DE1802689A1

DE1802689A1 - Kunststoffpresse

Info

Publication number: DE1802689A1
Application number: DE19681802689
Authority: DE
Inventors: Bernard Neuville
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1967-10-12
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1969-05-29
Also published as: LU57061A1; US3584342A; SE343012B; NL6814486A; FR1559634A; BE722173A; DE1802689B2; CS168508B2; SU382267A3; NL145169B; DK134058B; ES359071A1; GB1208964A; AT301846B; DK134058C; CH477281A

Description

Kunststoffpresse

Die Erfindung betrifft eine Kundestoff presse (Strangpresse, Spritzmaschine) mit umlaufender Scheibe, die es ermöglioht, thermoplastische Kunststoffe unter Bedingungen zu vorpressen, bei denen dem Preßerzeugnis Formen von verhältnismäßig großem Querschnitt gegeben werden können.

Es sind verschiedene Bauarten von Plattenpressen bekannt, die eine umlaufende Scheibe aufweisen, die mit ihren beiden Stirnseiten oder mit einer davon einen Zwischenraum begrenzt, der sie von einer mit ihr parallelen ortsfesten Platte trennt. In diesen Zwischenräumen von geringer Tiefe können viekoelastische Werkstoffe vor dem Vorpressen geliert und homogenisiert werden. In der französischen Patentschrift 1 461 398 ist eine Vorrichtung mit umlaufender Scheibe zur Verarbeitung hoohpolymerer Kunststoffe beschrieben, die es ermöglicht, niohtplastifiziertes Polyvinylchlorid zu verpressen.

In solchen Vorrichtungen werden die zu verpressenden Kunstharze intensiven Scherbeanspruohungen ausgesetzt und daduroh

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entgast und homogenisiert. Diese Vorrichtungen bringen den Kunststoff auf eine erhöhte Temperatur um ihm eine geringe Viskosität zu geben, und zwar während einer Zeit, die genügend kurz ist, um selbst bei in der Wärme wenig stabilen Stoffen eine Zersetzung zu vermeiden; dies gilt im lalle der in der französischen Patentschrift 1 461 398 beschriebenen Vorrichtung insbesondere für Polyvinylchlorid.

Gerade wegen dieser erhöhten Temperatur ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, dem aus der Dttse austretenden Erzeugnis bestimmte Formen zu geben, die einen verhältnismäßig großen Querschnitt haben. Die Erstarrung des Werkstoffs beginnt an den Oberflächen des ausgepreßten Erzeugnisses und die verwendeten Kunststoffzusammensetzungen haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit, daher nimmt die Viskosität der inneren Schichten nur langsam zu und das Erzeugnis kann seine endgültige Form erst nach einiger Zeit annehmenj daraus kann sich unter anderem eine erhebliche Zersetzung des Kunststoffs ergeben, die darauf zurückzuführen ist, daß der Kunststoff längere Zeit eine erhöhte Temperatur beibehält.

Erfindungsgemäß ist es möglich, diese Nachteile dadurch zu vermeiden oder mindestens zu vermindern, daß man die einander gegenüberstehenden Flächen der beiden Scheiben in ihrem mittleren, die Aohse des Verbindungskanals zwischen der Düse und dem Zwischenraum zwischen den Scheiben umgebenden Bereichi. vertieft.

Die zu verpressenden Kunststoffe werden in Form τοη Granulaten oder von Puder mit einer bestimmten anfänglichen Dichte* in die Presse eingeführt. Wenn dieser Werkstoff im Zwischenraum der Presse beginnt, zu gelieren und sich gleichzeitig zu entgasen, nimmt seine Dichte zu. Der Weg des Kunststoffs im Zwischen raum hat annähernd die Form einer Spirale und der Querschnitt»

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der ihm zur Verfügung steht, ist dem Abstand vom Mittelpunkt der umlaufenden Scheite und der Tiefe des Zwischenraumes proportional; dieser Querschnitt verkleinert sich im selten Sinn wie das Volumen des zu verpressenden Stoffes, sofern die Tiefe des Zwischenraumes konstant ist. Die erfindungsgemäße Maßnahme, die Tiefe des Zwischenraumes in dessen zentralem Bereich zu vergrößern, hat sich erstaunlioherweise als geeignet erwiesen, die Intensität der Scherbeanspruchungen, denen der zu verpressende Stoff in diesem Bereich der Presse ausgesetzt ist, geringer zu halten, als bei einer im übrigen gleichen Presse, bei der der entsprechende Bereich nicht vertieft ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Homogenität und die Bearbeitbarkeit der ausgepreßten Körper nicht vermindert und die Ausbringung erhöht. Daraus ergibt sich eine geringere Steigerung der Temperatur, die bei Vorrichtungen dieser Bauart im wesentlichen, wenn nicht ausschließlich,auf Reibungskräfte zurückzuführen ist. Die Erfindung ermöglicht es somit, den Kunststoff zu Profilen mit verhältnismäßig großen Querschnitt bei verminderter Gefahr der Zersetzung zu verarbeiten, da das Erzeugnis nur kurze Zeit eine hohe Temperatur behält.

Die Vergrößerung der Tiefe des Zwischenraumes im mittleren Bereich zwischen den beiden Scheiben ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so bemessen, daß der für den zu verpressenden Kunststoff zur Verfügung stehende Querschnitt im Läufe der Bewegung des Kunststoffs durch den Zwischenraum hindurch stetig abnimmt, daß aber diese Abnahme des Querschnitts nicht konstant,sondern im mittleren Bereich des Zwischenraumes geringer ist. Dieser Querschnitt ist bei einem Abstand r von der Achse eines Zwischenraumes von der Tiefe e proportional 2üre; daraus läßt sich der Betrag e für gegebene Beträge von r leicht derart berechnen, daß 2Jire mit abnehmendem r stetig, jedoch· nicht gleichförmig oder linear abnimmt.

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Die Vergrößerung der Tiefe des Zwischenraumes in dessen mittlerem Bereich hat auf die Temperatur der verpreßten Stoffe · eine Wirkung, die sich schon bei äußerst geringen Tiefen der Vertiefung der Scheiben feststellen läßt, und die Senkung der Temperatur nimmt mit der Tiefe des Zwischenraumes noch zu,

Der Bereich in dem der Zwischenraum vertieft oder erweitert ist, kann die gesamte Stirnfläche der den Zwischenraum begrenzenden Scheiben umfassen, d.h., daß die Tiefe des Zwischenraumes vom Rand zur Achse hin zunehmen kann. Es ist indessen erforderlieh, daß die Scheibenmit dem größeren Teil ihrer Stirnflächen eine intensive Scherwirkung ausüben; deshalb muß der Zwischenraum in seinem größeren Teil eine geringe Tiefe aufweisen. Der Bereich mit vergrößerter Tiefe hat vorzugsweise einen geringeren Radius als der Bereich, innerhalb dessen bei einem. Zwischenraum von konstanter Tiefe das Verhältnis des für den dann zum großen Teil gelierten Kunststoff zur Verfügung stehenden Querschnittes zum Querschnitt, der dem Kunststoff bei seinem Eintritt in den Bereich der G-elierung zur Verfügung steht, kleiner wird als das Verhältnis der Dichte des Ausgangswerkstoffs zur Dichte des gelierten Werkstoffs. Im einfachen Pail einer Presse, bei der die Innenflächen der Scheiben eben und parallel sind, und unter der Annahme, daß das Verhältnis der scheinbaren Dichte * des Ausgangswerkstoffs und des gelierten Werkstoffs 1:3 ist, wird der für den zu verpressenden Kunststoff zur Verfügung stehende Querschnitt did mal geringer als der Querschnitt, der für den Kunststoff am Beginn des Bereichs der Scherbeanspruchungen zur Verfügung steht, wo der Abstand von der Achse der Scheiben R/3 ist; hierbei ist R der Radius des Zwischenraumes. In diesem axialen Bereich des Zwischenraumes ist die Vertiefung Vorzugs- · weise vorgesehen. Der Zwischenraum ist hier·einem Zylinder angeglichen; geringfügige iOrmabweichungen haben eine vernachlässigbare Wirkung.

* ^Schüttdichte)

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Der Bereich mit vergrößerter Tiefe hat gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorzugsweise eine größere Oberfläche als die -äHfce- innere Mündung des den Zwischenraum mit der Düse verbindenden Kanals.

Das Profil der gebildeten Höhlung kann geradlinig oder leicht gewölbt sein und die Vertiefung kann sich auf beide Scheiben oder nur auf eine davon erstrecken.

Im vorstehenden handelt es sich immer um die allgemeine Form der Scheiben; diese können verschiedenartige Yorsprünge oder Ausnehmungen aufweisen; auch können die Scheiben in besonderer Weise ausgeschnitten sein.

Insbesondere können die Platten gemäß Patent

(Patentanmeldung P 17 79 71O.3/39a4) Nuten aufweisen, vor allem wenn der zu verpressende Stoff ein Gleitmittel umfaßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Kunststoff presse mit umlaufender Scheibe mit Merkmalen der Erfindung;

Pig. 2 einen zur Zeichnungsebene der Pig. 1 senkrechten Schnitt längs der Linie II-II in Pig. 1; und

Pig. 3 einen zur Zeichnungsebene der Pig. 1 senkrechten Schnitt längs der linie III-III in Pig. 1.

Die in Pig. 1 dargestellte Presse mit umlaufender Scheibe umfaßt ein waagerechtes Maschinengestell 1, an dessen Ende ein senkrechter Stator 2 befestigt ist. Parallel zu diesem erstreckt sich ein Rotor (umlaufende Scheibe) 3, der um seine Achse 4 drehbar ist. Zum Antreiben des Rotore ist ein nicht dargestellter Motor vorgesehen, der - gegebenenfalls über ein ebenfalls

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nicht dargestelltes stufenloses Getriebe - mit der Welle 5 des Rotors gekuppelt ist. Der Stator 2 weist auf seiner Innenseite eine Höhlung 6 auf, die seitlich von einer im wesentlichen ^: zylindrischen, in bezug auf die Achse 4 des Rotors exzentrischen Innenwand 7 begrenzt ist, deren Radius etwas kleiner ist als derjenige des Rotors. An der Kante der Umrandung des Zwischenraumes und am Rand der inneren Stirnseite des Rotors ist jeweils eine Absohrägung 8 bzw. 9 vorgesehen; zwischen den Absohrägungen besteht nur ein sehr geringes Spiel. Die von diesen Abschrägungen gebildeten kegelstumpfförmigen Flächen

P sind mit; dem Rotor koaxial. An der obersten und zugleich am stärksten exzentrischen Stelle des Hohlraums ist ein Beschikkungstrichter 10 vorgesehen, dessen an den Zwischenraum angeschlossene Mündung 11 teilweise von einer Verlängerung 7a der abgeschrägten Umrandung des Zwischenraumes abgegrenzt ist. Der Stator weist einen kegelstumpfförmigen Kanal 12 auf, der sich koaxial zum Rotor erstreckt und außen in eine Düse 13 mündet. In diesen kegelstumpfförmigen Kanal greift ein Vorsprung. 14 des Rotors geringfügig ein. Der Vorsprung ist von einem geringfügig ausgehöhlten Bereich des Rotors umgeben. Am Stator sind Leitschaufeln 16 in einem Bereich befestigt, der an den ausgehöhlten Bereich des Rotors angrenzt und ebenfalls geringfügig vertieft

^ ist. Der ausgehöhlte Bereich des Rotors weist ebenfalls Schaufeln 17 auf, die sich teilweise über die Basis des kegelstumpfförmigen Vorsprungs erstrecken.

In Pig. 2 ist das zum Rotor koaxiale Loch 12 des Stators 2 zu erkennen; die Leitsohaufeln 16 sind in .einem zu dem Loch koaxialen, leicht vertieften Bereich angeordnet.

In Fig. 3 ist die Stirnseite des Rotors dargestellt, die in ihrem mittleren, den kegelstumpfförmigen Vorsprung 14 umgebenden Bereich 15 ebenfalls vertieft ist. An der Basis dieses Vorsprungs 14 und im vertieften Bereich 15 sind die Schaufeln zu erkennen.

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Zur weiteren Erläuterung wird im folgenden die Arbeitsweise der erfindungsgeraäßen Strangpresse mit umlaufender Scheibe an Beispielen beschrieben.

Beispiel I

Dieses Beispiel dient nur zum Vergleich und soll es ermöglichen, die Bedeutung der Erfindungsmerkmale zu erkennen.

Bs wird mit einer Presse gearbeitet, die der oben beschriebenen mit der Ausnahme entspricht, daß sie die Erfindungsmerkmale nicht aufweist, d.h., daß die Stirnflächen der Scheiben, mit Ausnahme von Vorsprüngen und des in der Düse mündenden Kanals, eben sind.

Die umlaufende Scheibe hat einen Durchmesser von 180 mm und weist an ihrem Rand eine Abschrägung auf, die unter 30° gegen die Stirnfläche der Scheibe geneigt und 15 mm breit ist. In der Mitte der Scheibe ist ein kegelstumpfförmiger Vorsprung von 50 mm Höhe und mit einem Basiskreis von 4o mm Durchmesser vorgesehen. Am 3?uß dieses Vorsprungs sind vier Leitschaufeln vorgesehen, die außen auf einem Kreis von 60 mm Durchmesser enden.

Die in der ortsfesten Scheibe vorgesehene Austrittsöffnung für den zu verpressenden Kunststoff hat einen Fußkreisdurchmesser von 50 mm; rund um diese Öffnung sind Leitschaufein angeordnet, deren innere und äußere Enden jeweils auf einem zum Rotor koaxialen Kreis von 60 bzw. 86 ram Durchmesser liegen.

Die Tiefe des Zwischenraumes beträgt 5 mm und die Leitschaufeln sind 4,5 mm hoch.

Die Düse hat eine Bohrung von 8,5 mm Durchmesser, in deren Mitte ein Stempfei von 6 mm Durchmesser eingreift. Am Ausgang

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der Düse ist eine "bekannte Einrichtung zum Herstellen von Rohren angeordnet.

Man beginnt den Preßvorgang mit dieser Vorrichtung, nachdem man die Scheiben mit Hilfe von in ihnen angeordneten Heizleitungen auf 190° C und die Düse mit einem elektrischen Widerstand auf 200° G erwärmt hat.

Die umlaufende Scheibe wird dann in Bewegung gesetzt und durch den Trichter wird eine Verbindung eingeführt, die aus ' Polyvinylchlorid mit einem Viskositätswert nach AFNOR von 80 (K-Wert 57) besteht und mit zwei Teilen Zinnglycolat auf 100 Teile des Polymers stabilisiert ist.

Nach einigen Minuten wird die Erhitzung der Soheiben unterbrochen.

Bei einer Drehgeschwindigkeit der umlaufenden Scheibe von 65 U/min ist die Ausbringung 60 kg/h und die Temperatur des Stoffes am Austritt aus der Düse ist 220° G.

Bei einer Drehgeschwindigkeit des Rotors von 80 U/min ist die Ausbringung 20,5 kg/h und die Temperatur 230° G.

Bei einer Drehgeschwindigkeit des Rotors von 120 U/min ist die Ausbringung 28,5 kg/h und die Temperatur 245° C.

Es erweist sich als unmöglich, auf diese Weise ein Rohr herzustellen, das die ihm gegebene Form einhält.

Beispiel II

Derselbe Kunststoff wird unter den gleichen Bedingungen mit einer Vorrichtung verpreßt, die sich von derjenigen gemäß Beispiel I nur dadurch unttrsoheidet, daß der Zwischenraum in seinem mittleren Bereich erweitert ist. Die Erweiterung beginnt

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im Abstand von 43 mm vor der Ach.se des Rotors; sie ist mit Ausnahme der Leitschaufeln und des zur Düse führenden Kanals an beiden Scheiben symmetrisch. Der Zwischenraum hat seine größte Tiefe auf einem Kreis von 60 mm Durchmesser; diese Tiefe beträgt 7 mm. Die Höhe der leitschaufeln nimmt derart zu, daß diese immer bis in die Nähe der gegenüberliegenden Scheibe reichen.

Bei einer Drehgeschwindigkeit der umlaufenden Scheibe von 65 U/min ist die Ausbringung 18 kg/fe und die Temperatur am Austritt aus der Düse 215⁰O.

Bei einer Geschwindigkeit des Rotors von 80 U/min ist die Ausbringung 22,2 kg/h und die Temperatur 215° 0.

Bei einer Geschwindigkeit des Rotors von 120 U/min ist die Ausbringung 54,5 kg/h und die Temperatur 225°G.

Das entstehende Rohr ist klar und homogen und bewahrt die ihm gegebene Form.

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Claims

Patentansprüche

1. Kunststoffpresse mit einer umlaufenden Scheibe, die mit einem Zwischenraum, in den radial außen Kunststoff einführbar ist, einer ortsfesten Scheibe gegenübersteht, von deren Zentrum ein zur Austrittsdüse für den Kunststoff führender Austrittskanal ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Zwischenraumes ( 6 ) in dessen mittlerem, die Achse ( 4 ) des Austritiskanals (12) umgebenden Bereich (15 ) größer ist als außerhalb dieses Bereichs.

2. Kunststoffpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuwachs an Tiefe des Zwischenraumes ( 6 ) so bemessen ist, daß der für den Kunststoffstrom zur Verfügung stehende ringförmige Querschnitt (Strömungsquerschnitt) mit abnehmendem Achsabstand zwar auch, im mittleren Bereich des Zwischenraumes abnimmt, dort aber weniger stark, als der Abnehme des Achsabstandes entsprechen würde.

3. Kunststoffpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich ( 15 ) mit vergrößerter Tiefe wenigstens zum größeren Teil innerhalb des Bereichs des Zwischenraumes ( 6 ) liegt, in dem das Verhältnis des Strömungsquerschnittes zum Strömungsquerschnitt am Eintritt des Bereichs, in dem der Kunststoff Scherbeanspruchungen ausgesetzt ist, kleiner wird als das Verhältnis der Dichte (Schüttdichte') des Ausgangswerkstoffs zur Dichte des gelierten Werkstoffs am Austritt aus der Presse.

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4. Kunststoffpresse nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich mit vergrößerter Tiefe eine größere Oberfläche ( ./) hat als die inu-ere Mündung des die Düse (13 ) mit dem Zwischenraum ( 6 ) verbindenden Kanals ( 12).

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