DE1729307B1

DE1729307B1 - Extruder mit einer Schneckenwelle zur Verarbeitung von Thermoplasten

Info

Publication number: DE1729307B1
Application number: DE19671729307
Authority: DE
Inventors: Rukas Vasily A; Minalga Rimgaudas-Pranas Pr; Klenovsky Eduard St
Original assignee: P KB UPRAVLENIA KHIM PROMY PRI
Current assignee: P KB UPRAVLENIA KHIM PROMY PRI
Priority date: 1966-03-29
Filing date: 1967-03-25
Publication date: 1970-10-01
Also published as: AT307014B; US3518721A; GB1171666A

Description

Maschine zur Verarbeitung von Thermoplast-Altmaterial beschrieben, die eine kegelförmige Zweistufen-Schneckenwelle enthält, deren erste schraubenförmige Schneckenstege in einer archimedischen Spirale ansteigen. Die gewählte Form der Schneckenstege ermöglicht es, Altmaterialstücke von Thermoplasten unmittelbar zu Fertigerzeugnissen zu verarbeiten; allerdings nur dann, wenn die Stücke ihrer Größe nach in den Raum zwischen die Schnecken-Messer-, Rotor- und andere Brecher zerkleinert; das io siege der Welle passen.

zerkleinerte Material wird granuliert und dann als Der Vorteil der bekannten Maschine besteht darin,

Granulat zu Fertigerzeugnissen verarbeitet. Eine daß der Prozeß der Verarbeitung von Thermoplastsolche Abfälleverarbeitung ist umständlich, arbeits- schrott bedeutend beschleunigt und einfacher wird, aufwendig und führt zur Verschlechterung der ehe- jedoch erfordert das Schmelzen und Homogenisieren mischen und der elektrischen Isolationseigenschaften 15 der Thermoplaststücke in diesem Fall einen größeren der Erzeugnisse, die aus Abfällen hergestellt werden. Energieaufwand für die Beheizung des Extruder-Außerdem ist das bekannte Verarbeitungsverfahren gehäuses sowie für den Antrieb der Schneckenwelle mit Rohstoffverlusten verbunden, die bei mecha- des Extruders.

nischer und thermischer Behandlung durch Staubbil- Wenn jedoch das Ausgangsmaterial, das der Ma-

dung beim Zerkleinern sowie durch Abbrennen des 20 schine zugeführt wird, aus steifen und festen Stücken Materials beim Schmelzen entstehen. besteht, z. B. aus stabförmigern Polyäthylen oder

Die Verschlechterung der elektrischen Isolations- Polypropylen, ist es unmöglich, vor Eintritt in den eigenschaften der Thermoplaste erklärt sich dadurch,
daß beim Verschleiß der Schneidelemente von Brechern Metallteilchen in das zerkleinerte Material ge- 25
raten. Flierbei ist es unmöglich, Metall aus dem zerkleinerten Material wegen der Viskosität des letzteren
abzusondern. Deswegen verursachen die Metallteilchen, die zusammen mit dem Material in die Extruder
zwecks Granulation und nachfolgender Verarbeitung 30 newtonsche Flüssigkeit dar, weshalb ihre Strömung gelangen, den vorzeitigen Verschleiß der Anlagen. im Schneckenstegzwischenraum der Schneckenwelle

formgebenden Spritzkopf eine immer gleichmäßige und vollständig homogenisierte Masse zu erhalten.

In den bekannten Anlagen erfolgt die Homogenisierung durch Erwärmung des Materials von außen und durch gleichzeitige Verdichtung bei der Förderung im Schneckenstegzwischenraum der Schnekkenwelle. Die Schmelzmasse stellt hierbei eine nicht-

Eine der bekannten Anlagen zur Verarbeitung der Abfälle von Folien aus Thermoplasten zu Granulat großen Schüttgewichtes ist in der Zeitschrift »Kunststoffe«, 56. Jahrgang. Heft 4, 1966, S. 275/276, beschrieben. In dieser Anlage werden die Abfälle der Folien vorwiegend von einem Messerbrecher geschnitten und einem Verdichter zugeführt, in dem die Schnitzel teilweise zusammenbacken und dann wieder von dem Messerbrecher zerkleinert werden. Hier wird das Material endgültig in gleichmäßiges Granulat zerkleinert, dessen Korngröße von der Maschengröße der Siebe abhängt. Das Granulat wird hierauf einem Sammelbehälter zugeführt, der mit einem rohrin laminarem Zustand erfolgt. Dadurch wird der Austausch zwischen den Schichten der Schmelzmasse verlangsamt und somit der Wärmeausgleich innerhalb der Strömung erschwert. Aus diesem Grunde können die bekannten Extruder kein stückiges Altmaterial von Thermoplasten verarbeiten.

Bekanntlich entstehen je nach Fortbewegung und Verdichtung des Materials im Schneckenstegzwischenraum der Schneckenwelle zur Wellenachse quergerichtete Ströme und Gegenströme der Schmelzmasse, die den Wärmeaustausch und die Homogenisierung der Masse fördern. Jedoch haben auch diese Ströme die Form einer laminaren Strömung und beeinflussen

förmigen Abscheider zur Absonderung und Rück- 45 nicht genügend den Ablauf des Materialschmelzvor-

führung der unvollständig verdichteten Folienschnitzel versehen ist. Das Schüttgewicht des aus Abfällen von Folien in der bekannten Anlage erzeugten Granulates beträgt für Polyolefine 330 bis 365 gem³. Die be

ganges.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Extruder zur Verarbeitung von Thermoplasten zu schaffen, der durch Intensivieruna; des Wärmeaustausches in den

kannte Anlage verarbeitet nur Abfälle von Folien, 50 Strömen der Schmelzmasse eine wirksamere Homo-

wobei das Endprodukt ein Granulat ist, das zur weiteren Herstellung von Fertigerzeugnissen dient. Hierbei liegt das Schüttgewicht des Granulats weit unter dem des granulierten primären Rohstoffs und hängt

genisierung und Entgasung der Masse vor dem Eintritt in den formgebenden Spritzkopf bei geringem Energieaufwand und unabhängig von der Art des Ausgan.gsmaterials (Folien, Stücke, Pulver, Körner)

von der Stärke der Folie ab, wodurch die Leistung- 55 ermöglicht und unter Ausnutzung der einziehenden, fähigkeit des die Fertigerzeugnisse herstellenden knetenden und dosierenden Zonen der Schnecken-Extruders bezüglich der Ausstoßmenge je Zeiteinheit welle einen Druck der Masse, der für ihre Formung herabgesetzt wird. Die Herstellung von Granulat aus unmittelbar zu einem Fertigerzeugnis erforderlich ist, Abfällen von Folien einer entgasten Schmelzmasse ist gewährleistet, ebenfalls mit bestimmten Schwierigkeiten verbunden. 60 Die Aufgabe wird bei einem Extruder der eingangs

Es ist ferner ein Extruder vom Typ 6E2'30D/R geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,

der deutschen Firma »Barmag-Harting, Barmer- daß auf der Schneckenwelle zwischen ihren Schnek-

Maschinenfabrik, Aktiengesellschaft« bekannt, der kenstegen ein mehrgängiges Schraubengewinde mit

die Folienabfälle und Krümel unmittelbar zu Granu- einem krummlinigen, konkav nach außen gekehrten

lat verarbeiten kann, jedoch ist die bekannte Ma- 65 Querprofil angebracht ist.

schine nicht zur Direktverarbeitung von Altmaterial Das erwähnte Schraubengewinde ist zur Umwand-

zu Fertigerzeugnissen geeignet. lung der laminaren und quergerichteten Ströme der

Im sowjetischen Urheberschein Nr. 176 676 ist eine Schmelzmasse im Schneckenstegzwischenraum in eine

turbulente Strömung erforderlich. Wenn der Strom der Schmelzmasse in den konkaven Teil des Schraubengewindes gelangt und auf den Kamm seiner benachbarten Windung aufläuft, kommt es zu örtlichen Verwirbelungen des Stromes und zu Verschiebungen zwischen den Schichten in Quer- und Längsrichtung in bezug auf die Wellenachse, wodurch ein intensiver Wärmeaustausch in den Schichten des Stromes hervorgerufen und ein zusätzlicher Wärmeausgleich bewirkt wird. Außerdem nimmt der von der Oberfläche der Welle auf das Materialstück ausgeübte Druck zu. Infolgedessen wird das Material ständig an die am meisten beheizte Oberfläche des Extrudergehäuses angepreßt, was ebenfalls zu einem schnelleren Schmelzen des Materials beiträgt.

Zweckmäßig ist es, wenn die Anzahl der jeweils gemeinsam verlaufenden Einzelgänge des Schraubengewindes drei bis sechs beträgt. In diesem Gangzahlbereich können günstigste Bedingungen zur Durchführung des Verarbeitungsprozesses erzielt werden. Die Verminderung der Anzahl der Gewindegänge führt entsprechend zur Verringerung von Verwirbelungen des turbulenten Stromes, während bei einer Vermehrung der Gewindegänge die entstehenden Verwirbelungen so gering sind, daß sie den Wärmeaustausch der Schichten und Ströme praktisch nicht mehr beeinflussen.

Die Tiefe des Schraubengewindes soll vorteilhafterweise 0,015 bis 0,05 des Durchmessers der Schneckenwelle betragen. Diese Abmessungen entsprechen den gestellten Anforderungen und verhindern die Stauung der Schmelzmasse an der Oberfläche der Schneckenwelle.

Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß der Vorgang der Zerkleinerung und des Granulierens entfällt und nur die Zerteilung von großen Stücken erforderlich ist, was im Vergleich zum bisher notwendigen Zerkleinern viel arbeits- und zeitsparender ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß die mengen- und zeitmäßige Ausstoßleistung des Extruders erhöht, der Energieverbrauch gemindert, die erforderlichen Produktionsflächen verkleinert und das Bedienungspersonal verringert werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht ferner darin, daß aus den Abfällen unmittelbar Fertigerzeugnisse hergestellt werden können und die bekannten, z. B. im Fertigungsbetrieb vorhandenen Extruder durch Austausch der Schneckenwelle leicht umgerüstet werden können. Der Vorzug der Erfindung ist auch, daß die Erzeugnisse bessere physikalisch-chemische und elektrische Isolationseigenschaften haben.

Nachstehend wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 den Extruder mit den erfindungsgemäßen Merkmalen in teilweise geschnittener Darstellung,

F i g. 2 die Schneckenwelle des Extruders, hauptsächlich zur Verarbeitung von Thermoplastabfällen in Form von Folien oder Stücken,

F i g. 3 den Schnitt nach Linie L-I der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 die Schneckenwelle des Extruders zur Verarbeitung von pulverförmigen und granulierten Thermoplasten, F i g. 5 den Schnitt nach Linie II-II der F i g. 2,

F i g. 6 einen Teil des Extruders im Längsschnitt, in dem die Richtung des Umlaufs von Strömen der Schmelzmasse im Schneckenstegzwischenraum der Schneckenwelle durch Pfeile gezeigt ist.

Der Extruder (F i g. 1) wird auf dem Rahmen I montiert und besteht aus dem Gehäuse 2 mit der darin untergebrachten Schneckenwelle 3, deren Schaft in Lagern 4 angeordnet und mit dem Antrieb 5 verbunden ist. Zum Zuführen des Materials in den Extruder sind in der Rückwand des Gehäuses 2 die öffnung 6 und die Rinne 7 vorhanden, während im vorderen Teil des Gehäuses 2 der formgebende Spritzkopf 8 befestigt ist.

Auf der Schneckenwelle 3 ist zwischen ihren schraubenförmigen Schneckenstegen 9 das mehrgängige Schraubengewinde 10 mit einem krummlinigen Querprofil, das konkav nach außen, d. h. zum Gehäuse 2 (F i g. 6) gekehrt ist, vorhanden.

Wenn der Thermoplastabfall oder das Altmaterial aus Folien oder größeren Stücken besteht, ist es zweckmäßig, die aus F i g. 2 ersichtliche kegelförmige Mehrstufen-Schneckenwelle 3 zu verwenden.

Um das Hineinziehen und Vorschieben des Materials längs der Achse der Schneckenwelle 3 zu erleichtern, sind die ersten Schneckenstege 9' der Schneckenwelle 3 zugespitzt und nach Art der archimedischen Spirale derart ausgeführt, daß ihre Höhe in Richtung der Materialförderung ansteigt (F i g. 3).

Außerdem ist im Bereich der Materialzuführung auf die Schneckenwelle, und zwar an deren Stirnseite, ein Heizelement angeordnet, das zur Beheizung der ersten Schneckenstege 9' dient, um das Einschneiden der letzteren in das zugeführte Material zu erleichtern und die Erwärmung zu beschleunigen. Zur Zuführung des Wärmeträgers sind in der Schneckenwelle 3 die Längsrillen 12 vorhanden (F i g. 2 und 3).

Die Anzahl der einzelnen, jeweils gemeinsam verlaufenden Gewindegänge des mehrgängigen Schraubengewindes 10 liegt zwischen 3 und 6. Im vorliegenden Beispiel ist ein viergängiges Schraubengewinde ausgeführt (F i g. 5).

Die Tiefe des Schraubengewindes 10 wird von 0,015 bis 0,05 des Durchmessers der Schneckenwelle 3 gewählt, während die Steigung des Schraubengewindes 10 in der Regel der Steigung der Schneckenstege gleich ist.

Je nach dem zu verarbeitenden Thermoplast werden die Anzahl der Gewindegänge des Schraubengewindes 10 und deren Tiefe berechnet, wobei im Falle einer kegelförmigen Welle die Tiefe der Gewindegänge des Schraubengewindes 10 auf der ganzen Länge der Welle gleich sein kann.

Der Extruder mit der beschriebenen Schneckenwelle 3 kann auch mit Erfolg zur Verarbeitung von pulverförmigen und granulierten Materialien verwendet werden. Es ist jedoch für die Verarbeitung dieser Materialien zweckmäßiger, einen Extruder mit zylindrischer Schneckenwelle 3' zu verwenden (F i g. 4). Die Schneckenwelle 3' hat ein zwischen ihren Schneckenstegen 9 angebrachtes mehrgängiges Schraubengewinde 10 mit dem vorstehend beschriebenen Profil. Die Schneckenwelle 3' besitzt Zusatzschneckenstege 9", die sich in einer gewissen Entfernung von den anderen Schneckenstegen 9 befinden, so daß sich bei der Unterbringung der Schneckenwelle 3' im Gehäuse 2 eine Kammer 13 bildet, die zur Entgasung der Schmelzmasse und zur Verhinderung des eventuellen Pulsierens der Masse dient. Diese Überlegungen treffen auch für die vorstehend beschriebene kegelförmige Schneckenwelle 3 zu. Die

Bestimmungsgrößen des Schraubengewindes 10 liegen im selben Bereich.

Die Arbeitsweise des Extruders wird an einem Beispiel bei Verwendung von Stückmaterial, das am schwersten zu verarbeiten ist, beschrieben.

Das dem Extruder zugeführte Gut wird durch die Schneckenstege 9' der Schneckenwelle 3 erfaßt und hineingezogen und dann durch dieselben in Teile geschnitten, deren Größe vom gegenseitigen Abstand der Schneckenstege 9 abhängt. Gleichzeitig erfolgt das Zusammenschieben und Schmelzen des Materials beim Vorschieben desselben. Dabei schneiden die Kämme 14 (F i g. 6) des Schraubengewindes 10 in das Material 15 ein. Dadurch wird die Berührungsfläche des Materials mit der Oberfläche der Schneckenwelle 3 beträchtlich größer als in den bekannten Extrudern. Das primäre Schmelzen des Materials geht von der Seite des beheizten Extrudergehäuses 2 intensiver vonstatten.

Bei der Rotation der Schneckenwelle 3 verschiebt ao sich das zwischen den Schneckenstegen 9 eingeschlossene Material 15 an der Oberfläche der Schneckenwelle 3 in bezug auf das Gehäuse 2 und drängt die Schmelzmasse in einer der Vorwärtsbewegung des Materials entgegengesetzten Richtung. Der Strom der Schmelzmasse, der auf die Schneckenstege 9 trifft, wird abgelenkt und gelangt unter das Material 15, wobei er das letztere von unten schmilzt und an die Innenfläche des Gehäuses 2 anpreßt. Beim Auflaufen auf die Kämme 14 des Schraubengewindes 10 wird der Strom der Schmelzmasse nach außen gewirbelt und trägt zur Vermischung der Schichten und zum Wärmeaustausch zwischen ihnen und dem nicht geschmolzenen Material 15 bei. Aus diesen Gründen erfolgt auch die Entgasung der Schmelzmasse intensiver, da ihr Strom quer zur Achse der Schneckenwelle 3 zirkuliert und die Schichten vermischt. Dies wiederum ermöglicht, ein Pulsieren der Masse vor dem Eintritt in den formgebenden Spritzkopf 8 auszuschließen.

Bei der Verarbeitung von Folienabfällen, bei der eine gleichmäßige Zuführung schwer zu erreichen ist und das Zuführgut ein recht niedriges Schüttgewicht aufweist, vollzieht sich in der Kammer 13 die Ansammlung der Schmelzmasse und ihre endgültige Entgasung unter Druck, wobei die Kammer 13 auch als Vakuumkammer benutzt werden kann.

Die industrielle Verwendung des Extruders mit den erfindungsgemäßen Merkmalen hat die hier angeführten theoretischen Überlegungen und die hohe fertigungstechnische Leistungsfähigkeit vollkommen bestätigt.

Bei der Verarbeitung von Polyäthylen-Altmaterial und -Abfall in Form von festen Stücken in der Größe von 70 · 100 mm unmittelbar zu Rohren und bei einem Energieverbrauch des Antriebes von 13,8 kWh wurde eine Leistung von 44,4 kg Rohr pro Stunde erzielt. Bei der Verarbeitung von Folien wurden auch Strangerzeugnisse hergestellt, wobei die Leistung des Extruders etwa 30 kg/h betrug. Die Leistung des Extruders bei der Verarbeitung von Thermoplastmaterial zu Granulat betrug 75 kg/h bei gleichem Energieaufwand für den Antrieb wie in den beiden vorgenannten Fertigungsbeispielen.

Der Energieverbrauch für die Beheizung des Gehäuses und der Extruderwelle machte 10 bis 12 kWh aus, was 1,3- bis l,5mal weniger ist als der Verbrauch durch bekannte Extruder bei derselben Ausstoßleistung.

Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Erzeugnisse der aus Altmaterial hergestellten Rohre entsprechen hierbei in vollem Maße den Anforderungen, die an die Erzeugnisse aus primärem Rohstoff gestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Extruder mit einer Schneckenwelle zur Verarbeitung von Thermoplasten, vorwiegend in Form von Produktionsabfällen und Altmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schneckenwelle (3; 3') zwischen ihren Schneckenstegen (9) ein mehrgängiges Schraubengewinde (10) mit einem krummlinigen konkav nach außen gekehrten Querprofil angebracht ist.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der jeweils gemeinsam verlaufenden Einzelgänge des Schraubengewindes (10) drei bis sechs beträgt.

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Schraubengewindes (10) 0,015 bis 0,05 des Durchmessers der Schneckenwelle (3; 3') beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen