DE1952306A1

DE1952306A1 - Mehrschneckenextruder

Info

Publication number: DE1952306A1
Application number: DE19691952306
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hanslik
Original assignee: ANGER PLASTIC MASCHINEN GmbH
Current assignee: ANGER PLASTIC MASCHINEN GmbH
Priority date: 1968-11-18
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1970-06-04
Also published as: FR2023514A1; GB1293764A; AT300316B; US3640669A

Description

Mehrsc h neckenextruder

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschneckenextruder zur Verarbeitung von Thermoplasten od. dgl.

Es sind Extruder bekannt, bei welchen zwei Schnecken gegenläufig zueinander zwangsläufig angetrieben sind. Solche Extruder fördern zwangsläufig. Die Gangtiefe und Ganghöhe der miteinander kämmenden Schnecken ist dadurch begrenzt, dass der Gangquerschnitt nicht zu gross werden darf, um eine gleichmässige Durchwärmung des geförderten Materials und eine Homogenisierung desselben nicht zu beeinträchtigen. Die Förderleistung solcher gegenläufiger Doppelschneckenextrvider ist in beziig auf thermoempfindliche Kunststoffe begrenzt und es wird z. B. zur Verarbeitung von reinem PVC, das heute einen steigenden Marktanteil besitzt, als Maximum eine Ausstossleistung von ungefähr 3oo kg/h angegeben. Wenn grössere Profile erzeugt werden sollen, die bereits ein beträchtliches Metergewicht aufweisen, so reicht eine solche Ausstossleistung nicht mehr aus, um in rationeller Weise ' zu arbeiten. Wenn man davon ausgeht, dass zu erzeugende Profile ohne weiteres ein Metergewicht von 80 kg haben können, so ergibt sich eine Ausstossleistung von nur wenigen cm/min, wodurch bei den relativ hohen Anschaffungskosten einer Anlage die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist. Weiters tritt hierbei die

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Schwierigkeit auf, dass Werkzeuge für grosse Austrittsquer schnitte in ihrem Aufbau sehr voluminös sind, so dass bei der relativ geringen Ausstossgeschwindigkeit mit einer langen Verweilzeit der plastischen Masse im Spritzwerkzeug gerechnet werden muss. Es besteht daher die Gefahr einer Zersetzung im Spritzwerkzeug selbst. Man hat daher bereits vorgeschlagen, mehrere solche Doppelschneckenextruder nebeneinander zu verwenden. Abgesehen von den Kosten einer solchen Anlage bereitet die Zusammenführung der extrudierten Materialien Schwierigkeiten, wobei auch mit ungleichmässigem Aufbau des extrudierten Materials gerechnet werden muss. Solche Anordnungen mit mehreren Doppelschneckenextrudern können daher nur bei Verarbeitung von unempfindlichen Materialien, z. B. PVC mit Füllstoff vermengt, Anwendung finden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, mehr als zwei miteinander kämmende Schnecken anzuordnen, wobei mehrere Schnecken mit einer gemeinsamen zentralen Schnecke kämmen. Bei diesen bekannten Anordnungen ergibt sich aber der Nachteil, dass das von der zentralen Schnecke und das von der Nebenschnecke geförderte Material ungleich ist, und es haben daher solche Anord- ■-nungen nicht zum Erfolg geführt.

Die Erfindung bezieht sich nun im besonderen auf einen solchen Mehrschneckenextruder, bei welchem eine zentrale Schnecke mit zwei oder mehr an ihrem Umfang gleichrnässig verteilten

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achsparallelen Nebenschnecken kämmt, welche gegenläufig zu der zentralen Schnecke zwangsläufig angetrieben und im Extrudergehäuse oder mit diesem verbundenen Bauteilen ortsfest gelagert sind, und besteht im wesentlichen darin, dass ein mittlerer Durchmesser der Fördergänge der Nebenschnecken gleich einem mittleren Durchmesser der Fördergänge der zentralen Schnecke gebrochen durch die Anzahl der Nebenschnecken ist, wobei als mittlerer Durchmesser beiden Nebenschnecken der Teilkreisdurchmesser und beider zentralen Schnecke ein Durchmesser gewählt wird, der zwischen Teilkreisdurchmesser abzüglich eines Drittels der Gangtiefe und Teilkreisdurchmesser zuzüglich eines Drittels der Gangtiefe liegt. Auf diese Weise werden ungefähr gleiche Verhältnisse für das durch die zentrale Schnecke und die Nebenschnecken geförderteplastische Material geschaffen, da die Gänge der Nebenschnecken von Sperre zu Sperre ungefähr gleich lang sind wie die Gänge der zentralen Schnecke von Sperre zu Sperre. Wenn beispiels weise drei Nebenschnecken um eine zentrale Schnecke angeordnet werden und der mittlere Durchmesser der Nebenschnecken ungefähr l/3,des mittleren Durchmessers der zentralen Schnecke ist, so wird durch die Eingriffs stellen der Nebenschnecken in die zentrale Schnecke der Umfang der zentralen Schnecke in drei gleiche Teile geteilt, deren Bogenlänge ungefähr dem Umfang der Nebensclmecke entspricht. Infolge der stärkeren Krümmung der Gänge in der Nebenschnecke ist aber das Volumen dieser Gänge etwas kleiner als das Volumen der schwächer gekrümmten Gänge der zentralen Schnecke in dem zwischen den Eingriffs stellen

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zweier benachbarter Nebenschnecken liegenden Bereich. Vorzugsweise wird daher als mittlerer Durchmesser bei den Nebenschnecken der Teilkreisdurchmesser und bei der zentralen Schnecke ein zwischen Teilkreisdurchmesser minus ein Drittel der Gangtiefe und Teilkreisdurchmesser liegender Durchmesser gewählt, so dass infolge der etwas kleineren Bemessung der zentralen Schnecke die Volumina des in einem Gang einer Neben-

schnecke und einem Gangabschnitt der zentralen Schnecke eingeschlossenen plastischen Materials besser aneinander angenähert werden. .

Es wird auf diese Weise ermöglicht, die Ausstossleistung eines ■ Extruders zu vervielfachen. Die Durchmesser der Nebenschnecken können ungefähr gleich gewählt werden wie bei einem Doppelschneckenextruder, wobei die gleichen Förderverhältnisse geschaffen werden können wie bei einem Doppelschneckenextruder. Wenn beispielsweise fünf Nebenschnecken um eine zentrale " Schnecke herum angeordnet werden, so ist die Ausstossleistung

eines solchen Mehr Schneckenextruders die fünffache eines Doppelschneckenextruders, dessen Schnecken die gleiche Grosse aufweisen wie die Nebenschnecken des erfindungsgemässen Extruders. Es ergeben sich hierbei gute Antriebsverhältnisse, da die grosse zentrale Schnecke sozusagen zwischen'den Nebenschnecken schwimmt und radial entlastet ist, während nur die Verhältnismassig kleinen Nebenschnecken radial belastet sind, jedoch nicht mehr als bei einem Doppelschneckenextruder, welcher einen Bruchteil der Ausstossleistung aufweist.

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Der erfindungsgemäs se Doppelschneckenextruder weist noch einen weiteren ausschlaggebenden Vorteil auf. Es ist notwendig, bei verschiedenen Materialien die Rezeptur entsprechend der Maschine zusammenzustellen. Da bei dem erfindungsgemäs sen Mehrschneckenextruder in den Gängen der Nebenschnecken und in den Gangabschnitten der zentralen Schnecke ungefähr die gleichen F or der verhältnis se vorliegen, wie bei einem Doppelschnecken- . extruder mit einem Schneckenpaar, dessen Schnecken den Nebenschnecken entsprechen, kann jede neue Rezepttir in einem solchen Doppelschneckenextruder oder gegebenenfalls in einem erfindungsgemässen Mehrschneckenextruder mit nur zwei Nebenschnecken erprobt und dann unverändert für einen erfindungsgemäs sen Mehrschneckenextruder mit einer grossen Anzahl von Nebenschnecken verwendet werden. Es kann somit die Erprobung des Rezeptes mit geringer Ausstossleistung erfolgen, so dass nur weniger Material verlorengeht.

Je besser die Förderverhältnisse in den Gängen der Nebenschnecke den Förderverhältnissen in den Gangabschnitten der zentralen Schnecke angepasst sind, desto genauer ist das durch die Nebenschnecken geförderte Material mit dem durch die zentrale Schnecke geförderten Material abgestimmt und desto homogener ist das gesamte aus dem Extruder austretende Material. Um die Förderverhältnisse in Nebenschnecken und zentraler Schnecke noch weitgehender gleichzuhalten, kann gemäss der Erfindung die Gangzahl der zentralen Schnecke gleich der Gangzahl der Nebenschnecken

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multipliziert mit der Anzahl der Netoenschnecken sein und es kann weiters auch die Anordnung so getroffen sein, dass die zentrale Schnecke und die Nebenschnecken ungefähr gleichen Steigungswinkel aufweisen. Des weiteren sind zweckmässig gemäss der Erfindung Gangtiefe· und Gangbreite bei der zentralen Schnecke und den Nebenschnecken gleich gewählt, wobei die Gänge in der zentralen Schnecke und in den Nebenschnecken vorzugsweise gleiches Profil aufweisen.

Um dann noch das alistretende Material weiter zu homogenisieren und gegebenenfalls noch die geringsten Unterschiede zwischen dem durch die Nebenschnecken und durch die zentrale Schnecke geförderten Material auszugleichen, kann gemäss der Erfindung die zentrale Schnecke an der Austrittsseite über die Länge der Nebenschnecken zur Bildung eines Mischkopfes verlängert sein, wobei die Steigung der zentralen Schnecke in dem über die Nebenschneeken hinausragenden Bereich zumindest doppelt so gross ist wie die Steigung der zentralen Schnecke in dem mit den N. ebenschnecken zusammenwirkenden Bereich, wodurch diese Schnecke im Mischkopf eine grossere Förderleistung aufweist- Wenn die Steigung der Schnecke im Mischkopf bei ungefähr gleichem Durchmesser wie der Durchmesser der zentralen Schnecke doppelt so gross ist wie die Steigung der Gänge der zentralen Schnecke, so müsste die Förderleistung dieser Schnecke im Mischkopf der gesamten Förderleistung von zentraler Schnecke und Nebenschnecken entsprechen, sofern es sich bei der Schnecke im 00982 37 1843

Mischkopf auch um eine gesperrte Schnecke handeln würde. Da dies nicht der Fall ist und im Mischkopf ein Schlupf des Materials eintritt, wird zweckmässig die Steigung der Schneckengänge im Mischkopf mehr als doppelt so gross als die Steigung der Schneckengänge der zentralen Schnecke gewählt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Extruder nach Linie I - I der Fig. 2 und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach Linie II - II der Fig. 1. Fig. 3 stellt in grösserem Maßstab einen Axialschnitt durch einen Schneckengang dar.

Das Extrudergehäuse ist mit 1 und die Austrittsöffnung des Extruders mit 2 bezeichnet. An dem der Austrittsöffnung 2 entgegengesetzten Ende des Extrudergehäuses 1 ist in üblicher Weise der Zuführungskanal für das zu extrudierende Material vorgesehen. Dieses Material ist ein thermoplastischer Kunststoff, wie beispielsweise Polyvinylchlorid.

In dem Gehäuse ist eine zentrale Schnecke 3 mit grossem Durchmesser gelagert, mit welcher Schnecken 4 mit kleinem Durchmesser, die als Nebenschnecken bezeichnet werden, kämmen. Die Nebenschnecken 4 sind gleichmässig über den Umfang der zentralen Schnecke 3 verteilt angeordnet* Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung sind drei Nebenschnecken 4 vorgesehen, welche daher um 12o° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

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Wenn beispielsweise fünf Nebenschnecken vorgesehen werden, so wird die Versetzung 72 betragen. Der mittlere Durchmesser der Nebenschnecken 4 entspricht dem mittleren Durchmesser der zentralen Schnecke 3 gebröchen durch die Anzahl der vorgesehenen Nebenschnecken. Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung, bei welchem drei Nebenschnecken 4 vorgesehen sind, beträgt somit

^ der mittlere Durchmesser dieser Nebenschnecken ein Drittel des

Durchmessers der zentralen Schnecke 3. Die Gangzahl der zentralen Schnecke 3 ist gleich der Gangzahl der Nebenschnecken 4 multipliziert mit der Anzahl der Nebenschnecken. Da im vorliegenden Falle die Nebenschnecken 4 eingängig sind, ist die zentrale Schnecke 3 dreigängig. Die" zentrale Schnecke 3 und die Nebenschnecken 4 werden zwangsläufig drehzahlabhängig voneinander angetrieben und es ergibt sich somit, dass die Nebenschnecken 4 die dreifache Drehzahl der zentralen Schnecke 3 aufweisen. Der Steigungswinkel ist bei der zentralen Schnecke 3 und den Neben-

f schnecken 4 annähernd gleich.

Es ist somit auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung bezogen der Umfang der zentralen Schnecke 3 etwa dreimal so gross wie der Umfang jeder Nebenschnecke 4. Die Gänge der zentralen Schnecke werden daher durch die Nebenschnecken 4 in Teile a geteilt, welche jeweils ebenso lang sind wie die freien Gänge der Nebenschnecke 4, welche durch das Mass b angedeutet sind. Die Gänge enden j eweils in Zwickeln 5 und 6 und die Längen a und b sind jeweils vom Zwickel 6 bis zum Zwickel 5 gerechnet. Es

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werden somit durch die Eingriffsstellen zwischen den Zwickeln 5 sechs ungefähr gleiche Volumina der Gänge in der zentralen Schnecke 3 und in den Nebenschnecken 4 abgegrenzt und es werden damit ungefähr gleiche Förderbedingungen geschaffen.

In Fig. 3 ist in grösserem Maßstab ein Gang 7 einer Schnecke im Querschnitt dargestellt. Diese Darstellung gilt sowohl für die Nebenschnecken als auch für die zentrale Schnecke. 9 ist die zylindrische Wandung des Gehäuses 1, welche den Schneckengang abschliesst. Der Kerndurchmesser der Schnecke ist mit c, der Teilkreisdurchmesser mit d und der Aussendurchmesser mit e bezeichnet. Die Förderung der Schnecke hängt nun weitgehend von dem Verhältnis der bewegten Teile der Begrenzung des Schneckenganges 7 zu den unbewegten Teilen derselben ab. Der Grund 8 des Schneckenganges und die Flanken 11 sind bewegt und wirken im Sinne einer Förderung des Mediums. Die zylindrische Wandung 9 des Gehäuses ist stillstehend und bremst die Förderung. Das Verhältnis der bewegten Flächen 8, 11 zur stillstehenden Fläche 9 ändert sich wieder mit dem Durchmesser der Schnecke und es wird dieses Verhältnis bei der zentralen Schnecke 3 mit grosser» Durchmesser grosser sein als bei den Nebenschnecken 4 mit kleineren! Durchmesser. Es liegen somit die zu wählenden mittleren Durchmesser der zentralen Schnecke und der Nebenschnecke, welche bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung in das Verhältnis 3 : 1 gesetzt werden sollen, nicht genau fest. Man kommt ungefähr zu einem richtigen Ergebnis, wenn bei den Nebenschnecken als

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mittlerer Durchmesser der Teilkreisdurchmesser d gewählt wird und bei der zentralen Schnecke ein Durchmesser gewählt wird, der zwischen Teilkreisdurchmesser d abzüglich eines Drittels der Gangtiefe f und Teilkreisdurchmesser d zuzüglich eines Drittels der Gangtiefe f liegt. In diesem Spielraum in der Grosse von zwei Drittel der Gangtiefe f ergeben sich günstige Bedingungen.

k Zweckmässig werden aber als mittlere Durchmesser, welche

miteinander ins Verhältnis 1 ; 3 gesetzt werden sollen, bei den Nebenschnecken der Teilkreisdurchmesser d und bei der zentralen Schnecke ein Durchmesser gewählt, der zwischen dem Teilkreis durchmesser d abzüglich eines Drittels der Gangtiefe f und dem Teilkreisdurchmesser d liegt. Damit wird die Länge der Gänge gemessen am Teilkreisdurchmesser bei der zentralen Schnecke etwas kürzer als bei den Nebenschnecken 4, und es wird damit dem Umstand Rechnung getragen, dass, wie bereits erwähnt, bei der zentralen Schnecke 3 mit grossem Durchmesser das Verhältnis

' der radial bewegten Flächen 8 und 11 zu der unbewegten Fläche

9 grosser wird als bei der Nebenschnecke 4 mit kleinerem Kern-, durchmesser, so dass die zentrale Schnecke durch Reibung und Haftung des Fördergutes verhältnismässig mehr radial fördert und dass infolge der stärkeren Krümmung des Teilkreises bei den kleinen Nebenschnecken das Volumen eines Ganges einer Nebenschnecke bei gleicher Bogenlänge des Teilkreises etwas kleiner ist als bei der grösseren zentralen Schnecke 3.

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Je genauer die Angleichung erfolgt, desto mehr nähern sioh einander die Förderbedingungen in den Gängen 7 der zentralen Schnecke 3 und in den Gängen 7 der Nebenschnecken 4. Um noch eine weitere Homogenisierung zu erreichen/ ist die zentrale Schnecke 3 zur Bildung eines Mischkopfes 12 über die Nebenschnecken 4 hinaus verlängert. Dieser Mischkopf 12 rotiert in einem zylindrischen Ansatz 13 des Extrudergehäuses 1 und weist Schneckengänge 14 auf, deren Steigung mehr als doppelt so gross ist wie die Steigung.der Schneckengänge 7.

Der Antrieb der zentralen Schnecke erfolgt in üblicher Weise über ein Zahnrad 15, welches auf der Welle 16 der zentralen Schnecke 3 sitzt. Auf dieser Welle 16 sitzt auch ein Ritzel 17, welches mit Ritzeln 18 kämmt, die auf den Wellen 19 der Nebenschnecken 4 sitzen. Auf diese Weise werden die Nebenschnecken im richtigen Drehzahlverhältnis zu der zentralen Schnecke 3 angetrieben. Die Schubkraft der zentralen Schnecke wird durch ein Spurlager 2o und die Schubkräfte der Nebenschnecken 4 werden durch Spurlager 21 aufgenommen.

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Claims

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Patentansprüche

Mehrschneckenextruder zur Verarbeitung von Thermoplasten od. dgl., bei welchem eine zentrale Schnecke mit zwei oder' mehr an ihrem Umfang gleichmässig verteilten

k achsparallelen Nebenschnecken kämmt, welche gegen- „

läufig zu der zentralen Schnecke zwangsläufig angetrieben und im Extrudergehäuse oder mit diesem verbundenen Bauteilen ortsfest gelagert sind; dadurch gekennzeichnet, ' . dass ein mittlerer Durchmesser der Fördergänge der

Nebenschnecken gleich einem mittleren Durchmesser der Fördergänge der zentralen Schnecke gebrochen durch die Anzahl der Nebenschnecken ist, wobei als mittlerer Durchmesser bei den Nebenschnecken der Teilkreisdurchmesser und bei der zentralen Schnecke ein Durchmesser

Ψ gewählt wird, der zwischen Teilkreisdurchmesser abzüg

lich eines Drittels der-Gangtiefe und Teilkreisdurchmessei zuzüglich eines Drittels der Gangtiefe, vorzugsweise zwischen Teilkreisdurchmesser abzüglich eines Drittels der Gangtiefe und Teilkreisdurchmesser liegt.
2. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch ge

kennzeichnet, dass die Gangzahl der zentralen Schnecke gleich der Gangzahl der Nebenschnecken multipliziert mit der Anzahl der Nebenschnecken ist.

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3. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Schnecke und die Nebenschnecken ungefähr gleichen Steigungswinkel aufweisen.
4. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Gangtiefe und Gangbreite bei der zentralen Schnecke und den Nebenschnecken gleich sind.
5. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gänge in der zentrden Schnecke und in den Nebenschnecken gleiches Profil aufweisen.
6. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Schnecke an der Austrittsseite über die Länge der Nebenschnecken zur Bildung eines Mischkopfes verlängert ist, wobei die Steigung der zentralen Schnecke in dem über die Nebenschnecken hinausragenden Bereich zumindest doppelt so gross ist wie die Steigung der zentralen Schnecke in dem mit den Nebenschnecken zusammenwirkenden

Bereich.

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