Drucklagere der beschriebenen Art, dessen Konstruktion relativ einfach und kompakt ist, das eine lange Lebensdauer hat, dessen Herstellungsund Wartungskosten gering sind und das seinen Zweck äusserst wirksam und verläßlich erfüllt·

Zur Erzielung der erwähnten Vorteile kennzeichnet sich die erfindungsgemäfie Kombination durch folgend· Merkmale aues

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eine erste Trommel mit einer ersten Längsbohrung und mit Einlaßmitteln, die mit dem rückwärtigen Teil der Bohrung verbunden sind und mit Ausstoßmitteln, die mit dem vorderen Teil der Bohrung in Verbindung stehenj

eine in der Bohrung untergebrachte erste Rotationsschnecke, die das Material, das durch die Einlaßmittel in die Bohrung eingeführt wird, in der Bohrung nach vorne zu den Ausstoßmitteln befördert, wobei das Material im Laufe einer derartigen Bewegung einem unterschiedlichen Druck ausgesetzt ist, der auf die Schnecken eine rückwärtige axiale Schubkraft ausübt;

eine Preßtrommel mit einer zweiten Längsbohrung und einem Einlaß zum Einfüllen von Flüssigkeit in den hinteren Teil der zweiten Bohrung;

eine in der zweiten Bohrung untergebrachte rotierende Preßschnecke, wobei die Schnecken koaxial liegen, entgegengesetzt rotieren pid sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und das vordere Ende der Preßschnecke und die Preßtrommel einen mit der zweiten Bohrung verbundenen Druckspalt begrenzen5

ein Flüssigkeitsdurchfluß, der zwischen dem Druckspalt und dem Einlaß eine Verbindung herstellt und

Antriebsmittel zum gleichzeitigen Rotieren der Schnecken·

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel de» Erfindungsgegenstands und eine modifizierte Form desselben ist in den Zeichnungen, in denen in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnet^ dargestellt, und zwar ist:

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Pig· 1 eine Draufsicht auf einen Doppelschneckenkunststoffextruder, der mit dem Drucklager gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, wobei das Temperaturreglersystem für das Drucklager, das in einer anderen Figur dargestellt ist, weggelassen ist;

Fig· 2 eine Seitenansicht des in Fig· 1 dargestellten Extruders;

Fig· 2 eine Ansicht auf der Linie 3-3 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 eine Ansicht auf der Linie 4-4 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig· 5 eine Ansicht auf der abgestuften Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig« 6 eine Ansicht auf der abgestuften Linie 6-6 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 eine Ansicht auf der Linie 7-7 in Fig· 6;

Fig. 8 eine Ansicht auf der Linie 8-8 in Fig. 7 in vergrößertem Maßstab;

Fig· 9 eine fragmentatische Ansicht eines Teile von Fig· 7 in vergrößertem Maßstab;

Fig.io eine schematische Darstellung des erwähnten Temperaturreglersysteme für das Drucklager und

Fig·11 ein· ähnliche Ansicht wie Tig· 7, in der 209811/1376

jedoch der Erfindungsgegenstand modifiziert ist und in der das dazugehörige Temperaturreglersystem schematisch dargestellt ist·

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen allgemein mit 15 "bezeichneten Doppelschneckenkunststoffextruder, der auf einem Sockel 16 befestigt ist. Der Extruder weist eine Trommel mit Heizvorrichtungen 18,«eine am hinteren Ende der Trommel "befestigte Kunststoff zuführung 19 und eine an dem vorderen Ende der Trommel befestigte Düse 2o auf. Wie Fig, 3 zeigt, begrenzen die Trommel 17 und die Kunststoffzuführung 19 zwei sich überschneidende oder überlappende innere parallele Bohrungen 21. Die Kunststoffzuführung 19 weist einan mit beiden Bohrungen verbundenen Einlaß 22 auf.

In jeder Bohrung 21 befindet sich eine rotierende Extruderschnecke 23 mit Gewindegängen 24·. Die Gewindegänge einer jeden Schnecke überschneiden oder überlappen jene der anderen Schnecke wie bei 25 in Fig. 3? so &s3 der Abstand c zwiecl ■',< ".en Längsachsen der Schnecken kleiner ist als der Durchmesser der Schnecken« üie J' !feile in Fig. 3 andeuten, drehen sich bei der dargestellten Extruderkonstruktion beide Schnecken 23 in derselben Richtung· Die Konstruktion kann natürlich ohne weiteres so geändert werden, daß sich die bchneeken gegebenenfalls in entgegengesetzter Richtung drehen·

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Extruders 15 - soweit er bis jetzt beschrieben ist - erläutert. Der als Ausgangsmaterial dienende Kunststoff wird durch den Einlaß 22 eingeführt und von den Schnecken 23 durch die Trommel 17 vorwärts, d.h· in Fig. 1 und 2 gesehen nach links, bewegt« Während dieser Bewegung wird das Kunststoffmaterial durch di· von den Heizvorrichtungen 18 erzeugte Hitze und durch die durch die mechanische Bearbeitung des Materials in den Schnecken entstehende Reibungswärme geschmolzen·

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Das geschmolzene Kunststoffmaterial wird durch die Trommel der Düse 2o zugeführt und wird von dieser In Form einer Schiene 26 oder Stange, eines Rohrs oder Je nach Form der Düse In Irgendeiner anderen Form stranggepreßt und ausgestoßen· Wie schon erwähnt, kann der Innendruck des geschmolzenen Kunststoffmaterials an der Aasstoßseite der

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Trommel einen Wert von 42o kg/cm oder mehr erreichen· Dieser Druck übt auf die Schnecken eine in Richtung der Zuführseite und des rückwärtigen Endes des Extruders wirkende Schubkraft aus·

Die Zuführung 19 1st über ein rohrförmiges Zwischenstück 28 mit einer Vielzahl von Öffnungen 29, durch die die in dem Zwischenstück enthaltenen Teile zugänglich gemacht werden, mit einem Getriebe 27 verbunden« Wie am besten aus Fig· 5 ersichtlich ist, weisen die hinteren Enden der Schnecken 23 keine Gewindegänge auf und ragen in das Zwischenstück 28 hinein· Diese Schneckenteile sind mit einer Stopfbüchse 3o versehen, so daß das Kunststoffmaterial nicht von der Zuführung nach hinten dringen kann· '

Das Getriebe 27 besteht aus einem Gehäuse 31, in dem sich eine Vielzahl von parallelen Ritzeln und Zahnrädern befindet, nämlich zwei Antriebsritzel 32, ein Zwischenzahnrad 33, ein mit dem Zwischenzahnrad koaxialer Zahnkranz 34 und zwei angetriebene Ritzel 35· Die Ritzel 32 und 35 stehen mit den Zahnrädern 33 und 34 in Eingriff· In Fig. 4 sind die Rotationsrichtungen der verschiedenen Ritzel und Zahnräder durch entsprechende Pfeile angedeutet· So bewirkt die dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Drehbewegung der Aiitriebsritzel 32, daß sich das Zwischenzahnrad im Uhrzeigersinn und der Zahnkranz 34 dem "Uhrzeigersinn entgegengesetzt dreht, wobei letzterer wiederum die dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Drehbewegung der angetriebenen Ritzel 35 bewirkt«

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Jedes Antriebsritzel 32 ist einstückig mit einer Kraftzuführwelle 36 verbunden· Die Kraftzuführwellen können sich mittels eines konventionellen Primärgetriebes (nicht dargestellt) und eines geeigneten Antriebsmittels, wie z.B. eines Elektromotors oder eines Hydraulikmotors (ebenfalls nicht dargestellt) gleichlaufend drehen·

Jedes angetriebene Ritzel 35 ist einstückig mit einer in das Zwischenstück 28 hineinragenden Kraftabgabewelle 37 verbunden* Jede Extruderschnecke 23 ist mittels einer festgekeilten Muffenkupplung 38 lösbar mit einer entsprechenden Kraftabgabewelle verbunden, so daß sie gegebenenfalls leicht aus- und eingebaut werden kann· Zwischen den angrenzenden Enden jeder Schnecke 23 und ihrer Kraftabgabewelle befindet sich eine Gegendruckunterlagscheibe 39* Daraus läßt sich schließen, daß beide Extruderschnecken von den Kraftabgabewellen gleichzeitig und mit derselben Geschwindigkeit angetrieben werden· Das Getriebe 27 braucht nicht mit Mitteln zur Aufnahme von während des Betriebs an den Kraftabgabewellen erzeugten Druckbelastungen versehen sein, da diese Belastungen wie als nächstes beschrieben werden wird, von hydrostatischen Drucklagern, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, aufgenommen werden.

Wie die Fig. 5» 6 und 7 zeigen, ist am hinteren Ende des Gehäuses 31ι d.h. dem der Extrudertrommel 17 abgewandten Ende des Gehäuses, eine Preßtrommel 4o befestigt. Die Preßtrommel ist mit zwei unabhängigen parallelen Bohrungen 41 versehen, von denen jede auf eine entsprechende Bohrung 21 in der Extrudertrommel ausgerichtet ist. In jeder Bohrung befindet sich eine Preßschnecke 42 mit den Entruderschnecken entgegengesetzten Gewindegängen· Der hintere Rand der Preßschnecken ist frei von Gewindegängen und ist - wie die Pig, und 7 zeigen - an eine entsprechende Kraftabgabewelle 37 ^&n~ '

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geschraubt. In eher Aussparung Ib Getriebegehäuse 31 (*ig· 5) ist mittels Schrauben 46 (Fig. 7) ein Lagergehäuse 45 befestigt. Wie am besten aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht« befindet sich in dem Gehäuse 45 ein zusätzliches Drucklager 47 und eine Ülabdichtung 48 für jede PreBschneoke» Diese Drucklager haben die Aufgabe, kleine in Richtung des Ausstoßendes des Extruders auftretende Druckbelastungen aufzunehmen· Solche Belastungen können beispielsweise auftreten, wenn die Extruderschnecken aus dem Extruder entfernt werden.

In der Trommel 4o befindet sich eine Flüssigkeitskammer 49, die mit den beiden Bohrungen 41 verbunden ist. Die Kammer ist mit einem Verschluß 5o versehen, der mittels Schrauben 51 &n der Trommel befestigt ist. Der Verschluß weist einen mittleren Einfälldurchgang 52 auf, der mit einem Schraubstöpsel 53 versehen ist.

Jede Preßschnecke 42 ist an ihrem freien oder vorderen Ende so abgestuft, daß eine ringförmige Ausnehmung 54 entsteht υτ,^ das Ende einen verringerten Durchmesser D^ (Fig. 9) aufweise. Am hinteren Ende der Preßtroamel ist mittels geeigneter Mittel (nicht dargestellt) eine Druckkappe 55 befestigt· Zwischen der Druckkappe und dem freien Ende einer jeden Preßschnecke 42 befindet sich eine Druckscheibe 56, die mittels Schrauben 57 aa der Druckkappe befestigt ist. Wie Fig. 9 am besten zeigt, ist in jeder Ausnehmung 54 ein Rollendrucklager 58 untergebracht, das gegen eine Preßschnecke und eine entsprechende Druckscheibe anliegt. Jedes Drucklager ist mit einer ringförmigen Unterlegscheibe 59 versehen. Die einander zugekehrten Flächen der PreBschnecken und der Druckscheiben, bestehend aus der freien Endfläche jeder Schnecke und der vorderen Fläche der entsprechenden Scheibe, sind glatt und mit Genauigkeit gearbeitet, wobei sie so angeordnet sind, dafi im geeamten Endbereich der PreBschnecken, der den Durchmesser D^ aufweist, ein Druckspalt h von gleichmäßiger Breite vorgesehen ist»

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Das freie Ende einer jeden Preßschnecke 42 und die Innenfläche ihrer Druckscheibe 561 die - wie schon beschrieben - den Druckspalt h. begrenzen, bilden Teile eines hydrostatischen Drucklagers gemäß der vorliegenden Erfindung. Über den Einfülldurchgang 52 in dem Verschluß 5o wird eine geeignete Flüssigkeit, wie ζ·Β. ein geeignetes öl, die zur Betätigung des hydrostatischen Drucklagers dient, in die Kammer 49 eingeführt. Diese Flüssigkeit füllt den Raum/in jeder ausnehmung 5^» eier nicht von dem Lager 58 und der Unterlegscheibe 59 eingenommen wird, und den von dem Druckspalt h gebildeten ( Raum aus. Jede Preßschnecke weist einen sich von ihrem freien Ende nach innen erstreckenden axialen Bohrungsdurchgang 6o und zwei radiale Durchgänge 61 auf, wobei letztere eine Verbindung herstellen zwischen dem Durchgang 6o und dem iiusseren der Schnecke, und zwar an einer Stelle vor der Flüssigkeitskammer 49· Diese Durchgänge bilden eine Flüssigkeitsrückführung. Das vordere Ende des Durchgangs 6o hat einen Durchmesser Do·

Um in beiden durch den Druckspalt h gebildeten liäumen einen gleichmäßigen hydrostatischen Druck zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, sind in jeder Druckscheibe 56 und in der Druckkappe 55 Verbindungskanäle 62 und 63 (Fig· 6) vorgesehen· Das Ende des Kanals 63, das mit der Atmosphäre in Verbindung steht, kann verschlossen oder - wie dargestellt - mit einem Druckanzeiger 64 versehen werden, der den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck anzeigt. Da dieser Druck - wie später noch beschrieben wird - den Druck, mit dem der Kunststoff aus dem Extruder ausgestoßen wird, ausgleicht, kann der Druckanzeiger durch entsprechende Eichung dazu dienen, den Kunststoffausstoßdruck zu bestimmen.

Um die -arbeitsweise der in Fig. 1 bis ^dargestellten Vorrichtunk zu umreissen, wird vorausgesetzt, daß der als Äusgangsmaterial verwendete Kunststoff durch den Einlaß-

x) zwischen Jeder Preßschnecke und ihrer Bohrung, den Raum

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kanal 22 der Zuführung 19 in den Extruder 15 eingeführt wird, Voraussetzung ist auch, daß die Flüssigkeitskammer 4-9 und die Räume und Durchgänge in der Preß trommel 4o mit einer geeigneten hydrostatischen Flüssigkeit gefüllt sind. Die Rotation der Kraftzuführwelle 36 bewirkt eine gleichzeitige und entsprechende Rotation der Kraftabgabewelle 37» der Extruderschnecken 23 und der Preßschnecken 42· Das Kunststoffmaterial wird in der Extrudertrommel 17 geschmolzen und wird - wie aus den Fig· 1 und 2 ersichtlich ist - von den Extruderschnecken mechanisch bearbeitet und nach vorn bzw· nach links bewegt· Das Kunststoffmaterial wird in geschmolzenem und homogenisiertem Zustand in den Preßstempel 2o befördert, aus dem es in Form einer Schiene 26 ausgestoßen wird·

Beim Anlaufenlassen und wenn die Extruderschnecken mit sehr niedriger Geschwindigkeit rotieren, wird die von diesen Schnecken erzeugte Druckbelastung von den Rollendrucklagern 58 aufgenommen· Unter diesen Umständen ist die Druckbelastung verhältnismäßig gering und übersteigt das Leistungsvermögen des Rollendrucklagers nicht· Mit steigen- ' der Hotationsgeschwindigkeit der Extruderschnecken wird die zwischen den Gewindegängen der Preßschnecken 42 befindliche hydrostatische Flüssigkeit in den vorderen Teil der Preßtrommel 4o gedruckt, vorbei an den Rollendrucklagern 58, durch die Druckspalte h und dann durch die Durchgänge 6o und 61 zurück in den Ausgangsbereich, wodurch eine ununterbrochene Zirkulation der Flüssigkeit erzielt wird. Wegen der kleinen Druckspalte h, durch die die hydrostatische Flüssigkeit hindurchfließen muß, entsteht am freien Ende der Preßschnecken ein beträchtlicher Flüssigkeitsdruck· Dieser Druck wirkt auf jeden der von der Stirnfläche der Schnecke mit dem Durchmesser D^ und dem äusseren Durchmesser der Preßschnecke begrenzten ringförmigen Bereich ein und übt auf Jede Preßschnecke eine Druckluft aus, die der von der entsprechenden Extruderschnecke erzeugten Druckkraft

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entgegenwirkt. Wenn die Kraft an den Preßschnecken größer ist als die an den Extruderschnecken, werden die Schnecken in Richtung des vorderen oder Ausstoßendes des Extruders verlagert. Durch eine solche Verlagerung vergrößern sich die Druckspalte h, was sich in einem kleineren Flüssigkeitsdruckgefälle durch die Druckspalte und in einem nachfolgenden verminderten Iflüs sigkeitsdruck an den freien Enden der Preßschnecken bemerkbar macht. Die Vorrichtung ist so konstruiert, daß bei normalen Betriebsbedingungen die Druckbelastung der Extruderschnecken durch die Kraft der Preßschnecken ausgeglichen wird, so daß das Rollendrucklager 58 keine Belastung aufnehmen muß· Dadurch "schwimmen" die Schnecken während des Betriebs axial und bleiben gemäß der Rotationsgeschwindigkeit, dem Kunststoffausstoßdruck und anderer Faktoren, die weiter unten noch beschrieben werden, in einer Gleichgewichtsstellung.

Mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden erfolgreiche Versuche unternommen. Dabei wurden Extruderschnecken mit einem Durchmesser von 7»62 cm verwendet, die

bei einem Kunststoff ausstoßdruck von 7»oo bis 7o3 kg/cm und Geschwindigkeiten von 2o bis 2oo U/Min, arbeiteten. Der Aussendurchmesser der Preßschnecken betrug 7»62 cm und die Durchmesser D,. und Dp betrugen 3>81 cm bzw. 1,27 cm.

Die Berechnung des Druckspalts h erfolgt nach der Gleichung

6v.1og N .[12

wobei ν die Viskosität der Drucklagerflüssigkeit bezeichnet, D^ den Durchmesser des freien Endes einer Preßschnecke, D2 den Durchmesser des Durchgangs 60 im vorderen Ende ' der Preßschnecke,

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Q, die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch den

Spalt h und P das Druckgefälle der Flüssigkeit durch den Spalt h.

Die Fließgeschwindigkeit Q der Flüssigkeit hängt von der Ausbildung der Gewindegänge der Preßschnecke ab und ist ungefähr proportional zu der Botationsgeschwindigkeit N der Schnecken· Sa die Durchmesser D- und Do konstante Größen darstellen, ist der Druckspalt h proportional zu der Kubikwurzel von

Auf Grund der oben angeführten Extruderdaten wurde ausgerechnet, daß der Druckspalt h über den ganzen Schneckengeschwindigkeitsbereich den Ausstoßdruckbereich zwischen ungefähr o,1o16 mm und ungefähr 0,254- mm betragen kann. Das bedeutet, daß sich die Schnecken axial über eine maximale Länge von o,1524 mm verlagern. Diese geringfügige Verlagerung wirkt sich nicht nachteilig auf die Arbeitsweise des Extruder ρ aus· Die berechneten Werte wurden durch sorgfältig durchgeführte Versuche bestätigt·

Da die Größe des Druckspalts h von der Viskosität der hydrostatischen Flüssigkeit abhängt, sollte bei Extrudern und bei ähnlichen sich die Erfindung zunutze machenden Maschinen eine Flüssigkeit von relativ hoher Viskosität verwendet werden, um einen angemessenen Wert für den Jhickspalt zu erzielen. Es wurde auch theoretisch und durch Versuche ermittelt, daß die hydrostatische Flüssigkeit vorzugsweise die unten beschriebenen Eigenschaften und Merkmale aufweisen solltet

1. Die Viskosität der Flüssigkeit sollte sich mit steigender Temperatur verringern· Wogen der mechanischen Bearbeitung der Flüssigkeit durch die Prefeohneoken erhöht sich die Temperatur der Flüssigkeit in dem Maße, wie sich die Geschwindigkeit der Schnecken erhöht· Wie das oben er-

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wähnte Verhältnis, nach dem hr proportional zu vß· ist, erkennen läßt, gleicht die durch Temperaturanstieg verursachte Verringerung der Flüssigkeitsviskosität die Wirkung der verringerten Schneckengeschwindigkeit aus, so daß sich der Druckspalt h nur minimal veränderte

2. Die Viskosität der Flüssigkeit sollte sich mit

steigendem Druck erhöhen. Wiederum mit Bezug auf das Ver-

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hältnis, nach dem hr proportional zu jy- ist, wirkt sich eine durch einen höheren Kunststoffausstoßdruck hervorgerufene Druckerhöhung in einer Erhöhung der Flüssigkeitsviskosität und in einer minimalen Veränderung des Druckspalts h aus.

3. Die Flüssigkeit sollte newtonisch oder nicht strukturveränderlich sein, so daß sich ihre Viskosität unter den von der Preßschneckengeschwindigkeit und Druckspaltgröße bestimmten Bedingungen nicht verändert.

Um die Vorrichtung zum Hegeln der Temperatur der hydrostatischen Flüssigkeit in der Preßtrommel 4o verständlich zu mjtchen, wird im folgendeij^uf verschiedene Figuren und insbesondere auf Fig, 1o Bezug genommen. Diese Vorrichtung besteht aus einer wärmeübertragenden Hülle 65» die den größten Teil der Preßtrommel umgibt und mit einem Einlaß 66 und einem ^uslaß 67 (Fig. 7) versehen ist. IJurch die Druckkappe 55 und eine der Druckscheiben erstreckt sich ein Thermoelement 68. Das Thermoelement ist so angeordnet, daß sich seine opitze ein kurzes Stück in einen entsprechenden Durchgang 6o (Fig. 9) erstreckt.

Die Hüllte 65 ist in Reihe geschaltet mit einem Flüssigkeit sdurchfluß 7o, der eine erste Leitung 71» eine zweite Leitung 72 und eine Pumpe 73 mit einem Einlaß 7^ und. einem Auslaß 75 aufweist. Die Leitung 71 ist an einem Ende mit dem

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Auslaß 67 der Hülle und an ihrem anderen Ende mit dem Ein-

IaB 74 der Pumpe verbunden· Die Leitung 72 ist an ihrem einen Ende mit dem Auslaß 75 der Pumpe und an ihrem anderen Ende mit dem Einlaß 66 der Hülle verbunden· Die Pumpe läßt eine geeignete Wärmeübertragungsflüssigkeit durch die wärmeübertragende Hülle und die Flüssigkeitsdurchgänge zirkulieren, und zwar in der in Fig. 1o durch Pfeile angedeuteten Richtung. Ein A_usgleichegefäß 76» das als Vorratsbehälter für die wärmeübertragende Flüssigkeit dient, ist über eine Leitung 77 mit der Leitung 71 verbunden·

Ein Teil der Leitung 72 ist mit einem Wärmeaustauscher 78 versehen, um gegebenenfalls die Temperatur der durchfließenden wärmeübertragenden Flüssigkeit zu verringern. Ein geeignetes flüssiges Kühlmittel wird dem Wärmeaustauscher über die Leitung 79 zugeführt und über eine Leitung 80 entfernt· In die Leitung 79 ist ein normalerweise geschlossenes solenoidbetätigtes Ventil 81 eingebaut, um die Kühlmittelzufuhr in den Wärmeaustauscher zu regulieren·

Ein anderer Teil der Leitung 72 ist mit einem normalerweise unwirksamen elektrischen Heizapparat 82 versehen, um gegebenenfalls die Temperatur der durchfließenden wärmeübertragenden Flüssigkeit zu erhöhen·

Der Wärmeaustauscher 78 und der elektrische Heizapparat 82 werden als Folge von TemperatürSchwankungen der hydrostatischen Flüssigkeit in der Preßtrommel von einer elektrischen Steuervorrichtung 83 Je nach Bedarf selektiv in und ausser Betrieb gesetzt· Die Steuervorrichtung kann in Form irgendeiner geeigneten bekannten Dreiwegkonstruktion sein· Sie ist über Leiter 84 mit dem Thermoelement 68, über Leiter 85 mit dem Solenoid betätigten Ventil 81 und über Leiter 86 mit dem elektrischen Heizapparat 82 elektrisch verbunden· Die Steuervorrichtung 83 ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie, falls die von dem Thermoelement 68 gemessene Temperatur

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der hydrostatischen Flüssigkeit über einen vorbestimmten Wert ansteigt, automatisch das solenoidbetätigte Ventil 81 aus der geschlossenen in die offene Stellung bewegt. Dadurch kann das flüssige Kühlmittel durch den Wärmeaustauscher 78 fließen und die !Temperatur der durch diesen fließenden hydrostatischen Flüssigkeit auf einen gewünschten Wert bringen, woraufhin das solenoidbetätigte Ventil automatisch ausgeschaltet und in seine geschlossene Stellung zurückbewegt wird. Falls andererseits die Temperatur der hydrostatischen Flüssigkeit unter einen vorbestimmten Wert sinkt, setzt die Steuervorrichtung 83 den Heizapparat 82 automatisch in Betrieb, wodurch die Temperatur der durch den Heizapparat fließenden hydrostatischen Flüssigkeit auf einen gewünschten Wert erhöht wird· Daraufhin wird der Heizapparat automatisch ausser Betrieb gesetzt·

Die oben beschriebene Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der hydrostatischen Flüssigkeit ist bei Extrudern mit mittlerer Schneckendrehzahl wie z.B. 5o bis 125 U/Min, vollkommen ausreichend. Soll jedoch der Extruder mit einem großen Schneckendrehzahlbereich und Ausstroßdruckbereich arbeiten, wie beispielsweise mit Geschwindigkeiten von

2o bis 2oo U/Min· und Drücken von 7|OO bis 7o3 kg/cm , so ist es wünschenswert, die Viskosität der hydrostatischen Flüssigkeit zu regulieren, wobei die Größenveränderungen der Druckspalte h durch automatische Regelung ihrer Temperatur über den Schneckendrehzahlbereich auf einem Mindestmaß gehalten wird· Zu diesem Zweck ist eine zusätzliche Vorrichtung, bestehend aus einem Potentiometer 87 und einem die Antriebsgeschwindigkeit des Extruders steuernden Potentiometer oder Regler 88, vorgesehen. Äs Potentiometer 87 kann mit dem Thermoelement 68 und der Steuervorrichtung 83» wie dargestellt, in Reihe geschaltet werden. Der Regler 88 ist angeschlossen und reagiert auf Geschwindigkeitsveränderungen der Extruderantriebsmittel»

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Das Potentiometer 87 ist mittels einer konventionellen mit 9o bezeichneten mechanischen Vorrichtung an den Regler angeschlossen und wird von diesem betätigt.

Wenn sich die Geschwindigkeit der Extruderantriebsmittel erhöht, wird das Potentiometer 87 automatisch so betätigt, daß sich der Widerstand in der aus dem Thermoelement und der Steuervorrichtung bestehenden Anlage vergrößert, wodurch das Spannungssignal von dem Thermoelement zu der Steuervorrichtung entsprechend reduziert wird· Dies wiederum betätigt den Heizapparat 82, wodurch die Temperatür der hydrostatischen Flüssigkeit auf einen gewünschten Ruhewert gebracht wird· Die erhöhte Temperatur der hydrostatischen Flüssigkeit bewirkt die gewünschte Verringerung ihrer Viskosität auf einen der höheren Schneckengeschwindigkeit angepaßten Wert. Auf ähnliche Weise vermindert das Potentiometer 87 bei Verringerung der Schneckengeschwindig_ keit automatisch den Widerstand in der beschriebenen Anlage, wodurch der Wärmeaustauscher 78 in Betrieb gesetzt und die Viskosität der hydrostatischen Flüssigkeit erhöht wird« Die eigen xiche Wirkung der Widerstandserhöhung in der Thermoelementzuleitung liegt darin, den Sollwert der elektrischen Steuervorrichtung über den ursprünglich festgesetzten Wert zu erhöhen, wodurch die Anlage bei einer höheren Temperatur in einen Wärmegleichgewichtszustand gebracht wird« Im Betrieb wird der Sollwert der Steuervorrichtung bei der richtigen Temperatur für niedrige Schneckengeschwindigkeiten erreicht und bei Erhöhung der Geschwindigkeit des Extruders wird der Sollwert automatisch auf einen neuen Wert erhöht, der der Temperatur entspricht, die zur Erzielung der richtigen Viskosität der hydrostatischen Flüssigkeit bei der neuen Schneckengeschwindigkeit notwendig ist·

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 11 dargestellt ist, erfolgt der Rückfluß der hydro-

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statischen Flüssigkeit von den Drucklagern zu den Zuführenden der Preßschnecken über externe Mittel und nicht über Durchgänge in den Preß schnecken· Diese Auaführungform hat unter anderem den großen Vorteil, daß die hydrostatische Flüssigkeit fortlaufend gefiltert wird· Dl· massive Preßschnecke 91 ia Fig. 11 entspricht im allgemeinen den zuvor beschriebenen^reBschnecken 4-2, weist jedoch keine inneren Durchgänge auf· Ein Durchgang 92 stellt eine Verbindung zwischen dem Druckspait h und der Ausaenseite der Trommel her· Eine erste Leitung 93 verbindet das äusaere Ende des Durchgangs 92 mit dem Einlaß 94 eines Flüssigkeitsfilter 95, während eine zweite Leitung 96 den Auslaß 97 des Filters mit dem Durchgang 52 in dem Verschluß 5o des Eiafüllbereiche verbindet· Die Leitung 96 ist mit dem oben beschriebenen Wärmt austauscher 78 und dem elektrischen Heizapparat ausgestattet« Der Filter 95 ist mit einem abnehmbaren Daekelverschluß 98 versehen· Durch Entfernen dieses Teils wird das Innere des Filtere zugänglich gemacht und das Einfüllen einer ausreichenden Menge hydrostatischer Flüssigkeit zum Füllen der verschiedenen Leitrungen, Durchgänge usw. in der hydrostatischen Flüssigkeitsanlage ermöglicht·

Die in Fig. 11 dargestellte Konstruktion wird vorzugsweise mit dem Temperaturregler (nicht dargestellt) der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung oder einem ähnlichen Temperaturregler ausgestattet· Es ist zu beachten, daß der Rückfluß der hydrostatischen Flüssigkeit von jedem Drucklager durch geeignete Verbindungen stromaufwärts von dem Filtereinlaß 94- kombiniert werden kann, wobei nur ein Filter, ein elektrischer Heizapparat und ein Wärmeaustauscher benötigt werden.

Die vorstehende Beschreibung dürfte genügen, um die Aufgaben, Vorteile, die Konstruktion und die Arbeitsweise

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der vorliegenden Erfindung einem Fachmann ohne weitere Erklärungen verständlich, zu machen. Obwohl die Erfindung in verschiedenen Ausführungeformen dargestellt und beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß gewisse Teile oder Elemente stellvertretend sind für andere Teile oder Elemente, die im wesentlichen auf die gleiche Weise angewandt werden und im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erbringen· Das bedeutet, daß die Erfindung nicht ausschließlich auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern daß ihr der rolle Umfang und Schuta der folgenden Ansprüche gewährt wird·

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Claims (2)

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Patentanwälte

Dipl. Ing. Wa"N?r Meissner

Dipl. Ing. Herbert Tischer München, 12. September 1967

Büro München
München 2, Tal 71 ^cr

Patentansprüche

17) Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere Strangpresse, gekennzeichnet durch eine erste Trommel(17) mit einer ersten Längsbohrung (21) und mit Einlaßmitteln (19,22), die mit dem rückwärtigen Teil der Bohrung (21) verbunden sind und mit Ausstoßmitteln (2o), die mit dem vorderen Teil der Bohrung (21) in Verbindung stehen, eine in der Bohrung (21) untergebrachte erste Rotationsschnecke (23) die das Material, das durch die Einlaßmittel (19,22) in die Bohrung (21) eingeführt wird, in der Bohrung nach vorn zu den Auestoßmitteln (2o) befördert, wobei das Material im Laufe einer derartigen Bewegung einem unterschiedlichen Druck ausgesetzt ist, der auf die Schnecken (23) eine rückwärtige axiale Schubkraft ausübt, eine Preß trommel (4o) mit einer zweiten Längsbohrung (41) und einem Einlaß (52) zum Einfüllen von Flüssigkeit in den hinteren Teil der zweiten Bohrung (4-1), eine in der zweiten Bohrung (41) untergebrachte rotierende Preßschnecke (42), wobei die Schnecken (23,42) koaxial liegen, entgegengesetzt rotieren und sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und das vordere Ende der PreSschnecke (42) und die Prefitrommel (4o) einen mit der zweiten Bohrung verbundenen Druckspalt (h) begrenzen, ein Flüssigkeitsdurchgang, der zwischen dem Druckspalt (h) und dem Einlaß eine Verbindung herstellt, und Antriebsmittel zum gleichzeitigen Rotieren der Schnecken (23,42)·

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet » daß die erste Trommel (17) eine Anzahl von ersten parallelen Bohrungen (21) und die Preß trommel (4o) eine Anzahl von zweiten Bohrungen (41) aufweist* und daß ein· ^An^^ah1 von ersten rotierenden Schnecken (23) in den entsprechenden ersten Bohrungen (21) untergebracht sind und eine Anzahl von rotierenden Preßschnecken in den entsprechenden zweiten Bohrungen (41) untergebracht sind*

3· Vorrichtung nach eines der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet» daß die Antriebsmittel ein rote^Lrendes Mittel aufweisen» da« zwischen den Schnecken (23,42) mit deren hinteren Qaden verbunden ist·

4« Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das rotierende MIttel aus einer Welle (37) besteht» die Jeweils alt einer ersten . .hnecke (23) und einer entsprechenden Pretschoocke (42) verbunden ist·

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4» dadurch gekennzeichnet» daß sich zwei der ersten Bohrungen (21) überschneiden·

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet » daß die Rotationsachsen der ersten beiden Schnecken (23) in den beiden ersten Bohrungen (21) mit einem bestimmten Abstand (0) voneinander angeordnet sind» der im Höchstfälle gleich dem Durchmesser einer der beiden Schnecken (23) 1st·

7· Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet ,daß der Abstand (C) zwischen den Rotationsachsen der ersten beiden Schnecken (23)

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in den beiden ersten Bohrungen (21) geringer ist als der Durchmesser einer der beiden Schnecken (23).

8· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdurchgang mit einem Durchgang (6o) in jeder Preßschnecke (42) versehen ist, der direkt mit dem entsprechenden Druckspalt (h) und mit der entsprechenden Bohrung (41) verbunden ist, und zwar an einer Stelle zwischen jenem Druckspalt (h) und dem Einlaß.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdurchgang Leitungen aufweist, die zwischen jedem Druckspalt (h) und dem Einlaß eine Verbindung herstellen und die von den Preßschnecken (42) unabhängig sind·

1o. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel, die die Druckspalte (h) miteinander verbinden.

11· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1o, gekennzeichnet durch Mittel, die auf die Temperatur der Flüssigkeit in einem Druckspalt (h) zur Steuerung der durch den Einlaß zugeführten Flüssigkeit reagieren.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1o, gekennzeichnet durch Mittel, die auf die Rotationsgeschwindigkeit einer ersten Schnecke (23) zur Steuerung der Temperatur der durch den Einlaß zugeführten Flüssigkeit reagieren·

13· Drucklager, insbesondere für Schnecken, gekennze lehnet durch eine Preßtrommel (4o)

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mit einer Längsbohrung (41) und einem Einlaß tür Zuführung von Flüssigkeit in den hinteren Teil der Bohrung (41), eine in der Bohrung (41) untergebrachte rotierende Preßschnecke (42)« wobei das vordere Ende der Preßschnecke (42) und die Preß trommel (4o) einen Druckspalt (h) begrenzen» der mit der Bohrung (41) verbunden ist« Mittel sum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Druckspalt (h) und dem Einlaß und Mittel, die die Preßschnecken rotieren und auf sie eine nach vorn gerichtete Schubkraft ausüben·

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