DE19856235A1 - Extruder mit Entgasung - Google Patents

Abstract

Nach der Erfindung findet an einem Extruder zusätzlich oder allein eine Rückwärtsentgasung statt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entgasung an einem Extruder.

Extruder finden insbesondere zur Kunststoffverarbeitung Anwendung. Dabei wird der Kunststoff in der Regel in Form eines Granulates eingesetzt und durch den Extruder plastifiziert und in eine Düse ausgetragen, die den plastifizierten Kunststoff in eine gewünschte Form bringt.

Über das Plastifizieren hinaus ist die Aufgabe des Extruders, die Schmelze zu homogenisieren. Zumeist müssen Additive und Zuschläge verarbeitet werden. Auch das kann im Extruder erfolgen. In diesem Fall hat der Extruder die Aufgabe, Zuschläge und Additive gleichmäßig zu verteilen.

Extruder finden unter anderem auch in der Lebensmittelindustrie und in der Chemie Anwendung.

Extruder kommen in verschiedenen Bauformen vor. Bekannt sind Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.

Planetwalzenextruder haben im Verhältnis zu den anderen genannten Extrudern eine extrem große Plastifizierungswirkung. Dies eröffnet die Möglichkeit, Rohstoffe zu bearbeiten, die in den anderen Extrudern gar nicht oder nur mangelhaft einsetzbar sind. Planetwalzenextruder können aber auch genutzt werden, um die Produktionsleistung erheblich zu erhöhen.

Alle Extruder haben gemeinsam, daß in der Schmelze bzw. in dem Einsatzgut/Behandlungsgut gasförmige Bestandteile auftreten können. Dabei kann es sich um Bestandteile handeln, die von Anfang an unerwünscht waren. Solche Bestandteile können z. B. Wasser sein. Einige Thermoplaste- bzw. Füllstoffe nehmen Wasser auf. Entweder müssen diese Thermoplaste oder Füllstoffe vorgetrocknet werden oder aber der im Extruder entstehende Dampf muß abgezogen werden, entgast werden.

Gasförmige Bestandteile, die am Anfang erwünscht und im weiteren Verarbeitungsvorgang unerwünscht sind, können Lösungsmittel, Reaktionsbeschleuniger oder Reaktionsinhibitoren bzw. inerte Gase sein. Soweit kein vollständiger chemischer Umsatz dieser Gase erfolgt, verbleiben Rückstände mit monomeren, oligomeren Abbauprodukten und Zersetzungsprodukten.

Flüchtige Bestandteile in der Schmelze betragen häufig mehr als 3 bis 4 Gew.-% und dürfen in extrudierten Polymeren meist nicht über 0,2 Gew.-% liegen. Es gibt verschiedene Gründe, die zur Entgasung zwingen. Dazu gehören:
Verbesserung der Produktqualität, Vermeidung gesundheitlicher Schädigung
Veringerung der Kosten
Verhindern eines chemischen Abbaus
Durchführung weiterer Verfahrensschritte.

Zum Entgasen werden unterschiedliche Geräte angeboten. Zumeist wird die Entgasung am Extruder vorgenommen. Zunächst wird dazu am Extruder eine Entgasungszone definiert. Beim Extruder sind folgende Zonen bekannt:
Einzugszone, Kompressionszone, erste Plastifizierungs- und Homogenisierungszone und, Dekompressionszone, zweite Plastifizierungs- und Homogenisierungs- bzw. Dispergierungszone, Kühlzone, Austragzone. Die Bezeichnung der verschiedenen Zonen erläutert deren Funktion. So wird das Einsatzmaterial in der Einzugzone in den Extruder eingezogen und in der Kompressionszone komprimiert. In der Plastifizierungszone erfolgt eine Plastifizierung des Materials, in der Homogenisierungszone eine Homogenisierung des Materials in der Dispergierungszone eine Verteilung von Additiven in dem Material, in der Kühlzone eine Abkühlung usw.

Zum Entgasen werden diverse Lösungen angeboten. Alle Lösungen basieren darauf, daß die in der Schmelze gelösten flüchtigen Bestandteile durch Druckreduzierung frei werden. Der Druckabfall kann auf Umgebungsdruck oder auf einen darüber liegenden Druck erfolgen. Zwangsläufig löst sich das Gas dann aus der Schmelze. Die Gasblasen können dann abgezogen werden.

Als Gasabzug eignet sich bereits eine im Bereich des Druckabfalles vorgesehene Öffnung am Mantel/Gehäuse des Extruders, die wahlweise an eine Saugleitung angeschlossen ist. Bei Kaskadenextruderanlagen bzw. Tandemextruderanlagen findet die Entgasung zumeist zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil statt.

Im Betrieb zeigt sich, daß die Entgasungszone eine relativ sensible Zone ist. Hier gilt es, eine möglichst optimale Trennung von Gas und Schmelze bzw. von Gas und Einsatzgut zu erreichen. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine bessere Entgasung zu bewirken.

Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Schmelze/Einsatzgut/Behandlungsgut (nachfolgend gemeinsam Schmelze genannt) allein oder zusätzlich rückwärts entgast wird. Die erfindungsgemäße Rückwärtsentgasung erfolgt dadurch, daß ein Gasabzug erfolgt, bevor in der Kompressionszone eine den Gasdurchtritt verhindernde Materialverdichtung stattfindet. Je nach Abstand der den Gasdurchtritt verhindernden Materialverdichtung kann die Rückwärtsentgasung z. B. in Einzugsrichtung des Materials bis 80 cm Abstand von dem Materialeinzug aufweisen.

Die Rückwärtsentgasung schließt auch ein, daß frei werdendes Gas durch den Materialeinzug zurückströmt oder die Rückwärtsentgasung an dem Extruder in axialer Richtung und Förderrichtung vor der Aufgabe des Einsatzmateriales stattfindet.

Vorzugsweise erfolgt die Rückwärtsentgasung im Rahmen einer mehrstufigen Entgasung und bildet die Rückwärtsentgasung im Bereich der Aufgabe des Einsatzmaterials den ersten Entgasungsschritt, in dem insbesondere Luft abgezogen wird.

Für die Entgasung kann ausreichend sein, wenn lediglich Öffnungen vorhanden sind, durch welche das Gas bzw. eingezogene Luft entweichen kann. Die Entgasung kann aber auch durch Anlegen eines Saugzuges verstärkt werden.

Für die Rückwärtsentgasung ist von Vorteil, wenn der Extruder in dem Bereich der Gasführung als Planetwalzenextruderabschnitt ausgebildet ist. Der Planetwalzenextruderabschnitt bietet zwischen den umlaufenen Planetenspindeln besonders günstige Gasdurchtritte.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Nach Fig. 1 ist ein Extruder mit einem Getriebe 1 und Extruderabschnitten 2, 3 und 4 versehen. Die Abschnitte 2, 3 und 4 sind an Flanschen S miteinander verschraubt.

Die Abschnitte 2, 3 und 4 besitzen eine gemeinsame Schnecke, die sich durch alle Abschnitte erstreckt.

Der Extruder dient zur Erzeugung einer Kunststoffschmelze für die Pulverlackherstellung. Das Ausgangsmaterial wird an dem teilweise als Planetwalzenextruderteil ausgebildeten Extruderabschnitt 2 in nicht dargestellter Form bei 6 durch einen Trichter in Granulatform mit zweckmäßigen Zuschlägen aufgegeben. Der in der Ansicht rechts neben der Materialaufgabe dargestellte Teil des Abschnittes 2 bildet die Abdichtung. Die Abdichtung wird durch eine Verdickung der Zentralspindel gebildet, mit der die Zentralspindel das Gehäuse vollständig ausfüllt. In diesem Bereich ist die Gehäuseinnenwand glatt ausgebildet und besitzt die Zentralspindel an der Außenseite ein Rückfördergewinde. Die Aufgabe des Rückfördergewindes ist, das von der Materialaufgabe 6 in der Ansicht nach rechts in Richtung des Antriebes strömende Material um 180 Grad umzulenken und der Materialbearbeitung zuzuführen.

Der Abschnitt 2 bildet in der Ansicht links neben der Materialaufgabe 6 eine Einzug- und Kompressionszone für das Einsatzmaterial. In dem Bereich des Abschnitt 2 gehören zu dem Planetwalzenextruderabschnitt eine Zentralspindel, umlaufende Planetspindeln und ein innen verzahntes Gehäuse bzw. ein Gehäuse, in dem eine innen verzahnte Buchse sitzt. Die Planetenspindeln kämmen mit der Zentralspindel und der Innenverzahnung des Gehäuses bzw. der Buchse.

In dem als Planetwalzenextruderteil ausgebildeten Abschnitt 3 wird das Einsatzmaterial aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Zuschläge werden in der Schmelze dispergiert. Beim Komprimieren und Plastifizieren entsteht durch die Verformungsarbeit in erheblichem Umfang Wärme in dem Einsatzmaterial. Die entstandene Schmelze wird deshalb bereits im Abschnitt 3 gekühlt.

Der Extruderabschnitt 4 ist ein Kühlabschnitt, in dem die Schmelze langsam auf Austrittstemperatur abgekühlt wird. Der Schmelzeaustritt erfolgt durch eine nicht dargestellte Düse in eine Granulierung.

An dem Extruder ist eine mehrstufige Entgasung vorgesehen. Eine erste Entgasung findet im Abschnitt 2 statt. Durch den zugehörigen Planetwalzenteil wird das Kunststoffgranulat unter gleichzeitiger Erwärmung und durch Druck plastifiziert und in Richtung der anderen Abschnitte 3 und 4 gefördert. Der Druck findet am Anfang des Planetwalzenextruderabschnittes 2 im wesentlichen zwischen den Zähnen der Planetenteile statt. Dabei ist das Spiel zwischen den Zähnen der Planetenteilen so eingestellt, daß die Verformung sich jeweils in Grenzen hält und der daraus resultierte Druck den zulässigen Druck nicht überschreitet.

Das frei werdende Gas und die eingedrungene Luft haben ausreichende Gelegenheit, über die Materialaufgabe zu entweichen.

Eine weitere Entgasung findet bei 7 statt. Dazu ist der Druck an der Stelle stark reduziert worden.

Claims (6)

1. Extrusionslinie für Kunststoff, Lebensmittel und andere extrudierbare Materialien mit flüchtigen Bestandteilen, insbesondere mit einem einstufigen Extruder, der sich aus mehreren Abschnitten zusammensetzt, gekennzeichnet durch eine Rückwärtsentgasung.

2. Extrusionslinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Materialeinzug zumindest eine erste Entgasung erfolgt, bevor eine den Gasdurchtritt hindernde Materialverdichtung in der Kompressionszone entsteht.

3. Extrusionslinie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabzug von dem Materialeinzug einen Abstand bis 0,8 m besitzt.

4. Extrusionslinie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Planetwalzenextruderabschnittes (2) im Bereich der Entgasung.

5. Extrusionslinie nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Spiel zwischen den Planetenteilen, das dem zulässigen Druck aus der Verformung des Einsatzmateriales angepaßt ist.

6. Extrusionslinie nach Anspruch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Rückwärtsentgasung durch separate Entgasungsöffnungen und/oder durch die Materialaufgabe hindurch.