DE1778263C - Schneckenpresse zum Verarbeiten eines thermoplastischen Kunststoffes - Google Patents

Description

neu hergestellten Schnecken versehen werden können, die Nocken für den ständigen Gebrauch einer Strangpresse aufweisen.

Während es also bei Schneckenpressen bisher üblich ist, zum Erzielen höherer Seheretfekte, ohne dabei eine günstige Durchmischung zu erzielen, den Sehneckenkanal von der Umwandlungszone bis zur Schneckenspitze stetig zu verkleinern — eine Maßnahme, die auf Kosten einer geringeren Leistung der Schneckenpresse geht —, kann bei der Schneckenpresse gemäß der Erfindung eine Schneckengeometrie beibehalten werden, die zum Zwecke des Erzielens verhältnismäßig großer Ausstoßgeschwindigkeiten und hoher Durchsatzmengen pro Zeiteinheit durch einen verhältnismäßig tiefen Schneckenkanal in der Umwandlungszone und in der Ausstoßzone gekennzeichnet ist. Die hierbei zum Erzielen größerer Geschwindigkeitsänderungen und momentan höherer Scherverhältnisse ausgebildeten Nocken bringen einen günstigen Mischeffekt und damit günstige Temperaturvergleichmäßigung der Schmelzepartikeln.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert, die beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schneckenpresse schematisch veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Schneckenpresse in Teilansichten und Teilschnitten,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Schneckenteils der Schneckenpresse nach Fig. 1,

F i g. 3 eine teilweise Schnittansicht der Schneckenpresse nach Linie HI-III der Fig. 1,

F i g. 4 einen Radialschnitt der Schnecke nach F i g. 2 längs der Linie IV-IV,

F i g. 5 eine Teilansicht eines Schneckenteils mit einer Anordnung von Nocken,

F i g. 6 eine Teilansicht einer Doppelgangschnecke mit einer dafür vorgesehenen Nockenanordnung,

F i g. 7 eine Seitenansicht einer in dem Zylinder der Schneckenpresse liegenden Schnecke und

F i g. 8 einen Teillängsschnitt der Schneckenpresse nach Fig.7.

In Fig. 1 ist eine Schneckenpresse dargestellt, die in den Größenverhältnissen für eine übliche Schnekkenpresse typisch ist, deren Verhältnis Zylinderlänge : Zylinderinnendurchmesser (L/D) in einem Bereich von 15:1 bis 25 : 1 schwankt. Ähnlich wie die übliche Schneckenpresse, die angepaßt ist, um ein granulatförmiges, nicht plastisches, jedoch plastizierbares Material so umzuformen, daß es zum Pressen geeignet ist, umfaßt die Schneckenpresse 5 einen Bereich/4, in welchem der durch den Schneckenkern 7 und den Schneckensteg 8 bestimmte Kanal relativ tief ist, einen im allgemeinen als »Übertragungsabschnitt« bezeichneten Bereich ß, in welchem der Schneckenkern 7 im Durchmesser bis zu einem Punkt 9 zunimmt und der Kanal fortlaufend flacher wird, und einen Bereich C, der als Meßabschnitt bekannt ist, in welchem der Kanal am flachsten ist und die Windungen des Schneckensteges 8 die geringste Höhe haben.

Im Betrieb wird die Schneckenpresse mit Material durch einen Zuführstutzen 11 zum Bereich A derart beschickt, daß der Kanal so voll wie möglich mit noch nicht geschmolzenem Plastikmaterial gefüllt ist. Das Verdichten, Weichmachen, Schmelzen und Mischen findet im Bereich ß statt, wenn das Material durch den ständig flacher werdenden Kanal läuft.

Der Kanal wird durch einen Schneckenteil und die Innenfläche des Zylinders 12 begrenzt. Schneckenpressen werden im allgemeinen so betätigt, daß das zu Anfang nicht plastische Material etwa auf halbem Wege längs des Bereichs B plastisch wird.

In dem Bereiche soll das Material, das dort hindurchgeführt wird, hinsichtlich Temperatur, Dichte. Färbung usw. gleichmäßig gemacht werden. Um die Aufschmelzzeit des zu verarbeitenden Materials zu

ίο verkürzen und damit die Leistungsfähigkeit der Schneckenpresse zu erhöhen, kann man den Zylinder oder den axialen Kern neben der Schnecke erhitzen. Es ist leicht zu erkennen, daß, wenn der Preßvorgang einmal mit etwa Maximalgeschwindigkeit iesi-

gelegt ist, um ein genügend gepreßtes Erzeugnis herzustellen, eine kleine Veränderung zu einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit die Gleichgewichtszustände stören kann, die innerhalb der Schneckenpresse bestehen, wodurch nicht -lässige Ungleichförmig-

keiten der gewünschten Eigenschaften des Materials verursacht werden können, das von der Schneckenpresse abgegeben wird. Da Thermoplastmischungen nur bei hohen Temperaturen zerlegt oder verändert -verden können, muß beachtet werden, daß beim Pressen von thermoplastischem Harz in der Schnekkenpresse ein Überhitzen vermieden wird.

Die Wärme, die durch das Verarbeiten des Materials in der Schneckenpresse entsteht, reicht oft aus. um als alleinige Wärmequelle zur Plastifizierung zu

dienen. An der Stelle, an der die Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich eines Materials und der Zersetzungstemperatur liegt, kann es möglich sein, eine Vorrichtung zu verwenden, die Zylinderteile oder den Schneckenkern abkühlt. Die

Schnecke 6 der Schneckenpresse weist Nocken 15 auf. die in verschiedenen Mustern angeordnet sind. Zur wirkungsvollen Anwendung sind die Nocken 15 auf dem Schneckenkern 7 verankert und quer zum Kanal eines Schneckenganges wenigstens an einer Stelle der

Schnecke angeordnet. Im Fall eines einzelnen Schneckenganges, wie in Fig. 1, 2 und 5, sind die Nocken zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen des Schneckenganges mit Abständen zueinander an verschiedenen Stellen des gleichen Kanals verteilt. Diese Anordnung ist auch für eine zweigängige Schnecke wie in F i g. 6 vorgesehen, wobei die Nocken 17 quer zum Kanal angebracht sind. Der Kanal wird durch die aufeinanderfolgenden Windungen 18, 19 des Schneckenganges 21 festgelegt, unab-

hängig davon, daß eine Windung 22 eines zweiten Schneckenganges, z. B. 23 zwischen den Windungen 18 und 19 auftritt und die Nocken 17 in zwei Gruppen aufteilt.

Die Anzahl der Nocken, ihre Anordnung, ihr Durchmesser und ihr Abstand zueinander kann sich hinsichtlLh einer besonderen Anwendung der Schnekkenpresse, der Schmelztemperatur, der Art des zu pressenden Profils, der Art des einzuspeisenden Materials und hinsichtlich anderer Größen ändern.

Bei einigen Anwendungen genügt es, eine einzige Gruppe der Nocken 15 an einem einzigen Bereich des Schneckenkerns 7 anzubringen (F i g. 2). Der Durchgang von plastischem Material durch eine solche Nockengruppe bringt ein vollständiges Mi-

sehen mit sich. In Verbindung n^it anderen Ausführungsformen der Schneckenpresse ergibt sich eine ausreichende Aufheizung des Materials. Wenn es eine Materialart erlaubt oder erfordert, stark erwärmt

und gemischt zu werden, können zusätzliche Nockengruppen an mehreren Stellen längs der Schneckenpresse innerhalb des Teiles, wo das Material plastisch ist, vorgesehen werden.

In Fig. I sind drei Nockengruppen dargestellt, die quer zu dem Kanal über dessen gesamte Breite und in drei voneinander getrennten Teilen des Kanals angeordnet sind. In dieser Anordnung besitzen die Nokken alle etwa die gleiche Größe, unterscheiden sidi jedoch im Abstand und in der Anzahl zwischen den ein-/.einen G nippen. Die Nockengruppc M, die in dem Bcreich Ii der Schneckenpresse angeordnet ist. umfaßt drci Nocken (ein Nocken ist nicht dargestellt). Von den drei Nockengruppen übt die Nuckengruppe M einen anfänglichen, wenig starken ZcrtcilungsclTckt auf die normalen Strömungen des im Kanal der Schnecke auftretenden plastischen Materials aus. lis ist zu bemerken, daß die Nocken der Gruppe M eher parallel zur Achse der Schnecke als direkt quer zu dem durch den Schncckcnstcg 8 festgelegten spiraligen Kanal ausgerichtet sind. Wie auch bei der Nokkc-ngruppe M können Nocken mit Ί* Zoll Durchmesser in einem Abstand von ·«Zoll von dem nächsten Nocken oder dem angrenzenden Teil des Schncckcngangcs angeordnet sein.

Die Nocken der zweiten Nockengruppc N sind in zwei Reihen mit etwas geringerem Abstand, z. B. ¹ ι Zoll, als die der Nockengruppc M angeordnet. Demzufolge läuft das Material in Längsrichtung der Strangpresse und wird nun einer größeren (icschwindigkcitsändcrung und daher größeren momentanen Schubspannungen, besserem Mischen und ansteigender Temperaturerhöhung ausgesetzt, wenn es durch die kleineren öffnungen zwischen den Nocken hindurchgcht. In der Nockengruppe N sind die Nocken wicder in Reihen parallel zur Schncckcnachsc angcordnet.

In dem Bereich des Kanals, der näher am Auslaufende liegt, ist eine dritte Gruppe/' von 15 Nokken in drei Reihen angeordnet, die einen noch geringcren Abstand gegeneinander aufweisen als bei der Nockengruppc N. Beispielsweise haben Nocken mit einem Durchmesser von ' «Zoll und einem Abstand von */« Zoll zueinander in der gleichen Reihe unil von Nocken in der benachbarten Reihe in der Gruppe/' zufriedenstellende F.rgcbnissc geliefert, wobci sie als eine einzige Gruppe oder zusammen mit den im folgenden beschriebenen Gruppen wirken. Die Nocken der Gruppe P mischen das plastische Material sehr gut. In vielen Fällen genügt eine Nokkcngruppc. wie die Gruppe P. um eine derartig starke Mischung herbeizuführen, daß ohne Hilfe anderer Cirupncn. wie der Nockengruppen N und M. eine gute Farbverteilung und Ternpcraturglcichhcit erreicht wird.

Beim Kühlen des Zylinders und/oder der Schnecke ist es in manchen Fällen wünschenswert, die Verwendung von mehr als einer oder zwei Nockengruppen zur Regelung der Temperaturerhöhung unterhalb einer Zerfall- oder Zersetzungshöhe, wenn zufrieden- stellend gepreßte Erzeugnisse erreicht werden könncn. zu vermeiden.

In einer gegenüber den Nockengruppen M und N gegensätzlichen Anordnung erstrecken sich die Reihen der Gruppe P nicht parallel zur Achse der Schncckc und etwa ..cnkrecht zur Richtung des schraubenförmigen Kanals, der durch die aufeinandcrfolgcndcn Windungen des Schncckcmtegs 8 festgelegt ist, d.h., die Reihen der GruppeP folgen der kürzesten Richtung zwischen den aufeinanderfolgende Windungen festlegenden Gangteilen.

In Fig. 5 ist ein weiteres Muster zur Anordnung einer Gruppe von Nocken25 dargestellt. In dieser Anordnung erstrecken sich die Reihen wie bei der Gruppe/³ in Fig. 1 eher senkrecht zur Richtung des Kanals als parallel zur Achse der Schneckenpresse. Die Nocken jeder Reihe sind gegenüber denen der benachbarten Reihe versetzt.

In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, daß die Nocken in allen Fallen etwa die gleiche Höhe wie der Schnckkcngang besitzen. Sie sind alle als ein Teil der Schnecke durch radial gerichtete Bohrlöcher in dem Schncckcnkcrn 7 angebracht.

Sie sitzen vorzugsweise tiefer in dem Kern als sie über diesen hinausragen. Die Löcher haben einen derartigen Durchmesser, so daß die Nocken mit Preßsitz darin sitzen können. Die Nocken können in

ao den Kern eingezwängt werden, indem vor ihrem Hinführen pulverförmiges Silbcrlot und Flußmittel auf den Boden der Löcher verteilt werden. Danach wird die Nockc hineingepreßt und sie und der ihr benachbarte Bereich des Kerns erhitzt, bis eine Bin-

»5 dung entstanden ist. Da die Nocken gewöhnlich eine überlange aufweisen, werden ihre äußeren F.nden geschliffen, überarbeitet oder irgendwie bearbeitet, so daß ihre Form mit der Hüllflächc, die durch den Schncckcnstcg8 gebildet wird, wie in Fig. 2 und 3 daigcstcüi. übercinstirnrnt.

Zum besseren Verständnis ist in Fig. 7 schema tisch dargestellt, wie Nebenströme thermoplastischen Materials innerhalb aller üblichen Schneckenpressen quer zum Kanal der Schnecke umlaufen. Die allgemeine Richtung des geschmolzenen Materials gcgenüber der Schnecke 30 verläuft längs des schraubenförmigcn Kanals 21, der das Material enthält. Zum besseren Verständnis kann der Kanal so betrachtet werden, daß er eine schneckenförmige Achse 32 bcsitzt, die sich längs der Kanalmitte zwischen den angrenzenden Windungen des Schneckcnstcgcs 33 crstreckt.

Zusätzlich zur Hauptbcwegung längs des Kanals in Längsrichtung zur Achse 32 fließt das flüssig gewordcne thermoplastische Material kreisförmig quer um die Achse32. Wenn das in der Schneckenpresse cnthaltcnc Material als eine Gesamtheit von Rinzeltcilelementen betrachtet wird, durchläuft folglich jedes Element einen schraubenförmigen Weg, der um eine

so Achse 32 zentriert ist, die ihrerseits ebenfalls schraubenförmig ist. Diese ziemlHi komplexe Materialbewegung36 innerhalb einer üblichen Schneckcnpresse wird durch den Reibungskontakt der Zylinderinnenfläche 34 mit der radial äußeren Fläche 35 des veränderlichen Plastikmatcrials hervorgerufen. Wie in der durch Reibungswärme oder durch Erhitzen oder Abkühlen der Vorrichtung entstehenden Wärmeübertragung an der Grenzfläche zwischen dem Material und den Zylinder- oder Schneckcnflächen herrscht normalerweise ein Temperaturanstieg, der sich \on der Achse 32 nach außen zu diesen Grenzflächen ändert.

In F i g. 7 und 8 sind die Linien α, b und c auf der Fläche eines Querschnitts einer Plastikschmelze q"?r

durch die Schneckenpresse gezeichnet, um ein annäherndes Fließmuster um den Kanal zwischen den Windungen 37 und 38 darzustellen und die Schraubenform des Weges, der von den Teilchen der der

Linien folgenden Schmelze durchlaufen wird, darzustellen. Wenn man nun den Teil der zwischen den Windungen 38 und 39 enthaltenen Schmelze, die sich nach rechts bewegt, betrachtet, ist ersichtlich, daß dieser Teil der Schmelze durch die Nocken 40 hindurchgehen wird. Diese Nocken haben, wie im V->rhergehenden ausgeführt, eine Höhe, die etwa gleich der vollen.Höhe des Ganges ist und durchdringen daher die volle Höhe des in dem Kanal enthaltenen Materials, um die normr.cerweise quer laufenden Materialflüsse im Kanal zu zerreißen und ein Mischen des Materials, das vorher nahe um die Achse 32 des Materialflusses z. B. längs der Linie a umgelaufen ist, mit dem Material, das weiter weg

von der Achse 32 z. B. längs den Linien b und c umgelaufen ist, und umgekehrt hervorzurufen.

In F i g. 7 ist zu bemerken, daß die Richtung des Querstromes des geschmolzenen Materials in einem anderen Winkel gegenüber dem der Linie, in der die Nocken 40 angeordnet sind, liegt, Weitere Untersuchungen haben die Vorteile dieser Anordnung bestätigt.

Bei früheren Anwendungen wurde eine annehmto bare Temperatureinheitlichkeit eines Strangpressenerzeugnisses hauptsächlich dadurch erzielt, daß die Tiefe des Kanals in dem Meßbereich auf Kosten der Leistungsfähigkeit der Schneckenpresse verringert wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Fs ist bereits eine Schneckenpresse dieser Art bekannt (USA.-Patentschrift 2 838 794), bei der scharfe Patentansprüche: eckige Nocken verhältnismäßig niedriger Höhe auf einem wesentlichen Teil der Schneckenkernoberfiäche

1. Schneckenpresse zum Verarbeiten eines 5 vorgesehen sind, damit die in Form wäßrigei Lösunthermoplastischen KunststoiFes. bei der in einer gen der Schneckenpresse aufgegebenen Thermoplaste. Gehäusebohrung eine drehbare Schnecke ange- die sich etwa wie Schmiermittel verhalten, im Bezug ordnet ist. die mit der Gehäusebohrung durch auf die erforderlichen Reibungskräfte zwischen Meihrcn Schneckenkern und ihren Schneckensteg tail (Schnecke/Schneckengehäuse) und zu verarbeiemen schraubenförmigen ununterbrochenen 10 tender Flüssigkeit ausreichende Fließwiderstände Schneckenkanal bildet, der in einer Einzugsznnc vorfinden und damit zugleich ein Mibcheffekt erzielt einen großen gleichbleibenden Querschnitt, in wird. Solche Nocken allein haben jedoch nicht immer einer anschließenden Umwandlungszone einen die gewünschte Wirkung, zumal wenn die Innenwand stetig sich verkleinernden Querschnitt und in des Schneckengehäuses mit schraubenlinienförmig einer daran anschließenden Ausstoßzone einen 15 angeordneten Rillen versehen ist, damit höhere Fließim wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt widerstände in der Einzugszone erzeugt werden,
aufweist und in dem sich vom Schneckenkern in Es ist bei einer Schneckenpresse aber auch schon

Richtung der Hüllfläche des Schneckensiegs sich bekannt (USA.-Patentschrift 3 160 688), als Mittel erstreckende Nocken vorgesehen sind, dad u rch zum Erzeugen mechanischer Kräfte in einer Zone gekennzeichnet, daß die Nocken(15,25), 20 bestimmten Druckes und bestimmter Temperatur für die in der Umwandlungs- und/oder Ausstoßzone den Zweck des Mischens einer thermoplastischen angeordnet sind, sich bis zur Hüllfläche des Schmelze mit unter hohem Druck eingespritztem Schneckenstegs (8) erstrecken, mindestens an Treibmittel fingerartige oder fiächenförmige Nocken einer Seite des Schn.eckenkanals in Reihen und in einer stegfreien Zone auf dem Schneckenkern im diese quer im Schneckenkanal angeordnet sind, 25 Bereich der radialen Einspritzöffnungen für ein und daß der Abstand der Nocken zueinander und Treibmittel vorzusehen. Diese Finger oder Plättchen zu den Schneckenstegen gleich ist. bewirken ein Durchmischen der Schmelze mit dem

2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch Treibmittel, bevor sie als treibmittelhaltige Schmelze gekennzeichnet, daß im Schneckenkanal der Um- das Preßwevkzeug verläßt. Die dabei eintretende wandlunßszone die Anzahl der Nocken (15, 25) 30 Durchmischung ist jedoch nicht ausreichend,
geringer und der Abstand der Nocken größer ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als im Schneckenkanal der Ausstoßzone. Schneckenpresse der eingangs genannten Art so aus-

3. Schneckenpresse nac^: Anspruch 1 oder 2, zugestalten, daß durch einen günstigen Mischeffekt dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (25) eine günstige Temperaturvergleichmäßigung der jeder Reihe versetzt zu denen der benachbarten 35 Schmelzepartikeln erzielt wird.

Reihe angeordnet sind. Diese Aufgabe ist bei einer solchen Schnecken-

4. Schneckenpresse nach einem der Ansprü- presse erfindungsgemäß dadrch gelöst, daß die Nokehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ken, die in der Umwandungs- und/oder Ausstoßzone stirnseitigen Außenflächen der Nocken (15,25) angeordnet sind, sich bis zur Hüllfläche des Schnekder Hüllfläche des Schneckenstegs (8) angepaßt 40 kenstegs erstrecken, mindestens an einer Seite des ausgebildet sind. Schneckenkanals in Reihen und diese quer im

5. Schneckenpresse nach einem der Ansprü- Schneckenkanui angeordnet sind, und daß der Abche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stand der Nork^n zueinander und zu den Schnecken-Nocken (15, 25) zylinderstiftförmig ausgebildet Stegen gleich ist.

sind- 45 Die Erfindung bringt dem Vorbekannten gegen

über den bedeutenden Vorteil mit sich, daß eine Verringenmg des Kanalquerschnittes in dem Meßbereich

einer Schneckenpresse vermieden wird, die sonst notwendig wäre, um eine ausreichende Plastizität des 50 Materials zu erreichen. Die Verwendung von Strangpressenschnecken, die mit Nocken in dem End-Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse zum bereich versehen sind, ermöglicht eine größere Tiefe Verarbeiten eines thermoplastischen Kunststoffes, bei der Kanäle und damit die Benutzung von Schneckender in einer Gehäusebohrung eine drehbare Schnecke presser die eine größere Leistungsfähigkeit bei der angeordnet ist, die mit der Gehäusebohrung durch 55 Verarbeitung von verschieden thermisch empfindihren Schneckenkern und ihren Schneckensteg einen liehen synthetischen Harzen aufweisen. Bei der Erschraubenförmigen ununterbrochenen Schnecken- findung soll nicht so sehr ein Schmalermachen des kanal bildet, der in einer Einzugszone einen großen Flußweges des Schmelzstromes zu einem flachen gleichbleibenden Querschnitt, in einer anschließen- Strom mit niedriger Kapazität erreicht werden, als den Umwandlungszone einen stetig sich verkleinern- 60 vielmehr den Schmelzfluß in einer Anzahl kleinerer den Querschnitt und in einer daran anschließenden Flüsse zu unterteilen, wobei das geschmolzene Harz Ausstoßzone einen im wesentlichen gleichbleibenden für eine sehr kurze Zeit einer höheren Scherkraft ausQuerschnitt aufweist und in dem sich vom Schnecken- gesetzt ist und danach wieder in den Mischvorgang kern in Richtung der Hüllfläche des Schneckenstegs eintrifft. Die Kosten zur Herstellung der Schnecke sich erstreckende Nocken vorgesehen sind. Solche 65 einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse sind sehr Schneckenpressen haben die Aufgabe, Granulat in gering. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, eine Schmelze umzuwandeln und diese unter stetig daß bereits bestehende Schneckeneinrichtungen umzunehmendem Druck auszustoßen. gebaut werden können oder daß Strangpressen mit