DE2308284A1 - PROCESS FOR THE CONTINUOUS PROCESSING OF PLASTICS OR ELASTOMERS - Google Patents
PROCESS FOR THE CONTINUOUS PROCESSING OF PLASTICS OR ELASTOMERSInfo
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Description
FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in EssenFRIED. KRUPP GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY in Essen
Verfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von Kunststoffen oder ElastomerenProcess for the continuous processing of plastics or elastomers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von Kunststoffen oder Elastomeren z.B. in einem Extruder. Das Verfahren soll insbesondere bei der Verarbeitung vernetzbarer Stoffe Anwendung finden.The invention relates to a method for continuous Processing of plastics or elastomers e.g. in an extruder. The method is intended in particular when processing crosslinkable substances are used.
Bei der Verarbeitung von Gummi und Kunststoffen, zum Beispiel bei der Extrusion sind in der Regel folgende vier Funktionsstufen zu durchlaufen:When processing rubber and plastics, for example As a rule, the following four functional stages have to be passed through during extrusion:
"Füttern""Feed"
"Einziehen""Collect"
"Aufbereiten""Processing"
"Fördern","Support financially",
dann anschließend "Formen".then "Shapes" afterwards.
Bei konventionellen Extrudern sind die Funktionen:With conventional extruders the functions are:
"Einziehen""Collect"
"Aufbereiten" und"Prepare" and
"Fördern""Support financially"
in einer Zone kombiniert. Bei modernen Extrudern ist eine Funktionstrennung durchgeführt, und zwar so, daß die Aufbereitung des Materials in einer Zone stattfindet, und dahinter - in Materialflußrichtung gesehen - kommt die Zone, in der das Material zugemessen und in das Werkzeug gefördert wird. Diese letzte Zone *A*d in der Regel "Metering-Zone"combined in one zone. In modern extruders a separation of functions is carried out in such a way that the processing of the material takes place in a zone, and behind this - seen in the direction of material flow - comes the zone, in which the material is measured and conveyed into the tool. This last zone * A * d usually "metering zone"
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genannt. Die Probleme bei dieser Funktionsfolge sind die, daß die mit der Aufbereitung des Materials verbundene hohe Temperatur schon vorhanden ist, bevor das Material in die Meß- und Förderzone eintritt. Dieses ist besonders dann nachteilig, wenn das verarbeitete Material temperaturempfindlich ist wie z.B. vernetztes Polyäthylen oder geschwefelte Gummimischungen. Bei allen dieses Materialien spielt die Temperaturverweilzeit eine große Rolle, die die Rest-Vulkanisationszeit reduziert. Sie soll in der Regel in der Verarbeitungsmaschine so kurz wie möglich gehalten werden} denn die Temperaturverweilzeit in der Verarbeitungsmaschine reduziert die Verarbeitungsreserven, die beim Formen und Vulkanisieren zur Verfügung stehen. Ein weiterer Nachteil dieser Funktionsfolge ist die Abhängigkeit der Temperatur des Materials beim Einlauf in das Formwerkzeug von der Drehzahl der Maschine, von der Fütterungskonstanz, von der Zähigkeit des einlaufenden Materials und von dem Kühlsystem. All diese Faktoren beeinflussen sich gegenseitig} besonders aber wird davon auch die Zumessungsfunktion beeinflußt.called. The problems with this sequence of functions are that the high amount associated with the preparation of the material Temperature is already present before the material enters the measuring and conveying zone. This is especially so then disadvantageous if the processed material is temperature-sensitive, e.g. cross-linked polyethylene or sulphurized rubber compounds. All of these materials play a role the temperature dwell time plays an important role, which reduces the remaining vulcanization time. As a rule, it should be in the Processing machine must be kept as short as possible} because the temperature dwell time in the processing machine reduces the processing reserves that arise during molding and vulcanizing are available. Another disadvantage of this functional sequence is the dependence of the temperature of the material when it enters the mold the speed of the machine, the consistency of the feeding, the toughness of the incoming material and the cooling system. All of these factors influence each other} in particular, however, the metering function is also influenced by it.
Bei den bekannten Verfahren der genannten Art bereitet es Schwierigkeiten, die einzusetzenden Stoffe über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig und gleichbleibend aufzubereiten. Beim Extrudieren von vernetzbaren Stoffen ist es äußerst wichtig, diese Stoffe an einer bestimmten Stelle in der Nähe der Austrittsseite des Extruders auf bestimmte Temperaturen zu bringen und während eines bestimmten Zeitraumes exakt auf dieser Temperatur zu halten. Dabei kommt es wesentlich darauf an, daß diese Bedingungen an allen Stellen des Stoffquerschnittes erzielt werden.In the known methods of the type mentioned, it is difficult to prepare the substances to be used uniformly and uniformly over their entire cross-section. When extruding crosslinkable materials, it is extremely important, these substances at a certain point near the exit side of the extruder on certain Bringing temperatures and keeping them exactly at this temperature for a certain period of time. Here comes it is essential that these conditions are achieved at all points of the fabric cross-section.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die genannten Anforderungen mit Hilfe einfacher, im wesentlichen mechanischer, Maßnahmen in vollem Umfang erfüllt werden können.The invention is now based on the object of showing a method in which the requirements mentioned can be fully met with the help of simple, essentially mechanical, measures.
Die diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Lehre besteht in erster Linie darin, daß bei der Aufbereitung der Kunststoffe oder Elastomeren innerhalb von beispielsweise Extrudern mechanische Kräfte auf diese einwirken, deren Grösse während des laufenden Verfahrensbetriebes unabhängig von einem vorgegebenen Mengenstrom der zu behandelnden Stoffe variiert werden kann. Diese Kräfte, deren Größe jeweils variierbar ist, werden durch Relativbewegung von Teilen der die zu behandelnden Stoffe umfassenden Wände erzeugt. Die Relativbewegung kommt dabei durch Rotation und/oder Oszillation der die zu behandelnden Stoffe umfassenden Wandteile zustande. Die Änderung der Größe der mechanischen Kräfte erfolgt durch eine entsprechende Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen den die zu behandelnden Stoffe umfassenden Wandteilen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die mechanischen Kräfte,durch eine Veränderung des Raumes zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Wandteilen zu verändern. Erfindungsgemäß ist beabsichtigt, daß die auf die zu behandelnden Stoffe einwirkenden mechanischen Kräfte zumindest einen erheblichen Teil der zur Verarbeitung|dieser Stoffe erforderlichen Wärmeenergie liefern. Insbesondere ist es möglich, die gesamte aufzuwendende Wärmeenergie durch die auf die zu behandelnden Stoffe einwirkenden mechanischen Kräfte erzeugen zu lassen.The teaching according to the invention which solves this problem consists primarily in the fact that in the processing of the plastics or elastomers within, for example, extruders, have mechanical forces acting on them, their size while the process is running, regardless of a specified flow rate of the substances to be treated can be varied. These forces, the size of which can be varied, are caused by the relative movement of parts which creates the walls surrounding the substances to be treated. The relative movement comes from rotation and / or Oscillation of the wall parts comprising the substances to be treated. The change in the magnitude of the mechanical forces takes place by a corresponding change in the relative speed between the substances to be treated Wall parts. However, there is also the possibility of reducing the mechanical forces by changing the space to change between the relatively moving wall parts. According to the invention it is intended that the The mechanical forces acting on the substances to be treated represent at least a considerable part of the forces required to process them Supply the required thermal energy. In particular, it is possible to use all of the thermal energy to be expended to be generated by the mechanical forces acting on the substances to be treated.
Die erfindungegemäße Lehre macht sich den im folgenden beschriebenen bekannten physikalischen Umstand zunutze. EinThe teaching according to the invention is based on what is described below known physical circumstance. A
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elastisches oder plastisches Material, das zwischen Flächen haftet, welche relativ zueinander in Bewegung versetzt werden, wird versuchen, diese Relativbewegung durch Reibungskräfte im Inneren des Materials zwischen den Wänden zu kompensieren· Bei den inneren Reibungskräften handelt es sich dabei um die sogen. Scherkräfte. Bei homogenem Material und gleichmäßiger Wandhaftung wird die Reibungsenergie infolge der sich einstellenden Scherkräfte gleichzeitig und gleichmäßig an allen Stellen des zu behandelnden Materials erzeugt. Die Intensität der Energieerzeugung hängt nur von der Größe der Relativbewegung der sich bewegenden Wände und den viskosen Eigenschaften des zu behandelnden Materials ab. Die im Inneren des zu behandelnden Materials wirkenden Scherkräfte wandeln jeweils einen Großteil der aufgewendeten mechanischen Energie in Wärmeenergie um. Diese Behandlungszone, in der mit kurzen Verweilzeiten und hoher Sbherenergie gearbeitet wird, soll als sogen. Intensivscher-Zone bezeichnet werden. Bei der Aufbereitung der im Extruder zu behandelnden Stoffe hat dies den großen Vorteil, daß die Wärmeenergie innerhalb des zu behandelnden Stoffes stets gleichmäßig verteilt ist. Bei einer Beheizung des zu behandelnden Stoffes läßt sich diese günstige Wärmeverteilung nicht erreichen, da die Wärme jeweils lokal nur an die Außenflächen des zu behandelnden Stoffes gelangt und sich erst von dort aus über den gesamten Querschnitt verteilen kann. Dadurch lassen sich, insbesondere bei schlecht wärmeleitenden Stoffen wie Kunststoffen, Überhitzungen an denjenigen Flächen, an denen von außen Wärme übertragen wird, niemals ganz vermeiden. Bei der Verarbeitung von vernetzbaren Stoffen wirkt sich dieser Umstand jedoch äußerst nachteilig aus. Denn gerade beielastic or plastic material that sticks between surfaces that are set in motion relative to each other will try to compensate for this relative motion by frictional forces inside the material between the walls. Shear forces. With a homogeneous material and uniform wall adhesion, the frictional energy is generated simultaneously and evenly at all points of the material to be treated as a result of the shear forces that arise. The intensity of the energy generation depends only on the size of the relative movement of the moving walls and the viscous properties of the material to be treated. The shear forces acting inside the material to be treated convert a large part of the mechanical energy used into thermal energy. This treatment zone, in which you work with short dwell times and high Sbherenergie, is intended as a so-called. Intensive shear zone . When preparing the substances to be treated in the extruder, this has the great advantage that the heat energy is always evenly distributed within the substance to be treated. When the substance to be treated is heated, this favorable heat distribution cannot be achieved, since the heat only reaches the outer surfaces of the substance to be treated locally and can only be distributed over the entire cross section from there. In this way, especially in the case of poorly thermally conductive materials such as plastics, overheating on those surfaces to which heat is transferred from outside can never be completely avoided. When processing crosslinkable substances, however, this fact has an extremely disadvantageous effect. Because just at
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den in jüngster Zeit entwickelten Extrudierverfahren ist man bemüht, bei vernetzenden Stoffen den Anfang der Vernetzungsphase örtlich und zeitlich noch in die Formungszone des Extruders zu legen. Dabei muß jedoch darauf geachtet werden, daß der vernetzbare Stoff die Formungszone noch in einem Zustand verläßt, insbesondere an der Oberfläche, in dem die eigentliche Vernetzung noch nicht eingesetzt hatj d.h. in eine Verformungszone soll nur die sogen. Anlaufphase der Vernetzungsreaktion gelegt werden. Voraussetzung für ein solcher Vorgehen ist jedoch, daß eine exakte Einhaltung der Teperaturen und Verweilzeiten des zu behandelnden Stoffes innerhalb des Extruders bzw. des nachgeschalteten Formwerkzeuges möglich ist. Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist dieses der Fall. Durch die Erzielung diner gleichmäßigen Temperaturverteilung über den gesamten Querschnitt des zu behandelnden Stoffes kann insbesondere eine vorzeitige Vernetzung des Stoffes an seiner Außenfläche, wie es bei den mit Erhitzung von außen arbeitenden Verfallen meist der Fall ist, vermieden werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahr« ist es sogar auch möglich, die an die Wände angrenzenden Schichten des zu verarbeitenden Materials zu kühlen. Eine vorzeitige Vernetzung an der Oberfläche der aus dem Extruder austretenden Stoffe hat nämlich zur Folge, daß die Oberflächenbeim Formvorgang bleibende Beschädigungen wie z.B. Riefen erfährt.In the recently developed extrusion processes, efforts are being made to place the beginning of the crosslinking phase in the forming zone of the extruder in terms of location and time in the case of crosslinking substances. However, care must be taken to ensure that the crosslinkable substance is in the forming zone leaves in a state, especially on the surface, in which the actual crosslinking has not yet started, i.e. in a deformation zone only the so-called. Start-up phase of the crosslinking reaction can be set. A prerequisite for such a procedure, however, is that exact compliance with the temperatures and dwell times of the substance to be treated is possible within the extruder or the downstream molding tool. This is the case with the method according to the invention. Through the Achieving diner even temperature distribution over the entire cross-section of the substance to be treated can In particular, premature crosslinking of the substance on its outer surface, as is usually the case with decays that work with external heating, can be avoided. According to the method according to the invention, it is even possible to cool the layers of the material to be processed which adjoin the walls. A premature networking on the surface of the substances emerging from the extruder has the consequence that the surfaces during the molding process experiences permanent damage such as scoring.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zur Aufbereitung erforderlichen Energien unabhängig von der im Extruder geförderten Menge an Stoffen aufgebracht. Die erfindungsgemäß zur Aufbereitung variierbaren mechanischen Kräfte müssen also nicht aktiv an der Förderung der zu behandelnden Stoffe in dem Extruder teilnehmen. Zur Durchführung desIn the method according to the invention, the energies required for processing are applied independently of the amount of substances conveyed in the extruder. The mechanical forces that can be varied according to the invention for processing therefore do not have to actively participate in the conveyance of the substances to be treated in the extruder. To carry out the
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erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher vorteilhafterweise Extruder eingesetzt, die getrennte Bereiche für die Förderung und die Aufbereitung des zu behandelnden Stoffes aufweisen. In dem Förderbereich erfolgt auch die Fütterung des Extruders sowie die Zumessung Ar einzubringenden Stoffe. Der dem Färderbereich nachgeschaltete erfindungsgemäße Aufbereitungsbereich liegt im Austrittsbereich des Extruders oder er kann auch in das Formwerkzeug hineinverlegt werden. In beiden Fällen stellt er jedoch praktisch die letzte Funktion des Verarbeitungsprozesses vor der Verformung dar. Im Hinblick darauf, daß die Aufbereitung unabhängig von der in dem Extruder erzielbaren Förderleistung erfolgt, können bei kurzen Verweilzeiten große Energiemengen auf d±e zu behandelnden Stoffe übertragen werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Aufbereitungsbereich keinen Einfluß auf die Zumessung des zu behandelnden Stoffes hat. Auf diese Weise kann der Aufbereitungsbereich unabhängig von allen anderen Funktionen geregelt werden, d.h. die Temperatur kann sehr exakt auf den gewünschten Sollwert eingestellt und über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten werden. Durch die Umformung von mechanischer Energie in Wärmeenergie durch Reibungskräfte (intensivscherung) innerhalb des zu behandelnden Stoffes kann eine exakte zeitliche und örtliche Fixierung des Temperaturanstiegs, speziell des Erreichens der für die Vernetzungsreaktion kritischen Temperatur, erreicht werden.The method according to the invention are therefore advantageous Extruders are used, which have separate areas for conveying and processing the material to be treated exhibit. The feeding of the extruder and the metering of the substances to be introduced also take place in the conveying area. The preparation area according to the invention downstream of the conveyor area is located in the exit area of the extruder or it can also be moved into the mold. In both cases, however, he practically provides the last function of the manufacturing process before the deformation. With a view to the fact that the preparation is independent depends on the delivery rate that can be achieved in the extruder, large amounts of energy can be used with short dwell times can be transferred to the substances to be treated. There is a further advantage of the method according to the invention in that the preparation area has no influence on the metering of the substance to be treated. In this way the preparation area can be controlled independently of all other functions, i.e. the temperature can be very high set exactly to the desired setpoint and maintained over a certain period of time. Through the Conversion of mechanical energy into thermal energy through frictional forces (intensive shear) within the area to be treated Substance can be an exact temporal and spatial fixation of the temperature rise, especially when the temperature is reached critical temperature for the crosslinking reaction can be reached.
Bei vernetzbaren Stoffen besteht nämlich ein enger Zusammenhang zwischen Temperaturhöhe und Temperaturverweilzeit einerseits und der dadurch eingeleiteten Reaktionsgeschwindigkeit andererseits. Eine höhere Temperatur kann dabei durch eine kürzerer Verweilzeit kompensiert werden. Bei festenIn the case of crosslinkable substances, there is on the one hand a close relationship between the temperature level and the temperature residence time and the rate of reaction initiated thereby on the other hand. A higher temperature can get through a shorter dwell time can be compensated. At fixed
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geometrischen Beziehungen eines Extruders ist die Verweilzeit dem Mengendurchsatz umgekehrt proportional. Die vom Mengendurchsatz unabhängige Temperaturregelung durch die Umformung von mechanischer in Wärmeenergie mittels innerer Reibung kann deshalb zur Optimierung des durch die Reaktionskinetik bestimmten Verfahrens herangezogen werden. Mit Hilfe der durch innere Reibung in den zu behandelnden Stoffen erzeugten Energie läßt sich außerdem durch jeweilige Veränderung der Bewegungsenergie der die inneren Reibungskräfte hervorrufenden bewegten Teile eine augenblickliche Anpassung der Energiezufuhr an Veränderungen des Mengendurchsatzes, wie beispielsweise beim Anfahren des Extruders, erreichen. Insoweit weist das erfindungsgemäße Verfahren auch in dynamischer BLnsicht äußerst gute Eigenschaften auf.geometric relationships of an extruder, the dwell time is inversely proportional to the throughput. The temperature control independent of the throughput by converting mechanical energy into thermal energy internal friction can therefore be used to optimize the process determined by the reaction kinetics can be used. With the help of the energy generated by internal friction in the substances to be treated also by changing the kinetic energy of the internal frictional forces moving parts an instantaneous adjustment of the energy supply to changes in the throughput, such as when starting up the extruder. In this respect, the method according to the invention is also more dynamic View extremely good properties.
Der Umstand, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Wärme von außen durch Wärmeübertragung an den zu behandelnden Stoff gebracht werden muß, hat bei vernetzbaren Stoffen den großen Vorteil, daß die Gefahr einer Vernetzung bereits innerhalb des Extruders sehr gering gehalten werden kann. Dies wird noch dadurch begünstigt, daß in dem temperaturkritischen Bereich des Extruders, insbesondere in dem nachgeschalteten Formwerkezeug, der zu behandelnde Stoff gekühlt werden kann. Ferner ist auch eine Verfahrensführung möglich, bei der die Außenfläche des den Extruder bzw. dessen nachgeschaltetes Formwerkzeug bereits geformt verlassenden Stoffes auf eine im Vergleich zu den inneren Stoffteilen niedrigere Temperatur zu bringen. Eine im Vergleich zu den übrigen Stoffteilen am Außenurafang herrschende niedrige Temperatur hat den großen Vorteil, daß das zu formende Teil bei dem Formvorgang an seiner Außenfläche nicht beschädigtThe fact that in the method according to the invention no Heat must be brought from outside to the substance to be treated by heat transfer, has with crosslinkable substances the great advantage that the risk of crosslinking within the extruder can be kept very low. This is further promoted by the fact that in the temperature-critical area of the extruder, in particular in the downstream Mold, the material to be treated is cooled can be. Furthermore, a process management is also possible in which the outer surface of the extruder or its Downstream molding tool already formed leaving substance on a compared to the inner fabric parts bring lower temperature. Compared to the other pieces of fabric on the outer ura trap, this is low Temperature has the great advantage that the part to be molded does not damage its outer surface during the molding process
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wird, da dort wegen der relativ niedrigen Temperatur mit Sicherheit noch keine Vernetzung stattgefunden hat.because there has been no crosslinking because of the relatively low temperature.
Die erfindungsgemäße gleichmäßige Erwärmung des zu behandelnden Stoffes über dessen gesamten Querschnitt stellt auch sicher, daß nicht mit Rücksicht auf die schlechten Wärmeleiteigenschaften, insbesondere von Kunststoffen und Elastomeren, überschüssige Wärmeenergie zugeführt werden muß, um alle Teile mit Sicherheit auf eine bestimmte Mindesttemperatur bringen zu können.The uniform heating of the substance to be treated according to the invention over its entire cross-section provides also sure that not with regard to the poor thermal conductivity properties, especially of plastics and Elastomers, excess heat energy must be supplied to keep all parts safe to a certain minimum temperature to be able to bring.
Die Einhaltung bestimmter Temperaturen und Verweilzeiten ist insbesondere bei der Verarbeitung von vernetzbaren Stoffen wichtig. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Größe der mechanischen Kräfte, die die Reibungsenergie im Inneren der im Extruder zu behandelnden Stoffe erzeugen, in Abhängigkeit der Temperatur der zu behandelnden Stoffe am Ausgang des Extruders oder eines diesem nachgeschalteten Formwerkzeuges zu regeln. Auf diese Weise kann die Temperatur an der genannten Stelle auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten werden. Diese Regelmöglichkeit ist besonders wertvoll für eine exakte Steuerung der Vernetzungsreaktion in der Formgebungsphase. Compliance with certain temperatures and dwell times is particularly important when processing crosslinkable substances important. With the method according to the invention it is possible to determine the magnitude of the mechanical forces that affect the frictional energy inside the substances to be treated in the extruder generate, depending on the temperature of the substances to be treated at the exit of the extruder or one downstream of it To regulate the molding tool. In this way, the temperature at said point can be on a predetermined Setpoint are maintained. This control option is particularly valuable for an exact control of the crosslinking reaction in the shaping phase.
Die die innere Reibung in den zu behandelnden Stoffen hervorrufenden mechanischen Kräfte können zusätzlich auch noch in Abhängigkeit des den Extruder durchziehenden Mengenstroms geregelt werden.Those causing the internal friction in the fabrics to be treated mechanical forces can also be dependent on the flow rate passing through the extruder be managed.
Eine vorteilhafte Aufbereitung besteht z.B. darin, daß die den Extruder bzw. das Formwerkzeug als Fertigteile verlassenden Stoffe mit Ausnahme ihrer Oberfläche bereits im we-An advantageous preparation consists, for example, in the fact that the parts leave the extruder or the molding tool as finished parts With the exception of their surface, substances are already
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sentlichen vernetzt sind. Xn zweckmäßiger Weise kann das Verfahren auch dahin ausgestaltet werden, daß die zu behandelnden Stoffe bereits innerhalb des Extruders oder des diesem nachgeschalteten Formwerkzeuges im wesentlichen vernetzt sind und dort noch von einem an anderer Stelle erzeugten Mengenstrom unvernetzter oder unvernetzbarer Stoffe ummantelt werden und in dieser Form als Fertigteil austreten.are essentially networked. Xn expediently can the process can also be designed in such a way that the substances to be treated are already inside the extruder or of this downstream molding tool are essentially networked and there still from one to another Place generated mass flow of uncrosslinked or non-crosslinkable substances are encased and in this form emerge as a finished part.
Die erfingungsgemäße Aufbereitung kann beispielsweise in einer Vorrichtung erfolgen, die aus einer Welle und einem die Welle in einem Abstand koaxial umgebenden Mantel besteht. Der zu behandelnde Stoff befindet sich zwischen der Welle und dem Mantel. Die an und innerhalb des zu behandelnden Stoffes angreifenden mechanischen Kräfte werden dadurch erzeugt, daß Welle und Mantel sich relativ zueinander bewegen. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Mantel feststeht und die Welle sich dreht oder umgekehrt, indem die Welle feststeht und der die Welle umgebende Mantel sich dreht. Selbstverständlich können sich auch Welle und Mantel jede für sich jedoch relativ zueinander bewegen. Welle und Mantel brauchen auch micht nur relativ zueinander gerichtete Drehbewegungen auszuführen, sondern sie können sich auch in Längsrichtung oszillierend relativ zueinander bewegen. Selbstverständlich können auch die relativ zueinander ausgeübten Drehbewegungen oszillierend erfolgen.The preparation according to the invention can be carried out, for example, in a device that consists of a shaft and a the shaft consists of a distance coaxially surrounding the jacket. The fabric to be treated is between the wave and the mantle. The mechanical forces acting on and within the substance to be treated are generated by the fact that the shaft and shell move relative to each other. This can be done, for example, by that the jacket is stationary and the shaft rotates or vice versa, in that the shaft is stationary and the shaft surrounding coat turns. It goes without saying that the shaft and the jacket can each be separated, however, relative to one another move. Wave and jacket also need only relative Execute mutually directed rotary movements, but they can also oscillate relative to each other in the longitudinal direction move towards each other. Of course, the rotational movements exerted relative to one another can also be oscillating take place.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind Welle und Mantel, zwischen denen die Aufbereitung des zu behandelnden Stoffes erfolgt, jeweils konisch ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung läßt sich bei laufendemIn a particularly expedient embodiment of the invention The shaft and jacket, between which the preparation of the substance to be treated takes place, are each conical. With this configuration, it is possible to run
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Verfahrensbetrieb auch noch das Volumen des zur Aufbereitung zur Verfügung stehenden Raumes variieren. Der für die Aufbereitung zur Verfügung stehende Raum kann auch dadurch größenmäßig verändert werden, daß in- den Behandlungsraum Schieber von außen eingeführt werden.Process operation also vary the volume of the space available for processing. The one for them The space available for preparation can also be changed in size by adding the treatment room Slide can be introduced from the outside.
Die erfindungsgemäße Art der Aufbereitung ist selbstverständlich nicht nur auf die Anwendung bei Extruderverfahren beschränkt. Das Verfahren kann auch dazu benutzt werden, plastische Nassen beispielsweise zu pelletisieren oder zu granulieren. Im übrigen kann das Verfahren auch zum Vorwärmen von plastischen Massen, insbesondere Elastomeren, eingesetzt werden. Ferner können erfindungsgemäß aufbereitete Stoffe auch einem Förderelement, beispielsweise einem Schneckenextruder, zugeführt werden, wobei dieses Förderelement den für die Beschickung eines Formwerkzeuges erforderlichen Druck aufbaut und damit die Förderung des aufbereiteten Materials in das Formwerkzeug übernimmt.The type of preparation according to the invention is of course not limited to use in extruder processes limited. The process can also be used to pelletize plastic liquids, for example or to granulate. In addition, the process can also be used to preheat plastic masses, in particular elastomers, can be used. Furthermore, substances prepared according to the invention can also be a conveying element, for example a Screw extruder, are supplied, this conveyor element being the one required for loading a molding tool Pressure builds up and thus takes over the promotion of the processed material into the molding tool.
Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen:Devices for carrying out the method according to the invention are shown in the drawing, namely show:
Fig. 1 einen Extruder mit einer Förderschnecke im Förderbereich und einer sich in Achsrichtung der Förderschnecke anschließenden Walze im Aufbereitungsteil, 1 shows an extruder with a screw conveyor in the conveying area and a roller connected in the axial direction of the screw conveyor in the processing section,
Fig. 2 den Temperatur-Zeitverlauf in dem Extruder nach Fig. 1,Fig. 2 shows the temperature versus time in the extruder Fig. 1,
Fig. 3 einen Extruder mit konisch ausgebildetem Aufbereitungsraum, 3 shows an extruder with a conically designed processing space,
Fig. 4a,b je einen Extruder mit senkrecht zueinander ange-Fig. 4a, b each have an extruder with mutually perpendicular
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netem Aufbereitungs- und Förderbereich, Fig. 5 einen Extruder zur Kabelummantelung,net processing and conveying area, Fig. 5 an extruder for cable sheathing,
Fig. 6 einen Extruder, bei dem der zu behandelnde Stoff durch einen stehenden Dorn in den Aufbereitungsbereich gefördert wird, 6 shows an extruder in which the material to be treated is conveyed through a standing mandrel into the preparation area,
Fig. 7a und b volumenmäßig variierbare Aufbereitungsbereiche eines Extruders.7a and b preparation areas of an extruder which can be varied in terms of volume.
Fig. 8a,b Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 21.8a, b devices for carrying out the method according to claim 21.
Der in Fig. 1 dargestellte Extruder setzt sich zusammen aus einem üblichen Schneckenextruder 1 zur Fütterung und Zumessung der zu behandelnden Stoffe sowie einem sich daran anschließenden Aufbereitungsteil 2 zur Aufbereitung dieser Stoffe. Dieser Aufbereitungsteil setzt sich zusammen aus einer zylindrischen Welle 3 und einem diese Welle koaxial in einigem Abstand umschließenden Mantel k. Die erfindungsgemäße Aufbereitung der Stoffe erfolgt in dem Ringraum zwischen der Welle 3 und dem Mantel k. Aus dem Aufbereitungsteil gelangen die Stoffe zur Formgebung durch die Öffnung 5 zu einem nichtdargestellten Formwerkzeug. Der zur Förderung dienende Schneckenextruder 1 kann, da in ihm keine Aufbereitung zu erfolgen hat, wesentlich kurzer sein als in den Fällen, in denen dort gleichzeitig auch die Aufbereitung abschließend erfolgen muß. Fig. 2 zeigt schematisch den Temperatur-Zeit-Verlauf in einem nach Fig. 1 aufgebauten Extruder. Zu dem Teraperaturverlauf sind in der Figur die einzelnen Bereiche: Fördern, Aufbereiten, Formen und KühlenThe extruder shown in Fig. 1 is composed of a conventional screw extruder 1 for feeding and metering the substances to be treated and a subsequent processing part 2 for processing these substances. This processing part is composed of a cylindrical shaft 3 and a jacket k which surrounds this shaft coaxially at some distance. The preparation of the substances according to the invention takes place in the annular space between the shaft 3 and the jacket k. From the preparation part, the substances for shaping pass through the opening 5 to a shaping tool (not shown). The screw extruder 1 used for conveying can, since no preparation has to take place in it, be significantly shorter than in the cases in which the preparation must also take place there at the same time. FIG. 2 schematically shows the temperature-time curve in an extruder constructed according to FIG. 1. The figure shows the individual areas of the temperature profile: conveying, processing, shaping and cooling
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nach der Formgebung angegeben. Wie der Kurvenverlauf
deutlich zeigt, steigt dfe Temperatur in dem Förderbereich nur ganz allmählich an, erhöht sich dann sprunghaft
innerhalb eines relativ sehr kurzen Zeitraumes in
dem Aufbereitungsbereich und nimmt dann in dem Formgebungsbereich einen konstanten Wert an, um dann anschliessend
im Kühlbereich allmählich abzufallen. Die schematische Darstellung des Temperaturverlaufes zeigt deutlich,
daß in dem Aufbereitungsteil die für eine Vernetzung der
zu behandelnden Stoffe, bzw. die für die Anlaufreaktion
der Vernetzung, erforderliche Temperatur örtlich und zeitlich genau fixiert werden kann. Der steile Temperaturanstieg
im Bereich der Aufbereitung wird durch eine schnelle Drehbewegung der Welle 3i die unabhängig von dem zu fördernden
Mengenstrom eingestellt werden kann, bewirkt.specified after the shaping. Like the curve
clearly shows, the temperature in the conveying area rises only very gradually, then increases suddenly within a relatively very short period of time
the preparation area and then assumes a constant value in the shaping area in order to then gradually decrease in the cooling area. The schematic representation of the temperature profile clearly shows that in the preparation part, the crosslinking of the
substances to be treated or those for the start-up reaction
the networking, the required temperature can be precisely fixed in terms of location and time. The steep rise in temperature in the preparation area is caused by a rapid rotary movement of the shaft 3i, which can be set independently of the volume flow to be conveyed.
Fig. 3 zeigt einen Extruder, bei dem sich im Aufbereitungsteil
6 eine konisch ausgebildete Welle 7 in einem diese Welle
konisch umschließenden Mantel 8 dreht. Die Welle 7 kann in Achsrichtung verschoben werden, wodurch das Volumen des Aufbereitungsraumes
verändert werden kann. Die Wellen 3 und 7 können neben ihrer rotierenden Bewegung gleichzeitig noch
in Achsrichtung eine oszillierende Bewegung ausführen. Die Oszillationsfrequenz ist dabei so hoch zu wählen, daß beim
Ausbringen des Materials keine spürbaren Pulsationen auftreten. 3 shows an extruder in which, in the processing part 6, a conically shaped shaft 7 rotates in a casing 8 which conically surrounds this shaft. The shaft 7 can be moved in the axial direction, whereby the volume of the processing space can be changed. The shafts 3 and 7 can in addition to their rotating movement at the same time
perform an oscillating movement in the axial direction. The oscillation frequency should be selected so high that no noticeable pulsations occur when the material is applied.
Bei dem Extruder nach Fig. k erfolgt das Fördern der zu behandelnden Stoffe in einem senkrecht zur Extrudierrichtung angeordneten Schneckenextruder 9* Die Aufbereitung erfolgt im wesentlichen in einem Ringraum zwischen einer rotierenden Welle 10 und einem die Welle konzentrisch umgebendenIn the extruder according to FIG. K , the substances to be treated are conveyed in a screw extruder 9 arranged perpendicular to the direction of extrusion. The processing takes place essentially in an annular space between a rotating shaft 10 and a concentrically surrounding the shaft
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Mantel 11. Mit dem gezeigten Extruder sollen Schläche extrudiert werden. Die Welle 10 dient dabei gleichzeitig als Dorn für den Schlauch.Jacket 11. The shown extruder is to be used to extrude tubes will. The shaft 10 also serves as a mandrel for the hose.
Fig. 5 zeigt nur den Aufbereitungsteil eines Extruders. Die zu behandelnden Stoffe werden durch die Öffnung 12 an einen stehenden Dorn 13 herangeführt. Diesen Dorn 13 umschließt ein rotierender Mantel 14. Die Aufbereitung der Stoffe erfolgt in dem Ringraum zwischen dem Dorn 13 und dem Mantel Ik. Der in Fig. 5-gezeigte Extruder ist dazu bestimmt, Kabelmaterial zu ummanteln. Derartige Kabel 15 werden durch den Dorn 13 hindurch in den Aufbereitungsteil des Extruders geführt. Das Formwerkzeug ist bei dieser Ausführungsform praktisch Bestandteil des Extruders.Fig. 5 shows only the preparation part of an extruder. The substances to be treated are brought up to a standing mandrel 13 through the opening 12. This mandrel 13 is surrounded by a rotating jacket 14. The materials are processed in the annular space between the mandrel 13 and the jacket Ik. The extruder shown in Fig. 5 is intended to sheath cable material. Such cables 15 are guided through the mandrel 13 into the preparation section of the extruder. In this embodiment, the molding tool is practically part of the extruder.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 gelangt der zu behandelnde Stoff aus einer Förderschnecke l6 durch das Innere eines feststehenden Domes 17 in einen konisch sich verengenden kreisringförmigen Aufbereitungsraum 18. Die Aussenwand dieses Aufbereitungsraumes bildet ein rotierender Mantel 19· Diese Extruderform ist zur Herstellung von Schlauohprofilen geeignet.In the embodiment according to FIG. 6, the to be treated arrives Substance from a screw conveyor l6 through the interior of a fixed dome 17 into a conically narrowing one circular processing room 18. The outer wall this preparation space forms a rotating jacket 19 · This extruder shape is for the production of Suitable for smart profiles.
Die Fig. 7a und 7b zeigen Aufbereitungsräume 20 und 21, deren Volumen durch Schieber 22 bzw. 23 verändert werden können.7a and 7b show processing rooms 20 and 21, the volume of which can be changed by slide 22 and 23, respectively.
Ansprüche: Claims :
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Claims (1)
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