-
Schnecke fUr kunststoffverarbeitende Schneckenextruder Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schnecke für kunststoffverarbeitende Schneckenextruder, bei
der die Wärmeaufnahme des ausgangsseitigen Schneckenabschnittes durch ein in einer
Axialbohrung der Schnecke herangeführtes KUhlmittel abzführen ist.
-
Bei Schneckenextrudern, inabesondere solchen von griser Leistung,
kommt es häufig vor, da# sich der ausgangsseitige Schneckenabschnitt, das heißt,
der Schneckenkopf durch Friktionswärme übermä#ig aufheizt, was zu Überhitzungen
des Pressgutes und damit zur Qualitätsminderung der auf der Presse hergestellten
Erzeugnisse führt. Es ist daher bereits bekannt, die Schnecken von Schneckenextrudern
durch gasförmige oder flüssige Medien, beispielsweise Luft oder Wasser, zu kühlen.
-
Hierzu wird in die Schnecke eine axial verlaufende Bohrung nach Art
eines Sackloches von ihrer rückwärtigen stirnseite her eingearbeitetm und ilber
ein koaxial in der 3ohrung angebrachtes dünnes Rohr wird ein KUhlmedium in die Schnecke
eingeleitet, derart, dal3 es zuerst den Schneckenkopf kühlt und von dort zum Schneckenfu#
zurückflie#t.
-
Mit einem solchen KUhlmittelumlauf ist es möglich, insbesondere der
Schneckenspitze Wärme zu entziehen. Durch in die Schneckenbohrung eingesetzte Stopfen,
(lie axial verschiebbar sein können, und durch gegebenenfalls mehrere koaxial-konzentrische
Zuleitungsrohre unterschiedlicher Länge kann die Kühlung gesteuert und auf einen
Teilabschnitt der Schnecke begrenzt werden. Es mu# jedoch dabei für einen stets
gleichen Druek des Kühlmediums gesorgt werden, und die Temperatur des ablaufenden
Kühlmediums wird zweckmäßig ständig durch Thermometer überwacht, um Durchflu@menge
und DurchfluQgeschwindigkeit den Betriebsbedingungen entsprechend regein zu kdnnen.
-
Derartige KUhleinrichtungen sind aufwendig und es besteht imper dite
Gefahr von Undichtigkeiten an den Zu- baw. Ablaufanschlüssen am rotierenden Schneckenende.
. Au#erdem wird der hintere Schneckenschaft, an dem der Antrieb angreift, durch
die Bohrung für den Hin- und RücklaufdesKUhlmediumsgeschwächt,wasumsorolcnschwerri&ls
der Schneckenschaft von der gesamten Schnecke den kleinsten uerschnitt besitzt.
Bei Doppel- oder Mehrschneckenpressen werden die rückwärtigen
Stirnflächen
der Schneckenschafte durch die Antriebe und Kupplungen hXurig derart verbaut, da#
hier eine KUhlmittelzu-oder-abfuhr Uberhaupt nicht mdglich ist. Schlleßlich ist
es, insbesondere bei sehr gro#en Extrudern unter Umstanden erforderlich, nicht nur
der Schneckenspitze Wrme zu entziehen, sondern gegebenenfalls anderen Stellen der
Schnecke, beispielsweise im Bereich der Einzugszone Wärme zuzuleiten. Aus diesem
Grunde hat man auch schon Extruderschnecken gebaut, die neben einer inneren Kuhleinrichtung
auch noch eine Heizeinrichtung besitzen. Schnecken dieser Art mit einem KUhl-und
Heizsystem sind natUrlich aufwendig, teuer in der Herstellung und im Betrieb sehr
leicht störanfällig.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schnecke fUr Schneckenextruder
zu schaffen, bei der durch Priktionswärme erzeugte Örliche Uberhitzungen des Schneckenkopfes
und des Preßgutes vermieden werden, die gleichzeitig aber auch die Aufheizung anderer
Schneckenteile gestattet. Dabei soll die Schnecke einfach in der Herstellung und
zuverlSssig im Betrieb sein und keine nach außen führende Anschlüsse benötigen und
somit in Jeder Doppel-oder Mehrschneckenpresse leicht und vorteilhaft zu verwenden
sein.
-
Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, da# die Schnecke im Bereich
der fUr die Kunststoffverarbeitung notwendigen wirksamen Schneckengänge hohl ausgebildet
ist, und da# dieser Hohlraum bei Raumtemperatur unter Unterdruck mit einer unter
ihrem eigenen Dampfdruck stehenden Kühlflüssigkeit teilweise gefüllt und hermetisch
verschlossen ist.
-
Durch diese Maßnahmen ergibt sich, da# die in den Schneckenhohlraum
eingebrachte Kühlflüssigkeit wShrend des Betriebes des Extruders im wärmeren ausgangaseitigen
Schneckenteil (Schneckenspltze) verdampft, als Dampf nach hinten strömt und dort
an der kUhleren Bohrungswandung kondensiert und als FlUssigkeit wieder zur Schneckenspitze
gelangt.
-
Es stellt sich somit aufgrund des Unterdruckes schon bei verhgltnlsmäßig
niedrigen Temperaturen während des Betriebes innerhalb der Schnecke ein selbsttätiger
Wärmeaustausch ein, der Ortliche Uberhitzungen vermeidet, wobei aber keine Wärme
verloren-geht und somit auch kein Verlust entateht. Dan System, das keinerlei Zulauf-,
Ablauf- oder
Umlaufaggregate bendtigt, nutzt einerseits die KUhlwirkung
des aus dem EinfUlltrichter in den Schneckenzylinder einfließenden Kunststoffes
aus, wobei andererseits gleichzeitig die KondensationswKrme zur schnelleren Erwärmung
des frisch einfließenden Kunststoffes benutzt wird. Dadurch, da# bei der erfindungsgemäßen
Schnecke die Kühlmittelzirkulation verfahrensmä#ig zweiphasig erfolt, das heißt,
in der einen Richtung in der FlUssigphase und in der anderen Richtung in der Dampfphase,
kdnnen sehr viel grö#ere Wirmemengen Ubertragen bzw. ausgetauscht werden als bei
jedem anderen Austauschsystem.
-
Die Schnecke muß jedoch waagerecht gelagert-sein, um zu gewährleisten,
da# die KUhlRlUssigkeit im Schneckenhohlraum auch ständig zur Schneckenspitze gelangen
kann. Gegebenenfalls kann man durch eine konische Schneckenbohrung oder durch Schrägaufstellung
des Extruders eine geringe Neigung zur Schneckenspitze hin vorsehen.
-
Vorteilhaft ist es, im Inneren der Schnecke Gewindegänge anzuordne@,
die derart ausgebildet sind, da8 sie die Kuhlflüssigkeit während des Betriebes beim
Drehen der Schnecke zur Schneekenspitze hinfördern.
-
Diese Gewindegänge haben dauber hinaus den Vorteil als Kühlrippen
zu wirken und der Schnecke eine erheblich vergrö#erte innere Oberfläche zu geben.
Da die Ubertragbaren WOrxemengen jeweils proportional der zu ihrer Ubertragung zur
VerfUgung stehenden Flgchen sind, kann auf diese Weise ein besonders großer Wärmeübergang
erzielt werden.
-
Die bei der erfindungsgemäßen Schnecke an der Schneekenspitze auftretende
Kühlwirkung kann so stark sein, da# der austretende Kunststoff unter UmstWnden zu
weit abgekühlt wird. Andererseits kann insbesondere bei Einschneckenextrudern die
Einzugazone zu stark erw6rmt werden, wodurch Stbrungen beim Einzug des frischen
Materials auftreten können.
-
Deshalb ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Stopfen
in das Innere der Schnecke eingesetzt, durch den die KUhlzone bzw. der Wärmeaustauschraum
mehr oder weniger zu verkUrzen ist. Der Stopfen selbst kann aus Metall oder einem
geeigneten Kunststoff beatehen. Je @@ch dem wie gro# die Flache ist, die der Stcpfen
abdeckt, bzw. je nach d@w,ob die v@m shopfen abgedeckte Fläche im vorderen oder
rückwärtigen Schnec@@ @@il @legt, stellt sich ein anderer Druck des umlaufenden
Kühlmediums ein. @e höher der Druck steigt, desto höher steiRt auch die Siedetemperatur
der Kühlflüssigkeit.
-
Grundxätzlich läßt sich ein beliebiges Kühlmittel verwenden, sofern
es nur bei der an der Schneckenspitze herrschenden Tomperatur unter Berücksichtigung
des Unterdruckea siedet. Besonders einfach ist es, Tasser als Kühlmittel zu verwenden.
Durch den Stopfen bzw. durch die Stellung des Stopfens hat man die Möglichkeit,
bsstimmte Schneckenteile, beispielaweise in der Einzugszone oder in der Schneckenspitze
von einem direkten, allzu intensive Wärmeaustausch fernzuhalten.
-
Damit kann man den Wärmeaustausch, das heißt, die KUhlung an der Schneckenspitze
und die Wärmezufuhr in der Einzugszone an unterschiedliche Kunststoffe und unterschiedliche
Arbeitsbedingungen weithin anpasen.
-
Der in dem Schneckenhohlraum herrschende Unterdruck wird vorteilhaft
so eingeatellt, da# die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit zunächst etwa bel 50°
C liegt, so da# prattlsch von Beginn des Betriebes an ein Wärmeaustausch zwischen
Schneckenspitze und Rinzugazone gewährleistet ist.
-
Zweckmä#ig ist es, daß der Schneokenhohlraum mit 5-50 % seines Volumens,
vorzugsweise aber 25-30 % mit Kühlflüssigkeit gefüllt wird.
-
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel an viner Doppelschneckenpresse
hatten die Schnecken einen Au#endurchmesser von 100 m und einen Kerndurchmesser
von 76 m. Die für die Kunststoffverarbeitung wirksame Schneckenlänge betrug 900
m und beide Schnecken waren vom Schneckenkopf her in einer Lange von etwa 800 mm
mit einer zentralen Bohrung von 60 m Durchmesser aufgebohrt. Dieser Schneckenhohlraum
wurde zu etwa 1/3 mit Wasser gefüllt und alsdann endseitig verschlossen und auf
etwa 16 Torr evakuiert. Die im Inneren der Schnecke angeordneten Gewindegänge waren
dabei so gewählt, da# das Wasser nach drei Umdrehungen der Schnecke die Schneckenspitze
erreichte. Insgesamt wurden vier Gewindegänge vorgesehen, wobei die Oan6tiefe der
Gewindegrange 15 mm betrug. Durch diese Ma@nahmen war es möglich, die Temperatur
der Schneckenspitze so weit abzuführen und auf die Schnecken zu verteilen, daM sich
die Schneckenspitzen zelbst auch bei einer Leistung von 180 kg Ausstoß pro Stunde
nichet für das Material schädlich erhitzen, wkhrend ohne die erfindungsgemä#e Kühlvorrichtung
die Aussto#leistung auf 80 kg pro Stunde wegen der su starken adiabatischen Aufheizung
der
Schneckenspitze begrenzt werden muBte. Die Leistung der genannten Doppelschneckenpresse
konnte somit ganz erheblich erhbht werden, ohne daB die Qualität des hergestellten
Produktes beeintrXchtigt worden wäre.
-
Die Erfindung sei weiterhin anhand der sich auf ein Ausführungsbeispiel
bezivhenden Zeichnung veranschaulicht, die einen Querschnitt durch eine erfindungsgemä#e
Schnecke zeigt.
-
Innerhalb des Schneckengehäuses 1 ist gegebenenfalls in Doppelanordnung
fUr einen Doppelschneckenextruder die erfindungsgemäße Schnecke 2 angeordnet, die
mit ihren Schneckengängen 3 den ihr endseitig zugeteilten Kunststoff in Richtung
auf die Schneckenspitze 4 fördert und dabei plastifiziert und homogenisiert. Im
Bereich der fUr die Kunststoffverarbeitung notwendigen Schneckengänge 3 ist die
Schnecke hohl ausgebildet. Dieser Hohlraum 5, der durch die in den Schneekenkörper
2 eingeschraubte Schneckenspitze 4 geschlossen ist, wird zu etwa t/3 mit einer Kühlflüssigkeit
gefüllt, evakuiert und hermetisch verschlossen. Fernerhin sind in dem Hohlraum 5
vorteilhaft Schneckengänge 6 eingearbeitet, die, wie schon ausgefUhrt, so eingerichtet
sind, da# sie die im Hohlraum 5 befindliche KUhlflUssigkeit bei der Drehung der
Schnecke zum Schneckenkopf hin fördern. Schließlich kann in die Schneckengänge 6
ein, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellter, Stopfen 7 eingeschraubt werden,
durch den der Ifohlraum 5 3e nach Stellung des Stopfens mehr oder minder zu verkUrzen
ist. An den von dem Stopfen abgedeckten Stellen der Schnecke wird der Wärmeaustausch
geringer sein, das hei#t, befindet sich der Stopten so, wie in der Zeichnung dargestellt,
im m rückwärtigen Schneckenteil, so wird hier die Aufwärmung der Schnecke durch
Kondensationswärme geringer sein, wthrend, wenn der Stopfen in die Schneckenspitze
verachoben wird, dort der Wärmeentzug durch Verdampfungewärme gedrosselt wird. Zur
Verstellung des Stopfens 7 kann in Abweichung von der Zeichnung durch den Schneckenechaft
8 eine dünne Bohrung geführt werden, durch die hindurch man mittele einer Drehatange
auf den Stopfen 7 einwirkan kann. Gegebenenfalls kann durch eine solche Bohrung
die Schnecke mit Kühlflüssigkeit gefüllt und entgast werden. NatUrllch muß aber
fUr einen harmatischen VehluB der Bohrung gesorgt werden.
-
Die erfindungsgemä#e Schnecke, die lnsbesondere fUr Doppelachneckenextruder
gedacht ist, 116t sich aber ebensogut fUr Einschneckenextruder verwenden.
-
Auch wenn man im Schneckenschaft 8 eine dunne Bohrung zur Verstellung
des Stopfens 7 vorsieht, erkennt man deutlich, da8 der Schneckenschaft 8 nicht stt$rend
geschwächt ist, was mit RUcksicht auf die hohen zu Ubertragenden Antriebskräfte
von großer Wichtigkeit ist.