DE19727016A1 - Schweißextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißextruder zur Bildung eines plastifizierten Kunststoffstranges aus einem Schweißdraht aus thermoplastischem Kunststoff, mit einem Zylinder, einer in dem Zylinder fliegend gelagerten Schnecke mit einem Einzugsbereich mit in den Schweißdraht einschneidenden Schneckengängen, einem Kompressions- und Plastifizierbereich und einer Einrichtung zur Zerkleinerung des eingezogenen Schweißdrahtes, wobei der Zylinder im Einzugsbereich einen Zuführungskanal für den Schweißdraht aufweist.

Aus DE 32 21 492 C1 ist ein Schweißextruder bekannt, bei dem der Schweißdraht durch den Anfang des Plastifizierteils der Schnecke zerkleinert wird. Diese Zerkleinerung ist nicht optimal, weil die Plastifizierschnecke Teile von dem Schweißdraht schräg zu dessen Achse abschert, für die Zuführung des Schweißdrahtes zur Abscher­ stelle eine Durchmesserverringerung der Schnecke (und des Zylinders) beim Übergang vom Einzugsbereich zum Plastifizierbereich erforder­ lich ist und der Schweißdraht am Anfang des Plastifizierbereiches schon erhöhter Temperatur ausgesetzt ist, wodurch es an der Scherungsstelle leicht zur Haftung des Schweißdrahtes an der Zylin­ derwand und Stauung des Schweißdrahtvorschubs kommen kann.

Aus DE 38 35 250 C1 ist ebenfalls ein Schweißextruder bekannt, dessen Extrudierschnecke einen Einzugsbereich und einen Kompressions-/­ Plastifizierbereich aufweist. Die Granulierung des Schweißdrahtes erfolgt hier bereits im Einzugsbereich, in dem der Schweißdraht immer dichter an die mit Sägezahnprofil ausgebildete Einzugs­ schnecke herangeführt wird, so daß er am Ende des Einzugsbereichs in einzelne Teilchen aufgetrennt ist. Hierbei ist nachteilig, daß nur Schweißdrähte granuliert werden können, deren Durchmesser kleiner als die Gangtiefe der Einzugsschnecke ist. Außerdem ist für die vollständige Abtrennung der Teilchen von dem Draht eine präzise Dimensionierung von Schneckendurchmesser und Zylinderinnen­ durchmesser nötig, da noch zusammenhängende Teilchen einen Material­ stau verursachen können. Auch dieser Schweißextruder hat im Ein­ zugs- und Plastifizierbereich unterschiedliche Durchmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweiß­ extruder zu schaffen, bei dem die Zerkleinerung bzw. Granulierung des eingezogenen Schweißdrahtes ohne Gefahr der Staubildung oder Störung der Materialzufuhr zur Plastifizierzone möglich ist. Ins­ besondere soll der Schweißdraht unter Bildung von Teilchen etwa gleicher Größe zerkleinert werden, so daß eine problemlose Kompri­ mierung und Plastifizierung zu einer homogenen Schmelze möglich ist. Schließlich soll auch die Extruderkonstuktion vereinfacht werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschrei­ bung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schweißextruder erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerkleinerungeinrichtung durch einen zwischen dem Einzugsbereich und dem Kompressionsbereich der Schnecke angeordneten Zwischenbereich mit größerer Schnecken­ gangsteigung als im Einzugsbereich gebildet ist und an der Innen­ seite des Zylinders eine von dem Zuführungskanal durch den Einzugs­ bereich in den Zwischenbereich reichende, zur Schneckenachse paral­ lele Führungsrille für den Schweißdraht ausgebildet ist. Der durch den Zuführungskanal zugeführte und von den im Profil spitzen Schnec­ kengängen des Einzugsbereiches erfaßte Schweißdraht wird in der achsparallelen Führungsrille zum Zwischenbereich gefördert. Dabei dringen die Schneckengänge in den Draht ein und erzeugen in ihm Kerben, die am Übergang vom Einzugs- zum Zwischenbereich von dem Schneckengang des Zwischenbereichs übernommen werden. Da die Gang­ steigung bzw. der Steigungswinkel der Schnecke im Zwischenbereich größer als im Einzugsbereich ist, wird nach dem Einfahren des Schneckenanfangs des Zwischenbereichs in die von der Einzugsschnecke gebildete Kerbe auf die vordere Kerbenflanke ein wachsender Druck ausgeübt, der bewirkt, daß das vor der Kerbe befindliche Drahtstück von dem durch den Einzugsteil der Schnecke gehaltenen Schweißdraht abreißt. Die Schnecke des Einzugsbereichs kann ohne Unterbrechung mit stetiger oder sprunghafter Änderung des Steigungswinkels in die Schnecke des Zwischenbereichs übergehen. Die Schecke kann am Übergang beider Bereiche aber auch unterbrochen sein. Zum sicheren Einfahren der Schnecke des Zwischenbereichs in die im Einzugsbe­ reich gebildete Kerbe kann die Ganghöhe der Schnecke im Zwischen­ bereich am Anfang von null auf ihren Endwert ansteigend ausgebil­ det sein.

Der Schneckengang des Zwischenbereiches kann auch an einer Stelle außerhalb der von dem Einzugsteil der Schnecke gebildeten Kerbe in den Schweißdraht einschneiden und so einen eigenen Kerb­ einschnitt bilden, an dem bei Weiterdrehung der Schnecke die Ab­ trennung des vorderen Drahtstückes erfolgt. Dies ist dann der Fall, wenn der Einzugsteil der Schnecke eingängig und der Zwischenteil der Schnecke zwei- oder mehrgängig ist. Wesentlich ist, daß das vor­ derste Schweißdrahtstück bei der Übergabe von dem Einzugsteil der Schnecke an das Zwischenteil der Schnecke eine Steigerung der För­ dergeschwindigkeit erfährt, wodurch dieses Schweißdrahtstück an der Kerbe, die von der Zwischenschnecke übernommen oder neu gebildet wurde, von dem übrigen Schweißdraht getrennt wird. Das so abgetrenn­ te Schweißdrahtteilchen gelangt dann aus der Führungsrille zwischen die Schneckengänge des Zwischenbereiches und wird schnell zum Kom­ pressions- und Plastifizierbereich gefördert.

Während bisher von einem Zuführungskanal für den Schweißdraht die Rede war, kann der Schweißextruder für höhere Leistungen auch zwei oder mehr solche Zuführungskanäle aufweisen, so daß bei ein­ gängiger Schnecke pro Schneckendrehung zwei oder mehr Teilchen er­ zeugt werden. In diesem Falle genügt im Zwischenbereich eine ein­ gängige Schnecke, die bei einer Umdrehung nacheinander die zwei oder mehr Teilchen abtrennt.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißextruders liegt das Verhältnis der Gangsteigung der Schnecke im Zwischenbereich zu der Gangsteigung der Schnecke im Einzugs­ bereich in dem Bereich von 1,5 bis 10, insbesondere in dem Bereich von 2 bis 7. Ein praktischer Wert liegt z. B. bei 4. Diese Steigungs­ verhältnisse gewährleisten die sichere Zerkleinerung des Schweiß­ drahtes, wobei das Verhältnis umso kleiner sein kann, je spröder das Drahtmaterial ist.

Vorzugsweise beträgt die zwischen dem Boden der Führungsrille und dem Grat der Schnecke im Einzugsbereich gemessene Rillentiefe 25 bis 70% der Schweißdrahtdicke. Insbesondere liegt dieser Bereich bei 25 bis 50%. Der Eingriff der spitzen Schneckengänge des Einzugs­ teils der Schnecke bewirken die Förderung des Schweißdrahtes in der Führungsrille. Außerdem werden im Schweißdraht Kerben gebildet, die nach der Übergabe an die Schnecke des Zwischenbereiches vorzugsweise als Sollbruchstellen der Zerkleinerung dienen.

Vorzugsweise haben in den drei Bereichen der Zylinder den gleichen Innendurchmesser und die Schnecke den gleichen Durchmesser. Hierdurch wird die Fertigung des Extruders im Vergleich zu bekann­ ten Konstruktionen vereinfacht, die im Einzugsbereich einen größeren Durchmesser als im Plastifizierbereich haben.

Zweckmäßigerweise hat die Schnecke im Zwischenbereich die größte Gangtiefe, da die Gänge hier die neugebildeten, noch unkom­ primierten Granulatkörner aufnehmen müssen. Im Kompressions- und Plastifizierbereich nimmt die Gangtiefe in bekannter Weise zur Spitze des Schneckenkörpers hin ab.

Vorzugsweise ist die Schnecke im Zwischenbereich als zweigän­ gige Schnecke ausgebildet, von dem die eine Schnecke auf den Zwischenbereich begrenzt ist und die andere Schnecke in die Schnecke des Kompressionsbereiches übergeht. Mit einem oder mehr Schneckengängen im Zwischenbereich ist es möglich, von einem Schweißdraht bei einer Umdrehung ein bzw. mehrere Teilchen abzutrennen.

Vorzugsweise ist der Zylinder in dem Zwischenbereich mit einem Kühlmantel versehen. Der Kühlmantel kann z. B. mit kalter Luft durch­ strömt werden. Auf diese Weise wird die Erwärmung des Zwischenbe­ reiches des Zylinders, insbesondere im Bereich der Führungsrille(n), von dem beheizten Plastifizierbereich des Zylinders her weitgehend vermieden. Dadurch kann auch der zur Zerkleinerung anstehende Schweißdraht relativ kalt gehalten werden, so daß das Drahtmaterial relativ spröde ist und an den vorgebildeten Kerben leicht reißt. Der Kühlmantel kann von Luft durchströmt werden und wird dann zweck­ mäßigerweise an die Druckseite eines Luftverdichters angeschlossen. Die geförderte Luft umströmt den Zwischenbereich zwecks Kühlung und wird dann einem Lufterhitzer zugeführt. Die erhitzte Luft wird durch ein Rohr auf die zu verschweißenden Ränder der Werk­ stoffe geleitet.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht eines Schweißextruders, teilweise im Schnitt, der mit einer Bohrmaschine als Antrieb gekoppelt ist;

Fig. 2 die Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Aggregats; und

Fig. 3 einen Teilschnitt des Schweißextruders von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Nach den Figuren umfaßt der Schweißextruder ein Zylinder­ gehäuse 1 und eine im hinteren Bereich des Gehäuses 1 durch ein Axiallager 3 fliegend gelagerte Extruderschnecke 2. Das hintere Ende der Extruderschnecke 2 ist über einen Adapter mit einer An­ triebsmaschine 4 gekuppelt. Die Extruderschnecke 2 hat einen hin­ teren Einzugsbereich (I), einen sich nach vorne daran anschließenden Zwischenbereich (II) und einen sich nach vorne daran anschließenden Kompressions- und Plastifizierbereich (III). Der Schneckenteil 5 des Einzugsbereiches (I) hat ein sägezahnförmiges Profil mit kleiner Gangsteigung und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eingängig. Die Schnecke 6 in dem Zwischenbereich (II) hat dagegen außenseitig flache Gänge und eine erheblich größere Gangsteigung als der Schnec­ kenteil 5. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt das Verhältnis der Gangsteigungen der Schneckenteile 6 und 5 etwa 4 : 1. Die Schnecke 6 im Zwischenbereich (II) hat zwei separate Schneckengänge, von denen der eine am vorderen Ende des Zwischenbereiches (II) endet, während die andere kontinuierlich mit verringerter Gangsteigung in den Kom­ pressions- und den Plastifizierbereich der Extruderschnecke 2 wei­ tergeht.

Der Zylinder 1 enthält aus fertigungstechnischen Gründen im hinteren Bereich eine Buchse 7, deren lichte Weite gleich der des Extruderzylinders 1 ist. Der Extruderzylinder 1 und die Buchse 7 enthalten einen Zuführungskanal 8 unter einem spitzen Winkel zur Achse 9 des Schweißextruders für die Zuführung eines Schweißdrahtes zum Einzugsbereich (I) der Schnecke. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, schließt sich an den Zuführungskanal 8 in der Buchse 7 eine zur Achse 9 parallele Führungsrille 10 an, die sich über den Einzugsbereich (I) hinaus bis in den Zwischenbereich (II) erstreckt. Die Führungsrille 10 dient zur achsparallelen Führung des durch den Zuführungskanal 8 zugeführten Schweißdrahtes, wenn dieser durch die Spitzgänge des Schneckenteils 5 erfaßt und geför­ dert wird. Gelangt der Schweißdraht in der Führungsrille 10 mit seinem vorderen Ende in den Zwischenbereich (II), wird er in der von dem Schneckenteil 5 gebildeten Kerbe durch den Schneckenteil 6 übernommen und erfaßt und infolge der größeren Gangsteigung dieses Schneckenteils an der Kerbe getrennt. Das so gebildete Drahtteil­ chen wird dann durch den Schneckenteil 6 schnell durch den Zwischen­ bereich (II) hindurch in den Kompressions- und Plastifizierbereich (III) gefördert, wo in bekannter Weise die Verdichtung und Plasti­ fizierung des körnigen Materials erfolgt.

Der Extruderzylinder 1 ist im Kompressions- und Plastifizier­ bereich (III) durch ein äußeres Heizband 11 beheizt. Um eine Erwär­ mung des Zylinders im Zwischenbereich (II) und im Einzugsbereich (I) und damit auch eine Erwärmung des Schweißdrahtes zu verhindern, enthält der Zylinder im Zwischenbereich (II) einen Mantel 12, der von Kühlluft durchströmt wird. Zur Erzeugung eines Kühlluftstroms durch den Kühlmantel 12 ist nach Fig. 2 der eine Stutzen 19 mit der Druckseite eines Luftgebläses (nicht dargestellt) ver­ bunden, durch das ein Luftstrom erzeugt wird. Der abströmseitige Stutzen 13 des Kühlmantels ist über die Leitung 14 mit einem Lufterhitzer 15 verbunden. An die Abströmseite des Lufterhitzers 15 ist ein Rohr 16 angeschlossen, durch das die erzeugte Heiß­ luft auf die Ränder der zu verschweißenden Werkstücke neben der Düse 17 des Schweißextruders geleitet wird. Die Bezugszahl 18 bezeichnet einen Kasten, in dem u. a. die Temperaturregelung des plastifizierten Kunststoffs untergebracht ist.

Claims (8)

1. Schweißextruder zur Bildung eines plastifizierten Kunststoff­ stranges aus einem Schweißdraht aus thermoplastischem Kunststoff, mit einem Zylinder (1), einer in dem Zylinder fliegend gelagerten Schnecke (2) mit einem Einzugsbereich (I) mit in den Schweißdraht einschneidenden Schneckengängen, einem Kompressions- und Plastifizier­ bereich (III) und einer Einrichtung zur Zerkleinerung des eingezoge­ nen Schweißdrahtes, wobei der Zylinder (1) im Einzugsbereich (I) einen Zuführungskanal (8) für den Schweißdraht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung durch einen zwischen dem Einzugsbereich (I) und dem Kompressionsbereich (III) angeordneten Zwischenbereich (II) mit größerer Schneckengang­ steigung als im Einzugsbereich gebildet ist und an der Innenseite des Zylinders (1) eine von dem Zuführungskanal (8) durch den Einzugsbereich (I) in den Zwischenbereich (II) reichende, zur Schneckenachse (9) parallele Führungsrille (10) für den Schweiß­ draht ausgebildet ist.

2. Schweißextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gangsteigung der Schnecke (6) im Zwischenbereich (II) zu der Gangsteigung der Schnecke (5) im Einzugsbereich (I) in dem Bereich von 1,5 bis 10, vorzugsweise in dem Bereich von 2 bis 7 liegt.

3. Schweißextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Boden der Führungsrille (10) und der Schnittkante der Schnecke (5) im Einzugsbereich (I) gemessene Rillentiefe 25 bis 70% der Dicke des Schweißdrahtes beträgt.

4. Schweißextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den drei Bereichen (I, II, III) der Zylinder (1) den gleichen Innendurchmesser und die Schnecke (2) den gleichen Durchmesser haben.

5. Schweißextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) im Zwischenbereich (II) die größte Gangtiefe hat.

6. Schweißextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (6) im Zwischenbereich (II) als zweigängiges System ausgebildet ist, von dem der eine Schneckengang auf den Zwischenbereich begrenzt ist und der andere Schneckengang in die Schnecke des Kompressionsbereiches (III) übergeht.

7. Schweißextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) in dem Zwischenbereich (II) mit einem Kühlmantel (12) versehen ist.

8. Schweißextruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel (12) einerseits an die Druckseite eines Luft­ gebläses und andererseits an einen Lufterhitzer angeschlossen ist.