DE2011133C3

DE2011133C3 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Strangpressen von mehreren Kunststoffströmen

Info

Publication number: DE2011133C3
Application number: DE2011133A
Authority: DE
Inventors: Howard Edward Kasting; Roger Brown Staub
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2039735A5; SE376563B; DE2011133B2; CA932916A; GB1309852A; CH504944A; NL7003934A; AU1275370A; DE2011133A1; US3632256A; BE747601A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Strangpressen von mehreren Kunststoffströmen. Außerdem bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Strangpressengehäuse, mehreren EintriUsöffnungen für die voneinander getrennten Kunststoffströme und einer Tandemschnecke.

Durch die französische Patentschrift 1 165 298 sind ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung bekanntgeworden, bei der zwei Eintrittsöffnungen für den zu verarbeitenden Kunststoff vorgesehen sind, der mittels einer Tandemschnecke mit gegenläufigen Steigungen zu einer gemeinsamen, mittleren Austrittsöffnung befördert wird. Die Tandemschnecke wird dabei von beiden Stirnseiten des Gehäuses aus angetrieben.

Hierbei sind insbesondere die im Betrieb auftretenden verhältnismäßig großen axialen Lagerkräfte nachteilig, die entweder kostspielige Lager für die Tandemschnecke oder eine Herabsetzung der Durchsatzleistung verlangen.

Bei Strangpreß Verfahren, bei denen nur kurze Verweilzeiten zur Verarbeitung der Kunststoffe benötigt werden, wird im allgemeinen eine verhältnismäßig kurze Strangpresse verwendet, d. h. eine Strangpresse, deren Vernältnis von Zylinderlänge zu Schraubenduichmesser etwa 15:1 beträgt. Bei solchen Verfahren wird jedoch im allgemeinen nur etwa die Hälfte des verfügbaren Drehmoments des Antriebs zur Verarbeitung ausgenutzt.

Es wird daher seit langem angestrebt, die Wirksamkeit des Verfahrens zu verbessern, indem ein größerer Teil des verfügbaren Drehmoments für die Verarbeitung ausgenutzt wird, ohne daß die Qualität oder die Gleichmäßigkeit des Produktes leiden. Zu diesem Zweck wird daher sowohl bei Einzelschnekken- wie auch bei Zwühngsschnecken-Strangpressen versucht, das Verhältnis vor. Zylinderlänge zu Schraubendurcboiesser heraufzusetzen, um eine höhere Wirksamkeit des Drehmomentes zu erzielen.

Ein weiterer Versuch zur Verbesserung der Drehmoment-Wirksamkeit besteht darin, Einzelschuecken- oder Zwillingsschnecken-Strangpressen für Kunststoffe gemeinsam mit einer Antriebsvorrichtung anzutreiben, um so das verfügbare Drehmoment besser auszunutzen. Einige dieser Einzelschnecken- und Zwillin^sschnecken-Systeme werden von Dr.-Ing. Gerhard Schenkel in »Plastic Extrusion — Technology and Theory« (American Elsevier Publishing Co., New York, zuerst veröffentlicht 1963 in Deutschland, Verlag Carl Hanser), beschrieben. Das auf S. 42 dieser Veröffentlichung beschriebene Einzelschnecken-System arbeitet mit einer zwischen zwei Einzelschnecken-Strangpressen angeordneten zentralen Antriebswelle, und der Kunststoff wird getrennt von der Antriebswelle und nach außen hin in die beiden Strangpressen gegeben. Die auf S. 41 beschriebene Zwillingsschnecken-Vorrichtung arbeitet mit Zwillingsschnecken, die an gegenüberliegenden Enden angetrieben werden, und die Kunststoffströme werden an gegenüberliegenden Enden eingeführt. Die beiden Hälften der Strangpressen sind also mit gegenläufig arbeitenden Schrauben versehen, und die allgemeine Austrittsöffnung befindet sich in der Mitte des Einzelschrauben-Strangpreßgehäuses.

Um die Wirksamkeit des Drehmoments zu verbessern, werden noch weitere Anordnungen für Einzelschnecken oder Zwillingsschnecken-Strangpressen vorgeschlagen; in allen Fällen treten jedoch andere schwerwiegende Nachteile zutage, so daß die Verbesserung des Drehmoments nicht voii ausgenutzt werden kann. Wird z. B. lediglich das Verhältnis von Zylinderlänge zu Schneckendurchmesser heraufgesetzt, so wird die Durchsatzleistung der Strangpresse erheblich verschlechtert und somit auch die Durch satzleistung des gesamten Verfahrens.

Andererseits treten auch bei Verarbeitung von Kunststoffen in zwei, in Längsrichtung gegenläufig durch eine Strangpresse geführten Strömen, wie sie in der Veröffentlichung von Schenkel beschrieben wird, ernsthafte Druck- bzw. Schubprobleme auf, derer. Überwindung so kompliziert ist, daß sie die durch Verbesserung der Drehmoment-Wirksamkeit erzielten Vorteile überwiegen. Wird z. B. der Beschickungsstrom für eine der Strangpreß-Verarbeitungszonen oder Strangpressen der von Schenkel beschriebenen Einzelschnecken- oder Zwillingsschnecken-Vorrichtung unterbrochen, so führt dies bei der Einzelschnecken-Vorrichtung zu einem Druck auf den gemeinsamen Antrieb und das gegenüberliegende Lager der leeren Strangpreßzon.e oder bei der Zwillingsschnecken-Strangpresse zu einem Druck auf das gegenüberliegende: Lager und die gesamte Länge der beiden Strangpreß-Schnecken.

Allgemein kann gesagt werden, daß dieses Druck-Problem bei Unterbrechung der Kunststoffbeschikkung allen Strangpressen eigen ist, die in Längsrichtung gegenläufig arbeitende Mischzonen aufweisen. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten müssen Gegendruckausgleichslager vorgesehen werden, die schwierig zu konstruieren und somit sehr teuer sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen

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Strangpressen von mehreren Kunststoffströmen vortuschlagen, die bei einer guten Ausnutzung des vorhandenen Drehmoments hohe Durchsatzleistungen gestatten und große axiale Lagerkräfie vermeiden.

Dies gelingt bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Kunststoffströme jeweils in voneinander getrennten Tandemzonen verarbeitet und getrennt voneinander ausgepreßt werden.

Die gesamte erreichte Üurchsat/leistung ist somit also gleich der Summe der Durchsatzleistungen in den jeweils voneinander getrennten Tandemzonen. Durch die Trennung der Verarbeitung in mehrere Zonen kann das vorhandene Drehmoment der Antriebsvorrichtung optimal ausgenutzt werden, d. h., es kann ein großes Verhältnis von Gesamtlänge der Verarbeitungszonen zu Durchmesser der Zonen erreicht werden. Schließlich werdet, große axiale Lagerkräfte vermieden, weil die voneinander getrennten KunststotTströme getrennt ausgepreßt werden.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eintrittsöffnung eine vor der jeweils nachfolgenden Eintrittsöffnung vorgesehene Austrittsöffnung zugeordnet ist, daß die Schneckenstege der Tandemschnecke in jeder Tandemzone sowohl einen Abschnitt mit linksgängiger Steigung als auch einen Abschnitt mit rechtsgängiger Steigung aufweisen und daß die Schneckenstege mit gegenläufiger Steigung jeweils im Bereich der Austrittsöffnungen zusammentreffen.

Dadurch wird auf konstruktiv einfache Weise erreicht, daß die voneinander getrennten Kunststoffströme ausgepreßt werden, ohne sich hierbei zu vermischen. Die bei der Erfindung angewendete Aufteilung in getrennte Kunststoffströme verbessert die Kühlkapazität pro kg des Durchsatzmaterials erheblich, so daß höhere Produktionsgeschwindigkeiten erreicht werden können ais mit 1-Zylinder-Strangpressen gleicher Größe. Außerdem wurde gefunden, daß die Verarbeitung bei niedrigeren Geschwindigkeiten von jedem der getrennten Kunststoffströme verbessert wird, so d"ß Produkte von guter Qualität und Homogenität erhalten werden.

Es ist zv eckmäßig, daß an Stelle einer Tandemschnecke auch Zwillingsschnecken mit Tandemzonen vorgesehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Zwillingsschnecken, die zwei getrennte Tandem-Verarbeitungszonen aufweist,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 1 entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 1 entlang der Linie 3-3,

F i g. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Einzelschnecken, die zwei getrennte Tandemzonen enthält,

F i g. 5 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 4 entlang der Linie 5-5,

In den F i g. 1 bis 3 wird eine Strangpresse 10 dargestellt, die mit einer eng von einem Strangpressengehäuse 14 umfaßten Zwillingsschnecke 12 mit Tandemzonen versehen ist. Die Zwillingsschnecke umfaßt Zwillingsschrauben 12a und 12ft. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Zwillingsschrauben 12a und 12 b sehr nahe beieinander, jedoch nicht so dicht, daß ihre Schneckenstege 16 a und 166 ineinandergreifen. Die F i g. 3 zeigt eine Anordnung der Zwillingsschrauben 12 a und 12 b, bei der die Schneckenstege 16 a und 16 b ineinandergreifen.

Die Zwillingsschnecke 12 ist in zwei getrennte Tandemzonen 18 a und 186 unterteilt, die über Trichter 20α 02W. 20b beschickt werden; jede Zone weist eine Austrittsöffnung 22 α bzw. 22 b für den Kunststoff 30 auf.

ίο Zwischen dem Austrittsf;nde der Tandemzone 18 a und dem Eintrittsende der Tandemzone 18 t ist eine Zone 24 mit gegenläufigen Schraubenwindungen vorgesehen, damit ein Vermischen des Kunststoflmaterials aus den beiden getrennten Verarbeitungszonen

is vermieden wird.

Jeder der Verarbeitungszonen weist nahe dem Eintrittsende eine Entlüftungsöffnung 26 auf, durch die etwa eingeschlossene Luft zu einer gegebenenfalls unter Vakuum stehenden Entlüftungsvorrich-

ao rung geführt wird. Die Entlüftungsöffnung 26 kann mit einem porösen Sieb versehen sein, das eine Unterstützung aus Glaswolle aufweist.

Wie aus den F i g. 1 bis 3 ersichtlich, ist die Zwillingsschnecke 12 mit einer Antriebsvorrichtung 28

»5 gekuppelt, durch die die Zwillingsschrauben 12 a und 12 b entweder in gleicher Richtung oder gegenläufig angetrieben werden.

Im Betrieb fließt Kunststoff 30 durch die Trichter 20 a und 20 b und die Eintrittsöffnungen 32 a und 32 b in die jeweilige Tandemzone 18 a bzw. 18 b der Strangpresse 10. Nach dem Verarbeiten in den getrennten Tandemzonen werden die Materialströme 34 a bzw. 34 b durch die Austriltsöffnungen 22 a bzw. 22 b abgeführt und gegebenenfalls weiterverarbeitet.

Bei der in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform mit einer Tandemschnecke 12' wurden den gleiche Funktionen ausübenden Bauteilen die gleichen Bezugsnummern wie in den F i g. 1 bis 3

gegeben, die jedoch mit einem Strich versehen sind. Der Unterschied zwischen der modifizierten Vorrichtung der Fig. 4 und 5 und der Vorrichtung der F i g. 1 bis 3 besteht lediglich darin, daß bei den F i g. 4 und 5 an Stelle der Zwillingsschnecken eine

Tandemschnecke verwendet wird.

Als Beispiel wurden in der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Strangpresse Phenolformharze verarbeitet. Die Strangpresse war mit Zwillingsschnecken versehen, die jeweils einen Durchmesser von 53 mm

aufwiesen und mit einer Geschwindigkeit von 300 U/Min, am gleichen Ende und in gleicher Richtung angetrieben wurden. Die Gesamtlänge der Schnecken betrug 2344 mm, und es waren zwei Verarbeitungszonen einer Länge von jeweils 840 mm

vorgesehen. Von der Gesamtlänge wurden 85 mm von Knetblöcken eingenommen, und der Rest bestand aus dreifach überlappenden Windungen mit einer Ganghöhe von 90 mm. Das Gehäuse der Strangpresse wurde mit Wasser gekühlt, wobei das Wasser

mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 24,6 l/Min, bei einer Temperatur von 60° C und einem Druck von 2,8 Kp/cm² durch das Gehäuse zirkulierte.

In jede der beiden Verarbeitungszonen wurden 61,2 kg Phenolformharz geleitet; die Gesamtmenge

betrug also 122,4 kg.

Nach der Verarbeitung in der Strangpresse wurde das Material mit einer Drehmesser-Schneidevorrichtung granuliert und klassifiziert. Es wurde zu einer

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Mischung nachverarbeitet und folgende Ergebnisse erhalten:

Mischzeit Schüttgewicht

15 Minuten 0,59 g/ccm

30 Minuten 0,61 g/ccm

45 Minuten 0,62 g/ccm

Es ist ersichtlich, daß der Kunststoff in derselben Richtung von einer getrennten Eintrittsöffnung zu einer getrennten Austrittsöffnung geführt wird. Fs können mehr Kunststoffströme als Zwülingsanordnungen vorgesehen sein. Wichtig ist es, daß die Austrittsöffnungen der einzelnen Verarbeitungszonen klar von den Eintrittsöffnungen der anschließenden Verarbeitungszone getrennt sind.

Als zu verarbeitende Kunststoffe kommen feste oder flüssige Kunststoffe und auch Mischungen derselben in Betracht, und zwar entweder allein oder in Mischung mit bekannten festen Verstärkungsmaterialien, wie z. B. Glasfasern und Metallfasern. Beispiele für solche feste Kunststoffe sind z. B. Phenol-Polyvinylchlorid-, Polyäthylen-, Polypropylen-, PoIysulfon-, Polystyrol- und Epoxyharze, die entweder fest oder flüssig sein können. Außerdem kommen sowohl thermoplastische als auch wärmehärtende Harze in Frage. Mit Ausnahme von phenolischen Harzen und Epoxyharzen sind a?^ oben angeführten Kunststoffe thermoplastisch.

Die verwendete SchnecVcnannrnnung kann aus mehreren Schnerkenteilen mit einer gemeinsamen Antriebswelle oder auch aus einer einheitlichen, durchgehenden Schnecke bestehen. Die. Schnecke kann aus einer Mehrzahl von Kombinationen mit unterschiedlicher Ganghöhe oder Drehrichtung bestehen. Gegegebenfalls können in Teilen der Schnecke auch bekannte K.ietblockabschnitte voigesehen sein.

Bei einer Zwillingsschnecke können die Zwillingsschrauben entweder nahe zueinander in dem Strangpressengehäuse angeordnet werden, so daß ein Zwi-

jo schenraunri zwischen den beiden Schnecken verbleibt, oder sie können so dicht beinander liegen, daß die Windungen der einen Schnecke in die Windungen der zweiten Schnecke hineingreifen.

Beide 21willingsschnecken können gleichsinnig odci gegenläufig angetrieben werden. Bei einer bevorzugten Aubführungsform laufen die Zwillingsschnecken in derselben Richtung um und greifen ineinander. Auf diese Weise wird eine erwünschte Selbstreinigung erzielt, die die Ansammlung von Kunststoff an

ao den Schneckenstegen verhindert.

Die Zwillingsschnecken können entweder am gleichen Ende durch eine gemeinsame Antriebsvorrichtung oder an gegenüberliegenden Enden durch zwei getrennte Antriebsvorrichtungen angetrieben werden.

»5 Beim Verarbeiten von wärmeeinpfindlichen Harzen, wie z. B. den wärmehärtenden Phenolformharzen, wird während der Verarbeitung mehr Wärme erzeugt als Eigenwärme mit dem Produkt entfernt wird. Daher muß das Produkt durch Wärmeableitung gekühlt werden, z.B. indem Kühlmittel durch die Schnecken und das Gehäuse geführt wird. Die Kühlkapazität begrenzt die Leistung der Vorrichtung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gleichzeitigen Strangpressen von mehreren Kunststoffströmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffströme jeweils in voneinander getrennten Tandemzonen verarbeitet und getrennt voneinander ausgepreßt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Strangpressengehäuse, mehreren Eintrittsöffnungen für die voneinander getrennten Kunststoffströme und einer Tandemschnecke, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Emtritisöffnung (32 a', 326') eine vor der jeweils nachfolgenden Eintritt£öffnung vorgesehene Austrittsöffnung (22 a', 22 b') zugeordnet ist, daß die Schneckenstege (16') der Tandemschnecke (12') in jeder Tandemzone sowohl einen Abschnitt mit linksgängiger Steigung als auch einen ao Abschnitt mit rechtsgängiger Steigung aufweisen und daß die Schneckenstege mit gegenläufiger Steigung jeweils im Bereich der Austrittsöffnungen (22 a', 22 b') zusammentreffen (Fi g. 4 und 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- as kennzeichnet, daß an Stelle einer Tandemschnecke Zwillingsschnecken (12) mit Tandemzonen vorgesehen sind (F i g. 1 bis 3).