DE1912779B2 - Vorrichtung zum plastifizieren von zaehen massen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Plastifizieren von zähen Massen, insbesondere Kunststoffmiissen, mit einer drehbar gelagerten Walze und mehreren hintereinander angeordneten, ortsfest gelagerten, sich im wesentlichen über die ganze Länge der Walze erstreckenden und mit dieser Keilspalte bildenden, beheizbaren Einbaute ilen.

Eine derartige Vorrichtung zum Plastifizieren von zähen Massen ist aus der deutschen Patentschrift 1 256 401 bekannt. Dabei werden die Massen mittels einer Förderschnecke durch eine Zuführbohrung auf das eine Ende der Walze aufgegeben, mehrmal? durch die Keilspalträume gezogen, wobei sie schraubenförmig zur Walzenachse gefördert werden, und durch die am anderen Ende der Walze vorgesehene Austragbohrung herausgenommen. Bei diesem Verfahren wird lediglich ein schmales Masseband auf die Walze aufgegeben und deren Breite somit bei weitem nicht ausgenutzt. Insbesondere ist bei dieser Vorrichtung die Herstellung von Folien nicht offenbart: sie ist bei den heutzutage an Folien gestellten Forderungen wohl auch nicht möglich, da die Walzen selbsteinstellend, also nicht ortsfest gelagert sind, wogegen die Einbauteile um eine ortsfeste Achse schwenkbar sind.

Die Herstellung von Folien, risbesondere PVC-Folien. erfolgt üblicherweise zum größten Teil auf Mchrvvalzen-Kalandern. deren Anschaffung jedoch teuer und deren Platzauivvand erheblich ist. Zur Vermeldung dieser nachteiligen Umstände wurden bereits Zwei-Walzen-Kalander vorgeschlagen, in denen eine bestimmte Kunststoffmenge in mehrmaligem Umlauf und Durchlauf durch den durch die beiden Walzen gebildeten Spalt zu Folien verarbeitet wird. Abgesehen davon, daß auch in diesem Fall die Investitionskosten noch erheblich sind, ist nur cmc diskontinuierliche FoIienhersteMung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei geringem Invcstitionsaufwand eine kontinuierliche

S" Falienherstellunt! zu ermöglichen.

f rfindungsgemäß wird dies mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zwecks Herstellung von Folien die Walze ortsfest gelagert und der — in Drehnchtunn der Walze gesehen — erste Keilspalt als über die ganze Länge beschickbarer Aufgabcspalt und der letzu seilspalt als Abnahmespall vorgesehen ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung cunöglichl eine kontinuierliche und qualitativ gute Folienherstellung auf lediglich einer einzigen Walze, wobei diese auf ihrer gesamten Breite ausnutzbar ist. Die ortsfeste Lagerung der Walze ermöglicht eine maßgerechte Herstellung der Folien, da die Lage der Walze genau festgelegt ist. so daß die Einstellung

öS der einzelnen Keilspaltc, insbesondere des letzten Kcikpaltes. leicht ist. Die Hiritereinandcranordnting von mehreren Keilspalten bringt funktionsmäßige und wirtschaftliche Vorteile bei der Herstellung der

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folien mit sich; denn ein Verändern eier Masse zwischen zwei eng liintereinanderliegenden Knetvorgftngen wird verhindert und die Heizwärme in hohem Maße ausgenützt, da eine Abkühlung der Oberfläche des Materials durch Abstrahlung vind Wärmeübertragung an die vorbeistreichende Luft auf dem Weg zwischen zwei dicht benachbarten Keilspalten im wesentlichen nicht mehr auftreten kann.

Die Ausbildung der Keilspalte ist von großer Bedeutung für die Zeit, die die Masse an der Wand des Einbauteils und im Kern des umlaufenden sogenannten Knets verweilt (Verweilzeit), Die Verweilzeit ist nämlich wichtig bei der Verarbeitung von Materialien, welche mit der Zeit veränderliche Eigenschaften aufweisen, z. B, Abbau und Zersetzung bei PVC bei zu langer Verweilzeit im Bereich hoher Verarbeitungstemperatur, Eine Beeinflussung der Verweilzeit wird erreicht durch eine entsprechende Formgebung der Einbauteile. Gegenüber den bekannten Formen eines konkav zur Walze hin gebogenen Einbauteils ha; sich eine ebene Einbauteilfläche als Keilspaltfläche als besonders vorteilhaft erwiesen, die in einem Winkel im Bereich von 0 bis 45~ die Walze tangiert, wobei ein Optimum hinsichtlich kürzester Verweilzeit an der Wand des F.inbauteils und im Kern im Bereich von 15 his 30 erreicht \\ird.

Die Mindestverweilzeit, weiche zur genügenden Homogenisierung einer plastischen Masse erforderlich ist, kann durch Anordnung einer entsprechenden Zahl von Keilspalten an einer Walze mit dementsprechend großem Durchmesser erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden mindestens zwei, vorzugsweise vier bis sechs Einbauteile zu einer Nutenschale zusammengefaßt, deren Nuten zusammen mit der Walzenoberfläche die Keilspalte bilden. Diese Maßnahme vermeidet eine komplizierte Konstruktion und Anordnung der Einbauteile und den Umstand, daß diese gesondert angeordnet, verstellt und beheizt werden müssen. Von erheblichem Vorteil ist niimlich, daß nur noch ein einziger Teil, nämlich die Nutenschale, zur Änderung der Weite mehrerer Keilspalte verstellt werden muß. und zwar derart, daß die ganze Nutenschale. gegebenenfalls außerdem die den letzten Spalt bewirkende Nut \eriindert wird. Dieser letzte Spalt, der Abnahmespalt, ist von besonderer Bedeutung, da er der Folie die gewünschte Dicke gibt. Ferner kann eine für alle Nuten der Nutenschale gemeinsame Heizungsanlage vorgesehen werden. Der Ein- und Ausbau eine/ Nutenschale ist gegenüber dem Finuncl Ausbau mehrerer Finbauteilc sehr einfach.

Ferner ist es bei dieser Anordnung nicht mehr möglich, daß -- abgesehen vom Aufgabespalt — Luft in die Masse, und /war /wischen dem Knctbcroich und dem Folienbereich oder /wischen diesem un.l der Wat/e. unw'c/ogcn wird. Da ferner das aus dem Aufcnbesp-ilt oder überhaupt aus den ersten

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Nicht zuletzt sind die Knetvorgänge bei einer solchen Mehrfachkeilspaltnutenschfile viel lei hter erfaßbar. Denn während der letzte Keilspalt (.Abnahmespalt) für die Foliendicke entscheidend ist, sind die vorhergehenden Keilspalte für die Knetvor-IR gänge verantwortlich und mit Ausnahme des ersten voll gefüllt. Lediglich der erste Keilspalt (Aufgabespalt) bedarf einer bestimmten Regelung der Zuführung der Masse, Normalerweise wird letztere von oben in den ersten Keilspalt aufgegeben, wobei dessen öffnung nach oben zeigt; in diesem Falle ist es ausreichend, lediglich die Füllhöhe zu steuern.

Je nach den zu verarbeitenden Massen ist es zweckmäßig, die Gesamtanzahl der Keilspalte auf zwölf oder mehr zu erhöhen und hierzu zwei oder mehr einander gegenüberliegende bzw. gleichmäßig über den Walzenumiang verteilte \^Tutenschalen vorzusehen. Bei dieser Anordnung können die resultierenden Druckkräfte so vorgesehen werden, daß sie sich zumindest im wesentlichen aufheben, so daß die Walze nur noch in geringem Maß auf Durchbiegung beansprucht wird. Wesentlich ist hierbei, daß der Abnahmespalt einen gegenüber den anderen Keilspalten höheren Druck auf die Walze ausübt, damit eine schwimmende Walze auf Grund des unvermeidlichen Lagerspiels vermieden und die Foliendicke möglichst konstant gehalten wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung wird durch einige Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung mit mehreren gesonderten Einbau'eilen in einer Seitenansicht.

F i g. 2 eine Ausführungsform einer Mehrfachkeilspaltnutenschale in einem Schnitt senkrecht zur Walzenachse.

F i g. 3 eine Variante der Formgebung der Keilspaltflüche.

F i g. 4 und 5 die Nutenschale nach F i g. 2. jedoch mit zwei Ausführungsformcn einer Weitenverstellung des letzten Kcilspaltes,

Fig. 6 die Anordnung zweier einander gegenüberliegender Nutenschalen in einem Querschnitt.

F i g. 7 eine Anstellvorrichtung für eine Nutenschale.

Di«¹ Fig. I zeigt eine Walze 1. deren Oberfläche zusammen mit sechs Einbauteilen 2 bis 7 die gleiche An/nhl von Keüsf alten 8 bis 13 bildet. Während die WaVc 1 über ihre beiden Wal/enzapfen 14 in ortsfesten Lagern 15 gelagert ist. sind die Einbauteile 2 bis 7 um je eine ortsfest gelagerte Achse 16 schwenkbar ausgebildet. Oie Lage der F.inbauteile 2 bis 7 /ur Fr/iehinp der gewünschten Weite des Keilspaltes ν ird mittels eines Schraubenbolzen 17 und einet Mutter 1Π festgelegt, die zwischen dem frei schwenk baren Fnd: des Einbauteils und einem ortsfestjn I acerteil 20 angeordnet sind. Die Einbauteile 2 bis 7 " risen im übrigen Heizkanäle 21 auf. durch die ein , "ei/medium strömt oder in denen Heizdrähtc an geordnet sind.

Die Keilspaltflächcn 27 der F.inbauteile 2 bis 7 -ind als ebene Flächen ausgebildet, die in einem be

stimmten Winkel zur Tangente an die Oberfläche der Walze 1 angestellt werden. Gemäß P i g, 1 beträgt dieser Winket etwa 15°. Er kann schwanken zwischen 0 und 45" und hat seinen Öpfimalbereich zwischen 15 und 30°,

Im Betrieb wird der Vorrichtung die Masse, z_t B, Kunststoffgraniiiat. Agglomerat oder Rohschmeize, gemäß dem Pfeil 22 in den ersten Keilspalt 8 aufgegeben. Bei sich gemäß dem Pfeil 23 drehender W'al/e 1 wird das Granulat zunächst im Keilspak 8 durchgearbeitet. Die dabei entstehende Wärme zusammen mit der durch die Heizkanäle 21 zugeführten Wiirme bringt die Plastifizierarbeit in Gang. Zugleich erfolgt eine gute Durchmisclumg. Die bereits in geringem Maße plastifizierte Masse tritt durch die engste Stelle 19 des Keilspaltes 8 hindurch und wird von der Walze zum nächsten Keilspalt 9 gefördert, und /war in Form eines fellartigen Gebildes. In diesem Keilspalt wird der Plastifiziervorgang fortgesetzt, ebenso in den weiteren Keilspalten 10. 11 und 12

Her in Förilerrichtung letzte, mit der WalzenoberflaVhe den Ke'Kpalt 13 bildende Einbauteil 7 ist von besondeier Bedeutung, denn die engste Stelle 19 dieses Keilspaltes ist entscheidend für die Dicke der hier austretenden Folie. Diese kann entweder unmittelbar hinter dem Keilspalt 13 (Pfeil 24) oder erst nach Durchlauf zwischen der Walze 1 und einer Walze 26. die z. B. als Prägewalze ausgebildet sein kann (PM! 25t. abgenommen werden.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Folienherstellung aus ausreichend gut gekneteter und durchmischter Masse. Auf Grund der achssenkrechten Förderung kann die gesamte WaI-/enbreite ausgenutzt werden.

F i g. 2 zeigt eine Weiterentwicklung der Anordnung der einzelnen Einbauteile 2 bis 7 nach Fig. 1. und /war in Form einer über die ganze Breite der Walze 1 sich erstreckenden Nutenschale 30. Diese weist neben den Hei/kanälen 21 vier parallel zur Walzenachse \erlaufende Nuten 31 bis 34 auf, die jeweils im unteren Teil aus einer etwa ebenen, mit der W al/enoberfliiche einen Keilspalt bildenden Keilspaltfläche 35 und im oberen Bereich aus einer konkav gekrümmten Fläche 36 besteht. Die größte Tiefe der Nuten beträgt etwa 3 bis 10 mm: sie kann bei den einzelnen Nute·: überall gleich oder in Förderlich tung abnehmend gewählt werden: letzteres hat eine zunehmende Verkleinerung der Keilspaltinhalte und somit der mittleren Venveilzeit der Masse zur Folge, was im Hinblick auf die Temperatur der Masse und deren Zersetzungsgefahr günstig ist.

Die Nuten 31 bis 34 haben dieselbe Aufgabe wie die Keilspalte 8 bis 13 nach Fig. 1, nur liegen die in F ι g. 2 gezeigten Nuten unmittelbar hintereinander, lediglich verbunden durch kurze, mit geringem Abstand etwa parallel zur Walzenoberfläche sich erstreckende Scherflächen 37 bis 41. Diese sind etwa 2 bis 10 mm lang: ihr Abstand von der Walzenoberfläche nimmt von der Scherfiäche 37 angefangen bis zur Scherfiäche 41 ab. wobei der Abstand der letzten Scherfiäche 41 zur Walzenoberfiäche für die Foliendicke mitbestimmend ist Es ist aber auch möglich, die Abstände bei allen Scherflächen unverändert zu lassen.

Den Keilspaltfiächen 35 ist besondere Aufmerksamkeit zuzuwenden, denn von dem Knei- und Mischvorsang m den Keilspalten 42 und 43 bei der Drehung der Walze i iii Richtung des Pfeils 23 und beim Aufgebort der Masse in den' dbefsieri keilspalt 42 hängt die Qualität der Folie Weitgehend ab. Dieser Vöfgang muß so vor sich gehen, daß bei empfind-

iichen Massen eine möglichst kurze Verweilzeit ein^ gehalten wird und eine Überhitzung und eine Zersetzung der Masse mit Blasenbildung und Verfärbung unbedingt vermieden werden. Es hat sich bei den in Fig. 2 gezeigten Nutenformen gezeigt, daß ein positiver Winkel \, zwischen der Keilspaltfläche 35 und der Tangente an die Walzenoberfläche in dieser Hinsicht von Vorteil ist, und zwar ein Winkel \, im Bereich zwischen O und 40 . Ein Winkel H₁ im Bereich zwischen 10 und 20 ist von besonderer Bedeutung. weil hierbei Überhitzungserscheinungen. insbesondere auch bei Weich- und Hart-PVC. trotz der Hintereinanderschaltung mehrerer Keilspalte am wenigstens auftreten.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Nutenschale 45 mit Heizleitungen 46 und Nuten 47. 48 und 49. Die Keilspaltflachen 50 gehen nach oben, ähnlich wie nach Fig. 2. in konkav gekrümmte Flächen 51 über. Der untere, auf die Walze 1 zulaufende Teil wird gegenüber der Formgebung nach Fig. 2 stark verkürzt zugunsten einer weiteren konkav gekrümmten Fläche 51. die die Nuten 47. 48 und 49 untei einem Winkel,)' im Bereich von 90 bis 150 . vorzugsweise unter etwa 135 . gegen die nach oben ctrichtete Tangente an die Walzenoberfläche abschlug Der Radius r„ der gekrümmten Fläche 52 is*, niet Ki kleiner als der Radius r, der gekrümmten Fläche Sl. er beträgt etwa ein Drittel bis zwei Drittel i!ts Radius r,. Diese Maßnahme hat eine klarere Abbildung der im Keilspalt sich bildenden Umlauft: ■-mung der Masse und eine weitere Verkürzung Cc: Venveilzeit der Masse an der Keilspaltfläche 50 i.-J im Inneren des Nutraumes zur Folge, was sich '. ur besonders empfindliche Massen als vorteilhaft erwiesen hat.

Fig. 3 zeigt ferner deutlich, daß die Tiefe Jei Nuten 47 bis 49 in Förderrichtung (Pfeil 23) abnimmt und daß sich an jede Nut in Förderrichtung eine Scherfläche 54 anschließt.

In den F i g. 4 und 5 ist dargestellt, wie der in

Förderrichtung letzte, für die Dicke und Oberflächengüte der Folie wichtige Keilspalt 67 bzw. 6f und die entsprechende Scherfläche 69 bzw. 70 ver änderbar ausgebildet ist. Nach F i g. 4 ist der unten Teil 57 der Heizkanäle 56 aufweisenden Nutenschalf 55 mit einem Schlitz 58 versehen, dessen Breite mittels einer Schraube 59 verstellbar ist. Die gestrichel gezeichnete Schraube 59 a deutet eine andere An bringungsmöglichkeit an. Gemäß F i g. 5 wird eil entsprechend ausgebildetes Keilstück 61 mittels eine

Schraube 62 in einen Schlitz 60 mit nicht parallelei Flächen gedrückt. Die Schraube selbst wird in einen an der Nutenschale 63 befestigten Rachstück 64 ge halten.

Die Schlitzanordnungen nach den F i s. 4 und : erlauben, daß der in rjrehrichtuns (Pfeil ²³> ^de Walze 1 letzte Keilspalt 67 bzw. 68 und die Sehet fläche 69 bzw. 70 bezüglich der Spaltbreite auf ein fache Weise veränderbar ist.

Nach Fig. 6 liegen zwei mit Heizkanälen 21 am gestattete Nutenschalen 75 und 76 in bezug auf di Walze 1 einander gegenüber. Dadurch heben sie die aus dem hydrodyn&raischen Druckaufbau in de Keilspalten 77 sich ergebenden Druckkräfte auf di

Wälze i. zumindest zum Teil auf, so daß die Wälze 1 mittels einer Schraube 83 in lotrechter Richtung ver-

Sn weit geringerem Mäße!,- als es defri DruckaUfbaU schiebbar ist Und eine gleichzeitige Vefäfidefiifig ällei

an sich entspricht* auf Biegung beansprucht Und die SpäitWeifeM zwischen t-füterischäle 80 Und Wälze'1

Belastung clef (nicht dargestellten) Walzenlager ver- gestattet, Weitere Schrauben 84 dienen däz'ii» die

mindert Wird, Daß die Vermeidung der Durchbie·¹ 5 Nutenschale 80 in einer Walzenachsparallelen ßbene

güng U6i. Walze bei der Herstellung vöti Fdliefl von zu verschieben, Wobei die Spaltweiten nicht gleich-

gleichmaßigef Dicke eine erhebliche Bedeutung hat, förmig, sondern unterschiedlich veravideft werden

liegt auf der Hand, Sowohl die Schrauben 84 als äUch Schrauben 8£

Von ahnlicher Bedeutung ist die Verstellmöglieh- fixieren die Nutenschalc 80 gegenüber der Tra-

keit der Nütenschale. Da diese eine Vielzahl von to verse 81,

Untereinander Örtlich fixierten Keilspalten aufweist, Diese ist außerdem um eine ortsfest gelagerte

von denen die in Förderrichtung letzte gegebenen- Walzenachsparallele Achse 86 schwenkbar, damii

falls eine gesonderte Verstellmöglichkeit aufweist die Nutenschale 80 nach rechts abgeklappt tine

(vgl, Fig. 4 und 5), muß die Verstellung in meh- dabei zwecks Reinigung und Demontage zugänglich

reren Richtungen möglich sein, Die F i g. 7 zeigt 15 gemacht werden kann. Die Schwenkbewegung wire

hierzu ein Ausführungsbeispiel. über ein Schneckenradgetriebe 87, 88 mittels Dre·

Eine an der Walze 1 mit dem erforderlichen Ab- hung eines Handrades 89 bewerkstelligt. Die Knet·

stand anliegende, Heizkanäle 21 aufweisende Nuten- kräfte selbst werden von einem Stempel 90 aufge

schale 80 wird von einer Traverse 81 gehalten, und nommen. der ortsfest, z. B, am Gehäuse, abge

zwar über ein keilförmiges Auflagestück 82, da« 20 stützt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Plastifizieren von zähen Massen, insbesondere Kunststoffmassen, mit einer drehbar gelagerten Walze und mehreren hintereinander angeordneten, ortsfest gelagerten, sich im wesentlichen über die ganze Länge der Walze erstreckenden und mit dieser Keilspalte bildenden, beheizbaren Einbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herstellung von Folien die Walze (1) ortsfest gelagert und der — in Drehrichtung (Pfeil 23) der Walze (1) gesehen — erste Keilspalt als über die ganze Länge beschickbarer Aufgabespalt (8 bzw. 42) und der letzte Keilspalt als Abnahmespalt (13 bzw. 43) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einbauteil (2 bis 7) eine ebene Fläche als Keilspaltfläche (27) aufweist die in einem Winkel (\) im Bereich von 0 bis 45 , vorzugsweise von 15 bis 3" . die Walze (1) tangiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, vorzugsweise vier bis sechs Einbauteile zu einer Nutenschale (30 bzw. 45 bzw. 55 bAv. 63 bzw. 80) zusammen» 'aßt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch zwei oder mehr ei..ander gegenüberliegende bzw. gleichmäßig übe' den Walzenumfang ve-teilte Nutenschalen (7s. 76).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Keilspaltfiächen (35 bzw. 50) der Nuten (31 bis 34 bzw. 47 bis 49) der Nuienschale (30 bzw. 45) mit der Tangente an die Walzenoberfläche einen Winkel (\,) im Bereich von O bis 30 . vorzugsweise im Bereich von 10 bis 20 .bilden.

(ί. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Kcilspaltflächen (35 bzw. 50) am entgegen der Drehrichtung (Pfeil 23) der Walze (1) liegenden Ende in zur Walze (1) hin gekrümmte aufnahmeseitige Flächen (36 bzw. 51) übergehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Keilspaltflächen (50) am anderen Ende ebenfalls in zur Walze (1) hin gekrümmie abgabcseitige Flächen (52) übergehen, wobei die Tangente im Endpunkt jeder abgabeseitigcn Fläche (52) mit der entgegen der Drehrichtung (Pfeil 23) der Walze (1) gerichteten Tangente an die Walzcnnberfliiche einen Winkel ί .') im Bereich von QO hi« 1 ^c0 vorzugsweise unter 135 . bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r_t) der gekrümmten aufnahmeseitigen Fläche (51) größer ist als der Radius (r₂) der gekrümmten abgabeseitigcii Fläche (52).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß sich in Drehrichtung (Pfeil 23) der Walze (1) an die Keilspaltfiächen (35 bzw. 50) mit geringem Abstand etwa parallel zur Walzciioberfläche verlaufende Schcrflächen (37 bis 41 bzw. 54) anschließen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abnahmespaltp3bzw,43) auf eine genau definierte Spaltweite einstellbar ist.

11, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ntitenschale (80) verstellbar und schwenkbar angeordnet ist.