DE19930970A1 - Extruderanordnung für die Plastifizierung von Kunststoffmaterial - Google Patents

Extruderanordnung für die Plastifizierung von Kunststoffmaterial

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Extruderanordnung für Plastifizierung von Kunststoffmaterial, mit einer Einzugseinheit, einer der Einzugseinheit nachgeschalteten Plastifiziereinheit und einer der Plastifiziereinheit nachgeschalteten Austragseinheit. Um beliebiges Kunststoffmaterial einwandfrei verarbeiten zu können und eine gute Selbstreinigungseigenschaft zu haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Plastifiziereinheit einen Planetwalzenextruder (2) aufweist und daß die Austragseinheit einen Doppelschneckenextruder (4) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Extruderanordnung für die Plastifi­ zierung von Kunststoffmaterial, mit
  • - einer Einzugseinheit,
  • - einer der Einzugseinheit nachgeschalteten Plastifiziereinheit und
  • - einer der Plastifiziereinheit nachgeschalteten Austragseinheit.
Bei dem Kunststoffmaterial, das durch die Extruderanordnung plastifi­ ziert werden soll, handelt es sich üblicherweise um Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver.
Im Stand der Technik sind für die Verarbeitung von Kunststoffen Ein­ schneckenextruder und Doppelschneckenextruder bekannt. Die Doppel­ schneckenextruder werden als sogenannte Gleichläufer oder als Gegen­ läufer ausgeführt. Ein- bzw. Doppelschneckenextruder sind in der Lage, hohe Förder-Drücke aufzubauen, um insbesondere den Widerstand des nachgeschalteten Extrusionswerkzeugs zu überwinden.
Nachteilhaft bei Einschneckenextrudern ist die fehlende Selbstreinigung, wegen der das Kunststoffmaterial in den Schneckengängen lange ver­ weilt, wodurch dann thermische Schädigungen auftreten können.
Eine andere Art der Plastifiziereinheiten stellen die Planetwalzenextru­ der dar. Hier sind die Planetenspindeln (z. B. als außenverzahnte Wel­ len) vorgesehen, die zumeist eine Evolventenverzahnung mit hoher Qualität aufweisen. Gleichermaßen hat die Planetwalzenhauptspindel eine entsprechende Verzahnung. Der Planetwalzenzylinder ist schließ­ lich als Hohlzylinder ausgebildet und hat eine innenliegende (evolventi­ sche) Verzahnung. Durch das Zusammenwirken von Zylinder, Haupt­ spindel und Planetspindeln wird eine sehr gute Durchmischung und Pla­ stifizierung des Kunststoffmaterials erreicht.
Um den für die Überwindung des Werkzeugwiderstandes erforderlichen Druck aufzubauen, wird dem Planetwalzenextruder (in der Plastifi­ ziereinheit) eine druckerhöhende Anordnung (in der Austragseinheit) nachgeschaltet. Hierbei handelt es sich im Stand der Technik generell entweder um einen Einschneckenextruder (s. z. B. "Kunststoffextrusionstech­ nik I, Grundlagen", Carl Hanser Verlag, 1993, Seite 285) oder um eine Zahn­ radpumpe (s. z. B. DE-31 33 647).
Die weithin übliche Kombination von Planetwalzenextnider (als Plasti­ fizierelement) und Einschneckenextruder (als Austragselement) hat je­ doch den wesentlichen Nachteil, daß der nachgeschaltete Einschnec­ kenextruder schlechte Selbstreinigungseigenschaften hat und bei man­ chen Materialien ein schlechtes Einzugsverhalten aufweist; bei be­ stimmten Kunststoffen neigt er zu nachteilhaft hohen Friktionen.
Der alternative Einsatz einer Zahnradpumpe kann hier nicht immer Ab­ hilfe schaffen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ex­ truderanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die diese Nach­ teile überwindet. Die Anordnung soll also sowohl eine gute Selbstreini­ gungseigenschaft haben als auch beliebiges Kunststoffmaterial einwand­ frei verarbeiten können. Trotzdem soll sichergestellt sein, daß das pas­ sierende Kunststoffmaterial keine thermische Schädigung erfährt. Wei­ terhin soll in der Anordnung eine gute Homogenität des Materials er­ reicht werden und ein für die Überwindung des Werkzeugwiderstandes ausreichender Druck aufgebaut werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Plastifiziereinheit einen Planetwalzenextruder (2) aufweist und
  • - daß die Austragseinheit einen Doppelschneckenextruder (4) auf­ weist.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird erreicht, daß die Vorteile des Planetwalzenextruders mit denjenigen des Doppelschneckenextru­ ders kombiniert werden können: Der Planetwalzenextruder liefert die erforderliche Homogenität des Kunststoffmaterials, der nachgeschaltete Doppelschneckenextruder baut den erforderlichen Druck auf, um bei der Produktion den Werkzeugwiderstand zu überwinden.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer ersten Weiterbildung vorgesehen, daß der Doppelschneckenextruder (4) zwei Schnecken (6, 7) aufweist, deren Drehachsen parallel zueinander angeordnet sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß der Doppelschneckenextruder (4) zwei Schnec­ ken (6, 7) aufweist, deren Drehachsen einen Winkel zueinander ein­ schließen, wobei die Hüllkurven der Schnecken (6, 7) konische Gestalt haben.
Zur Verbesserung des Prozeßverhaltens kann vorgesehen werden, daß zwischen dem Planetwalzenextruder (2) und dem Doppelschneckenex­ truder (4) ein Stopfwerk angeordnet ist; dieses kann als Zweischnec­ kenextruder ausgeführt sein. Hierdurch wird erreicht, daß auch stark wandhaftende Formmassen, die z. B. zum Kleben im Einlauf des Dop­ pelschneckenextruders neigen, problemlos in die Austragsschnecke, also in den Doppelschneckenextruder, befördert werden können.
Eine spezielle Bauart sieht vor, daß der Doppelschneckenextruder (4) in verlängerter Achsrichtung des Planetwalzenextruders (2) angeordnet ist. Alternativ dazu kann vorgesehen werden, daß die Achse des Planetwal­ zenextruders (2) und die des Doppelschneckenextruders (4) in einem Winkel, beispielsweise rechtwinklig, zueinander angeordnet sind, wobei der Planetwalzenextruder (2) plastifiziertes Material direkt in den Sei­ tenbereich des Doppelschneckenextruders (4) einspeist.
Die Anordnung der beiden Extruder erfolgt also vorteilhafterweise z. B. versetzt hinter- und übereinander. Es ist aber auch eine Ausführungsva­ riante denkbar, bei der die beiden Extruder direkt in Linie hintereinander geschaltet sind. Hierbei kann dann vorgesehen werden, daß z. B. für Montage bzw. Demontagezwecke entweder der Planetwalzenextruder oder der Doppelschneckenextruder schwenkbar und/oder verfahrbar ge­ lagert ist.
Der Doppelschneckenextruder (4) kann als gleichläufiger oder als ge­ genläufiger Extruder ausgeführt sein. Insbesondere bei einer gegenläufi­ gen Ausführung des Schneckenpaares des Doppelschneckenextruders wird ein hoher Grad an Selbstreinigung erreicht, da die Schneckengänge durch ein gegenseitiges "Kämmen" ein Freiräumen von Material bewir­ ken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Extrusions­ vorrichtung mit einem Planetwalzenextruder und versetzt nachgeschaltetem Doppelschneckenex­ truder,
Fig. 2 stellt einen Teilbereich der Fig. 1 in der Drauf­ sicht dar.
In Fig. 1 ist schematisch ein Extruder dargestellt, der mit einer Einfüll­ vorrichtung 1 (in der Einzugseinheit) ausgestattet ist, über die Kunst­ stoffmaterial (in Pulver- oder Granulatform) einem Planetwalzenextru­ der 2 (in der Plastifiziereinheit) zugeführt wird. Vom Planetwalzenex­ truder 2 wird das Material in einen Übergabebereich 3 gefördert, in dem auch die Entgasung des Kunststoffes vollzogen wird, über den es in den Doppelschneckenextruder 4 (in der Austragseinheit) gelangt.
Der Doppelschneckenextruder 4 ist - in Extrusionsrichtung S betrachtet - nach dem Planetwalzenextruder 2 und unterhalb der Achse Z des Pla­ netwalzenextruders 2 angeordnet.
Aus Fig. 2 wird deutlich, daß beide Extruder, also der Planetwalzenex­ truder 2 und der Doppelschneckenextruder 4, in einer Linie, oder besser gesagt: in Achsrichtung des Planetwalzenextruders hintereinander, mon­ tiert sind. In dieser Figur ist weiterhin das Kämmverhalten der beiden Schnecken 6 und 7 des Doppelschneckenextruders 4 zu sehen.
Durch die erfindungsgemäße Konfiguration einer Extrusionsanordnung wird in überraschend einfacher Weise eine stabil arbeitende Vorrichtung geschaffen, die einerseits verfahrenstechnisch vorteilhaft arbeitet, indem das zu plastifizierende Kunststoffmaterial ohne thermische Schädigung verarbeitet werden kann, wobei gleichzeitig ein guter Homogenitätsgrad erreicht wird. Andererseits weist die Anordnung eine hervorragende Selbstreinigungseigenschaft auf, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nicht erreicht werden kann.
Bezugszeichenliste
1
Einführvorrichtung
2
Planetwalzenextruder
3
Übergabeteil
4
Doppelschneckenextruder
5
Schneckengänge
6
1. Schnecke des Doppelschneckenextruders
4
7
2. Schnecke des Doppelschneckenextruders
4
S Extrusionsrichtung
Z Achse des Planetwalzenextruders

Claims (9)

1. Extruderanordnung für die Plastifizierung von Kunststoffmaterial, mit
  • - einer Einzugseinheit,
  • - einer der Einzugseinheit nachgeschalteten Plastifiziereinheit und
  • - einer der Plastifiziereinheit nachgeschalteten Austragseinheit,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Plastifiziereinheit einen Planetwalzenextruder (2) auf­ weist und
  • - daß die Austragseinheit einen Doppelschneckenextruder (4) aufweist.
2. Extruderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder (4) zwei Schnecken (6, 7) aufweist, deren Drehachsen parallel zueinander angeordnet sind.
3. Extruderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder (4) zwei Schnecken (6, 7) aufweist, deren Drehachsen einen Winkel zueinander einschließen, wobei die Hüllkurven der Schnecken (6, 7) konische Gestalt haben.
4. Extruderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Planetwalzenextruder (2) und dem Doppelschneckenextruder (4) ein Stopfwerk angeordnet ist.
5. Extruderanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfwerk als Zweischneckenextruder ausgeführt ist.
6. Extruderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder (4) in verlän­ gerter Achsrichtung des Planetwalzenextruders (2) angeordnet ist.
7. Extruderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Planetwalzenextruders (2) und die Achse des Doppelschneckenextruders (4) in einem Winkel, vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei der Planetwalzenextruder (2) plastifiziertes Material direkt in den Sei­ tenbereich des Doppelschneckenextruders (4) einspeist.
8. Extruderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder (4) als gleichläufiger Extruder ausgeführt ist.
9. Extruderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder (4) als gegen­ läufiger Extruder ausgeführt ist.
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