DE1779174A1

DE1779174A1 - Screw press for extruding thermoplastics

Info

Publication number: DE1779174A1
Application number: DE19681779174
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl-Ing Oestreich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1968-07-15
Publication date: 1971-09-02

Description

Schneckenpresse zum Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe Zum Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe, beispielsweise der Isolierung von Hochspannungskabeln, werden Schneckenpressen benötigt. Screw press for extruding thermoplastic plastics Zum Extrusion of thermoplastics, for example the insulation of high-voltage cables, screw presses are required.

Schneokenpressen zum Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So unterscheidet man beispielsweise Schneckenpressen mit nur einer Schnecke und Schneckenpressen mit zwei Schnecken, sogenannte Doppelschneckenpressen. Bei einer Doppelschneckenpresse besteht die Möglichkeit, die beiden Schnecken in gleichsinniger oder in gegensinniger Richtung umlaufen zu lassen.. Doppelschneckenpressen mit in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Schnecken zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß die zu verarbeitenden Stoffe gegen erhebliche Drücke gefördert werden. Sie sind aber mit dem Nachteil einer geringen Mischfähigkeit behaftet, so daß mit diesen Pressen ungenügend homogene Stoffe kaum verarbeitet werden können.Screw presses for extruding thermoplastics are known in various embodiments. This is how one differentiates, for example Screw presses with only one screw and screw presses with two screws, so-called Twin screw presses. With a twin screw press there is the possibility of the two snails in the same direction or in opposite directions Rotate direction .. twin screw presses with in opposite direction revolving screws are characterized in particular by the fact that the Substances are conveyed against considerable pressures. But you are at the disadvantage poor mixability, so that these presses are insufficiently homogeneous Fabrics can hardly be processed.

Die Verarbeitung inhomogener Stoffe ist mit Doppelschneckenpressen möglich, bei denen die Schnecken in gleichsinniger Richtung umlaufen. Solche Schneckenpressen können die zu verarbeitenden Stoffe aber nur gegen kleinere Drücke fördern.The processing of inhomogeneous materials is done with twin screw presses possible, in which the screws rotate in the same direction. Such screw presses can only convey the substances to be processed against lower pressures.

Aus der deutschen Patentschrift 821 937 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Vorteile der gegenläufigen und gleichläufigen Doppelschneckenpresse miteinander vereinigt sind.From the German patent specification 821 937 a device is known, where the advantages of the counter-rotating and co-rotating twin screw press are united with each other.

Diese Vorrichtung besteht aus einer sogenannten Mischschneckenmaschine und einer dahinter angeordneten Pumpschneckenmaschine.This device consists of a so-called mixing screw machine and a pump screw machine arranged behind it.

Mit dieser Vorrichtung können pulverförmige oder gröbere Stoffe geschmolzen und bei hohem Druck beispielsweise zu Spritzgußteilen verpreßt werden.With this device powdery or coarse substances can be melted and pressed into injection molded parts at high pressure, for example.

Allen Schneckenpressen ist gemeinsam, daß wenigstens ein Teil der fUr das Mischen der zu verarbeitenden Stoffe benötigten Wärme durch die intensiven Stoffbewegungen innerhalb der Schnecke erzeugt wird. Eine solche Stoffbewegung ist u. a. die infolge des in der Schnecke vorhandenen Druckanstieges und des zwischen den Schneckengängen und dem Schneckengehäuse vorhandenen Spiels sich einstellende Rückströmung zwischen dem Schneckengang und dem Schneckengehäuse. Die durch die Rückströmung'des zu verarbeitenden Stoffes bewirkten Temperaturerhöhungen sind um so größer, je stärker der Druckanstieg in der Schneckenpresse ist. Diese Temperaturerhöhungen- sind im allgemeinen erv. mnscht. Sie wirken sich jedoch dann nachteilig aus, wenn Stoffe extrudiert werden, deren Verarbeitungstemperaturbereich innerhalb gewisser enger Grenzen liegt. Dies ist z. B. bei hochpolymeren Kunststoffen der Fall, deren Verarbeitungsteniperatur nicht zu niedrig liegen darf, damit nicht eine zu starke Strukturierung beim mechanischen Abbau des Materials erfolgt, die andererseits aber auch nicht zu hoch werden darf, da dann ein chemischer Abbau des Molekulargewichtes einsetzt.All screw presses have in common that at least some of the for the mixing of the materials to be processed due to the intense heat required Material movements within the Snail is generated. Such Movement of matter is, among other things. those due to the pressure increase in the screw and the clearance between the worm flights and the worm housing backflow established between the screw flight and the screw housing. The temperature increases caused by the backflow of the material to be processed are all the greater, the greater the pressure increase in the screw press. These Temperature increases are generally erv. want. However, they then have an effect disadvantageous when substances are extruded, their processing temperature range lies within certain narrow limits. This is e.g. B. in high polymer plastics the case, the processing temperature of which must not be too low, so not excessive structuring occurs during the mechanical degradation of the material, which On the other hand, however, it must not be too high, since then a chemical breakdown of the Molecular weight uses.

Bei vernetzbaren hochpolymeren Kunststoffen ist dieser Temperaturbe-reich noch weiter dadurch eingeschränkt, daß der Vernetzungsvorgang nicht zu früh, also schon in der Schneckenpresse selbst, einsetzen darf.This temperature range is high for crosslinkable high-polymer plastics still further restricted by the fact that the networking process is not too early, that is even in the screw press itself.

Die genannten Schwierigkeiten treten insbesondere beim Isolieren von Hochspannungskabeln auf, beispielsweise beim-Extrudieren von Polyäthylen. Denn beim Extrudieren von Kunststoffisotierungen für Hochspannungskabel ist es unbedingt erforderlich, im Kopf der Schneckenpresse Filtersiebpakete anzuordnen, durch die der Kunststoff hindurchgepreßt wird. Dadurch wird vermieden, daß in die Kunststoffisolierung Verunreinigungen geraten, die beim Betrieb des fertigen Kabels zu Glimmerscheinungen und damit zu Durchschlagen in der Isolierung führen können. Die in den-Kopf der Schneckenpresse eingeschalteten Filtersiebpakete machen aber einen hohen Preßdruck erforderlich und führen damit zu großen Rückströmungen in der Schneckenpresse, die die Materialtemperatur leicht über die Grenze des zulässigen Verarbeitungstemperaturbereiches anheben können.The difficulties mentioned occur in particular when isolating High-voltage cables, for example when extruding polyethylene. Because at Extrusion of plastic insulations for high voltage cables, it is imperative to to arrange filter screen packs in the head of the screw press through which the plastic is pressed through. This will avoided getting into the plastic insulation Impurities get, which cause glimmering phenomena when the finished cable is in operation and thus lead to breakdown in the insulation. The in-the-head of the However, the filter screen packs switched on by the screw press create a high compression pressure required and thus lead to large backflows in the screw press, the the material temperature is slightly above the limit of the permissible processing temperature range can lift.

Diese Schwierigkeiten treten auch bei der bekannten, oben beschriebenen Vorrichtung auf, bei der eine Mischschneckenmaschine und eine Pumpschneckenmaschine hintereinander angeordnet sind. Denn auch die den erforderlichen hohen Druck erzeugende Pumpschneckenmaschine ist mit dem Nachteil behaftet, daß Leckströmungen auftreten, die zu unerwünschten Temperaturerhöhungen des Materials führen.These difficulties also arise with the known one described above Apparatus in which a mixing screw machine and a pump screw machine are arranged one behind the other. Because also the one that generates the required high pressure The pump screw machine has the disadvantage that leakage flows occur, which lead to undesirable temperature increases in the material.

Diese Schllierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden.These difficulties are overcome by the invention.

Die Erfindung geht aus von einer Schneckenpresse zum Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe, insbesondere der Isolierung von Hochspannungskabeln, mit einem der den Kunststoff plastizierenden, verdichtenden und homogenisierenden Schnecke nachgeschalteten druckerzeugenden Element. Gemäß der Erfindung ist das zwischen der schnecke und dem Preßkopf angeordnete druckerzeugende Element rückströmungsarm ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die bisher mit dem Druckaufbau verbundene Temperaturerhöhung von dem Druckaufbau getrennt wird, so daß beide Vorgänge- besser beherrscht werden können. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, Materialien, die unter Einhaltung eines bestimmten engen Temperaturbereiches verpreßt werden müssen, auch bei hohem Pre#druck zu verarbeiten, ohne da# die Gefahr besteht, daß das Material über den zulässigen Temperaturbereich hinaus erwärmt wird. Dies ist von besonderer Bedeutung für thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polyäthylen, die als Isolierung auf den Leiter von Hochspannungskabeln aufgebracht werden.The invention is based on a screw press for extruding thermoplastics Plastics, especially the insulation of high-voltage cables, with one of the downstream screw that plasticizes, compresses and homogenizes the plastic pressure generating element. According to the invention that is between the screw and the compression head arranged pressure-generating element formed low flow back. Through this it is achieved that the temperature increase previously associated with the pressure build-up is separated from the pressure build-up, so that both processes are better controlled can. In particular enables it is the invention, materials, which are pressed while maintaining a certain narrow temperature range must be processed even at high pre # pressure without the risk of the material is heated beyond the permissible temperature range. This is of particular importance for thermoplastics, such as polyethylene, which are applied as insulation to the conductor of high-voltage cables.

Mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Sohneckenpresse können thermoplastische Kunststoffe unterschiedlicher Viskosität verarbeitet werden. Zum Pressen hochviskoser Stoffe besteht daher in Weiterbildung des Erfindungsgedankens das druckerzeugende Element aus zwei in einer Ebene angeordneten, sich gegensinnig drehenden Walzen. Für, den Druckaufbau mittelviskoser Stoffe ist es weiterhin zweckmäßig, daß die Walzen achsparallel profiliert sind. Bei der Verarbeitung niederviskoser stoffe wird in Durchführung des Erfindungsgedankens als druckerzeugendes Element eine Zahnradpumpe verwendet.With a son corner press designed according to the invention can thermoplastics of different viscosity are processed. To the The pressing of highly viscous substances is therefore a further development of the concept of the invention the pressure-generating element of two arranged in one plane, in opposite directions rotating reels. For the pressure build-up of medium-viscosity substances, it is still advisable to that the rollers are profiled axially parallel. Lower viscosity when processing substances is used as a pressure-generating element in implementing the concept of the invention a gear pump is used.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Drehzahl des druckerzeugenden Elementes unabhängig von der. Drehzahl der orElnecke steuerbar, Dadurch wird erreicht, daß die Pörderung ctur Schnecke von der Förderung des druckerzeugenden Elementes abhängig ist. Bei einer bestimmten Drehzahl der Schnecke ist es daher möglich, durch die Steuerung der Drehzahl des druckerzeugenden Elementes die Größe der Rückströmung in der Schnecke und damit die Erwärmung des zu verarbeitenden Materials zu b£-@influssen.In a further development of the inventive concept, the speed of the pressure generating Element regardless of the. The rotational speed of the orElnecke can be controlled, thereby achieving that the conveyance ctur screw from the conveyance of the pressure-generating element is dependent. At a certain speed of the screw it is therefore possible to go through the control of the speed of the pressure generating element the size of the backflow in the screw and thus the heating of the material to be processed.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß der das druckerzeugende Element umfassende Teil des Schneckengehäuses und/oder das druckerzeugende Element selbst mit einer Kühlsorrichtung versehen ist.Furthermore, it is expedient that the element encompassing the pressure-generating element Part of the screw housing and / or the pressure generating element itself with a Cooling device is provided.

Da das druckerzeugende Element keine wesentliche zusätzliche Temperaturerhöhung des zu verarbeitenden Materials bewirkt, ist es damit möglich, beim Druckaufbau eine eventuell erforderliche wirksame Kühlung des zu verarbeitenden Materials vorzunehmen.Since the pressure-generating element does not have any significant additional temperature increase of the material to be processed, it is thus possible during the pressure build-up to carry out any necessary effective cooling of the material to be processed.

Ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Schneckenpresse ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of a screw press designed according to the invention is shown in the drawing.

Zur Herstellung eines Hochspannungskabels soll der Kupferleiter 1 mit einer eta 10 mm dicken Isolierung aus vernetztem Polyäthylen umgeben werden. Zu diesem Zweck werden in die Einfüllöffnung 2 der Schneckenpresse 3 das Polyäthylen in Form eines Granulates sowie ein Vernetzungsmittel kontinuierlich eingegeben. Die im Rahmen der Erfindung wichtigsten Teile dieser Schneckenpresse sind die eine oder gegebenenfalls mehrgängige Schnecke 4 mit der dahinter angeordneten Zahnradpumpe 5 und der mit einem nicht dargestellten Filtersiebpaket versehene Preßkopf 6. Bei der Förderung durch die Schnecke 4, die in dem Schneckengehäuse 7 angeordnet ist und von dem Motor 8 über ein Getriebe 9 angetrieben wird, wird das Polyäthylengranulat mit dem Vernetzungsmittel vermischt, plastiziert, verdichtet und homogenisiert. Der Druckaufbau in der Schnecke ist dabei nur so groß, daß die Zaharadpumpe 5 mit dem zu verarbeitenden Material kontinuierlich versorgtwird.To produce a high-voltage cable, the copper conductor 1 be surrounded by a 10 mm thick insulation made of cross-linked polyethylene. For this purpose, in the filling opening 2 of the screw press 3, the polyethylene entered continuously in the form of granules and a crosslinking agent. The most important parts of this screw press in the context of the invention are one or, if necessary, multi-start worm 4 with the gear pump arranged behind it 5 and the press head 6 provided with a filter screen pack, not shown the conveyance by the screw 4, which is arranged in the screw housing 7 and is driven by the motor 8 via a gear 9, the polyethylene granulate mixed with the crosslinking agent, plasticized, compacted and homogenized. The pressure build-up in the screw is only so great that the gear pump 5 with to the material to be processed is continuously supplied.

In der Zahnradpumpe 5 erfolgt der eigentliche, zum Pressen des Polyäthylens erforderliche Druckaufbau. Das homogenisierte Polyäthylen erreicht die Zahnradpumpe bei einer Temperatur, die nicht unterhalb von 100 °O und oberhalb von 120 oO liegen darf. Dadurch, daß die Zahnradpumpe rückströmungsarm ist, erfolgt beim Druckaufbau keine wesentliche Temperaturerhöhung des Polyäthylens.The actual pressing of the polyethylene takes place in the gear pump 5 required pressure build-up. The homogenized polyethylene reaches the gear pump at a temperature which is not below 100 ° O and above 120 oO allowed. Because the gear pump has little backflow, pressure builds up no significant increase in temperature of the polyethylene.

Das von der Zahnradpumpe 5 geförderte Polyäthylen wird infolge des hohen Druckes durch das Piltersiebpaket hindurch und den Preßkopf 6 ausgepreßt. Es umgibt dabei den durch den Preßkopf 6 hindurchlaufenden Kupferleiter 1 mit einer gleichmäßigen Wandstärke von etwa 10 mm.The pumped by the gear pump 5 polyethylene is due to the high pressure through the filter sieve package and pressed out the press head 6. It surrounds the copper conductor 1 running through the press head 6 with a uniform wall thickness of about 10 mm.

Anschließend wird die Polyäthylenisolierung 10 in einer entsprechenden, nicht dargestellten Vorrichtung auf eine Temperatur von etwa 200 °C erwärmt, so daß der Vernetzungsvorgang ablaufen kann.Then the polyethylene insulation 10 is in a corresponding, not shown device heated to a temperature of about 200 ° C, so that the networking process can proceed.

1 Figur, 1 Blatt 6 Ansprüche1 figure, 1 sheet of 6 claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e d Screw press for extrusion thermoplastic plastics, especially the insulation of high-voltage cables, with one of the plasticizing, compressing and homogenizing the plastic Screw downstream pressure generating element, characterized in that the pressure-generating element arranged between the screw and the compression head with little backflow is trained.

2. Screw press according to claim 1, characterized in that the pressure-generating element of two arranged in one plane, rotating in opposite directions Rolling consists.

5. screw press according to claim 2, characterized in that the Rolls are profiled axially parallel.

4. Screw press according to claim 1, characterized in that the pressure generating element consists of a gear pump.

5. Screw press according to one of claims 2 to 4, characterized in that because # the speed of the pressure generating element is independent of the speed of the Screw is controllable.

6. Screw press according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the pressure generating element comprehensive part of the screw housing with a Cooling device is provided.