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STRANGPRESSE MIT EINFACHER SCHNECKE Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Strangpresse, zu der eine als Plastizierungselement angebrachte, einfache
Schnecke mit einem einzigen Gewindeeingang und einem Magazin zur Zufuhr von Material
zum Plastizierungselement gehört.
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Bekanntlich wird Polyvinylchlorid bei zu hohen Erweichungstemperaturen
abgebaut, jedenfalls wenn die darin vorkommenden Stabilisatoren verbraucht sind.
Zu einem solchen Abbau kann es u.a. bei Auftreten von Reibungswärme kommen, die
beispielsweise durch zu hohe Umlaufzahlen der Schnecke oder zu niedrige Temperatur
der Hülle der Schnecke verursacht wird. Bei der Weichmachung aller Thermoplaste
und insbesondere von festem Polyvinylchlorid ist es erwünscht, dass der Kunststoff
in der Strangpresse so schonend wie möglich behandelt wird.
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In konventionellen Strangpressen mit einfacher Schnecke muss diese
sich ganz und gar selbst füllen. Dies ist jedoch beispiolswaise bei der Weichmachung
von Polyvinylchlorid weniger angebracht, da es hierbei zu etlichen schwer zu bemeisternden
Problemen kommt. Erstens muss die Luftmenge, die in dem als Ausgangsmaterial verwendeten
granulierten oder pulverförmigen Kiinst:.ctoff vorhanden ist und mit diesem in die
Schnecke gerät, sowie Gase, die im Kunststoff entwickelt werden, im Gegenstrom
zum
Materialfluss in der Schnecke ausgepresst werden, um durch deren Einflussende und
das Magazin abgehen Um mit diesem Problem fertig zu werden, hat man bisher in der
Hülle, die die Schnecke umgibt, an zweckmässigen Stellen Entlüftungslöcher angebracht,
um die Luft und Gase durch diese Entlüftungs löcher auspressen zu können, Falls
die Schnecke bereits vom Einflussende aus vollkommen mit Material und darin eingeschlossener
Luft gefüllt ist, entstehen weiterhin bei verschiedenen Litergewichten bei verschiedenen
Rezepten, Korngrössen etc.
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Kompressionsprobleme, auch wenn das Ausgangsmaterial gleich ist. Schliesslich
entsteht bei der Weichmachung von festem Polyvinylchlorid ein Drehmoment, das ganz
wesentlich grösser ist, als bei der Weichmachung von anderen Thermoplasten, wenn
die Schnecke vollkommen mit Material angefüllt ist. Dies hat wiederum zu bedeuten,
dass die Antriebsvorrichtung über dimensioniert und die Umlaufzahl reduziert werden
muss. Bei beginnendem Abbau des in der Schnecke befindlichen Materials kann das
Drehmoment aber dennoch so gross werden, dass die Antriebsvorrichtung der Maschine
die Schnecke zuweilen nicht zu rotieren vermag. Die Maschine kommt dann ganz einfach
zum Stillstand, und dann ist die zeitraubende und teure Arbeit erforderlich, die
Maschine auseinandernehmen und Maschine und Werkzeug reinigen zu müssen, wodurch
es zu einem Betriebsverlust kommt.
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Bei der Weichmachung von festem Polyvinylchlorid in einer Strangpresse
mit einfacher Schnecke ist es bisher nicht möglich gewesen, mit Schnecken, die sich
selbst füllen, ein Rezept zustandezubringen, das hinsichtlich der Kosten des Ausgangsmaterials
genauso vorteilhaft ist, wie das entsprechende Rezept einer Strangpresse mit doppelten
Schnecken, was darauf zurückzuführen Ist, dass die mechanische Belastung des Materials
in einer selbstfüllenden, einfachen Schnecke stärker ist, als die mechanische Belastung,
mit der man bei einer Strangpresse mit doppelten Schnecken zu rechnen hat.
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Bei einer selbstfüllenden einfachen Schnecke wird ausserdem diese
mechanische Belastung des Materials ganz erheblich
stärker, das
dem Kerndurchmesser der Schnecke am nächsten liegt, als die des Materials, das dicht
an der Schneckenhülle liegt, und zwar weil das Material mittels der Schnecke hauptsächlich
axial vorgeschoben wird, ohne in seine Rotationsbewegung einbezogen zu werden. Am
dem Kerndurchmesser am nächsten liegenden Material kommt es dann zu einer stärkeren
Reibungswirkung, als am der Schneckenhülle am nächsten liegenden Material, wobei
als Begleiterscheinung eine stärkere Wärmeentwicklung am dem Kerndurchmesser der
Schnecke am nächsten liegenden Material auftritt, -was bedeutet, dass die Weichmachung
des Produktes ungleichmässig ausfällt, Die Schnecke kann hierbei ganz nach den Kompressionsverhältnissen
und anderen Faktoren bis zu einer Temperatur erhitzt werden, die im Verhältnis zur
an der Schneckenhülle eingestellten Temperatur so hoch liegt, dass man die Schnecke
kühlen muss, indem man ein Kühlmittel in einen in dieser vorhandenen, zentralen
Kanal einführt. Eine solche ~Temperierung5 der Schnecke ist selbstverständlich nicht
die richtige Lösung des Problems der Erreichung einer schonenden Behandlung des
Materials in einer Strangpresse mit einfacher Schnecke. Das einzige, was man mit
1' der Temperierung der Schnecke erreicht, ist dass ein Uberschuss der entstandenen
Reibungswärme abgeleitet wird, die unsanfte Behandlung des Materials und mitfolgende
Verteuerung des Rezeptes bleiben jedoch bestehen.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der vorstehend erwähnten Probleme,
was durch die Anordnung der einleitend besagten Art an einer Strangpresse erreicht
wird, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Öffnungen in dem Gewinde in der Weichmachungszone
der Schnecke angeordnet sind, die von der Einlauföffnung der Schnecke durch einen
zusammenhängenden Gewindeteil, der sich von der Einlauföffnung zur Plastizierungszone
hin über einen wesentlichen Teil der axialen Länge der Schnecke erstreckt, getrennt
ist.
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Durch die Erfindung wird eine schonendere Behandlung des Materials
in einer Strangpresse erzielt, was u.a. auch zu
bedeuten hat, dass
sich die zum Rezept gehörende Menge von Stabilisatoren und Schmiermitteln vermindern
lässt, so dass das Rezept sogar billiger wird, als das entsprechende Rezept einer
Strangpresse mit doppelten Schnecken. Dies ist sowohl aus technischen als auch wirtschaftlichen
GrÜnden von grossem Wert, u.a. weil die Anschaffung einer Strangpresse mit einfacher
Schnecke billiger ist, als eine entsprechende Maschine mit doppelten Schnecken,
aber auch, weil eine Maschine mit einfacher Schnecke eine grössere Leistung hat
und universeller benutzt werden kann, als eine entsprechende Strangpresse mit doppelten
Schnecken. Während man bei einer selbstfüllenden Schnecke die mechanische Belastung
des Materials nur durch Regulierung der Hüllentemperatur und der Schneckendrehzahl
regeln kann, hat man bei einer gemäss der Erfindung angeordneten Strangpresse eine
weitere Regulierungsmöglichkeit durch Dosieren des Ausgangsmaterials zur Schnecke,
wodurch der Ablass der Luft und Gase von der Schnecke in bisher nicht bekannter
Weise ermöglicht wird.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese nachstehend unter Hinweis
auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt
einer Strangpresse gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie
II-II in Fig. 1, und Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 1.
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Zur auf der Zeichnung gezeigten Strangpresse gehör#t eine Schneckenhülle
10, in der eine axial nicht verschiebbare Schnecke 11 rotierbar gelagert ist, deren
Schneckenkanal mit einer Einlauföffnung 12 am Einflussende und mit einer Auslauföffnung
13 am Auslassende der Schnecke kommuniziert wobei diese Auslauföffnung in einem
Werkzeug 14 angebracht ist, das mittels einem Werkzeughalter 15 mit Hülle 10 verbiindei#
ist.
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Die Schnecke ist in konventioneller Weise mit einem nichtgezeigten
Antriebsmotor verbunden, um von diesem rotiert zu werden. Hülle 10 ist von Heizkörpern
16 umgeben, mit denen sie sich auf eine vorher bestimmte Temperatur erwärmen lässt.
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Auf dem Ständer 17 ist ein trichterförmiges Magazin 18 für das Ausgangsmaterial
angebracht, das in der Strangpresse erweicht werden soll, und dieses Magazin weist
unten eine Auslauföffnung 19 auf. Die Auslauföffnung 19 ist durch ein Dosierventil
20 stellbar, das aus einem Ventilhaus 21 mit einer darin drehbar angebrachten, durchbohrten
zylindrischen Ventilspindel 22 besteht, an der ein Betätigungshebel 23 angebracht
ist. Das Ventilhaus hat eine durch eine Ventilspindel stellbare, durchgehende Öffnung
24, die oben mit der Auslauföffnung des Magazins 18 in Verbindung steht und unten
vertikal frei oberhalb der Einflussöffnung 12 zur Schnecke 11 im Abstand zu dieser
mündet, der der Höhe der Ständer 17 entspricht, so dass man die durch das Ventil
dosierte Materialmenge frei inspektieren kann, die in die Einlauföffnung 12 abrinnt.
Indem man die Ventilspindel 21 mittels dem Betätigungshebel 23 dreht, bewirkt man,
dass eine grössere oder kleinere Materialmenge in freiem Fall vom Magazin 18 in
die Einlauföffnung 12 abrinnt, wobei am Magazin eventuell eine elektromagnetische
Vibrationsvorrichtung zur vollständigen Beherrschung der Materialdosierung anmontiert
sein kann. Bei beginnendem Abbau des Material in der Schnecke lässt sich die Materialdosierung
und/oder die Schneckendrehzahl durch einen einfachen Handgriff vermindern, wobei
die Belastung des in der Schnecke bearbeiteten Materials gleichzeitig mit der Behebung
des Abbaus reduziert wird. Durch die D#osierung des Materials zur Schnecke, so dass
die Schnecke an ihrem Einflussende nur die gewünschte, vorher bestimmte Materialmenge
erhält, wird das zum Betrieb der Schnecke erforderliche Drehmoment erheblich kleiner,
als bei einer selbstfüllenden Schnecke, und daher kann die Umdrehungszahl der Schnecke
zur Erreichung der gleichen Weichmachungsmenge pro Zeiteinheit wie bei einer Schnecke,
die sich ganz und gar selbst ffi11t, gesteigert werden.
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Durch das beschriebene Dosierventil 20 wird somit die der Einlauföffnung
12 zugeführte Materialmenge begrenzt, so dass sich die Schnecke nicht beliebig selbst
füllen kann; Dies hat jedoch gleichzeitig zu bedeuten9 dass in die Strangpresse
zusammen mit dem Material aus Magazin 18. eine grössere Luft menge eingeführt wird,
und dies ist, wie bereits erwähnt, unerwünscht. Gemäss der Erfindung ist die Schnecke
daher so geformt, dass eine effektive Entlüftung erfolgt.
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Zwecks Auslass der grösseren Luftmenge, die dem der Einlauföffnung
12 zugeführten Material durch das Dosierverfahren beigemischt wird und auch im Material
entwickelter Gase weist die Schnecke 11 eine Anzahl von Schlitzen 25 im Schneckengewinde
auf, die hauptsächlich radial in Ebenen angebracht sind, die hauptsächlich winkelrecht
zur Schneckenachse liegen. Diese Schlitze dienen zur Packung und Entlüftung des
Materials und tragen gleichzeitig zur Knetung und Homogenisierung des veichgemachten
Materials bei. Die gleichzeitige Fräswirkung im Material, zu der es durch die Rotation
der Schnecke zum axial vorgeschobenen Material an den Schlitzen kommt, bewirkt eine
vorwärts gerichtete Kraft, die dem Druck zur Lagerung der Maschine entgegenwirkt,
was ihre Haltbarkeit verlängert. Durch die Rotation der Schnecke drückt die vordere
Flankenfläche 26 des Schneckengewindes das Material vorwärts, wobei aber, wie auf
der Zeichnung markiert, Luft an der entgegengesetzten, hinteren Flankenfläche 27
vorhanden ist, Diese Luft, ist jedoch nicht eingeschlossen, da sie dank der direkten,
offenen Verbindung mit der Einlauföffnung 12 frei durch die Schnecke nach hinten
abgehen kann. Die Schlitze beginnen im axialen Abstand von der Einlauföffnung 12
und zweckmässigerweise wird die Materialmenge im Verhältnis zur Drehzahl der Schnecke
in der Weise bemessen, dass im Schneckenkanal bis zum Anfang der Schlitze immer
Raum zum Durchlass der Luft durch das Material zurück zur Einlaufsöffnwig 12 und
dann ins Freie hinaus vorw handen ist, Da das Material im vorderen Teil der Schnecke
gut entlüftet ist, können die Schlitze im Abstand vom Ausflussonde der Schnecke
aufhören, und somit genügt es, die Schlitze 25
wie in der gezeigten
Ausführung über dem mittleren Teil der Schnecke anzuordnen. Von der Einlauföffnung
kann die Luft und Gase frei abgehen, ohne vom im Magazin 18 vorhandenen Material
behindert zu werden. In einer konventionellen Strangpresse liegt das Material dagegen
bis zur Einlauföffnung 12 hin ganz kompakt im Magazin und übt einen solchen Druck
aus, dass die Luft lieber mit in die Schnecke geht, als nach hinten abzuziehen,
wie in der Maschine gemäss der Erfindung.
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Wenn das Material in der Schnecke an der ersten Gewindedrehung mit
den Schlitzen 25 vorbeigelangt, bewirkt die Vorschubkraft, d.h. der Druck des Materials
auf die vordere Flankenfläche 26, dass ein Teil des Materials durch die Schlitze
25 nach dem Teil des Schneckenkanals zurückgeht, der sich hinter der frrtglichen
Gewindedrehung befindet, wobei gleichzeitig eingedrungene Luft und entwickelte Gase
zurückgedrängt werden, um durch die Einlaufsöffnung 12 auszuströmen. Der Rest des
Materials wird jedoch vorwärts geschoben, um vor der nächsten Gewindedrehung in
den Schneckenkanal zu gelangen, wo sich der gleiche Vorgang wiederholt. In dieser
Weise füllt die dosierte Materialmenge allmählich den Schneckenkanal aus, wobei
gleichzeitig die durch das Dosierverfahren eingelassene Luft und entwickelte Gase
zurückgedrängt werden, so dass man ganz sicher ist, dass der vordere Teil der Schnecke
ganz mit Material angefüllt wird, das porenfrei ist.
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Durch den Materialaustansch der ständig von dem Teil des Schneckenkanals,
der vor der Gewindedrehung liegt, nach dem Teil des Schneckenkanals hin erfolgt,
der hinter der gleichen Gewindedrehung liegt, soweit Schlitze in dem Gewinde der
Schnecke angebracht sind, erhält man, wie erwähnt, eine bessere Knetung und Homogenisierung
des in der Strangpresse vorhandenen Materials, als es bei konventionellen Strangpressen
mit einfachen Schnecken der Fall ist. Diese Knetung und Homogenisierung des Materials
wird grösser, je mehr und je breitere Schlitze.
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pro Gewindedrehung vorhanden sind, die in der Schnecke aufgenommen
sind. Die Materialmenge, die in Wirklichkeit von
Gewindedrehung~zu
Gewindedrehung vorgeschoben wird, entspricht dem Volumen des Schneckenkanals, vermindert
um das Volumen, das die Schlitze darstellen.
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Bei kontinuierlichem Betrieb einer Strangpresse mit einfacher Schnecke,
die sich selbst füllt, beginnt nach gewisser Zeit der Abbau des Materials zwischen
dem vorderen Ende der Schnecke und der vor dieser angebrachten Siebplatte, was zu
bedeuten hat, dass die Maschine geöffnet und gereinigt werden muss und die in der
Siebplatte angebrachten Siebtücher ausgewechselt werden müssen, wenn man einen totalen
Abbau des Materials verhindern will. Zu diesem Phänomen kommt es früher oder später
bei konventionellen Strangpressen mit einfacher Schnecke immer, und zwar erstens
wegen der starken mechanischen Belastung, der das Material in derartigen Schnecken
ausgesetzt ist, die eventuell keine Entlüftungsvorrichtung haben, und zweitens weil
das der Zentrumachse der Schnecke und der Siebplatte am nächsten liegende Material
nicht mit neuem Material ersetzt wird, sondern dort ganz oder teilweise still liegenbleibt,
was zum Abbau führt. Der Grund hierfür ist wiederum der, dass ein Druckfall entsteht,
wenn das Material den Schneckenkanal verlässt und in den zwischen dem Ende der Schnecke
und der Siebplatte vorhandenen Zwischenraum gelangt, um dann durch die Siebplatte
abzugehen. Je stärker die mechanische Belastung bei der Materialbehandlung in der
Schnecke selbst ist, umso höher wird der Druckfall vor dem Ende der Schnecke. Die
mechanische Belastung kann im Verhältnis zu diesem Druckfall vor der Schnecke so
gross sein, dass Bestandteile des Materials aiisgeschieden werden, was zu einer
Betriebsstörung und Produktzerstörung führt.
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Wenn das in der Strangpresse gemäss der Erfindung dosierte, porenfreie,
gut geknetete und homogenisierte Material das Ausflussende der Schnecke erreicht
hat, sollen der vorstehend, beschriebene Druckfall und die damit zusammenhängenden
Abbaut?ndenzen, besonders bei der Weichmachung von festem Polyvinylchlorid, eliminiert
worden. Die Vorriciitung an der beschriobenen
Strangpresse, mit
der dies erreicht wird, soll nun beschrieben werden.
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Die Strangpresse gemäss der Erfindung hat in bekannter Weise eine
Siebplatte 30, die jedoch eine zur Endfläche der Schnecke 11 gewandte, abgestumpfte,
konische Fläche 31 aufweist, wodurch ein Materialstrom zustandekommt, der zum Zentrum
einer mit einer zentralen Spitze 32 versehenen Endfläche der Schnecke gerichtet
ist. Weiterhin hat die Siebplatte eine durchbohrte Fläche 33, durch die das Innere
der Hülle 10 mit der Auslauföffnung 13 in Verbindung steht. Gemäss der Erfindung
ist die Grösse dieser durchbohrten Fläche geringer, als die Grösse der zur Siebplatte
gewendeten Endfläche der Schnecke. Hierdurch wird der Druckfall in der zwischen
der Endfläche der Schnecke und der Siebplatte vorhandenen Kammer und im Werkzeug
14 selbst eliminiert oder zumindest reduziert, so dass ein Vakuum bzw. Ausscheidungen
von Materialbestandteilen vermieden werden.
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Durch die beschriebene Ausführung der Siebplatte 30 wird auch das
Risiko einer Uberhitzung des Materials im Zentrum der Auslauföffnung 13 durch das
Werkzeug 14 und im Zentrum der Kammer vor der Endfläche der Schnecke behoben. Da
das Material an sich wärmeisolierend wirkt, ist das Risiko des Materialabbaus immer
im Zentrum am grössten und umso grösser, je dicker die Materialschicht ist. Dieses
grössere Risiko wird durch die Siebplatte gemäss der Erfindung eliminiert, und zwar
dank einer sicheren Durchströmung allen von der Schnecke kommenden Materials.
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Eine-Modifikation der Strangpresse gemäss der Erfindung besteht darin,
dass die Endfläche der Schnecke 11 in der Weise konisch abgestumpft wird, dass sie
eine zentrale ebene Fläche mit gleichem Durchmesser erhält, wie die durchbohrte
Fläche der a Siebplatte und einen konischen Ubergangsteil zwischen dieser Fläche
und der Schnecke im übrigen mit gleichem Kegelwinkel wie die Fläche 31 der Siebplatte
30 erhält, wobei zwischen dem Schneckenende und der Siebplatte ein schmaler Spalt
vorhanden
ist, der mit der Auslauföffnung 1,3 durch ein Werkzeug
14 durch Bohrungen in der Siebplatte verbunden ist.
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Bei der Strangpresse gemäss der Erfindung wird ein niedrigeres Drehmoment
der Schnecke erreicht, als bei konventionellen Strangpressen, wodurch die Belastung
sowohl des Materials als auch der Maschine reduziert wird. Das Drehmoment im Verhältnis
zur möglichen Drehzahl der Schnecke ist günstiger, als bei konventionellen Strangpressen,
und da die mechanische Belastung des in der Maschine bearbeiteten Materials geringer
wird, ist der Druckfall vor der Schnecke auch niedriger, und die Maschine bearbeitet
das Material insgesamt schonender, als bisher bekannte Strangpressen mit einfacher
Schnecke.