DE2222975A1

DE2222975A1 - Extrusionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2222975A1
Application number: DE19722222975
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung . P B29h 5-22 Antrag
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1972-11-23
Also published as: FR2136996A1; US3779521A; GB1347417A; FR2136996B1; IT958805B

Description

310-18.73^Ρ(18.735H) 10. 5. 1972

CREUSOT-LOIRB, Paris (Frankreich)

Extrusionsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung zum Einbau in eine Strangpresse für plastische Materialien, beispielsweise zur Herstellung von Profilen oder Rohren.

Alle neueren Strangpressen enthalten eine Vorrichtung mit einer Schneckenspindel in einem Gehäuse, dessen Endöffnung als Düse ausgebildet ist, die das Endprodukt bestimmt., Diese im allgemeinen beheizte Vorrichtung erfüllt die Aufgabe des Knetens zum Mischen der verschiedenen thermoplastischen Produkte und der zusätzlichen Werkstoffe, wie z. B. der Farbstoffe, vor Bildung des Endproduktes, sowie die einer Pumpe zum Fördern der plastischen Produkte durch die Düse, die dem Endprodukt sein endgültiges Profil verleiht. Zur Erzielung einer guten Qualität der Endprodukte muß eine Strangpresse die vollständige Homogenität der

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plastischen Massen sowie ihre Extrusion unter einem von der Fördermenge unabhängigen Druck sicherstellen,.

Das Homogenisieren muß durch ständiges Kneten des Polymeren erzielt werden, bei dem man die Moleküle Scherspannungen quer zur Verschieberichtung unterwirft ^ Eine solche Homogenisierung erfolgt mit einem erheblich geringeren Risiko einer Qualitätsverringerung des Produkts, wenn das Elementarvolumen des plastischen Materials, das in den von der Schnecke und dem Gehäuse begrenzten Räumen durchgearbeitet wird, unterhalb einer bestimmten Grenze bleibt, die von dem Typ des verarbeiteten Materials abhängig und praktisch unabhängig von der Größe des Schnekkenextruders ist. Daher kann man, wenn die Grenzen der Drehzahlen und der äußeren Wärmezufuhr bereits erreicht sind, den Durchsatz des Extruders nicht durch einfaches Vergrößern des Volumens der freien Räume zwischen Schnecke und Gehäuse vergrößern, sondern nur durch Vergrößern der Strangpressenlänge <.

Der Ausflußdruck soll einstellbar und unabhängig vom Austrag sein* Dieses Kennzeichen kann nur bei absolut volumetrischer Endstufe erreicht werden, wenn man annimmt, daß alle Entgasungsvorgänge bereits in den vorhergehenden Zonen erfolgt sind,

Eine Realisierung dieser beiden Funktionen unter günstigsten Bedingungen wurde bis heute nur verwirklicht durch Extrusionsvorrichtungen mit mehreren gleichsinnig umlaufenden Schnecken, und insbesondere durch Vorrichtungen mit zwei oder vier Schnecken. Diese Mehrschnecken-Vorrichtungen erlauben es, zu einer praktisch volumetrischen Abflußstufe

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zu gelangen, die einen gleichmäßigen Ausfluß unabhängig vom Druck zuläßt» Derartige komplexe Maschinen sind aber in der Anschaffung teuer aufgrund der erheblichen technischen Schwierigkeiten bei der Herstellung« Darüber hinaus ist es selbst bei einer Vorrichtung mit zwei parallelen Schnecken notwendig, einen vollkommenen Winkelgleichlauf der beiden gleichsinnig umlaufenden Schnecken sicherzustellen_t Weiterhin macht die Herstellung der beiden zur Aufnahme der beiden Extruder-Schnecken bestimmten parallelen Bohrungen derartig großer Länge und von hoher Präzision erhebliche Bearbeitungsschwierigkeiteno Da₉ wie bereits hervorgehoben, die aufgegebenen Materialien zur Erzielung einer ausreichenden Homogenisierung in genügend kleine Elementar-Volumina unterteilt werden müssen, ist es notwendig, einen relativ geringen Durchmesser der Extruder-Schnecken beizubehalten« Bei einem System mit zwei parallelen Schnecken begrenzen die Probleme der Ausbildung der Spindelanschlage oder -abstützungen wegen der bei der Extrusion auftretenden bedeutenden Belastungen die Leistung der Vorrichtungen für die Anwendung dieser Technik erheblich.

Die Erfindung erlaubt es, in einer einzigen Extrusions* einheit besonders hohe Festigkeit mit einfacher Bauart, die eine Ausführung mit nur einer Extrusions-Schnecke ergibt, mit einer absolut volumetrisehen Endstufe zu vereinigen, wie man sie bisher nur durch Verwendung mehrerer Schnecken erhalten konnte.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Extrusionsvorrichtung mit einer Schneckenspindel in einem in einer Düse endenden Gehäuse, das eine Knetzone enthält, in der eine

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Schnecke mit einer Folge von Gewindegängen unterschiß dlicher Steigung in einer koaxialen Kreisbohrung des Gehäuses umläuft, und eine Pumpzone zum Fördern des Materials durch die Düse α

Gemäß der Erfindung ist in der Pumpzone das Gehäuseinnere nach einem mehrgängigen Schraubprofil mit N Gewindegängen der Steigung P ausgearbeitet und eine exzentrisch gehaltene Schnecke mit konjugiertem Profil und N - 1 Gewindegängen der Steigung ( —) P mit einem Mechanismus verbunden, der sie in eine kreisbahnförmige UmIauf-Drehung um die Gehäuseachse versetzt, wobei sie sich auf der Innenfläche des Gehäuses abstützt„

Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels genauer erläutert» Es zeigen;

Fig« 1 einen Querschnitt der Pumpzone der erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung;

Fig. 2 eine Aneinanderreihung der während einer vollständigen Umdrehung der Schnecke im Schneckengehäuse aufeinanderfolgenden Lagen der Schnecke in einem Teil der Pumpzone im Axialschnitt*

Da in der Fig. 1 der zweite Teil, d. h. die Pumpzone, der Extrusionsvorrichtung im Schnitt dargestellt ist, ist es offensichtlich, daß der erste Teil dieser Extrusionsvorrichtung in bekannter Weise durch das Einzugsende einer Schneckenpresse mit nur einer Schnecke gebildet wird. In der ersten - in der Zeichnung nicht dargestellten - Knet-

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zone enthält die Extrusionsvorrichtung folglich ein Gehäuse mit einer zylindrischen Innenbohrung, in der eine Schnecke umläuft, die mit fortlaufenden Gewindegängen unterschiedlicher Steigung versehen isto In üblicher Weise werden die eingezogenen Materialien in dieser Knetzone in Richtung auf die Pumpzone fortschreitend einer Serie von Kompressionen, von Ausdehnungen und senkrechten Schubkräften unterworfen, die eine Homogenisierung der Mischung und ein Austreiben der in der Mischung eingeschlossenen Gasreste herbeiführen.. Ferner ist offensichtlich, daß beim Erfindungsgegenstand in der in bekannter Weise ausgebildeten Knetzone ebenso wie in der erfindungsgemäßen Pumpzone das Gehäuse mit einer herkömmlichen Heizung ausgerüstet ist, die ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt wurde^

Das äußerlich zylindrische Schneckengehäuse 1 ist innen mit einem mehrgängigen Schraubprofil 2 mit fünf Gewindegängen der Mittelachse 0 und der Steigung P versehene Das Profil ist unter Verwendung eines geeigneten Formwerkzeuges wie ein Gewinde mit fünf Gewindegängen hergestellt. Die im Inneren des Gehäuses 1 umlaufende Schnecke 3 ist mit einem konjugierten Gewindeprofil mit vier Gewindegängen der Teilung 4/5 P versehen. Die Achse O₁ der Schnecke ist exzentrisch zur Achse 0 des Gehäuse-Innengewindes_e Die Schnecke 3 wird während ihrer Drehung um die Achse 0 ständig durch das Innenprofil des Gehäuses gehalten, an dem sie ständig anliegto Die Achse O₁ der Schnecke 3 bewegt sich dann auf einem koaxial zur Achse 0 liegenden Kreiszylinder. Die Schnecke 3 und die Innenfläche 2 des Gehäuses begrenzen eine Serie von schraubenförmigen, abgeschlossenen Kammern. Wegen der kreisbahnförmxgen UmIauf-Drehung der Schnecke 3 um die Achse 0 deformieren sich die schrau-

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benförmigen geschlossenen Kammern progressiv bei konstantem Volumen. Die gesamten, in diese Kammern eingegebenen plastischen Materialien werden, wenn sie zum Ende der Knetzone · gelangen, gegen das die Düse enthaltende Ende vorwärts getrieben nach Art eines Teiges, der aus einem Rohr durch dessen senkrechte Formänderung in Richtung der Extrusion herausgepreßt wird. Gemäß der Erfindung ist dieser sich deformierende Rohr-Kanal schraubenlinienförmig gekrümmt. Aufgrund der Gewindegangform wird die Bewegung der Schnekke ein reines Rollen ohne Gleiten auf dem Profil 2, was eine gute Dauerfestigkeit garantiert. Ferner erfährt die Schnecke eine Unterstützung bei ihrem Umlauf im Gehäuse, so daß keinerlei Synchronisation zwischen der Umlaufbewegung der Schnecke um die Achse 0 und der gesonderten Drehbewegung der Schnecke um ihre eigene Achse 0. erforderlich ist. Das durch die konjugierten Gewinde der Schnecke und das des Gehäuses bestimmte Volumen der schraubenförmigen Kammern wird so ausgelegt, daß es die elementare Volumengrenze nicht übersteigt. Die Anzahl der Gewindegänge, d. h„ die der schraubenförmig fortlaufenden Kammern, wird zur Gewährleistung einer praktisch vollständigen Abdichtung festgelegte

Die Volumenverschiebung erkennt man am besten aus Fig. 2, in der die Querschnittsänderung einer schraubenförmigen Kammer in ein und demselben Querschnitt bei einer vollen Umdrehung der Spindel 3 um die Achse 0 dargestellt ist.

Die Teilfiguren 2a, 2b ... 2g sind alle aufeinander

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folgende Ansichten eines gleichen Abschnitts in der axialen Schnittdarstellung nach der Linie II-II in Fig. 1. Sie stellen daher einen Kammerquerschnitt einmal im oberen Teil im Bereich der Vertiefung des Gewindeganges R des Gehäuses und zum anderen im unteren Teil im Bereich des Scheitels T' in dem Gehäuse dar.

Die Teilfigur 2a entspricht einer Relativlage der Schnecke und des Gehäuses, wie sie in Fig. 1 dargestellt isto In diesem Fall befindet sich der Scheitelpunkt A des einen Schneckengewindeganges in Kontakt mit dem Punkt R der Gewindegangmulde im Gehäuse. Die folgenden Teildarstellungen entsprechen den einzelnen Lagen während einer UmIaufdrehung der Schnecke um die Achse 0 im Sinne des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles.

Die Teilfigur 2b entspricht dem Augenblick, in dem der Scheitel B der Schnecke in Kontakt mit der Mulde S im Gehäuse gelangt. Man erkennt, daß in dem entsprechenden Querschnitt der Kammer, der in Fig. 2a im Bereich des Punktes R Null war, eine leichte Vergrößerung eingetreten ist und daß dies auch für das Volumen der Kammer im Bereich des gegenüberliegenden Punktes T gilt.

Die Teilfigur 2c entspricht der Lage, in welcher der Scheitel C der Schnecke in Kontakt mit der Muldenwand dicht am Scheitel T des Gehäusegewindes gelangt.

Die Teilfigur 2d entspricht einer Lage, in das muldentiefste C der Schnecke den Scheitel T¹ des Gehäusegewindes berührt, was nach einer halben Umdrehung der Spindel der Fall ist.

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Die Teilfigur 2e entspricht einer Lage, in der der Scheitel C des Gewindes der Schnecke den tiefsten Muldenpunkt des Gehäusegewindes berührt.

Die Teilfigur 2f entspricht einer Lage, in der sich der Scheitel C des Spindelgewindes in Kontakt mit einem Muldenpunkt des Gehäusegewindes befindet»

Die Teilfigur 2g schließlich entspricht dem Endzustand nach einer vollen Umdrehung und gibt die in Fig« 2a gezeichnete Ansicht wieder, bei welcher der Scheitel B das Muldentiefste R des Gehäusegewindes berührt.

Man erkennt aus dieser Aufeinanderfolge von Figuren, daß der Querschnitt der Kammer rings um das Muldentiefste des Gewindes R des Gehäusegewindes zuerst anwächst, ein Maximum durchläuft und am Ende einer Umdrehung wieder Null wird« Vegen der schraubenförmigen Ausbildung der Gewinde entspricht dies tatsächlich einer Verschiebung der Kammer um eine Teilung oder Steigung des Gehäusegewindes.

Der Ausfließdruck ist demnach eine Funktion des Drehmoments, der durch das Tragheits- bzw. Widerstandsmoment der Schnecke und das Motordrehmoment begrenzt ist. Die Abflußmenge ist ausschließlich eine Funktion der Schnecken-Rotationsgeschwindigkeit, die allein durch das Verhalten des plastischen Materials eine Begrenzung findet.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht nur auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, es fallen in den Erfindungsbereich auch weitere Ausführungen, die sich in Einzelheiten von dem beschriebenen Beispiel unterscheiden.

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So ist die Anzahl der Gewindegänge der Schnecke und des Schneckengehäuses nicht auf h bzw. 5 begrenzt» Es genügt, daß die Schnecke einen Gewindegang weniger als das Gehäuse aufweist» Bezeichnet man mit N die Zahl der Gänge" des Gehäusegewindes, mit N - 1 die Anzahl der Gänge des Schneckengewindes und mit P die Steigung oder Teilung der Schraubgewindegänge des Gehäuses, dann bestimmt sich die Steigung P' des Schraubgewindes der Schnecke durch die Gleichung P' = () Ρ.

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Claims

Patentansprüche

1J Extrusionsvorrichtung mit einer Schnecke, die in einem in einer Düse endenden Gehäuse drehgelagert ist, das eine Knet- oder Plastifizierungszone enthält, in der eine Schnecke mit einer Folge von Gewindegängen unterschiedlicher Steigung in einer koaxialen Kreisbohrung des Gehäxises umläuft, und eine Pumpzone zum Fördern des Materials durch die Düse, dadurch gekennzeichnet , daß in der Pumpzone das Gehäuseinnere nach einem mehrgängigen Schraubprofil (2) mit N Gewindegängen der Steigung P ausgearbeitet ist und eine exzentrisch gehaltene Schnecke (3) mit konjugiertem Profil und N - 1 Gewindegängen der Teilung ( ——) P mit einem Mechanismus verbunden ist, der

die Schnecke in eine kreisbahnförmige UmI auf "-Drehung (k) um die Gehäuseachse (θ) versetzt, wobei sie sich auf der Innenfläche des Gehäuses abstützte
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmechanismus der exzentrischen Schnecke mit dem Antrieb der Schnecke für die Knetzone verbunden ist und die Drehgeschwindigkeiten der beiden Spindeln um die Gehäuseachse in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen»
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Schnecke direkt mit einem exzentrischen Drehzapfen der Knetschnecke verbunden ist.

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