DE19534644A1 - Tandemextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tandemextruder für das plastifizie­ ren und Kühlen treibmittelhaltiger Schmelzen unter Einsatz einer gasdichten Polymerschmelzedichtung am Schneckenende des Sekundär­ extruders.

Tandemextruderanlagen sind seit längerem bekannt. Dabei hat der Primärextruder die Aufgabe des Schmelzens der Polymerei des Vermischens, des Einmischens der gas- oder flüssigförmigen Treibmittel. Ferner soll er den Druckaufbau übernehmen. Der Druck aus dem Primärextruder muß so hoch sein, daß er den Sekundärex­ truder praktisch überfährt. Der Primärextruder drückt das Schmel­ zegemisch in den Sekundärextruder. Dort wird die Schmelze unter hohem Druckverlust auf Ausschäumtemperatur herabgekühlt. Zur besseren Temperaturverteilung der Sekundärstufe sind die dynami­ schen Kühlsysteme mit einer rotierenden Schaufelwelle oder einer Extruderschnecke ausgestattet.

Durch die Kühlung der Schmelze reduziert sich deren Viskosität. Das fordert erhöhten Druck zur Durchsetzung der Schmelze. Um zu einem wirtschaftlichen Durchsatz bei zwangsweise durch die Kühlung im Schmelzesystem einsetzendem Druckverlust zu kommen, muß die Schmelze bereits mit hohem Druck in den Sekundärextruder geleitet werden. Dieser Druck versucht über den rotierenden Antriebsschaft der Schnecke oder des Rührarmes zu entweichen.

Dadurch entsteht ein Dichtproblem. Zur Abdichtung sind die Wellenschäfte mit Dichtgewinden (Labyrinthdichtung) in Kombina­ tion mit Gleit- oder Stopfbuchsendichtungen ausgestattet. Hinzu kommt noch eine zusätzliche Kühlung, die die Schmelze in dem Dichtungssystem erstarren lassen soll. Dieses System ist jedoch nach jedem Stopp nahezu unwirksam, da bei Stillstand die gesamte Masse erstarrt und bei erneuter Bewegung der entstandene Festkör­ per zwangsweise zerstört wird.

Eine weitere Abdichtungsvariante ist die Zufuhr von Grundpolymer­ granulat über die Schneckengeometrie auf den Schaft des Sekundär­ extruders. Hintergrund dieser Abdichtungsmaßnahme ist die Überle­ gung, durch Erzeugung eines Gegendruckes im Dichtbereich einen Austritt der Schmelze zu verhindern. Hierbei muß über die Ver­ weilzeit und die Schneckengeometrie sowie über die Temperatur­ zufuhr von außen (Zylinder) eine homogene Masse und ein hoher Druck erzeugt werden, der über dem Zufuhrdruck der Schmelze aus dem Primärextruder liegt. Dies ist nahezu unerreichbar, da die Sekundärschnecke üblicherweise sehr langsam dreht, um nicht durch zu hohe Reibung (Friktion) dem Kühlprozeß entgegenzuwirken. Die Folge sind unaufgeschlossene Polymerteile in der Treibmittel­ schmelze. Das beeinträchtigt sehr erheblich die Homogenität des erzeugten Schaumes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abdichtungsproble­ matik zu lösen.

Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß der Einzug-Schnecke des Sekundärextruders ein Planetwalzenteil nachgeschal­ tet ist. Durch das Planetwalzenteil ist gewährleistet, daß das am Schaft des Sekundärextruders zur Abdichtung bzw. Erzeugung eines Gegendruckes zugegebene Grundpolymergranulat ausreichend plasti­ fiziert, homogenisiert und im treibmittelhaltigen Schmelzehaupt­ strom aus dem Primärextruder dispergiert wird. Der Schmelzehaupt­ strom aus dem Primärextruder kommend wird am Sekundärextruder über eine Öffnung im Zylinder zugeleitet.

Über die Wahl der Geometrie am Schaft der Sekundärschnecke und Nutenausbildung in Längsrichtung oder Spiralform in der Zylinder­ oberfläche und Temperierung wird sichergestellt, daß das Gang­ volumen gefüllt ist und die Grundpolymermasse in Richtung Zulauf der treibmittelhaltigen Schmelze (Schmelzehauptstrom) abdichtet.

Die Inhomogenitäten der als Dichtmittel wirkenden Grundpolymer­ masse werden nach Eintritt der Grundpolymermasse in den Schmelze­ hauptstrom durch den zwangsweisen Durchlauf im Planetwalzenteil abgebaut. Gleichzeitig unterstützt der Planetwalzenteil den Druckaufbau in Förderrichtung.

Der Planetwalzenteil kann die notwendige Abkühlung der Schmelze auf Extrusionstemperatur allein bewirken oder auch nur ein Zwischenteil bilden. Im letzteren Fall kann dem Planetwalzenteil auch ein Einschneckenteil nachgeschaltet sein.

Die Kombination von Einschnecken mit planetwalzenteilen, auch in Tandemanordnung, ist zwar im Zusammenhang mit der Aufarbeitung von PVC bekannt, jedoch beschränkt sich die Verwendung des Planetwalzenteiles bislang auf den Primärextruder. Auf die Abdichtung des Schaftendes am Sekundärextruder und einen mögli­ chen besonderen Druckaufbau am Sekundärextruder geben die bekann­ ten Lösungen jedoch keinen Hinweis.

In der Zeichnung ist der Sekundärextruder einer Tandemanlage (Kaskaden-Anlage) dargestellt. Mit 1 ist das Getriebe bezeichnet, mit 2 ein Einzugschneckenteil, mit 5 ein Planetwalzenteil und mit 6 ein weiteres Extruderteil. Der Sekundärextruder besitzt ein Getriebe 1, das über einen Motor 7 und einen Riementrieb 8 angetrieben wird. Das Einzugschneckenteil 2 besitzt ein Gehäuse, in dem eine Schnecke 9 rotiert. Das Gehäuse ist getriebeseitig mit einer Aufgabeöffnung 3 für das Grundgranulat versehen. Zum Planetwalzenteil 5 hin besitzt die Einzugschnecke einen Schmelze­ zulauf 4 für den Schmelzehauptstrom aus dem nicht dargestellten Primärextruder. Der Planetwalzenteil 5 besitzt eine Zentralspin­ del 11, die mit der Schnecke 9 gekoppelt ist. Auf der Zentral­ spindel 11 laufen Planeten 10 um. Die Planeten 10 kämmen mit der Zentralspindel 11 und zugleich mit einer Innenverzahnung des Gehäuses 12.

Der Extruderteil 6 ist im Ausführungsbeispiel ein weiterer Planetwalzenteil, in einem anderen Ausführungsbeispiel eine Einschnecke. Bei Verwendung eines gleichfalls als Planetwalzenex­ truder ausgebildeten Extruderteils 6 ist die Zentralspindel 11 mit der Zentralspindel des Planetwalzenteils 6 gekoppelt. Im anderen Ausführungsbeispiel mit einem als Einschneckenextruder ausgebildeten Extruderteil 6 ist die Schnecke mit der Zentral­ spindel 11 gekoppelt.

Im Betriebsfall wird der Schmelzehauptstrom bei Durchlaufen der Extruderteile 5 und 6 auf Extrusionstemperatur abgekühlt. Der Schmelzehauptstrom vermischt sich mit dem Grundpolymergranulat, das durch die Aufgabe 3 die Einzugschnecke 9 zugeführt wird und als Dichtmittel dient. Die Dichtstrecke wird durch den Abstand zwischen der Aufgabe 3 und dem Schmelzezulauf 4 bestimmt. Ferner ist für die Dichtwirkung maßgebend, daß die Schneckengänge auf der Dichtstrecke mit Granulat vollständig gefüllt sind. Aufgrund der relativ langsamen Drehung der Schnecke 9 kommt es vor Ein­ tritt des Grundpolymergranulates in den Schmelzehauptstrom nicht zu einer ausreichenden Aufschmelzung und Homogenisierung. Dies findet zusammen mit einer vorteilhaften Dispergierung im Schmel­ zehauptstrom im Planetwalzenextruderteil 5 statt.

Zugleich wirkt der Planetwalzenextruderteil 5 im Ausführungs­ beispiel wie eine Druckpumpe. Das Extruderteil 5 erhöht den Druck nach Eintritt des Schmelzehauptstromes in den Sekundärextruder auf den notwendigen Betriebsdruck zur Extrusion der Schmelze. Aufgrund dieser Pumpwirkung wird der Primärextruder und die Abdichtung am Schaftende der Schnecke 9 entlastet.

Claims (3)

1. Tandemextruder für das Plastifizieren und Kühlen treibmittel­ haltiger Schmelzen zur Erzeugung von Kunststoffschaum, wobei eine gasdichte Polymerschmelzedichtung am Schneckenschaft des Sekundärextruders durch Zugabe von Grundpolymergranulat erfolgen soll und die Dichtwirkung durch die Dichtstrecke zwischen der Aufgabe des Granulates und dem Schmelzezulauf des Schmelzehauptstromes aus dem Primärextruder bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Schmelzehauptstromes hinter dem Schmelzezulauf (4) ein Planetwalzenteil (5) vorgesehen ist.

2. Tandemextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem dem Schmelzezulauf (4) des Hauptschmelzestromes nachgeschalteten Planetwalzenteil (5) eine Druckerhöhung im Schmelzehauptstrom erfolgt.

3. Tandemextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetwalzenteil (5) allein und/oder mit anderen als Planetwalzenteil oder Einschnecken-Extruder ausgebildeten Teilen (6) die Abkühlung der Schmelze auf Extrusionstemperatur bewirkt.