DE1778605B2

DE1778605B2 - Misch- und reaktionsextruder

Info

Publication number: DE1778605B2
Application number: DE19681778605
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing 5630 Remscheid Schippers
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1968-05-16
Filing date: 1968-05-16
Publication date: 1972-11-30
Also published as: GB1246021A; CH486266A; FR2008656A1; US3583684A; DE1778605A1; NL6907482A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse zur kontinuierlichen Durchführung von Misch-, Homogenisier- und Reakiionsvorgängen von fließfähigen, insüesondere zähflüssigen Stoffen oder Stoffgemischen, mit mindestens einer Schmecke mit einer Förder- und einer in Extrusionsrichtung anschließenden Mischzone in einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuse sowie einer drehbaren, mit Durchbrechungen versehenen Trennwand.

Bei der Aufbereitung thermoplastischer Kunststoffe, wie z. B. beim Einmischen von Farben und Additiven sowie beim Mischen mehrerer Kompo-

... nenten eines fließfähigen bzw. zähfiissigen Stoffes ist deren intensive Durchmischung und Homogenisierung erforderlich. Die unrureichende Mischung beispielsweise einer Schnecke ergibt bei der Extrusion Dickenunterschiede und Qualitätsschwankungen des Extrudates, verbunden mit einer rauhen uneinheitlichen Oberfläche. Demzufolge wird sowohl das Festigkeitsverhalten als auch das Aussehen des Endproduktes in nicht zulässigem Grade beeinträchtigt.

• ■ ·" Die Mischung und Homogenisierung eines zähflüssigen Stoffgemisches kann bekanntlich in Schneckenpressen mit besonderen Misch- und Homogenisierungszonen zwischen Schneckenein- und -ausgang erfolgen. So sind zu diesem Zweck z. B. Schnecken mit wechselnder Gangsteigung oder mit Abschnitten gegensinniger Gangsteigung bekannt oder auch solche mit Abschnitten ohne Schneckengang. Weiterhin werden auch Schnecken verwendet mit einander überlagerten Schneckengängen mit kleiner und großer Gangsteigung im gleichen Abschnitt oder mit Rudimenten entsprechender Schnckengänge wie , z. B. Staukörper oder Knetnocken. Neben diesen Mischeinrichtungen, bei denen die Verweilzeit des Gutes wesentlich von der Fördergescnwindigkeit in der Mischeinrichtung bzw. Mischzone abhängt, erfolgen in der Mischvorrichtung gemäß deutsche Patentschrift 1200 788 Misch- und Fördervorgang unabhängig voneinander.

Es ist ferner bekannt, in Strangpreßwerkzeugen gemäß deutsche Auslcgcschrift 1 217 599 zur Beseitigung oder Verhinderung von Fließnähten hinter Haltceinrichtungcn für Spritzdorne. Torpedos u. dgl.

6s durchlochtc Hohlzylindcrwändc zwischen zwei koaxialen Ringkammern drehbar anzuordnen, durch die die aufgeschmolzene und schon homogenisierte Masse von außen nach innen hindurchfließt, wodurch

die Fließnaht- oder Längsmarkierungsbezirke im Schmelzefluß zerschnitten und auf einen brüten Bereich verteilt werden sollen. Ein mehrfacher Richtungswechsel im Durchtritt der Masse durch den Lochzylinder findet nicht statt. Eine intensive Durchmischung und Homogenisierung ist weder beabsichtigt noch erzielbar.

Es ist weiterhin bekannt, in Entgasungsschneckenstrangpressen gemäß deutsche Auslegeschrift 1 251 943 zwei Schnecken koaxial anzuordnen, wobei der Schneckengang der ersten als Hohlschnecke ausgebildeten Schnecke vor einer konischen bis an die Innenwand des Schneckengehäuses dichtend heranreichenden, mit Radialbohrungen (Düsen) versehenen Aufweitung ihres Schneckenkernes endet, be- \ or der Schneckengang der zweiten, im Entgasungsbezirk gelegenen Schnecke beginnt. Diese Düsen bilden eine Widerstandsbarriere zwischen dem Hoch-Jiuckgebiet links und dem Entgasungsunterdruckaebiet rechts vom Düsenfeld. Auch bei dieser Ausbildung erfolgt der Massedurchtritt stets nur in einer Richtung. Ein intensiver Mischeffekt ist mit dieser Anordnung nicht erzielbar.

In einfacher Weise erhält man eine zufriedenstellende Durchmischung des geförderten Gutes, indem man auf kleinere Gangtiefen unter entsprechender Vergrößerung des Kerndurchmessers übergeht. Kleine Gangtiefen bewirken eine starke Scherung und damit eine intensive Mischung des zu homogenisierenden Stoffes. Bei kleinen Gangtiefen ist jedoch die Fördermenge begrenzt, wenn man nicht auf zu große Schneckendurch i-.esser übergehen will.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Homogenisierung des geförderten. Gutes bei verhältnismäßig großer Fördermenge und kleinem Schneckinkerndurchmesser zu erzielen. Es wurde gefunden, daß es, da die Strömung zähflüssiger Stoffe im allgemeinen laminar verläuft, zur Lösung der gestellten Aufgabe im wesentlichen darauf ankommt, der Hauptströmungsrichtung des Materials eine hierzu senkrechte Materialbewegung durch besondere Einrichtungen zu über agern, um der laminaren Strömung turbulente Eigenschaften zu verleihen und auf diese Weise eine intensive Durchmischung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Trennwand in der Mischzone zwischen den Schneckenstegen mindestens einer Schnecke angeordnet ist, deren radialer Abstand vom 7ugeordneten Schneckenkem einerseits und von der Zylinderinnenwand des Gehäuses andererseits in Längsrichtung und/oder in Drehrichtung des Schneckensteges veränderbar ist und die den Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug .rit jeweils veränderbarem Durchgangsquerschnitt für die Stoffe aufteilt.

Die Züge sind durch die Durchbrechungen, wie Löcher bzw. Schlitze, in der Trennwand verbunden. Man erreicht damit, daß das zu homogenisierende Gut oeirn Durchfließen der Mischzone gezwungen wird, durch die öffnungen in der Trennwand in kleinen Teilströmen abwechselnd vom inneren in den äußeren und vorn äußeren in den inneren Zug zu fließen, wobei die Förderung in der Hauptfließrichtung nur wenig verzögert wird. Die radiale Austauschbewegung des fließfähigen bzw. zähflüssigen Stoffes führt zu der angestrebten intensiven Durchmischung.
' Da der Zu» zwischen Trennwand und Schncckenkern, also der innere Zug, lediglich am Anfang und am Ende der Mischzone in Richtung der Stegwendel für feste Gegenstände wie z. B. Reinigungsgeräte und selbst dort nur unter Schwierigkeiten zugänglich ist, ist es vorteilhaft, daß im Bereich der Mischzone der Schneckenkern and der Schneckensteg mit der Trennwand voneinander getrennt sind, und daß der Schneckenkem oder/und der Schneckensteg mit dem entsprechenden Schneckenkem bzw. dem Schnecken-

steg der Förderzone lösbar verbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht die leichte Reinigung des Schneckenkems und der Innenseite der Trennwand in der Mischzone.

Solange das eingebrachte Gut noch nicht zähflüssig

t5 ist, ist die Anbringung der Trennwände wenig sinnvoll, zumal sie den Druckaufbau ungünstig beeinflussen wurden. Am Schnee-'.:nanfang wird man daher die Stege zunächst ohne Trennwand ausführen, um hier den Druck aufzubauen. In der anschließenden. mit der Trennwand versehenen Mischzone wird das zähflüssige bis flüssige Gut weiterbefördert und d Tchmischt, im allgemeinen ohne weiteren Druckaufbau.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der sowohl vom Schneckenkem der Förderzone als auch der vom Schneckensteg der Mischzone getrennte Schnecken¹.em der Mischzone austrittsseitig unabhängig drehbar gelagert und antreibbar ist. Durch die Relativbewegung zwischen Schneckenkem und Stegwendel wird eine zusätzliche Durchmischung des zu homogenisierenden Gutes erreicht.

Einen noch intensiveren Durchmischungs- und Homogenisierungseffekt erreicht man dadurch, daß die Scnnecke im Bereich der Mischzone von einer kernlosen Stegwendel mit einer der Wendelsteigung dieser zentralen Schnecke gleich oder entgegengesetzt gerichteten Steigung umgeben ist, zwischen deren Stegwindungen die entsprechend wendeiförmige Trennwand mit Löchern, Schlitzen oder ähnlichen Durchbrechungen angeordnet ist, wobei der radiale Abstand der Trennwand vom ihr zugeordneten Schneckenkem der zentralen Schnecke einerseits und der Zylinderinnenwand des Gehäuses andererseits in Längsrichtung der Schnecke veränderbar ist, und daß die kernlose Stegwendel zusammen mit der wendeiförmigen, durchbrochenen Trennwand eintrittsodcr austrittsseilig drehbar gelagert und antreibbar ist. Bei eintrittsseitigem Antrieb wird die Stegwendel

5" mit der dazwischenliegenden Trennwand als Verlängerung eines rohrförmigen ManteL ausgebildet, der die zentrale Schnecke im Bereich der Förderzone ähnlich einem üblichen Extruderzylinder umgibt, um den notwe-digen Förderdruck in der plastifizierten Masse erzeugen zu können. Im Bereich des Einfülltrichters der Schneckenpresse weist der rohrförmige Mantel fensterartige Durchbrechungen auf, welche dem Rohmaterial den Weg zur Förderschnecke freigeben. Über die Rippen zwischen den fensterartigen Durchbrechungen wird das Antriebsdrehmoment auf den rohrförmigen Mantel und die sich daran anschließende Stegwendel übertragen. Bei austrittsseitigem Antrieb der Stegwendel kann der rohrförmige Mantel vor Beginn der Einfüllzonc enden.

Gleich gute Ergebnisse erzielt man dadurch, daß der Schneckenkem am Beginn der Mischzone endet, und daß die Stegwendel der Mischzone mittels der durchbrochenen Trennwand, die den von der Steg-

wendel gebildeten Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug teilt, mit dem Schneckcnkcrn der Förderzone verbunden ist, wobei sowohl Innenais auch Außendurchmesscr des Steges gegenüber denen des Steges der Förderzone vergrößcrl sind, und die durchbrochene Trennwand eine trichter-oder glockenförmige Erweiterung bildet, in die eine zur Förderschnecke koaxiale oder nahezu koaxiale zweite Schnecke hineinragt, deren Schneckensteg mit dem Steg des inneren Zuges der im Durchmesser vergrößerten Stegwendel der Förderschnecke zusammenwirkt. Es ist dabei besonders vorteilhaft, daß die in die trichterförmige Erweiterung der Förderschnecke hineinragende zweite Schnecke austrittsseitig drehbar gelagert und antreibbar ist, wobei der Drehsinn sowohl ihrer Rotationsbewegung als auch ihrer Gangsteigung dem der Förderschnecke entgegengerichtet ist.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht einer Schneckenpresse mit nur eintrittsseitigem Antrieb,

F i g. 2 die Gesamtansicht einer Schneckenpresse mit eintritts- und austrittsseitigem Antrieb,

F i g. 3 den Schnitt durch eine Schneckenpresse, die eine Schnecke mit üblichem Förderabschnitt und einer Mischzone gemäß dem Ausführungsbeispiel aufweist.

F i g. 4 den Schnitt IV-IV durch F i g. 3,

Fig. 5 den Schnitt durch den Zylinder einer Schneckenpresse mit einer Schnecke, deren Steg in der Mischzone vom Schneckenkern getrennt ist,

F i g. 6 den Schnitt VI-VI durch F i g. 5,

F i g. 7 eine Teilansicht der Trennwand,

Fig. 8 die gleiche Teilansicht wie in Fig. 7, jedoch in anderer Ausführung,

F i g. 9 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführung,

Fig. 10 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführung.

Die Übersichtszeichnungen gemäß den F i g. 1 und 2 stellen den Aufbau zweier Ausführungsbeispiele von Schneckenpressen im ganzen dar. Die Schneckenpresse nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem Gestell 1, dem Antrieb 2, dem Gehäuse 3 mit Stütze 4, dem Einfülltrichter 5 und dem Befestigungsflansch 6 für ein nicht dargestelltes beliebiges Strang- bzw. Düsenwerkzeug. Der Extruder gemäß Fig. 2 unterscheidet sich im wesentlichen von dem nach F i g. 1 durch einen zweiten, austrittsseitig angeordneten Antrieb 7, der gegebenenfalls eine zweite Schnecke antreibt und auf einem Hilfsgestell 8 ruht. Da die Schmelze hier radial aus dem Gehäuse 3 austritt, sitzt der Befestigungsflansch 6 am Umfang des Gehäuses 3 entweder, wie in F i g. 2 dargestellt, an der Unterseite des Gehäuses oder aber auch auf der Oberseite oder seitlich am Gehäuse 3.

In der Teilansicht gemäß F i g. 3 ist der Schneckensteg längs der Schnecke in der vertikalen Mittelebene geschnitten und auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Übersichtlichkeit wegen weggelassen; Schneckenkern 9 und Schneckensteg 10 sind aus einem Stück gefertigt. An der mit dem Pfeil 11 bezeichneten Stelle beginnen Mischzone und Trennwand 12. Letztere weist eine große Zahl von Durchbrechungen 13 auf, durch welche dai aufgeschmolzene Material auf seinem Weg durch die Mischzone abwechselnd vom inneren in den äußeren Zug und umgekehrt gepreßt wird. Diese zur Förderbewegung der Schmelze cjiier verlaufende Bewegung wird durch die in F i g. 4 erkennbare exzentrische Anordnung der Trennwand 12 erzwungen. Gleichermaßen würde auf die F i g. 3 angewandt auch die Trennwandanordnung gemäß F i g. 6 den gleichen Effekt hervorrufen.

Bei der Einrichtung gemäß F i g. 5 sind Schneckenkern 14 und Schneckensteg 15 im Bereich der Misch-ζοηΐ voneinander getrennt. Der Schneckensteg 15 der Mischzone und der Schneckensteg 16 der Förderzone können aus einem Stück gefertigt oder aber auch lösbar miteinander verbunden sein (nicht dargestellt). Der Schneckenkern 14 der Mischzone kann,

is wie in F i g. 5 dargestellt, mit dem Schneckenkern 17 der Förderzone beispielsweise mittels eines Gewindezapfens 19 und eines entsprechenden Innengewindes 20 lösbar verbunden sein. In der vorbeschriebenen und in F i g. 5 angedeuteten Ausführung kann der

ίο Schneckenkern 14 rechts gemeinsam mit der Mischzone enden. Diese Ausführung kann aber auch dahingehend abgewandelt sein, daß statt des Gewindezapfens 19 ein Lagerzapfen am Schneckenkern 14 sitzt und die zugehörige Bohrung im Schneckenkern 17 der Förderzone als Gleitlager ausgebildet ist. In diesem Fall kann dann der Schneckenkern 14 austrittsseitig im Gehäuse 3 in üblicher Weise gelagert und angetrieben sein.

Der Schnitt VI-VI gemäß F i g. 6 läßt die Anordnung der Trennwand im Querschnitt der Schnecke erkennen. Durch diese nahezu elliptische bzw. ovale Anbringung der Trennwand 12 um den Schneckenkern 14 herum wird das aufgeschmolzene Förderbzw. Mischgut auf seinem Weg durch den Schneckengang der Mischzone abwechselnd vom inneren in den äußeren Zug und umgekehrt gepreßt. Hierdurch wird der bereits in Verbindung mit F i g. 4 geschilderte Durchmischungseffekt erzielt. Die Trennwandanordnung nach F i g. 4 würde, angewandt auf die Anordnung gemäß F i g. 5, den gleichen Erfolg erbringen.

Die in den F i g. 7 und 8 dargestellten Durchbrechungen 13 und 21 sind nur als Beispiel zu werten. Anordnung, Anzahl und Durchmesser der in Fig. 7 dargestellten Durchbrechungen 13 können variieren. Breite, Form und Winkelstellung der Durchbrechungen 21 zum Schneckensteg 10 sollen durch die Darstellung in F i g. 8 nicht festgelegt sein. Als Querschnitt durch die F i g. 7 und 8 können je-

weils beide Trennwandanordnungen gemäß den F i g. 4 und 6 in Frage kommen.

Eine andere Ausführung der Einrichtung zeigt die F i g. 9. Die Maße der zentralen Schnecke 22, wie z. B. Außendurchmesser, Gangsteigung, Gangtiefe.

Stegbreite usw. können in Förder- und Mischzone gleich sein. Die Aufteilung in einen inneren und einen äußeren Zug durch die Trennwand 12 erfolgi hier nicht an der zentralen Schnecke 22, sondern ar einer Hilfsschnecke 23, die im wesentlichen aus dei Stegwendel 24, den Verbindungsrippen 25 und de: Lager- bzw. Antriebswelle 26 besteht und gewisser maßen die Verlängerung eines rohrförmigen Mantel 34 darstellt. Der Mantel 34 umschließt die zentral· Schnecke 22 im Bereich der Förderzone derart, dal in der plastifizierten Masse der notwendige Förder druck erzeugt werden kann. Der von der Stegwende 24 gebildete Gang ist wiederum mittels der durch brochenen Trennwand 12 in einen inneren und eine

äußeren Zug geteilt. Die Stcgwendel 24 ist so ausgebildet, daß sie sich lediglich über den Bereich der Mischzone erstreckt und gemäß F. g. 2 austnttsse.tig angetrieben werden kann. Andererseits kann. d e Stegv ,nclel 24 auch cintrittsseitig über den rohrformig⁸en Mantel 34 angetrieben werden Im letzter η Fall weist der Mantel 34 im Bereich des Ein ulltrichters fensterartige Durchbrechungen au ,wc he dem Rohmaterial den Weg zur ^«fä^™ geben. Über die Rippen zwischen den fensterartigeri Durchbrechungen wird das Antnebsdrehmoment au den rohrförmigen Mantel und die sich daran an schließende Ste^ggwendel 24 übertragen. Be, austnt sseitigem Antrieb der Stcgwendcl 24 kann der Mantel 34 vor Beginn der Einfüllzone enden Der mit dice Ausführung erzielbare Durchmischungseffekt .st

^rteUe'eAbwandlung des Ausführungsbei-,pid nSder ein ähnlich guter Durchm.chungseffekt erreicht wurde, stellt die Fig. 10 dar. Der Schneckenkern 27 der Förderschnecke 28 endet am Beginn der Mischzone, in die er dann als durchbrochene Trennwand 12 trichter- oder glockenförmig mit wechselndem Abstand von der Innenwand des Schneckengehäuses sich erweitert. ΌΊζ Trennwand 12 teilt hier den Gang der Stegwendel 29 in einen inneren und einen äußeren Zug und kann gegebenenfalls den Schnitten gemäß den F i g. 4 und 6 entsprechen. Die Querbewegung des Schmclzematerials erfolgt hier ebenfalls in beiden Richtungen durch die Durchbrechungen 13. Außerdem wird die Schmelze dann vom Schneckensteg 30 der zweiten Schnecke 31 erfaßt und verwirbelt bzw. intensiv durchgemischt. Die Verlängerung des Schneckenkernes 32 der zweiten Schnecke 31 ist gemäß den Fig. 2 und 10 austrittsseitig im Gehäuse 3 gelagert und angetrieben. Drehsinn und Drehzahlen der Schnecken 28 und 31 können verschieden sein, ebenso der Drehsinn ihrer Gangsteigungen. Der angedeutete radiale Austritt ist mit 33 bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

• I ,

Patentansprüche:

!.Schneckenpresse zur kontinuierlichen Durchführung von Misch-, Homogenisier- und Reaktionsvorgängen von fließfähigen, insbesondere zähflüssigen Stoffen oder Stoffgemischen, mit mindestens einer Schnecke mit einer Förder- und einer in Extrusionsrichtung anschließenden Mischzone in einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuse sowie einer drehbaren, mit Durchbrechungen versehenen Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) in der Mischzone zwischen den Schneckenstegen (10) mindestens einer Schnecke angeordnet ist, deren radialer Abstand vom zugeordnete Schneckenkern (9) einerseits und von der Zylinderinnenwand des Gehäuses (3) andererseits in Längsrichtung und/oder in Drehrichtung des Schneckenstegs (10) veränderbar ist und die den Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug mit jeweils veränderbarem Duichgangsquerschnitt für .die Stoffe aufteilt.
2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mischzone der Schneckenkern (14) und der Schneckensteg (15) mit der Trennwand (12) voneinander getrennt sind, und daß der Schneckenkern oder/und der Schneckensteg mit Jem entsprechenden ^chneckenkern (17) b~w dem .Schneckensteg (16) der Förderzone lösbar verb' nden ,ind (F i g. 5).
3. Schneckenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sowohl vom Schnecken- ■■ kern (17) der Förderzone als auch der vom Schneckensteg (15) der Mischzone getrennte Schneckenkern (14", der Mischzone austrittsseitig unabhängig drehbar gelagert und antreibbar ist.
4. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (22) im Bereich der Mischzone von einer kernlosen Stegwendel (24) mit einer der Wendelsteigung dieser zentralen Schnecke (22) gleich oder entgegen'-" gesetzt gerichteten Steigung umgeben ist, zwischen deren Stegwindungen die entsprechend wendeiförmige Trennwand (12) mit Löchern, Schlitzen oder ähnlichen Durchbrechungen (13) angeordnet ist, wobei der radiale Abstand der Trennwand (12) vom ihr zugeordneten Schnekkenkern der zentralen Schnecke (22) einerseits und von der Zylinderinnenwand des Gehäuses (3) andererseits in Längsrichtung der Schnecke (22) veränderbar ist, und daß die kernlose Stegwendel (24) zusammen mit der wendeiförmigen, durchbrochenen Trennwand (12) eintritts- oder austrittsseitig drehbar gelagert und antre'bbar ist (Fig. 9).
5. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenkern am Beginn der Mischzone endet, und daß die Stegwendel (24) der Mischzone mittels der durchbrochenen Trennwand (12), die den von der Sttgwendel (24) gebildeten Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug teiU. mit dem Schneckenkern (27) der Förderzonc verbunden ist. wobei sowohl Innen- als auch Aiißendurchnicsser des Steges gegenüber denen des Steges der Förderzone vergrößert sind, und die durchbrochene Trennwand Γ121 eine trichter- od^fir glockenförmige Erweiterung bildet, in die eine zur Förderschnecke (28) nahezu koaxiale zweite Schnecke (31) hineinragt, deren Schneckensteg (30) mit dem Steg des inneren Zuges der im Durchmesser vergrößerten Stegwendel (29) der Förderschnecke (28) zusammenwirkt (Fig. 10).
6. Schneckenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die trichterförmige Erweiterung der Förderschnecke (28) hineinragende zweite Schnecke (31) austrittsseitig drehbar gelagert und antreibbar ist, wobei der Drehsinn sowohl ihrer Rotationsbewegung als auch ihrer Gangsteigung dem der Förderschnecke (28) entgegengerichtet ist.