DE2003593B2

DE2003593B2 - Vorrichtung zum plastifizieren pulverfoermiger kunststoffe

Info

Publication number: DE2003593B2
Application number: DE19702003593
Authority: DE
Inventors: Rudolf P. 7000 Stuttgart Fritsch
Original assignee: CF. Scheer & Cie., 7000 Stuttgart
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1970-01-28
Publication date: 1972-11-02
Also published as: US3667733A; GB1290293A; DE2003593A1; CA925670A; FR2077079A5

Description

ist. Für die Endverarbeitung des Kunststoffgranulats

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 30 haben sich sogenannte Einwellen-Extruder und mit bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schnecke einwelligen Vorplastifiziergeräten versehene Ma-(18 bzw. 20) aus abwechselnd aufeinanderfolgen- schinen mit Kolbeneinspritzung in das Formwerkden Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei je- _zeug durchgesetzt, da sie einen einfachen Aufbau weils auf einen von Gewindestegen (50) und haben, keinen großen Bedienungs- und Wartungseinem gangabschließenden Dichtungssteg (54) ge- 35 aufwand erforderlich machen und in der Anschaffung bildeten Abschnitt ein mit Ausnehmungen (62) billig sind, insbesondere aber auch deshalb, weil versehener Abschnitt folgt. Granulat lediglich unter Druck und Scherung auf-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 geschmolzen und ausgetragen werden muß. Wegen bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der der mit dem Kompoundierprozeß verbundenen Außendurchmesser der Gewindestege (50) und 40 Nachteile hatten selbstverständlich auch die Herder Dichtungsstege (54) in Förderrichtung bis steller der vorstehend geschilderten Maschinen erzu der Stelle, an der sie sich unter einem spitzen hebliche Anstrengungen unternommen, Konstruk-Winkel treffen, zunehmend geringfügig ver- tionen zu finden, mit denen an Stelle von Granulat mindert. das billigere Kunststoffpulver verarbeitet werden

45 kann, jedoch haben sich bisher keine sichtbaren

Erfolge eingestellt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die in den Kunststoffpulvern enthaltenen großen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Luftmengen und die sich beim Plastifizieren — auch

Plastifizieren von pulverförmigen, thermoplastischen Plastizieren genannt — bildenden gasförmigen Be-

oder duroplastischen Kunststoffen mit zwei achs- 50 standteile ein einwandfreies Fördern in einwelligen

parallelen, ineinandergreifenden, mit Gewinden glei- Maschinen verhindern. Die Gase lassen sich infolge

eher Steigungsrichtung versehenen Schnecken, die Fehlens eines Zwangstransports bei solchen Schnek-

in den Bohrungen eines Gehäuses umlaufen, wobei ken nicht auf den zum Plastizieren notwendigen

die Gewindestege an de.i Bohrungen des Gehäuses Druck bringen, sondern entweichen längs des Weges

und an den Gewindeflanken der benachbarten 55 geringsten Widerstandes in Richtung auf den Einlauf-

Schnecke wenigstens nahezu dichtend anliegen. trichter für das Kunststoffpulver, wobei sie schon

Ein hoher Prozentsatz von thermoplastischen und von der Schnecke erfaßtes Pulver mitreißen und

duroplastischen Kunststoffen liegt vor der Weiter- dabei die Schnecke teilweise entleeren. Es ist also

verarbeitung zunächst einmal in Pulverform vor. grundsätzlich unmöglich, auf einwelligen Maschinen

Bisher war es nun üblich, in einem sogenannten 60 in Pulverform vorliegende Kunststoffe zu plastifizie-

Kompoundierprozeß diese pulverförmigen Kunst- ren, da diese Maschinen infolge der eingeschlossenen

stoffe vor der Endverarbeitung mittels Wärme, Luft und der sich bildenden Gase das zu verarbei-

Scherung und Druck zu Kunststoffgranulat zu ver- tendc Pulver nicht unter den erforderlichen Druck

arbeiten, für dessen Weiterverarbeitung die Abneh- setzen können, der notwendig ist, um aus der Re-

mer verhältnismäßig einfache, einwellige Schnecken- 65 lativbewegung zwischen Schnecke und Gehäuse die

pressen einsetzen können. Granulat wurde bisher nötige Scherungsenergie abzuleiten, die, in Wärme

deshalb verarbeitet, weil das relativ hohe Transport- umgesetzt, das zu verarbeitende Gut bis zum Plastifi-

volumen der pulverförmigen Kunststoffe bei der zieren erwärmen könnte.

Zum Fördern, Kneten und Pressen von Kunst- verarbeitende Kunststoffpulver wird keinerlei axialen

stoffen ist auch schon eine Vorrichtung mit zwei achs- Drücken ausgesetzt, und die an der Einlaufstelle des

parallelen, ineinandergreifenden, mit Gewinden glei- Kunststoffpulvers vollständig gefüllten Schnecken

eher Steigungsrichtung versehenen Schnecken, die in sind in Förderrichtung infolge der durch den Plastiden Bohrungen eines Gehäuses umlaufen, bekannt- 5 fiziervorgang bedingten Volumenabnahme des

geworden (deutsches Gebrauchsmuster 1 872 889), Kunststoffs zunehmend weniger gefüllt, so daß Ein-

bei der die Gewindestege an den Bohrungen d=s Ge- lauf und Auslauf der erfindungsgemäßen Vorrich-

häuses und an den Gewindeflanken der benachbarten tung auch im Betrieb bezüglich gasförmiger Medien

Schnecke wenigstens nahezu dichtend anliegen. Zwei miteinander kommunizieren und infolgedessen die gleichsinnig angetriebene Schnecken mit glatten Ge- io im Pulver enthaltene Luft und die beim Plastifizieren

windeflanken führen jedoch nicht zu einer Zwangs- entstehenden Gase entweichen können. Die erfin-

verdichtung eines pulverförmigen Kunststoffs, ge- dungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere

schweige denn zu einem zwangläufig ablaufenden als Vorsatzgerät von einwelligen Extrudern und

Mischvorgang, wie er häufig erwünscht ist. Mit der Kolbenspritzgußmascliinen mit einwelligem Vorbekannten Vorrichtung lassen sich also pulver- 15 plastifiziergerät.

förmige Kunststoffe nicht plastifizieren. Zu bevorzugen ist eine Konstruktion, bei der die

Entsprechendes gilt für eine weite-re bekannte Schnecken mehrgängig, vorzugsweise dreigängig Vorrichtung (deutsche Patentschrift 807 186) mit sind, und ferner empfiehlt es sich, jede Schnecke zwei achsparallelen Schnecken, die Gewinde ent- aus abwechselnd aufeinanderfolgenden Abschnitten gegengesetzter Steigungsrichtung aufweisen, gegen- 20 zusammenzusetzen, wobei jeweils auf einen von Gesinnig angetrieben werden und bei denen jeder zvvi- windestegen und einem gangabschließenden Dichschen zwei Gewindestegen liegende Schneckengang tungssteg gebildeten Abschnitt ein mit Ausnehmundurch sich maximal bis zum Außendurchmesser der gen versehener Abschnitt folgt.
Schnecke erstreckende Dichtungsstege mindestens Schließlich ist es für die zwangläufige Verdichtung teilweise verschlossen ist. Auf Grund der Tatsache, 25 sowie einen nachfolgend noch zu erläuternden, der daß bei dieser bekannten Vorrichtung die Schnecken Verdichtung überlagerten Mischprozeß von Vorteil, nicht ineinandergreifen können, wird ein pulver- wenn die Dichiungsstege durch Gewindestegsegmente förmig zugeführter Kunststoff weder zwang! äufig gebildet sind, deren Steigungsrichtung zu derjenigen transportiert, noch zwangläufig verdichtet, noch der Gewindestege der Schnecke entgegengesetzt ist. zwangläufig durchmischt, denn das zu verarbeitende, 30 Wie bereits erwähnt, kann es wünschenswert sein, pulverförmige Material hat überhaupt keine Ver- das zu verarbeitende, pulverförmige Gut gleichzeitig anlassung, wenn es sich in einem Schneckengang einem Mischprozeß zu unterwerfen. Ein solcher vor einem Dichtungssteg staut, über diesen oder zwangläufiger Mischprozeß läßt sich nun mit einer die benachbarten Gewindestege hinwegzufließen. erfindungsgemäßen Vorrichtung außerordentlich ein-Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung 35 fach erreichen, wenn nämlich die beiden Schnecken ist der, daß empfindliche Kunststoffe infolge des so ausgebildet werden, daß sich der Außendurchgegensinnigen Antriebs der beiden Schnecken im messer der Gewindestege und der Dichtungsstege Spalt zwischen diesen viel zu stark beansprucht wer- in Förderrichtung bis zu der Stelle, an der sie sich den und die Gefahr des Verbrennens besteht. Schließ- unter einem spitzen Winkel treffen, zunehmend Hch wirken im Betrieb dieser Vorrichtung auf die 40 geringfügig vermindert. Auf diese Weise entsteht ein Schnecken starke diese auseinanderdrängende Kräfte, in Förderrichtung sich verbreiternder Spalt zwischen die dazu führen, daß sich die Schnecken insbesondere Gewindestegkanten und Dichtungsstegkanten einerin der Mitte durchbiegen und der Spalt zwischen den seits und der Innenfläche der Bohrungen des GeSchnecken durch das unter Druck gesetzte Material häuses andererseits, und durch diesen keilförmigen erweitert wird. 45 Spalt strömt dann das zu verarbeitende Gut zwang-

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, läufig, und zwar so, daß die in einem Schnecken-

eine Plastifiziervorrichtung zu schaffen, mit deren gang befindliche Materialmenge in zwei gleich große

Hilfe auch pulverförmige Kunststoffe billig und Teile aufgeteilt wird, von denen der eine im glei-

schonend plastifiziert werden können. chen Schneckengang bleibt, der zweite Materialteil

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs 50 aber in den stromaufwärts liegenden, benachbarten

genannten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Er- Schneckengang geschoben wird. Dem Plastifizier-

findung dadurch gelöst, daß jeder zwischen zwei Vorgang überlagert sich also trotz unter Umständen

Gewindestegen einer Schnecke liegende Schnecken- nur teilgefüllten Schnecken ein zwangläufig vor sich

gang durch mindestens einen dem Außendurch- gehender Mischvorgang, der als weiterer Vorteil

messer der Gewindestege angepaßten Dichtungssteg 55 beim Plastifizieren pulverförmiger Kunststoffe mit

verschlossen ist und die benachbarte Schnecke an Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinzu-

der sich bei Drehung an dem Dichtungssteg vorbei- treten kann.

bewegenden Stelle eine entsprechende Ausnehmung Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel

aufweist. an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Infolge der Tatsache, daß die Schnecken, sieht 60 Fig. 1 eine Draufsicht auf die Förderschnecke

man einmal von einem unvermeidlichen, geringen beispielsweise eines Einwellenextruders mit darüber

Spiel ab und will man keinen Mischprozeß erzielen, angebauter, erfindungsgemäßer Plastifiziervorrich-

überall dichtend ineinandergreifen und mit ihren tung, wobei das Gehäuse der letzteren im Schnitt

Gewindestegen auch dichtend an den Bohrungen dargestellt und das Gehäuse der Förderschnecke

des Gehäuses anliegen, ergibt sich an den Dichtungs- 65 zum Teil aufgebrochen ist,

Stegen zwangläufig eine Verdichtung des Kunststoff- F i g. 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße

pulvers, welche in Verbindung mit den auftretenden Plastifiziervorrichtung nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Scherkräften zum Plastifizieren ausreicht. Das zu . F i g. 3 einen Ausschnitt aus der F i g. 1 in größe^

rem Maßstab als diese, der Einzelheiten der Aus- heit halber wurde lediglich ein Ausschnitt aus den

bildung eines Teils der beiden Schnecken der erfin- beiden Rechtsgewindeabschnitten gezeichnet; außer-

dungsgemäßen Plastifiziervorrichtung erkennen läßt, dem wurden die Schnecken zur Darstellung weiterer

und Details gegenüber der in F i g. 1 gezeigten Stellung

Fig. 4 bis 7 Schnitte nach den entsprechenden 5 um etwa 60° in Betriebsdrehrichtung weitergedreht.

Linien in Fig. 3. Die beiden Schnecken 18 und 20 sind jeweils drei-

Die F i g. 1 zeigt eine Förderschnecke 10 mit dem gängig, und da sie bis auf eine Verschiebung des

sie aufnehmenden Gehäuse 12, wie sie beispielsweise Profils in Längsrichtung völlig gleich aufgebaut sind,

für einen Einwellen-Extruder oder eine Kolben- reicht es aus, lediglich den in F i g. 3 gezeigten Teil

spritzgußmaschine vorgesehen werden kann. Quer io des Rechtsgewindeabschnitts 18 b der Schnecke 18

zur Längsrichtung der Förderschnecke und über dem im einzelnen zu beschreiben.

Gehäuse 12 ist eine Plastifiziervorrichtung 14 an- Die Schnecke hat teilweise normale Gewindestege gebaut, die ein Gehäuse 16 und zwei nebenein- 50, die die Schneckengänge bilden. Im Bereich anderliegende Schnecken 18 und 20 umfaßt, die im scheibenförmiger Teilstücke 52 ist nun jeder der Gehäuse 16 drehbar gelagert sind und über ein Ge- 15 drei von normalen Gewindestegen 50 gebildeten triebe in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, Schneckengänge durch einen Dichtungssteg 54 verdas aus einem Antriebsritzel 22 und zwei Zahn- schlossen, der zusammen mit dem sich stromrädern 24 und 26 besteht. aufwärts anschließenden Gewindesteg einen Zwickel

In der Mitte der Plastifiziervorrichtung 14 ist 56 bildet. Zwischen den scheibenförmigen Teilunten im Gehäuse eine Ausgabeöffnung 28 vor- 20 stücken 52 liegt jeweils ein Abschnitt 58, der an sich gesehen, die in F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist und einer normalen Rechtsgewindeschnecke entsprechen mit einer Eintrittsöffnung im Gehäuse 12 für die könnte, würde nicht die benachbarte Schnecke 20 in Förderschnecke 10 verbunden ist. Die beiden diesem Bereich Dichtungsstege 54 aufweisen, die es Schnecken 18 und 20 sind symmetrisch zu dieser erforderlich machen, die Gewindestege 50 in den Ausgabeöffnung bzw. zur Längsachse der Förder- 25 mit 60 bezeichneten Bereichen zu unterbrechen und schnecke 10 ausgebildet, d. h., daß die Schnecke 18 durch entsprechende Ausnehmungen zu ersetzen, im rechten Teil der Fig. 1 zunächst einen Links- Durch eine solche Gestaltung bleibt das Dichtprofil gewindeabschnitt 18a und im linken Teil der Fig. 1 beider Schnecken erhalten, so daß sie in jeder Steleinen Rechtsgewindeabschnitt 18 b aufweist, die lung praktisch dichtend gegeneinander anliegen,
völlig spiegelbildlich zueinander sind. Entsprechen- 30 Bezeichnet man die Steigung der Schnecken mit 5 des gilt für die Schnecke 20. Wie die F i g, 1 deutlich und ist die Gangzahl n, so ergibt sich die Höhe, erkennen läßt, ist das Profil der Schnecken 18 und 20 d. h. die Längserstreckung der scheibenförmigen so gewählt, daß sie dichtend ineinandergreifen, wo- Teilstücke 52 zu
bei natürlich der gezeichnete Abstand zwischen den

Konturen der beiden Schnecken nicht maßstabs- 35 /1 = _
gerecht ist. Gleiches gilt für den Abstand der 2 η
Schnecken vom Gehäuse 16, wie später noch erläutert werden wird. In den F i g. 4 bis 7 sind verschiedene Schnitte

Beschickt wird die Plastifiziervorrichtung an ihren durch die beiden Schnecken dargestellt, und wie beiden Enden über Einfüllöffnungen 30, die nur 40 diesen Figuren entnommen werden kann, kann man strichpunktiert dargestellt sind, da sie in der oberen sich jede Schnecke in Längsrichtung abschnittweise Gehäusehälfte liegen. Im Bereich der EinfullöfTnun- und über den Umfang verteilt aus Schneckengen sind die beiden Schnecken normal ausgebildet, Segmenten zusammengesetzt denken, d. h. also aus d, h., sie weisen weder Dichtungsstege noch ent- Segmenten, die beim Zerschneiden entsprechender sprechende Ausnehmungen auf, sondern nur nor- 45 rechtsgängiger und linksgängiger Schnecken in male Gewindestege. Die Schnecken 18 und 20 for- scheibenförmige Abschnitte, die ihrerseits wieder dem von außen nach innen, d.h. von den Einfull- längs Durchmessern zerteilt werden, entstehen. Es öffnungen 30 zur Ausgabeöffnung 28, wenn sie beide ist zu unterscheiden zwischen Gang- und Stegvon rechts gesehen im Uhrzeigersinn angetrieben Segmenten rechtsgängiger und linksgängiger Schnekwerden. Jeweils stromaufwärts der Ausgabeöffnung 50 ken. In den Fig.4 bis 7 sind folgende Bezeichnun-28 ist in der oberen Hälfte des Gehäuses 16 noch gen gewählt worden:
eine sogenannte Ausdampföffnung 32 vorgesehen, Ä1 = rechtsgängiges Stegsegment,
die demgemäß in Fig 1 auch nur gestrichelt dar- _R2 ₌ rechtsgängiges Gangsegment,
gestellt ist und die dem Zweck dient, die berm Ll = linkseäneisesSteeseBm^nt.
Komprimieren des zu verarbeitenden Kunststoff- 55 T* I imxsgangiges Megsegment,
pulvere aus diesem herausgedrückte Luft und die L2 = Imksgangiges Gangsegment,
beim Plastifizieren sich entwickelnden Gase ent- Der Mittelpunktswinkel « eines jeden Segments weichen zu lassen. beträgt 360°/2 n.

Der in Fig. 2 gezeigte Schnitt durch die Plasti- Wie die Fig. 2 deutlich erkennen läßt, nimmt der fiziereinrichtung läßt erkennen, daß die beiden 60 Außendurchmesser der Gewindestege 50 und der Schnecken mit ihren die Schneckengänge bildenden Dichtungsstege 54 in Förderrichtung der Schnecken Gewindestegen gegen die Innenflächen 34 zweier und in Richtung auf die Spitze der Zwickel 56 gekreiszylindrischer Bohrungen 36 im Gehäuse 16 ringfügig ab, so daß die Stegkanten mit der Innendichtend anliegen. Sie werden von Kühlkanälen und fläche 34 der Gehäusebohrungen 36 einen sich in Heizkanälen 38 bzw. 40 umgeben, die in Längs- 65 Richtung auf eine Zwickelspitze keilförmig erweirichtung des Gehäuses 16 verlaufen. ternden Spalt bilden, der in F i g. 2 mit 70 bezeich-

Die Fig.3 zeigt, wie die beiden Schnecken 18 net ist Außer der bereits erläuterten Betriebsweise

und 20 im einzelnen ausgebildet sind. Der Einfach- tritt nun noch ein Durchmischungseffekt des zu ver-

arbeitenden Gutes auf, denn beim Umlaufen der beiden Schnecken 18 und 20 wird das im Bereich der Zwickel 56 verdichtete Material gezwungen, durch diese keilförmigen Spalte. 70 hindurchzuströmen, wobei das im Zwickel befindliche Material in zwei gleich große Teile aufgeteilt wird, von

denen der eine Materialteil im ursprünglichen, den Zwickel bildenden Schneckengang verbleibt, während der zweite Materialteil in den stromaufwärts gelegenen, benachbarten Schneckengang geschoben wird. Zum Plastifiziervorgang tritt also noch ein Mischvorgang hinzu.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

209545/475

Claims

1 2 Patentansprüche: Belieferung der Endverarbeiter gescheut wurde. Ferner herrschte früher die Auffassung vor, daß wah-

1. Vorrichtung zum Plastifizieren von pulver- rend des Umwandlungsprozesses von Pulver zu förmigen, thermoplastischen oder duroplastischen Granulat eine Homogenisierung ungleichmäßig polyKunststoffen mit zwei achsparallelen, ineinander- 5 merisierter Produkte erreicht würde, d. h. also eine greifenden, mit Gewinden gleicher Steigungs- gewisse Produktveredelung. In der Zwischenzeit richtung versehenen Schnecken, die in den Boh- sind die Polymerisationsverfahren jedoch so verrungen eines Gehäuses umlaufen, wobei die Ge- bessert worden, daß gegenüber früher sehr viel windestege an den Bohrungen des Gehäuses und gleichmäßigere und qualitativ bessere Polymerisate an den Gewindeflanken der benachbarten io hergestellt werden können, so daß dem Kompoun-Schnecke wenigstens nahezu dichtend anliegen, dierprozeß als zwischengeschalteter Veredelungsstufe dadurch gekennzeichnet, daß jeder vor der Endverarbeitung praktisch keine Bedeutung zwischen zwei Gewindestegen (50) einer Schnecke mehr zukommt. Ferner läßt der Transport in Con-(18 bzw. 20) liegende Schneckengang durch tainern das ungünstige spezifische Volumen von mindestens einen dem Außendurchmesser der 15 Pulvern im Vergleich zu Granulaten als Argument Gewindestege (SO) angepaßten Dichtungssteg (54) in den Hintergrund treten.

verschlossen ist und die benachbarte Schnecke Der wesentlichste Gesichtspunkt, weshalb jedoch

an der sich bei Drehung an dem Dichtungssteg heute der Kompoundierprozeß nicht mehr erstrebens-

(54) vorbeibewegenden Stelle eine entsprechende wert ist, ja sogar als schädlich empfunden wird,

Ausnehmung (62) aufweist. 20 Hegt darin, daß insbesondere hochmolekulare PoIy-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- merisate möglichst schonend vom Rohprodukt zum kennzeichnet, daß die Schnecken (1.8 bzw. 20) Fertigprodukt verarbeitet werden sollten, da sonst mehrgängig, vorzugsweise dreigängig sind. ihre Festigkeitseigenschaften leiden. Ferner bedingt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- der separat durchgeführte Kompoundierprozeß hohe kennzeichnet, daß die Dichtungsstege (54) durch 25 Kosten fur die Erstellung, Wartung und Unterhaltung Gewindestegsegmente gebildet sind, deren Stei- der Kompoundieranlage, die nachweislich mit mingungsrichtung zu derjenigen der Gewindestege destens 0,10 DM pro Kilogramm verarbeiteten (50) der Schnecke (18 bzw. 20) entgegengesetzt Kunststoffes anzusetzen sind.