DE1729149B2

DE1729149B2 - Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere Strangpresse

Info

Publication number: DE1729149B2
Application number: DE1729149A
Authority: DE
Inventors: Robert B. Flemington N.J. Gregory (V.St.A.)
Original assignee: Egan Machinery Co Somerville Nj (vsta)
Current assignee: Egan Machinery Co Somerville Nj (vsta)
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-27
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1190418A; JPS4833025B1; CH482934A; DE1729149A1; US3407439A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere Strangpresse, bei der sich an den die Schnecke aufnehmenden Zylinder ein zusätzlicher Zylinderraum für eine Flüssigkeit mit einem Auslaß für diese anschließt. Diese Vorrichtungen werden insbesondere beim Herstellen von Kunststoffartikeln benutzt.

Eines der bei der Konstruktion von Schneckenextrudern für Kunststoff auftretenden Probleme besteht darin, eine geeignete Möglichkeit 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 420 kp/cm² 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 420 kp/cm² eine Druckbelastung von ungefähr 26 300 kp.

Bei einem Einschneckenextruder wird die Druckbelastung gewöhnlich von einem bekannten Kugeloder Rollendrucklager aufgenommen. Bei äußerst hohen Druckbelastungen werden gewöhnlich tandemartig angeordnete Rollenlager verwendet. Sowohl einfache als auch tandemartige Lager haben notwendigerweise große Durchmesser, die vier- bis sechsmal so groß sind wie der Schneckendurchmesser, um die erforderliche Druckkapazität und eine angemessene Lebensdauer des Lagers zu gewährleisten.

Bei Doppel- oder Mehrschneckenextrudern sind die Umstände technisch komplizierter. Bei tangeniialen Schnecken entspricht der Abstand zwischen den Schneckenachsen dem Schneckendurchmesser, und bei sich überlappenden oder überschneidenden Schnecken ist dieser Abstand geringer als der Schnekkendurchmesser. Dadurch wird der Durchmesser mindestens eines Drucklagers ungefähr auf den Abs stand zwischen den Schneckenachsen beschränkt. Um bei den bekannten Lagern die erforderliche Druckkapazität zu erzielen, ist es notwendig, diese paarweise axial hintereinander anzuordnen (USA.-Patentschrift 2 488 189, 3 146 493). Dies erfordert komplizierte Einrichtungen, um die Last gleichmäßig auf alle Lager in dem Stapel zu verteilen. Diese Anordnung hat darüber hinaus die Mängel schwieriger Betriebs-Wartung, relativ kurzer Lebensdauer der Lager bei hohen Belastungen und deshalb hoher Anschaffungs- und Betriebskosten.

In einer anderen bekannten Anordnung für mehrere Schnecken sind zwei Schraubenräder, 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 (USA.-Patentschrift 3124061, 2 535 865). Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Verzahnung der Schraubenräder nicht nur das Drehmoment einer Schnecke, sondern auch die Druckbelastung aufnehmen muß. In vielen Fällen ist das Drehmoment äußerst hoch, und wegen des begrenzten Durchmessers der Schraubenräder int es schwierig, geeignete Schraubenräder zur Aufnahme dieser hohen Drehmomente vorzusehen, ganz abgesehen davon, daß sie noch der zusätzlichen Druckbelastung ausgesetzt sind. Im übrigen ist eine solche Anordnung bei Strangpressen für Kunststoff nur für gegensinnig, aber nicht für gleichsinnig rotierende Schnecken geeignet.

Es ist weiterhin bekannt, an einer Knetmaschine (deutsche Patentschrift 962 875) an dem die Förderschnecke aufnehmenden Zylinder axial und entgegen der Förderrichtung einen zusätzlichen Zylinderraum und einen Auslaß für ein flüssiges Abdichtmittel anzuordnen. Diese Anordnung mit einem koaxial angeordneten, zusätzlichen Zylinderraum ist zur Abdichtung zwischen Einfüllraum und Schneckenlager der Knetmaschine vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere eine Strangpresse, zu schaffen, deren Drucklager im Betrieb gegenüber den bekannten Vorrichtungen erheblich entlastet i>t.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art in dem zusätzlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderraum eine mit der Schnecke verbundene Druckschnecke gelagert ist, die die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zur Schnecke fördert und vorn zusammen mit einem Deckel des zusätzlichen Zylinderraums einen Druckspalt bildet, der über Durchgänge mit dem hinteren Teil des Zylinderraumes verbunden ist.

Beim Umlaufen der Druckschnecke im Betrieb der Vorrichtung baut sich im Druckspalt ein Flüssigkeitsdruck auf, durch den das vorgesehene übliche Drucklager entlastet wird. Die Gesamtanordnung für die Druckaufnahme ist damit den bekannten Drucklagern überlegen, weil das übliche Drucklager gemäß der Erfindung nur beim Anlaufen der Vorrichtung und nur wenig belastet wird und daher klein gehalten werden kann. Dieses Drucklager ist erfindungsgemäß lediglich ein zusätzliches Drucklager, das nur so

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ange bei geringen Drehzahlen der Druckschnecke der ebenfalls zwei parallele Zylinderräume 41 enthält, Druck aufnimmt, bis sich im Druckspalt der Flüssig- die mit den Bohrungen 21 des Zylinders 17 fluchten, keitsdruck aufgebaut hat. sich jedoch nicht überschneiden. In jedem Zylinderöle Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungs- raum 41 befindet sich eine Druckschnecke 42, die ein beispiel der Erfindung. Es zeigt 5 gegenläufiges Gewinde gegenüber den Schnecken 23 F i e. 1 eine Draufsicht auf eine Strangpresse für aufweist. Das hintere, nicht mit Gewinde versehene Kunststoff, Ende der Druckschnecken 42 ist mit der entsprechend F i g. 2 eine Seitenansicht zu F i g. 1 verlängerten Abtriebswelle 37 des Getriebes 27 ver-F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 2 schraubt. In einer Aussparung des Gehäuses 31 in vergrößerter Darstellung, io (F i g. 5) ist ein Lagergehäuse 45 mittels Schrauben 46 F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in F i g. 2 (Fig. 7) befestigt, in dem sich ein Drucklager 47 unu in vergrößerter Darstellung, eine~Ölabdichtung48 für jede Druckschnecke 42 be-F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 4, findet. Die Drucklager 47 sollen kleine Druckbe-F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in F i g. 2 lastungen aufnehmen, wie sie beispielsweise bei der in vergrößerter Darstellung, >s Demontage der Schnecken 23 entstehen.

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 in F i g. 6, In der Wand des Druckzylinders 40 ist eine Flüssig-F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie. 8-8 in F i g. 7 keitskarnmer 49 vorgesehen, die mit beiden Zylinderin vergrößerter Darstellung, räumen 41 in Verbindung steht (vgl. F i g. 8}. Der Fig. 9 einen Teil von F i g. 7 in vergrößerter Verschluß 50 für die llüssigk >.skammer49 ist am Darstellung. 20 Druckzylinder mittels Schrauben 51 befestigt und Bei der in F i g. 1, 2 und 3 dargestellten Strang- weist eine Einfüllbohrung 52 auf, die mittels eines presse 15 ist auf einem Sockel 16 ein Zylinder 17 mit Stopfens 53 verschlossen ist.

Heizvorrichtungen 18 gelagert, der hinten eine Zu- Jede Druckschnecke 42 hat an ihrem vorderen führung 19 für Kunststoffe und vorn eine Austritts- Ende einen verjüngten Teil mit dem Durchmesser D₁ düse 20 aufweist. Wie F i g. 3 zeigt, enthält der 25 (F i g. 9), so daß eine Ringkammer 54 gebildet ist. Die Zylinder 17 zwei sich überschneidende, parallele Druckzylinder 40 sind durch einen Deckel 55 verBohrungen 21. die mit der Bohrung 22 der Zufüh- schlossen, und zwischen ihr und den Enden der rung 19 in Verbindung stehen. Druckschnecken 42 ist eine Druckscheibe 56 angeln jeder Bohrung 21 befindet sich eine Schnecke 2ä ordnet, die mittels Schrauben 57 am Deckel 55 bemit Gewindegängen 24, die sich bei 25 (F i g. 3) über- 30 festigt ist. In jeder Ringkammer 54 ist ein Rollenschneiden, d. h., der Abstand c zwischen den Längs- drucklager 58 untergebracht, das sowohl an der achsen der Schnecken 23 ist kleiner als ihr Durch- Druckscheibe 42 als auch an der Druckscheibe 56 messer. Beide Schnecken 23 laufen in gleicher Richtung anliegt. Gegenüber der Druckschnecke 42 ist noch um (vgl. Pfeile in F i g. 3). eine Zwischenscheibe 59 eingeschaltet. Die Anordnung Im Betrieb der Strangpresse wird Kunststoff durch 35 bzw. Bemessung der Teile ist so getroffen, daß zwidie Bohrung 22 eingeführt und von den Schnecken23 sehen der Druckschnecke 42 und der Druckscheibe 56 durch den Zylinder 17 in F i g. 1 und 2 nach links ein Druckspalt h vorhanden ist. Wird Öl od. dgl. über gesehen gefördert. Hierbei wird der Kunststoff durch die Flüssigkeitskammer 49 in den Druckzylinder 40 die Heizvorrichtungen 18 und durch die entstehende eingeführt und die Ringkammer 54 sowie der Druck-Reibungswärme geschmolzen. 40 spalt h mit Öl gefüllt, so entsteht damit ein hydro-

Aus der Austrittsdüse 20 tritt der Kunststoff als statisches Drucklager.

Strang 26, beispielsweise als Rohr aus. Der Innen- Jede Druckschnecke 42 weist einen axialen Durchdruck kann vor der Austrittsdüse 20 einen Wert von gang 60 und zwei radiale Durchgänge 61 auf (F i g. 7). 420 kp/cm^s oder mehr erreichen, so daß am himeren Die Durchgänge 61 \erbinden den Durchgang 60 mit Ende der Strangpresse eine entsprechende Schubkraft 45 der Außenseite der Druckschnecke 42, und zwar an aufgenommen werden muß. einer Stelle vor der Flüssigkeitskammer 49. Die Die Zuführung 19 ist über ein Rohrstück 28 mit Durchgänge 60, 61 bilden eine Ölrückführung. Das Zugangsöffnungen 29 an ein Getriebe 27 angeschlos- vordere Ende des Durchgangs 60 hat einen Durchsen (F i g. 5). Die hinteren, ohne Gewinde ausge- messer D₂.

führten Enden der Schnecken 23 ragen in das Rohr- 50 Um in beiden durch den Druckspalt h gebildeten stück 28 hinein. Zur Abdichtung gegenüber der Zu- Räumen einen gleichmäßigen hydrostatischen Druck führung 19 dient eine Stopfbüchse 30. zu erzeugen -·\ηά aufrechtzuerhalten, sind in jeder Im Gehäuse 31 des Getriebes 27 sind zwei Ritze!32, Druckscheibe 56 und im Deckel 55 Kanäle 62 und ein Zwischenzahnrad 33, ein Zahnkreuz 34 und zwei 63 (F i g. 6) vorgesehen. Das Ende des Kanals 63, Ritzel 35 gelagert, die in der aus F i g. 4 ersichtlichen 55 das mit der Atmosphäre in Verbindung steht, kann Weise miteinander im Eingriff sind. Ihre Drehrichtung verschlossen oder — wie dargestellt — mit einem ist durch Pfeile angedeutet. Manometer 64 versehen sein, Da der hydrostatische Die beiden Ritzel 32 sind auf je einer Antriebs- Druck den Druck, mit dem der Kunststoff aus der welle 36 angeordnet. Beide Antriebswellen 36 werden Strangpresse ausgestoßen wird, ausgleicht, kann das von einem Elektromotor gemeinsam angetrieben. 60 Manometer 64 durch entsprechende Eichung dazu Die Ritzel 35 sitzen je auf einer in das Rohrstück hin- dienen, den Kunststoffausstoßdruck zu bestimmen, einragenden Abtriebswelle 37, die mittels einer Muffen- Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Anlaufen kupplung 38 mit de; entsprechenden Schnecke 23 der Strangpresse wird die zunächst geringe Schubverbunden ist. Die Schubkraft wird über eine Zwi- kraft von den Rollendrucklagern 58 aufgenommen, schenscheibe 39 übertragen. Das Getriebe 27 ist von 65 die entsprechend ausgelegt sind. Mit steigender Drehder Schubkraft entlastet, die weiterhin noch be- zahl der Schnecken 23 und damit auch der Druckschrieben wird. An das Getriebe 27 ist ein Druck- schnecken 42 wird Öl in den vorderen Teil des Druckzylinder 40 angeschlossen (vgl. F i g. 5. 6 und 7), Zylinders 40 an den Rollendrucklagern 58 vorbei durch

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den Druckspalt Ii hindurch und dann weiter durch Die Fließgeschwindigkeit Q des Öls hängt von der

die Durchgänge 60, 61 gefördert, so daß ein Ölkreis- Ausbildung der Gewindegänge der Druckschnecke 42

lauf entsteht. Infolge des schmalen Druckspalts /;, ab und ist ungefähr proportional zur Drehzahl N.

den das Öl durchströmen muß, ergibt sich am freien Da die Durchmesser D₁ und D₂ konstante Größen

Ende der Druckschnecken 42 ein hoher Flüssigkeits- 5 darstellen, ist der Druckspalt h proportional zu der

druck, der auf den ringförmigen Bereich zwischen „ ... . vN

den Durchmessern D₁ und D₂ einwirkt. Damit wird i^UDiKwurzei von-^-.

auf jede Druckschnecke 42 eine Druckkraft ausgeübt, Auf Grund dieser Daten wurde berechnet, daß

die der von den entsprechenden Schnecken 23 er- der Druckspart/; über den ganzen Schneckendreh/ahl-

zeugten Schubkraft entgegenwirkt. Wird die auf die io bereich und den Ausstoßdruckbereich zwischen etwa

Druckschnecken 42 ausgeübte Kraft größer als die 0,1016 und etwa 0,254 mm betragen kann. Das be-

der Schnecken 23, findet eine Verlagerung der deutet, daß sich die Schnecken axial über eine ma\i-

Schnecken 23, 42 in Richtung zur Austrittsdüse 20 male Länge von 0,1524 mm verlagern. Diese gering-

statt. Dadurch verbreitert sich der Druckspalt h, so fügige Verlagerung wirkt sich nicht nachteilig auf

daß das Öldruckgefälle über den Druckspalt Ii hinweg 15 die Arbeitsweise der Strangpresse aus. Die berech-

kleiner wird und der Öldruck an den freien Enden neten Werte wurden bei durchgeführten Versuchen

der Druckschnecken 42 abfällt. Die Anordnung ist bestätigt.

so ausgelegt, daß bei normalen Betriebsbedingungen Da die Größe des Druckspalts Ii von der Viskosität

die Schubkraft der Schnecken 23 durch die auf die des Öls abhängt, sollte bei Strangpressen ein öl oder

Druckschnecken 42 ausgeübte Druckkraft ausgegli- 20 eine andere Flüssigkeit von relativ hoher Viskosität

chen wird und das Rollendrucklager 58 keine Be- verwendet werden, um einen angemessenen Wert für

lastung aufnehmen muß. Die Schnecken 23 mit den den Druckspalt /; zu erzielen. Es wurde sowohl

Druckschnecken 42 befinden sich also während des theoretisch als auch durch Versuche ermittelt, daß

Betriebs in axialer Richtung in einem »schwimmenden« das <*! vorzugsweise folgende Eigenschaften aufweisen

Zustand und verbleiben entsprechend der Drehzahl, as soll:

dem Druck zum Ausstoßen des Kunststoffes und 1. Die Viskosität des Öls soll sich mit steigender

weiterer Faktoren in einer Gleichgewichtslage. Temperatur verringern. Wegen des Fließens des Öls

Bei Versuchen wurden Schnecken 23 mit einem im Kreislauf durch die Druckschnecken 42 erhöht

Durchmesser von 7,62 cm benutzt, die mit einem sich seine Temperatur in dem Muße, wie sich die

Kunststoffausstoßdruck von 7,00 bis 703 kp/cm² und 30 Drehzahl der Schnecken erhöht. Wie das vorstehend

Drehzahlen von 20 bis 200 U/min arbeiteten. Der erwähnte Verhältnis, nach dem /i³ proportional zu

Außendurchmesser der Schnecken 23 betrug 7 62 cm, vN _{erkennen mt} ^_eicht ^ _{durch Temperatur}.

die Durchmesser D₁ und D₂ betrugen 3,81 bzw. P '^ ^y

1,27 cm. anstieg verursachte Verringerung der Viskosität die

Die Berechnung des Druckspalts Ii erfolgt nach der 35 Wirkung der verringerten Schneckendrehzahl aus,

Gleichung so daß sich der Druckspalt h nur minimal verändert.

ι β \ 2. Die Viskosität des Öls soll sich mit steigendem

6ν · logJV· I—-j Q Druck erhöhen. Wiederum mit Bezug auf das Ver-

It³ = —— , hältnis, nach dem /1³ proportional zu -^₅- ist, wirkt

ρ 40 "

sich eine durch einen höheren Kunststoffausstoßdmck

wobei ν die Viskosität des Drucklageröls, D₁ den hervorgerufene Druckerhöhung in einer Erhöhung

Durchmesser des freien Endes der Druckschnecken 42, der Viskosität und in einer minimalen Veränderung

D₂ den Durchmesser des Durchgangs 60 am vorderen des Druckspalts h aus.

Ende der Druckschnecken 42, JV die Drehzahl der 45 3. Das öl soll newtonisch oder nicht Struktur-Schnecken, Q die Fließgeschwindigkeit des Öls durch veränderlich sein, so daß sich seine Viskosität unter den Spalt h und P das Druckgefälle des Öls über den den von der Druckschneckendrehzahl und Druck-Spalt h bezeichnet spaltgröße bestimmten Bedingungen nicht verändert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnecken, insbesondere Strangpresse, bei der sich an den die Schnecke aufnehmenden Zylinder ein zusätzlicher Zylinderraum für eine Flüssigkeit mit einem Auslaß für diese anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zusätzlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderraum (41) eine mit der Schnecke (23) verbundene Druckschnecke (42) gelagert ist, die die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zur Schnecke (23) fördert und vorn zusammen mit einem Deckel (55) und einer Druckscheibe (56) des zusätzlichen Zylinderraumes (41) einen Druckspalt (/;) bildet, der über Durchgäpce (60, 61) mit dem hinteren Teil des Zylinderrau.nes (41) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (23) und die Druckschnecke (42) einen gemeinsamen Getriebemotor haben, der eine Antriebswelle (36), Ritzel (32. 35), ein Zwischenzahnrad (33), einen Zahnkranz (34) und eine Abtriebswelle (37) aufweist.