DE2019522C3 - Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe und unvernetzte Elastomere - Google Patents

Description

den Scherspalt in den benachbarten Kanal gelangen nyß, aus dem es dann in die Mischzone weitergefördert wird. Bei dieser Schnecke führt die Tatsache, daß das Material in den axial verlaufenden Kanälen ständig gerollt wird, zu nachteiligen Einwimungen auf die Schmelze.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenform zu vermitteln, die die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet und bei hohen Schneckendrehzahlen und Ausstoßleistungen ein homogenes Material fördert Bei dieser Aufgabenstellung geht die Erfindung aus von der Grundform einer Fünfzonen-Schnecke, die je eine Zone zum Einziehen des Materials, zum Verdichten, Aufschmelzen, Homogenisieren oder Scheren und zum Mischen aufweist. Bei einer derartigen Schnecke soll die Scherzone das inhomogen aufgeschmolzene bzw. erwärmte Material auf einem möglichst kurzen Bereich der Schnecke durch eine genau definierte Scherung kurzfristig intensiv homogenisieren. Die GestaUung des Scherteils muß dabei gewährleisten, daß jedes Materialteilchen nur einmal dieser Scherung unterworfen und dann aus dem Scherteil herausgefordert wird. Die folgende Mischzone zur Vergleichmäßigung von Massetemperaturunterschieden sowie einer evtl. Pigment-Einmischung ist vorzugsweise nach dem bekannten Prin/ip der Stromteilung und -Vermischung auszuführen, wofür mehrere bekannte Mischsysteme geeignet sind.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einer Schneckenpresse der eingangs geschilderten Art vorgeschlagen, daß zwischen zwei axial hintereinander angeordneten. Scherspalte bildenden Ringwulsten ein gegen die Zylinderbohrung abdichtender weiterer Ringwulst angeordnet ist, daß zwischen die Ringwulste in Umfangsrichtung der Förderschnecke verlaufende Schmelzenkanäle eingearbeitet sind und daß der in Förderrichtung erste Schmelzenkanal über mindestens einen Ableitungskanal mit der Mischzone und der in Förderrichtung zweite Schmelzenkanal über mindestens einen Zuleitungskanal mit der Aufsclvolzzone verbunden ist. Durch die erfindungsgemäi. Ausgestaltung wird ein Teil des Mat ials aus der Aufschmelzzone über den Scherspalt Ui-s ersten Schmelzenkanals ir diesen eingeführt und dabei homogenisiert. worauf dieser I eilstrom durch die Ableitung ohne erneute Scherbeanspruchung in die Mischzoiie gelangt, während ein anderer Teil der Schmelze über den Zuleitungskanal ohne Scherung in den hinter dem dichtenden Ringwulst liegenden zweiten ^cchmelzenkanal gefördert wird und von dort aus über den vom himeren Ringwulst mit der Zylinderbohrung gebildeten Scherspalt unmittelbar in die Mischzone gelangt. Beide Teilströme werden also nur einmal einei Scherung unterzogen. Gleichwohl ist die Gesamtlänge der Scherspalte gegenüber dem Umfang eines einfachen Ringwulstes erheblich vergrößert

Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung des Strömungswiderstandes bei gleichen Scherspaltabmessungen, so daß die nachteilige übermäßige Drosselung der Ausstoßleistung und eine Überhitzung des geförderten Materials vermieden werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Scherteilcs ist es also möglich, bei kurzer Baulänge dieses Teiles das geförderte Material einer intensiven Scherung bei niedrigem Strömungswiderstand zu unterwerfen, so daß hohe Durchsatzleistungen mit gleichmäßiger Homogenisierung erreicht werden. Durch die Intensität der Scherung ist es möglich, die Gangsteigung der Förderschnecke gegenüber der üblichen Gangsteigung von etwa der Größe des einfachen Schneckendurchmessers (i D) zu vergrößern oder auch die Fördergangtiefe gegenüber üblichen Förderschnecken zu vergrößern, so daß das Fördervolumen der Schnecke vergrößert und die Leistung der Schneckenpresse erhöht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Schmelzenkanäle mit ihren Zu- und Ableitungskanälen L-förmig ausgebildet sind, wobei die jeweils in Achsrichtung verlaufenden L-Schenkel der Zu- und Ableitungskanäle von den Schmelzenkanälen durch Wände getrennt sind, die gegen die Zylinderbohrung abdichten oder mit der Zylinderbonrung Scherspalte von gleicher Größe wie die spaltbildenden Ringwulste bilden. Die in Umfangsrichtung der Förderschnecke verlaufenden Schmelzenkanäle erweitern sich vorteilhafterweise in Richtung zu den axial verlaufenden Zu- und Ableitungskanälen. Vorzugsweise vertiefen sie sich radial. Dadurch werden die Schmelzenkanäle dem infolge der Scherspalt-Durchströmung zu- bzw. abnehmenden Materialstrom angepaßt. Ferner sind die axial verlaufenden Zu- und Ableitungskanäle vorzugsweise förderwirksam gegen den Schneckenumfang geneigt. Aus strömungstechnischen Gründen ist es ferner zweckmäßig, daß die die Scherspalte bildenden Ringwulste an ihren den benachbarten Aufschmelz- und Mischzonen zugewandten Flanken gleichförmig profiliert sind.

Um die Länge der wirksamen Scherspalte noch weiter zu vergrößern und damit den Strömungswiderstand weiter herabzusetzen bzw. die erzielbare Durchsatzleistung weiter zu erhöhen, sind zwei oder mehr aus spaltbildenden und dazwischen angeordneten abdichtenden Ringwulsten bestehende Baueinheiten hintereinandergeschaltet, wobei die an die Zu- und Ableitungskanäle angeschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanäle miteinander abwechseln. Es ergibt sich hierdurch an Stelle der beschriebenen L-förmigen eine F-förmige oder bei mehr als zwei an die eine Zu- und Ableitung angeschlossenen Schmelzenkanälen eine kammartige Gestaltung mit jeweils zwischeneinander greifenden, an die Zu- bzw. Ableitungen angeschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanälen, wobei die Scherspalte nicht nur zwischen dem vordersten und dem hintersten Ringwulst und der jeweils anschließenden Schneckenzone, sondern auch zwischen denjenigen einander benachbarten Schmelzenkanälen vorgesehen sind, zwischen denen sich keine abdichtenden Ringwulste befinden. Die abdichtenden Ringwulste hinter jeweils einem an eine Zuleitung und einem an eine Ableitung angeschlossenen, in Lmfangsrichtung verlautenden Schmelzenkanal sind erforderlich, damit das Material nach der Scherung im ScherspalJ nut Sicherheit ohne erneute Scherung in die Mischzone geführt wird

D'c Schcrzone ist zweckmäßigerweise als auswechselbarer Bauteil an der Förderschnecke befestigt. Dadurch kann die Scherzone im Falle einer Beschädigung der empfindlichen Schcrspalte durch versehentlich in das Granulat gelangte, mitgeförderte Metallpartikeln für sich allein erneuert werden, ohne daß es einer Auswechselung der ganzen Schnecke bedarf.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert, in wel-

eher zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In dem Leitungskanal 11 in den Ableitungskanal 9

der Zeichnung zeigt übertreten, wobei es ebenfalls einen Scherspalt

F i g. 1 schematisch die Förderschnecke einer von der Größe der Scherspalte Jc₁, x., zu passieren

Schneckenpresse, hat.

F i g. 2 eine Teilansicht auf die Scherzone der For- 5 Die Schmelze wird in den Schmelzenkanälen 8 und

derschnecke nach F i g. 1, 12, die vorzugsweise dem Materialstrom entsprechend

F i g. 3 einen Teilschnitt in gestreckter Darstellung mit zunehmender Tiefe 13 (F i g. 3) bzw. abnehmen-

entlangder LinieIII-III in Fig.2, der Tiefe 14 ausgeführt werden, ohne nennenswerte

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in weitere, unkontrollierte Scherung in der Scherzone

Fig. 2, und "> weitergefördert, wobei eine zügige Förderung durch

F i g. 5 eine Teilansicht auf eine Scherzone eines die Lage der Schmelzenkanäle 8 und 12 genau in Umweiteren Ausführungsbeispiels einer Schnecken- fangsrichtung wirkungsvoll unterstützt wird. Zu bepresse. achten ist bei der Anordnung und der Neigung der

Die Förderschnecke nach Fig. 1 weist die Einzugs- Kanäle 8, 9, 11, 12 bzw. der Flanke 9' die Schnek-

zoneA, die Kompressionszone B, die Aufschmelz- 15 kendrehrichtung 15. Bei entgegengesetzter Drehrich-

zone C, die Scherzone D und die Mischzone E auf. tung wären die Zu- und Abführungskanäle spiegel-

Die als auswechselbarei Ring ausgebildete Scherzone bildlich zu dem dargestellten Ausführungsbeispicl

D besitzt bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 schräg anzuordnen.

axial hintereinanderliegend den Ringwulst 1, der mit Die Scherzone kann als auswechselbarer Ring aus-

der Zylinderbohrung 2 den Scherspalt x, bildet, den 20 geführt sein, um bei Beschädigungen durch Metallpar-

gegen die Zylinderbohrung 2 abdichtenden Ring- tikel für sich allein erneuert werden zu können. Die

wulst 3 (durch Längsschraffur hervorgehoben) und Scherzone D kann auch im Verlauf der Fördergänge

den den Scherspalt X₂ bildenden Ringwulst 4. Die der Aufschmelzzone C angeordnet werden, wenn die

Scherspalte X₁ und X₂ sind vorzugsweise gleich weit. auf die Scherzone D folgenden Fördergänge genügend

Die Stirnflächen der Ringwulste 1 und 4 sind mit einer 25 tief geschnitten sind, so daß sie eine ausreichende

strömungsgünstijTcn Deichprofil-Neigung mit den Mischfunktion übernehmen können.

Flanken 5, 6 ausgeführt (F i g. 4). Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind, um

In das derart gestaltete Ringprofil sind nun paar- den Strömungswiderstand bei gleicher Scherspaltweise einander gegenüberliegende, L-förmige Schmel- weite noch weiter reduzieren zu können, zwei Scherzenkanäle 8, 9 und 11, 12 eingearbeitet, so daß eine 30 einheiten gemäß den Fig. 1 und 2 miteinander komerste Hälfte von sich daraus ergebenden Teilströ- biniert worden. An den abdichtenden Ringvvulst 3 men 7, 10 über die verbleibenden Abschnitte des schließt sich hierbei ein weiterer Ringwulst Γ und ein Scherspaltes *, in die Schmelzenkanäle 8 eintritt, aus weiterer dichtender Ringwulst 3' an. An den Zuleidenen das plastifizierte Material durch die mit vor- tungskanal 11 sind zwei in Umfangsrichtung verlauzugsweise in Flußrichtung entgegen der Schnecken- ³⁵ fende Schmelzenkanäle 12 und 12' und an den Ableidrehrichtung 15 förderwirksam geneigter Flanke 9' tungskanal 9 zwei in Umfangsrichtung verlaufende ausgebildeten Ableitungskanäle 9 in die anschlie- Schmelzenkanäle 8 und 8' angeschlossen. Hs ergibi ßende Mischzone E geleitet wird. Die zweite Hälfte sich also in Abwandlung der L-förmigen Kanalanordder Teilströme 7, 10 fließt zunächst durch die Zulei- nung nach F i g. 2 eine F-förmige Anordnung mit intungskanäle 11 in die Schmelzenkanäle 12, aus denen ⁴° einandergreifenden F-Stegen. Es ist offensichtlich, heraus das noch inhomogene Material über die ste- daß zur Erzielung einer noch größeren Scherspalthengebliebenen Abschnitte des Scherspaltes x., direkt Gesamtlänge weitere Schereinheiten angefügt werden in die Mischzone E eintritt, wobei die Homogenisie- können, wobei dann die in Umfangsrichtung verlaurung erfolgt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann fenden Schmelzenkanäle kammartig ineinander greider inhomogene Teilstrom 10 auch unmittelbar aus 45 fen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

uia Patentansprüche:

1. Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe und unvernetzte Elastomere, deren Förderschnecke mit einer zwischen einer Aufschmelzzone und einer Mischzone vorgesehenen Scherzone zur Homogenisierung der Schmelze ausgerüstet ist und bei der in der Scherzone sich in Umfangsrichtung um den Schneckenkern erstrekkende Ringwulste vorgesehen sind, zwischen denen und der Zylinderbohrung je ein schmaler Scherspalt für die Schmelze gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei axial hintereinander angeordneten, Scherspalte (a,, Jt₂) bildenden Ringwulsten (1,4) ein gegen die Zylinderbohrung (2) abdichtender weiterer Ringwufst (3) angeordnet ist, daß zwischen die Ringwulste (1, 3, 4) in Umfangsrichtung der Förderschnecke verlaufende Schmelzenkanäie (8, 12) eingearbeitet sind und daß der in Förderrichtung erste Schmelzenkanal (8) über mindestens einen Ableitungskanal (9) mit der Mischzone (E) und der in Förderrichtung zweite Schmelzenkanal (12) über mindestens einen Zuleitungskanal (11) mit der Aufschmelzzone (C) verbunden ist.

2. Schneckenpresse nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenkanäle (8, 12) mit ihren Zu- und Ableitungskanälen (11,9) L-förmig ausgebildet sind, wobei die jeweils in Achsrichtung verlaufenden L-Schenkel der Zu- und Ableitungskanäle von den Schmclzenkanälen (8, 12) durch Wände getrennt sind, die gegen die Zylinderbohrung (2) abdichten oder mit der Zylinderbohrung Scherpalte (*,, X₂) gleicher Größe wie die spaltbildcnden Ringwulste (1,4) bilden.

3. Schneckenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung der Förderschnecke verlaufenden Schmelzenkanäie (8, 12) sich in Richtung zu den axial verlaufenden Zu- und Ableitungskanälen (11,9) erweitern, vorzugsweise radial vertiefen.

4. Schneckenpresse nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufenden Zu- und Ableitungskanäle (11,9) förderwirksam gegen den Schneckenumfang geneigt sind.

5. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die die Scherspalte (*,, x₂) bildenden Ringwulste (1,

4) an ihren den benachbarten Aufschmelz- und Mischzonen (C, E) zugewandten Flanken (5, 6) deichförmig profiliert sind

6. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr aus spaltbildenden (1. Γ,4)undtiazwisehen angeordneten abdichtenden (3,3') Ringwulsten bestehende Baueinheiten hintereinandergeschaltct sind, wobei die an die Zu- und Ableitungskanäle (11, 9) angeschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanäle (8, 8', 12. 12') miteinander abwechseln.

7. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherzone (D) als auswechselbarer Bauteil an der Förderschnecke befestigt ist.

Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe und unvernetzte Elastomere, deren Förderschnecke mit einer zwischen einer Aufschmelzzone und einer Mischzone vorgesehenen Scherzone zur Homogenisierung der Schmelze ausgerüstet ist und bei der in der Scherzone sich in Umfangsrichtung um den Schneckenkern erstreckende Ringwulste vorgesehen sind, zwischen denen und der Zylinderbohrung je ein schmaler Scherspalt für die Schmelze gebildet ist.

Beim Verarbeiten von thermoplastischen Kunststoffen auf Schneckenpressen ist es schwierig, eine völlig gleichmäßige Erwärmung und Homogenisierung der Schmelze, insbesondere bei hohen Schnekkendrehzahlen, die wegen der höheren Ausstoßleistung und damit besseren Ausnutzung der Schneckenpresse angestrebt werden, zu gewährleisten. Da beim Einsatz einer herkömmlichen Förderschnecke ohne besondere Homogenisier-Einbauten bei Drehzahlsteigerungen sehr bald eine Qualitätsgrenze erreicht wird, d. h. unaufgeschlossene Materialteilchen ausgetragen werden, durch die das extrudierte Strangerzeugnis unbrauchbar wird, sind schon viele Schnekkenformen vorgeschlagen worden, die die erwähnte Qualitätsgrenze zu höheren Schncckendrehzahlbereichen hin verschieben sollen.

Bei verschiedenen bekannten Lösungsversuchen werden am Schneckenende Stauelemente, beispielsweise quer zum Fördergang angeordnete Stauwulste oder auch sich um den Schneckenkern in Umfangsrichtung erstreckende Ringwulste, vorgesehen, die eine längere Verweilzeit des Materials in der Schnecke und damit eine bessere Aufschließung des Materials ermöglichen sollen.

Andere Ausführungen sehen entweder am Schnekkenende oder im Mittelbereich der Förderschnecke Torpedo-Mischteile vor, die entweder im einfachsten Fall über eine etwa dem dreifachen Schneckendurchmesser (? D) entsprechende Länge einen glatten zylin drischen oder leicht konischen Schneckenabschnitt oder Fördergänge mit definierter Spalt weite zur Zylinderbohrung aufweisen oder die auf dem zylindrischen Torpedo-Abschnitt mit zusätzlichen, vielfach mit einem geringen Drall versehenen parallelen Nuten ausgestattet sind. Bei noch weiteren bekannten Ausführungen sind Unterbrechungen in den Schnekkenstegen oder am Schneckenkern exzentrische Knetabschnitte angeordnet.

Allen erwähnten bekannten Lösungsvorschlägen ist gemeinsam, daß zwar eine gewisse Verbesserung der Homogenisier- oder Mischwirkung erreicht wird, daß jedoch auch eine zusätzliche Drosselung der Ausstoßleistung und bei Drehzahlerhöhungen eine Überhitzung des geförderten Materials verursacht werden kann. Auf derartigen Schnecken können beispielsweise scherempfindliche Kunststoffe wie etwa Hart-PVC oder vernetzende Elastomere nicht oder nur mit kurzen Laufzeiten verarbeitet werden, da die strömungsungünstigen Homogenisier-Einbauten örtliche Zersetzungen oder Anvulkanisationcn hervorrufen.

Bekannt ist auch schon eine Förderschnecke (französische Patentschrift 1 5% 877), bei welcher in der Homogenisierzone in Achsrichtung verlaufende Kanäle mit zwischen ihnen vorgesehenen, mit der Zylinderbohrung schmale Spalten bildenden Scherstegen vorgesehen sind, wobei das vorwärtsbewegte Material jeweils aus einem der axial verlaufenden Kanäle über