DE2249328B1

DE2249328B1 - Extruder mit verstellbarer drosseleinrichtung

Info

Publication number: DE2249328B1
Application number: DE19722249328
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7000 Stuttgart Eisenmann
Original assignee: Werner & Pfleiderer, 7000 Stuttgart
Priority date: 1972-10-07
Filing date: 1972-10-07
Publication date: 1974-02-14
Also published as: IT993990B; GB1408520A; FR2208766B1; FR2208766A1; JPS5319B2; US3856278A; JPS4973461A

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder mit verstellbarer Drosseleinrichtung, mit zwei in einem Gehäuse parallel nebeneinander angeordneten Schnecken, mit einer Einfüllöffnung an einem Ende und einer Auslaßöffnung am anderen Ende des Gehäuses, sowie mit mindestens einem Schneckenabschnitt gegenläufiger Steigung auf jeder Schnecke.

Solche Extruder werden in erster Linie in der chemischen Industrie zur Aufbereitung von Kunststoffen sowie in der Kautschukindustrie um Gummimischungen herzustellen eingesetzt. Mit Hilfe der Drosseleinrichtung wird die in die verarbeitete Masse eingeleitete spezifische Energie geregelt. Die eingeleitete Energie ist, neben der Drehzahl der Schneckenwellen und der Temperatur in den verschiedenen Extruderabschnitten, eine der während des Betriebes veränderlichen physikalischen Größen, mit denen die Produkteigenschaften beeinflußt werden können. In zweiter Linie kann mit der Drosseleinrichtung auch der Durchsatz geregelt werden. Im Normalfall beeinflussen sich der in einem Extruder herrschende Druck und der Durchsatz wechselseitig.

Es sind Einwellenextruder bekannt, bei denen die Druckregelung durch das Zusammenwirken einer Ringnut im Gehäuse und eines Ringbunds auf der Schneckenwelle bewerkstelligt wird (USA.-Patentschrift 2970341). Dabei wird entweder die Schnekkenwelle oder das Gehäuse bzw. eine Büchse im Gehäuse verschoben. Ein Nachteil dieser bekannten Extruder ist, daß, wenn eine starke Drosselung erreicht werden soll, der dazu nötige sehr enge Scherspalt das behandelte Material schädigen kann. Ferner ist der Scherspalt im Bereich starker Drosselung nicht genügend fein zu regeln, und zusätzlich ist die Genauigkeit der Regelung ziemlich empfindlich gegen Längenänderungen, die sich durch Temperatureinwirkung entweder beim Gehäuse oder bei der Schnekkenwelle ergeben. Ein Verschieben des Gehäuses oder der ganzen Schneckenwelle macht auch einen

ίο großen baulichen Aufwand erforderlich.

Bei einer anderen bekannten Schneckenstrangpresse (deutsche Auslegeschrift 1175 868) wird der Druck in der Kunststoffschmelze durch einen senkrecht zu den beiden Schneckenwellen bewegten Stem-

¹S pel geregelt, in dessen Eingriffsbereich die Wellen gegenläufige Schneckensteigung aufweisen. Bei dieser Anordnung hat aber eine kleine Verstellung des Stempels eine große Änderung des freien Querschnitts und damit des Druckes bzw. des Durchsatzes

so zur Folge. Dies macht eine feine Regelung sehr schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Druck und damit auch die in den behandelten Kunststoff eingeleitete Energie besonders fein geregelt werden können. Insbesondere soll der Druck auch im Bereich starker Drosselung fein geregelt werden können, ohne dabei die geschilderten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die verstellbare Drosseleinrichtung aus einem im Bereich der Schneckenabschnitte mit gegenläufiger Steigung zwischen den beiden Schnecken angeordneten und axial verstellbaren Schieber besteht.

Um den Druck in der Kunststoffschmelze in besonders weiten Grenzen regeln zu können, weist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Schieber in einem Schnitt senkrecht zur Extruderlängsachse etwa die Form eines Doppelkeiles mit bogenförmigen seitlichen Begrenzungslinien auf.

Um den erfindungsgemäßen Drosselschieber verstellen zu können, müssen Mittel zur Übertragung der Bewegung durch das Extrudergehäuse hindurchgeführt werden. In Gebieten, in denen hoher Druck herrscht, ist es schwierig, die Durchtrittsöffnungen im Gehäuse abzudichten. Besonders einfach ist die Abdichtung bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Schneckenabschnitte gegenläufiger Steigung und der diese Abschnitte überstreichende Schieber im Bereich der Auslaßöffnung angeordnet sind und bei der der Schieber durch den auslaßseitigen Gehäuseabschluß durchgeführt und mit einem Verstellantrieb verbunden ist. Mit dieser Ausführung läßt sich auch der Durchsatz durch den Extruder wirksam steuern.

Soll schon vor der Auslaßöffnung bzw. im Anschluß an die Einzugszone der Druck und die in den bearbeiteten Stoff eingeleitete Energie geregelt werden und sind an dieser Stelle die auftretenden Drücke nicht allzu hoch, ist in einer anderen Ausbildung der Erfindung der Schieber über seitliche, durch Schlitze im Gehäuse hindurchgeführte Verlängerungen mit einem Verstellantrieb verbunden.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß bei beliebigem, über die Drehzahl der Schnecken sowie über den in den Extruder eingegebenen Stoffstrom geregeltem Durchsatz die für eine ge-

wünschte Produktquaiität nötige spezifische Energieeinleitung genau den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann. Vor allem erfolgt die Regelung innerhalb eines weiten Bereichs, ohne daß der behandelte Stoff durch zu enge Scherspalte unzulässig beansprucht, erwärmt und geschädigt wird. Ferner hat man mit der Erfindung die Möglichkeit, bei konstanter Drehzahl auch den Durchsatz beeinflussen zu können. Die erfindungsgemäße verstellbare Drosseleinrichtung eignet sich auch vorzüglich für die Steuerung über einen Prozeßrechner.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Extruder,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Extruder nach Fig. 1 in Draufsicht,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III durch den Extruder nach F i g. 2,

F i g. 4 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführung des Extruders in Draufsicht und

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V durch den Extruder nach Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte Doppelschneckenextruder weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einem Einfülltrichter 2 und mit einem Auslaßschacht 3 mit der Auslaßöffnung 3α versehen ist. In dem Gehäuse sind zwei Schnecken 4 und 5 parallel nebeneinanderliegend angeordnet. Die Schnecken weisen eine Einzugszone Aa, eine Umwandlungszone Ab und eine Regel- und Ausstoßzone im Schneckenabschnitt Ac mit gegenläufiger Steigung auf sowie eine kurze Zone Ad mit einem Gewinde geringer Steigung und geringer Tiefe am eintrittsseitigen Ende der Schnecken und eine entsprechende Zone Ae am austrittsseitigen Ende. Diese beiden Zonen fördern jeweils in Richtung auf das Extruderinnere zu. Sie dienen dazu, den Durchtritt der Wellenzapfen durch das Gehäuse abzudichten. Ein Wellenzapfen 6 führt zum hier nicht dargestellten Antriebsmotor und Getriebe, während ein Wellenzapfen 7 der Lagerung der Schnecke am austrittsseitigen Ende des Extruders dient.

Diese Lagerung besteht aus Rollenlagern 8, die sich zwischen einer inneren, auf den Wellen 7 aufgeschobenen Gleitbüchse 9 und einem äußeren Lagergehäuse 10 drehen. Ein Deckel 11 schließt das Lager ab, während eine Wellenmutter 12 die Rollenlager 8 axial fixiert.

In der Nähe des Einfülltrichters 2 weist das Gehäuse eine Entgasungsbohrung 14 mit einem Sieb 15 auf. Im Gehäuse 1 vorgesehene Kanäle 16 dienen dem Durchtritt eines Heiz- oder Kühlmediums. Üblicherweise wird das Gehäuse im Einzugsbereich des Extruders gekühlt, während es in den weiteren Bereichen je nach Bedarf mehr oder weniger beheizt wird.

Durch einen in der Zeichnung (Fig. 1) ausgebrochen dargestellten Bereich der Schnecke 5 ist ein in Richtung der Extruderlängsachse verstellbarer Schieber 18 zu erkennen, der dazu dient, den Stoffstrom zu drosseln und den Druck und damit auch die Energieeinleitung zu regeln. Einzelheiten dieses Schiebers sind auch aus den Fig. 2 bis 5 zu entnehmen. Die Verlängerung des Schiebers 18 tritt durch das Gehäuseende hindurch und ist über eine Querstange 20 mit zwei Kolbenstangen 21 verbunden. Am Ende der Kolbenstangen sind Kolben 22 vorgesehen, die in Hydraulikzylindern 23 beweglich angeordnet sind. Durch ein wechselweise auf die beiden Külbenstirnflächen wirkendes Druckmedium wird die Lage des Schiebers 18 nach Bedarf verstellt.

Außer dem Gehäuse 1 können auch die Schnekken 4 und 5 selbst beheizt oder gekühlt werden. Die sich drehenden Schnecken werden über Drehanschlußköpfe 27 mit den feststehenden Zu- und Abführleitungen 28 und 29 für das Temperiermedium verbunden.

Maßpfeile deuten die Länge der Einzugszone L_E, ίο der fördernden Umwandlungszone L_F sowie der rückfördernden Regel- und Ausstoßzone L_R an.

Einzelheiten zur Verstellbarkeit und Wirkungsweise des Schiebers 18 sind aus Fig. 2 und Fig. 3 zu entnehmen. Die axiale Lage des Schiebers 18 wird durch die Koordinate / zwischen der Kante der Auslaßöffnung 3α und dem linken Ende des Schiebers 18 charakterisiert. In der linken Endlage, d.h. bei / = L_R überdeckt der Schieber 18 die ganze Länge des rückfördernden Gewindes der Schnecken. Die so Drosselwirkung und der Druckaufbau im Extruder sind hier am höchsten. In der rechten Endlage, d. h. bei / = O, ist der Schieber 18 am weitesten aus dem Bereich des rückfördernden Teils der Schnecken herausgefahren, die aufgeschmolzene Kunststoffmasse kann bei geringstem Druck den Spalt zwischen den beiden Schnecken durchströmen und zum Auslaßschacht 3 gelangen. Die Drosselwirkung, der Druckaufbau und somit auch die eingeleitete Energie sind in dieser Lage am kleinsten. Indem der Schieber Zwischenstellungen einnimmt, kann der Druck im Extruder feinfühlig und exakt geregelt werden, wobei zwischen Schieberstellung und Größe des Druckaufbaus ein praktisch linearer Zusammenhang besteht.

Die weiteren Bezugszeichen haben hier und in den Fig. 2 bis 5 die gleiche Bedeutung wie bei Fig. 1 erläutert, wobei die Bezugsziffern 5b und Se der Schnecke 5 denjenigen der Schnecke 4 entsprechen. In Fig. 3 ist insbesondere der Auslaßschacht 3 mit der Auslaßöffnung 3α zu erkennen. Die Drehrichtung der beiden Schnecken 4 und 5 ist durch Pfeile A und B angedeutet.

In Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführung eines Extruders dargestellt. Die rückfördernden Gewindeabschnitte sind hier nicht im Bereich des Auslaß-Schachtes, sondern zwischen Einfüllöffnung und Auslaßöffnung angeordnet. Dementsprechend weist der Schieber 18'zwei seitliche Verlängerungen 31 auf, die durch Schlitze im Gehäuse 1 herausgeführt werden und über die der Schieber verstellt wird (F i g. 5). Der Verstellantrieb ist hier nicht weiter dargestellt. Diese Ausführung eignet sich besonders für Fälle, in denen der Stoffstrom an einer stromaufwärts von der Austragsöffnung gelegenen Stelle gedrosselt werden soll. Je nach Lage der Drosselstelle, insbesondere wenn diese im Bereich der Einzugszone liegt, kann hier mit dem Schieber 18' auch der Durchsatz durch den Extruder geregelt werden. Allerdings sollte der im Bereich der Drosselstelle herrschende Materialdruck nicht allzu hoch sein, um die Abdichtung des Durch-So tritts der Verlängerungen 31 des Schiebers 18' durch die Gehäusewandungen nicht allzu aufwendig werden zu lassen.

Bei der Ausführung nach Fig. I bis Fig. 3 ergibt sich diese Schwierigkeit nicht, da die Durchtrittsstel- $s len der Wellenzapfen 6 und 7 sowie des Schiebers 18 durch die Gehäusestirnseiten von den ins Extruderinnere fördernden Gewindeabschnitten in den Zonen Ae und Se praktisch drucklos gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims

Patentansprüche:

1. Extruder mit verstellbarer Drosseleinrichtung, mit zwei in einem Gehäuse parallel nebeneinander angeordneten Schnecken, mit einer Einfüllöffnung an einem Ende und einer Auslaßöffnung am anderen Ende des Gehäuses, sowie mit mindestens einem Schneckenabschnitt gegenläufiger Steigung auf jeder Schnecke, dadurch gekennzeichnet, daß,die verstellbare Drosseleinrichtung aus einem im Bereich der Schneckenabschnitte (4 c, 5 c) mit gegenläufiger Steigung zwischen den beiden Schnecken angeordneten und axial verstellbaren Schieber (18) besteht.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (18) in einem Schnitt senkrecht zur Extruderlängsachse etwa die Form eines Doppelkeiles mit bogenförmigen seitlichen Begrenzungslinien aufweist (Fig. 3).

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenabschnitte gegenläufiger Steigung (4c, 5c) und der diese Abschnitte überstreichende Schieber (18) im Bereich der Auslaßöffnung (3a) angeordnet sind und daß der Schieber (18) durch den auslaßseitigen Gehäuseabschluß durchgeführt und mit einem Verstellantrieb (20 bis 23) verbunden ist.

4. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (18') über seitliche, durch Schlitze im Gehäuse (1) hindurchgeführte Verlängerungen (31) mit einem Verstellantrieb verbunden ist.