DE2143923C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Plastifizieren und Formen von thermoplastischem Granulat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Plastifizieren und Formen von thermoplastischem Granulat, b'u dem von einer Einspeisezone durch eine anschließende P'istifizierzone hindurch gefördert wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer oder mehreren Zuspeiseschnecken zum Fördern und einem nachgeordneten Plastifizierteil.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-AS 14 54 787) wird die für die Plastifizierung des thermoplastischen Granulats notwendige Wärme durch die von den Wandungen der Förderschnecken oder anderen entsprechenden Reibflächen auf die zwischen diesen Wandungen geführten Granulat- bzw. Masseschichten aufgebracht. Diese Schichten müssen deshalb verhältnismäßig dünn gehalten werden, damit die übergehende Wärme die Schichten voll erfassen kann. Ähnlich wird das Granulat nach einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 34 67 743) ebenfalls durch Aufbringen der Wärme mittels der Reibflächen in Förderschnecken in einer ersten Zuspeisestufe bereits auf Schmelztemperatur erhitzt und in einer zweiten Stufe fertig gemischt und auf den für das nachfolgende Extrudieren notwendigen Druck gebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Verfahren so zu verbessern, daß das Durchsatzvolumen erheblich vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Plastifizierung ausschließlich in der Plastifizierzone vorgenommen und der Förderdruck ausschließlich in der Einspeisezone erzeugt wird. Das Fördern und Plastifizieren kann dabei unter Regelung der Durchgangsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Druck- und/oder Temperatur vorgenommen werden.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann der Plastifizierteil aus einer Walze mit Nocken bestehen, die ausschließlich als Knet- und Plastifiziernocken ohne Fördereigenschaften ausgebildet sind. Schließlich können die Schnecken zum Fördern und der Plastifizierteil auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sein.

Die für die Plastifizierung des thermoplastischen Granulats erforderliche Wärme wird dabei, nicht wie bei den bekannten Verfahren, durch die von den Wandungen der Förderschnecken oder auch andere entsprechend ausgebildete Reibflächen auf die dünnen, zwischen diesen Wandungen geführte Granulat- bzw. Masseschicht aufgebracht, sondern es wird in der Einspeisezone auf den Strom des thermoplastischen Granulats nur der notwendige Transportdruck aufgebracht und durch eine entsprechende Auslegung der

is Fördermittel der Zuspeiseeinrichtung die unvermeidliche Erwärmung so niedrig wie möglich gehalten, um ein Erweichen oder Anschmelzen der Außenflächen des Granulats — das sich nicht vollständig vermeiden läßt — in engen Grenzen zu halten, b'rst in der anschließenden Plastifizierzone wird dann die erforderliche Wärme durch Beaufschlagung des Granulats durch die Kneiwerkzeuge in der Weise aufgebracht, daß diese Erwärmung der Oberfläche der einzelnen Granulatpartikel, verbunden mit der dabei auftretenden Verwirbelung des Granulats untereinander, innerhalb des Gehäuses durch die Reib- und Stoßarbeit zwischen den einzelnen Partikeln jedes einzelnen Granulatkorns gleichmäßig, von seiner zunächst erhitzten Oberfläche ausgehend, bis in seinen Kern hinein, auf die notwendige Schmelztemperatur bewirkt wird. Es entsteht dabei ein Kornpartikel-Gehäufe, das in bezug auf die Wärmeverteilung keiner nachträglichen Homogenisierung mehr bedarf, und der sekundär auftretende Mischeffekt ist besonders beim Verarbeiten von Mehrkomponenten-Rohstoffen von Bedeutung, weil eine außerordentlich homogene Feinverteilung der Komponenten bewirkt wird.

Dieser Vorgang findet bei herabgesetzter Durchgangsgeschwindigkeit des Stroms des thermoplastisehen Granulats statt, und die üe Reib- und Stoßarbeit verrichtenden Knet- und Plastifiziernocken üben auf das Granulat bzw. auf die plastifizierte Masse keine Transportarbeit aus.

Durch Abstimmung der Drehzahl der Zuspeiseeinrichtung auf die Drehzahl der Kompressionseinrichtung kann, unabhängig von der jeweiligen Durchsatzmenge, im Plastifizierteil ein bestimmter Massedruck einreguliert werden; die geringfügigen Rückstromeffekte der Schneckenpumpen erlauben dabei eine Feineinstellung.

Je nach der Art der zu bearbeitenden Massen kann die Druckeinstellung von der Zuspeiseeinrichtung oder von der Kompressionseinrichtung her erfolgen. Das Verfahren läßt es auch zu, auf die sonst notwendige Kühlung zur Ableitung überschüssiger und schädlicher Wärme zu verzichten und Wärme von außen nur für das Anfahren der Vorrichtung oder bei kurzfristiger Umstellung der Temperaturprogramme zuzuführen.

Es ist auch möglich, Zuspeise-, Plastifiziert und Kompressionsteil so aufzuteilen und anzuordnen, daß der Antrieb über eine gemeinsame Achse erfolgt. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt auch zu, nicht für alle Teile der Vorrichtung getrennte regelbare Antriebe vorzusehen. Wesentlich ist, daß über unterschiedliche Transportgeschwindigkeiten zwischen dem Plastifizierteil und einer oder mehreren vor- oder nachgeschalteten Fördereinrichtungen für die Masse eine Druckregelung im Plastifizierteil erreichbar ist
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung

dargestellten Ausfuhrungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g, 1 einen Axialschnitt der Vorrichtung nach der Linie A-A durch F i g. 2, und

F i g. 2 die Teilansicht eines Schnittes nach der Linie fl-ßdurchFig. 1.

In F i g. 1 ist die Zuspeiseeinrichtung 1 als Schraubenpumpe mit zwei Schneckenachsen 2 und 3 dargestellt, die in einem sich in Antriebsrichtung vergrößernden Abstand snitzwinklig geneigt zueinander liegen. Im Plastifizierteil 5 der Vorrichtung ist als Symbol für die Knetwerkzeuge eine Walze 6 mit aufgesetzten Nocken 7 wiedergegebea Am Ausgang 8 dieses Plastifizierteils 5 ist die Kompressionseinrichtung 9 als Schraubenpumpe mit zwei gegenläufig wirkenden Schnecken 10 und 11 angeordnet Der sich vergrößernde Abstand der Schneckenachsen 2 und 3 ist in F i g. 1 mit 12 bezeichnet. Die gleiche Anordnung gilt auch für die Schnecken 10 und 11 nach Fig.2. Die Schnecken 10 und 11 bzw. die Schneckenachsen 2 und 3 sind mit jeweils drei Gewindegängen 13 versehen. Die Gewindekerne 14 sind in Richtung auf die Schneckenspitze 15 im Durchmesser stärker konisch verjüngt r-jsgebiidet, als die äußeren Gewindestege 16. Der Gewindegangquerschnitt 17 verkleinert sich deshalb in Flußrichtung nicht, sondern vergrößert sich gegebenenfalls.

Die Zuspeiseeinrichtung 1 wird über das Regelgetriebe 18, die Kompressionseinrichtung 9 über das Regelgetriebe 19 und die Walze 6 über das Regelgetriebe 20 angetrieben.

In F i g. 2 ist mit 21 eine Formdüse für die Extrudierung eines Hohlkörperstranges angedeutet.

Die zu verarbeitenden Massen werden dem Aufgaoetrichter 22 zugeführt und von der Zuspeiseeinrichtung 1 durch den Raum 23, dann nach Umlenkung über die Schrägwand 24 und über die konische Stirnseite 25 der Walze 6 in den Plastifizierteil 5 gedrückt und dort plastifiziert Die plastifizierte Masse wird dann vom Ausgang 8 des Plastifizierteils 5 der Kompressionseinrichtung 9 zugeleitet und von dieser durch die Formdüse 21 gedrückt.

Im Aufgabetrichter 22 können, je nach Beschaffenheit der Masse, Vorverdichtungs- oder Auflockerungswerkzeuge, z. B. Rührarme, Rührnocken oder auch zusätzliche Schneckengänge 26 angebracht werden. Diese Werkzeuge lassen sich auch direkt auf den Schnekkenathsen 2 und 3 anordnen. Es besteht aber auoh die Möglichkeit, sie mit einem eigenen Antrieb auszustatten. Am Plastifizierteil 5 ist eine Temperaturmeßstelle 27 angeordnet.

Zuspeiseteil und Kompressionsteil der Vorrichtung sind, wie ersichtlich, so gestaltet und bemessen, daß bei einem großen Massendurchsatz nur geringe Reibungsverluste auftreten und keine wesentliche Veränderung der Konsistenz der Massen durch Wärmeeinfluß stattfindet Theoretisch sind für Transport, und Druckaufbau von Kunststoffen 0,01 kW/kg Masse für 100 atü erforderlich, während der theoretische Durchschnittswert zum Durchplastifizieren von Kunststoffmassen 0,1 kW/kg beträgt Der Plastifizierteil sollte so gestaltet und bemessen sein, daß er über die Knetwerkzeuge auf kurzer Strecke den Hauptanteil der zugeführten Energie, also etwa 0,09 kW/kg erhält.

Da im Zuspeiseteil und im Kompressionsteil die Massen lediglich transportiert werden bzw. ein Druckaufbau stattfindet, können die dort verwendeten Förderquerschnitte beliebig groß, d. h. für beliebig große Durchsatzmengen, ausgelegt werden, während der Durchlaufquerschnitt des Plastifizierteils in Verbindung mit seiner wirksamen Länge so gewählt werden soll, daß die Leistung der Antriebsmaschine im wesentlichen für die Plastifizierleistung selbst aurgenützt wird.

Im Gehäuse des Plastifizierteils können bekannte Knetelemente mittels des Rotors über einen drehzahlgeregelten Antrieb bewegt werden. Der freie Durchflußquerschnitt zwischen Gehäusewand und Knetwerkzeugen muß so bemessen werden, daß die Plastifizierarbeit über die Knetelemente die unkontrollierbare Reibungsarbeit beim Fließen der Masse durch das Aggregat wesentlich überwiegt Die Knetorgane erfassen die ihnen zugeführte Masse vom Eingang bis zum Ausgang des Plastifizierteils gleichmäßig in Achsrichtung, damit die Verweilzeit möglichst aller Masseteilchen gleich groß ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Plastifizieren und Formen von thermoplastischem Granulat, bei dem von einer Einspeisezone durch eine anschließende Plastifizierzone hindurch gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastifizierung ausschließlich in der Plastifizierzone vorgenommen und der Förderdruck ausschließlich in der Einspeisezone erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördern und Plastifizieren unter Regelung der Durchgangsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur vorgenommen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer oder mehreren Zuspeiseschnecken zum Fördern und einem nachgeordneten Plastifizierteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastifizierteil aus einer Walze (6) mit Nocken (7) besteht, die ausschließlich als Knet- und Plastifiziernocken ohne Fördereigenschaften ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken zum Fördern und der Plastifizierteil auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.