DE2247286A1

DE2247286A1 - Schneckenpresse fuer thermoplastische kunststoffe od. dgl

Info

Publication number: DE2247286A1
Application number: DE19722247286
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hanslik
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1972-09-27
Filing date: 1972-09-27
Publication date: 1974-03-28
Also published as: GB1440100A; US3927869A; ATA630873A; FR2200105B3; FR2200105A1; CH563862A5; JPS4972357A; IT996199B; AT334612B; BR7307490D0

Description

K r a u s s - M a f f e i · TK

Aktiengesellschaft - ■_" _

München 50 ί Ι 4 / ί 0 D

Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe od. dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe od. dgl., mit mindestens zwei angetriebenen Piastifizierschnecken, die in den Schneckenkammern eines SchneckenZylinders gelagert sind, wobei die Wandungen dar Schneckenkammern einen beide Kammern verbindenden Durchbruch aufweisen.

Es sind bereits Einschneckenpress en bekannt^ in deren Zylinderwandung vor- oder in der Plastifizierzone in Achsenrichtung durchgehende Nuten eingearbeitet sind. Diese Nuten laufen zum Ausgang der Schneckenpresse hin in der normalen Wandung des Schneckenzylinders aus und sollen u.a. eine Stauchung des Kunststoffes und damit längere Verweilzeiten und Reibungen, die das chemische Gefüge des Kunststoffes schädlich verändern könnten, durch einen zusätzlichen raschen Förderweg vermeiden.

13/0732

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Zwei- und Mehrschneckenpressen der eingange bezeichneten Art die durch die schneckeneingriffsseitigen Durchbrüche der Schneckenkanunern entstehenden seitlichen Drücke auf die Plastifizierschnecken woitgehendst auszugleichen und die Eigenschmierung durch die Kunststoffschmelze in den Schneckenkanunern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gdt)st, daß die Wandung der Schneckenkanunern in der Umfangszone höchsten Drucks zwischen Plastifizierschnecke und Schneckenkammerwandung und/oder vorwiegend symmetrisch zu dieser Zone Ausnehmungen enthält. Dabei ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal der Querschnitt der Ausnehmungen vorzugsweise mondsichelförmig gestaltet. Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß bei mehreren, z.B. zwei Ausnehmungen der Wandung der Schneckenkammer die Ausnehmungen untereinander gleich breit und tief auegebildet sind. Vorr teilhaft sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Ausnehmungen der Wandung der Schneckenkammer in der Ausstoözone in axialer Richtung durchgehend verlaufend angeordnet. Ferner können erfindungsgemäß die symmetrisch zu der Umfangszone höchsten Druckes angeordneten Ausnehmungen querschnittsmäßig sich zu dem Schneckenkammernaufbruch hin erstreckend, mit Erweiterungen versehen «ein, derart, daß diese Erweiterungen sich diametral gegenüberliegen. Schließlich besteht ein Erfindungsmerkmal noch darin, daß eine

409813/0732

jede der beidseitig zu der Umfangszqne höchsten Druckes symmetrisch angeordneten Ausnehmungen mit Erweiterung einen Winkelbereich von etwa 120° einnimmt.

Mit der vorstehend erläuterten Ausbildung der Wandungen bei Schneckenkammern werden nachstehende Vorteile erreicht, die besonders im Bereich der Ausstoßζone bei der Extrusion von thermisch unstabilen Plasten von wesentlicher Bedeutung sind. Diese Vorteile sind:

1) Der Plastifizierschnaken- und Schneckenkammerverschleiß wird, vorzugsweise in der Ausstoßzone, wesentlich abgebaut, so daß eine höhere Lebensdauer von Plastifizierschnecken und Schneckenzylinder erreicht wird,

2) die Schneckendrehzahl kann gesteigert werden,

3) durch das Vermeiden örtlich begrenzter Reibstellen wird, insbesondere bei größeren Schneckenpressen, ein geringerer Energieumsatz erreicht,

4) es werden zusätzlich ungleiche Wärmeentwicklungen vermieden, so daß ein ungleicher Fluß der Kunststoffschmelze verhindert und der gute optische Eindruck des Extrudate bzw. Spritzlinge erhalten bleibt,

5) der durch den Durchbruch der Wandungen der Schneckenkammern im jeweiligen Eingriffsbereich der Plastifizierschnecken entstehende, seitlich auf die P-lastifizierschnecken ausgeübte Druck wird ausgeglichen,

_ 4 _ 409813/0732

6) die Scherwirkung wird weitgehend abgebaut und damit die Kunststoffschmelze vor zu hohen Wärmeainflueeon bewahrt#

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Grundzuge dargestellt uild zwar zeigen;

Fig. 1 einen Schneckenzylinder mit in zwei Schneckenkammern parallel zueinander angeordneten Schnecken und einer in der Wandung jeder einzelnen Schneckenkammer in der Umfangezone höchsten Drucke zwischen Plastifizierechnecke und Schneckenkammerwendung angeordneten Ausnehmung,

Fig. 2 einen Schneckenzylinder mit in zwei Schneckenkanaern parallel zueinander angeordneten Schnecken und zwei in der Wandung jeder einzelnen Schneckenkamner symmetrisch zu der umfangezone höchsten Drucks zwischen Plastlfizierschnecke und Schneckenkammerwandung angeordneten Ausnehmungen und

Flg. 3 einen Schneckenzylinder etc. nach Flg. 2 mit den Ausnehmungen »geordneten und sich zu dem Sahneekenkaimnernaufbruch hin erstreckenden Erweiterungen.

In Fig. 1 bis 3 ist eine Schneckenpresse dargestellt, deren Schneckenzylinder 1 zwei Schnecken 2 und 3 In zueinander parallel verlaufenden, durch Bohrungen gegebenen Schneckenkammern 4 und 5 enthält.

409813/0732

Der durch das Auspressen der Kunststoffschmelze auftretende Rückdruck wird über die Schneckenschäfte bzw. Schneckenkerne 6,7 auf nicht weiter gezeigte Axiallager übertragen. Im Bereich der Schneckenkammeraufbrüche 8 * bilden die Stege der beiden Schnecken zueinander sperrende IQämme, so daß das Kunststoff gut in mehrere voneinander getrennte und durch die Schneckenkammeraufbrüche δ begrenzte C-förmigen Schneckenkammern eingeschlossen wird. Die einzelnen Schneckenkammern stehen miteinander durch Walzen- und Flankenspalte in Verbindung, die durch die jeweils in Eingriff stehenden beiden Schnecken (2/3) gebildet sind. Der Walzenspalt 10, d.h. der Spalt zwischen den Stegmantelflächen der einen und dem Kernmantel 13 der anderen Schnecke, wird durch den·Schneckenaußendurchmesser, Kerndurchmesser und Achsabstand der Schnecken bestimmt. Der Flankenspalt, d.h. der Spalt zwischen den eich aneinander vorbeidrehenden Stegflanken beider miteinander in Eingriff stehender Schnecken, ist durch die Stegbreite, die Steigung, die Gangzahl und den Flankenwinkel bestimmt. Vom beschick- ten Ende des Schneckenzylinders 1 ausgehend, rotiert die rechte Schnecke 3 im Uhrzeigersinn, die linke (2) im Gegenuhrzeigersinn. Das Material wird in jeder Schnecke 2 und durch die sperrenden Kämme der anderen Schnecke am Rotieren gehindert und durch die Vorderflanke der Schneckenstege axial verschoben. Ein bestimmter Anteil des Kunststoffgutes wird durch die Spalten gepreßt. Dieser Mengenanteil im Verhältnis zu der gesamten in den Schneckenkammern bewegten Menge kann als Schlupf bezeichnet werden.

409813/07 32

— ο —

Der Druckabfall in den Spalten einer Steigung dee Bereiches der Ausstoßsone ist bei eine» Schlupf von ungefähr 70 % zugleich der Druckabfall pro Steigung der Schnecke. Bei höherem Schlupf wird in den Schneckenkammern auch ein Druckabfall entstehen und darunter ein zusätzlicher Druckaufbau vor den Spalten durch Druckfließen in den Gängen gegen die Schneckendrehrichtung. Im Bereich 15 des Schneckenzylinders 1 erfolgt normalerweise der Druckabfall. Durch den zusätzlichen im Zwickel, d.h. im Bereich der Schneckenkammeraufbrüche 8, erfolgenden Druck auf die Schnecken 2 und 3 werden diese gegen die Wandungen ihrer Schneckenkammern 4 und 5 gepreßt. Im Bereich der Berührungslinie 16 zwischen Schneckenkammer 4 bzw. 6 und Schnecken

im _o

2 bzw. 3, die erfahrungsmäßig im^allgemeinen ca. 20 großen Winkel zu der die Längsachsen der beiden Schnecken bzw. Schneckenkammem verbindenden Geraden liegt, tritt die höchste spezifische Flächenpressung auf. Die Spalte zwischen Schnecke und Wandung sind diametral gegenüber dieser Linie am größten.

Nach der Hertz'sehen Berechnungemethode ist die spesiflache Flächenpressung, umso geringer, je genauer die Schnecke in den Zylinder paßt. Dies hat sich aber in der Praxis nur bei niedriger Schneckendrehzahl, bei geringer Belastung und niedrigvlakosen Mischungen mit Gleitmlttelxusätsen bewährt. Der Verschleiß der Schnecken steigt mit der Drehzahl und der Extrusion von zähen Stoffen.

40981 3/0732 - 7 -

Eine Selbstschmierung durch den thermoplastischen Kunststoff od. dgl. wird noch erreicht, indem der Spalt zwischen Schnecke und jeweiliger Schneckenkammer 4 und 5 §oweit vergrößert wird, daß die Kunststoffschmelze durch den vorhandenen Druck in den Spalt gepreßt wird. Zur Perfektionierung muß der Spalt nach Drehzahl, Gangzahl, Stegbreite, Druckabfall, Viskosität und Fließverhalten der Kunststoff-Masse berechnet werden. Zu große Spalte führen zu einem Verlust im Ausstoß und können bei besonders wärmeempfindlichen thermoplastischen Kunststoffen od.<dgl. sich schädlich auf das Extrusionsverfahren auswirken. Außerdem steigt auch die Anpreßkraftj die hauptsächlich durch die Druckbeaufschlagung des Stegmantels im Zylinderaufbruch entsteht ■, durch den eindringenden Druck in die Spaltbereiche, die in Zwickelnähe (Schneckenkammernaufbrüche 8) zwischen der Wandung der jewelligen Schneckenkammer 4 bzw. 5 und der Schnecke 2 bzw. 3 sich ergeben. Darüber hinaus steigt die spezifische Flachenpressung mit der Größe des Spaltes.

Um trotzdem den Spalt klein halten zu können, ist nach Fig.l in der Wandung jeder Schneckenkammer 4 und 5 vor dem Bereich der Berührungslinie 16 höchster Flächenpressung und längsverlaufend in der Ausstoßzone eine Ausnehmung 17 angeordnet. Anstelle der Ausnehmung 17 oder unter bestimmten Voraussetzungen auch zusätzlich zu dieser können nach Fig. 2 beidseitig im Abstand zu dieser und symmetrisch zu der Beührungslinie 16, d.h. der Zone höchster Flächenpressung, auch Aus-

— ft ·—

^09813/0732

nehmungen 18 vorgesehen sein. Vorteilhaft entsprechen diese Ausnehmungen etwa der projektierten Fläche der Schneckenkammeraufbrüche θ einer Zweischneckenpresse.

Durch eine jede der beiden Anordnungsweisen der Ausnehmungen 17 und 18 wird der Schneckenstegmantel mit Druck beaufschlagt, wodurch das seitliche Anpressen von Schnecke und Zylinder aufgehoben wird. Die Tiefe jeder Ausnehmung wird nach Druck, Viskosität und Fließverhalten der Kunstraasse od. dgl. bestimmt. Mit dieser Zylindergestaltung können auch Mehrsehnekkenpressen mit höherer Schneckendrehzahl gefahren werden, ohne daß eine überhitzung an der jeweiligen Schneckenkammerwand durch Stahlreibung entsteht, die auf den thermoplastischen Kunststoff od. dgl. zersetzend ehwirken könnte. Die Schmierung wird insbesondere bei den Ausnehmungen 18

durch zwei Faktoren beeinflußt. Erstens liegt - in UmIaufrichtung der jeweiligen Schnecke 2. und 3 betrachtet' - die eine Ausnehmung zu der maximalen Druckstelle näher und zweitens wird in die erste Ausnehmung mehr Kunststoff-Masse gepreßt als in«fen bei normaler Ausführung in der Nähe des Zylinderaufbruches liegenden größten Spalt, weil amx Druck nach dem Auseinanderlaufen der Gänge in diesen selbst am niedrigsten ist. Bei Schneckenpressen mit einer zentralen Schnecke und mindestens zwei Nebenschnecken sind selbstverständlich lediglich in den Wandungen der Schneckenkammern für die Nebenschnecken Ausnehmungen der vorerwähnten Art vorgesehen.

4098 13/0732

2247786

Vor der Bestimmung der Ausnehmungen 17 bzw. 18 nach Lage und GröBe ist der Förderwirkungsgrad und der Druckabfall festzulegen, damit ein optimaler und ausgeglichener Lauf jeder Schnecke 2 und 3 erzielt werden kann.

Die Ausnehmungen 17 und 18 der Schneckenkammern 4 und 5 haben vorherrschend drei besondere Wirkungen, nämlich diejenige als Druck tasche, als Schmiertasche und als Mittel zur Verminderung der Scherkräfte. Dabei kann die Wirkung als Schmiertasche im Rahmen der Eigenschmierung durch die Kunststoffschmelze noch durch geeignete und an sich bekannte Zusätze zum Kunststoff gesteigert werden.

Zum weiteren Herabsetzen immerhin noch möglicher gewisser Scherleistungen können die Ausnehmungen 18 nach Fig. 3 ergänzend durch Ausnehmungsfortsätze 19 zum Zwickel (Schnek-Jeankammeraufbrüche 8) hin derart gleichtief erweitert werden, daß die Ausnehmungafortsätze jeder Schneckenkammer sich diametral gegenüberliegen. Links oder rechts von der Berührungslinie höchster Flächenpressung (16) können dabei Ausnehmung 18 und Ausnehmung«fortsatz 19 zusammen einen Winkelbereich bis zu etwa 120° einnehmen. Bei dieser ' Gestaltungsweise bleiben von der Wandung jeder Schneckenkammer nur die notwendigsten Auflagen stehen, die eine ausreichende Führung der Schnecke 2 bzw. 3 gewährleisten.

- 10 -

409813/0'732 ·

Die Ausnehmungen 17,18 (Fig. 1 bis 3) allein bzw. die durch Ausnehmungsfortsätze 19 erweiterten Ausnehmungen 1β erhalten zweckmäßig einen mondsichelförmigen, d.h. an den Enden in der Wandung der Schneckenkansner auslaufenden Querschnitt.

Die Ausnehmungen 17,18 und 19 sind im allgemeinen und am vorteilhaftesten als sich längs in Achsenrichtung der Schnekkenkammer durchgehend erstreckende Kanäle ausgebildet. Bei geringeren Anforderungen können die Ausnehmungen 17, 18 und 19 aber auch als in Längsrichtung des SchneckenZylinders aufeinanderfolgende, im Querschnitt mondsichelartige oder an allen Stellen gleichtiefe Taschen bzw. Nischen ausgebildet sein, deren Länge zumeist wesentlich größer als die Breite bemessen ist. Insbesondere auch fertigungstechnisch ist es dabei vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen zumindest zum Teil durch Kreisbögen begrenzt, d.h. z.B. ovalartig oder kreisförmig, gestaltet sind. Die Ausnehmungen 17 und/oder 18,19 können dann ,in gleichmäBigen Reihen nebeneinander angeordnet oder gegenseitig überlappt, d.h. auf Lücke gesetzt, angeordnet sein.

-409813/0732

Claims

Patentansprüche

[ 1.) Schneckenpresse für thermoplastische Kunststoffe od. dgl., von mindestens zwei angetriebenen Plastifizierschnecken, die in den Schneckenkammern eines Schnekkenzylinders gelagert sind, wobei die Wandungen der Schneckenkammern einen beide Schneckenkammern verbindenden Durchbruch aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Schneckenkammern (4,5) in der Umfange zone (Bereich der Berührungslinie 16) höchsten Drucks zwischen Plastifizierschnecke (2,3) und Schnekkenkammerwandung und/oder vorwiegend symmetrisch zu dieser Zone Ausnehmungen (17,18) enthält.
2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Ausnehmungen (18) der Wandung der Schneckenkammer (4,5) die Ausnehmungen untereinander gleich breit und tief ausgebildet sind.
3. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ausnehmungen (17,18) der Wandung der Schneckenkamraer (4,5) vorzugsweise mondeichelförmig gestaltet ist.

- 12 -

4098 1 3/0732
4. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (17,18) der Wandung der Schneckenkammer (4,5) in der Ausstoßzone in axialer Richtung verlaufend angeordnet sind.
5) Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrisch zu dor Umfangezone (Bereich der Berührungslinie 16) höchsten Druckes angeordneten Ausnehmungen (17,18) querschnlttsmäßig zu dem Schneckenkaxraneraufbruch (8) hin Erweiterungen (19) aufweisen derart, daß diese Erweiterungen sich diametral gegenüberliegen.

■I
6) Schneckenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der beidseitig zu der Umfangezone höchsten Druckes (Bereich der Berührungslinie 16) symmetrisch angeordneten Ausnehmungen (18 mit 19) einen Winkelbereich von etwa 120° einnimmt.

Lb/T

40981 3/0732

Leerseite