DE2316334C2

DE2316334C2 - Schmelzextruder

Info

Publication number: DE2316334C2
Application number: DE2316334A
Authority: DE
Inventors: Bryce Princeton N.J. Maxwell
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2179857B1; JPS4910257A; NL7304686A; BE797952A; FR2179857A1; CH544648A; ES414373A1; DE2316334A1; CA1018712A; JPS5635535B2; IT983647B; US3790328A; BR7302515D0; AU5426073A; GB1418788A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzextruder für polymeres Material mit einem Stator und einem Rotor, die zwischen sich ein Schergebiet bilden, wobei der Stator eine in radialer Richtung verlaufende Einlaßöffnung zum Zuführen von Material zur zylindrisehen Oberfläche des Rotor und eine in axialer Richtung verlaufende Auspreßöffnung aufweist.

In der jüngsten Vergangenheit wurde eine Art eines Mischextruders entwickelt, den man a'lgemein als elastischen Schmelzextruder bezeichnet. Ein solcher Schmelzextruder ist z. B. aus der US-PS 30 46 609 und aus der US-PS 35 45 041 bekannt.

Obwohl diese elastischen Schmelzextruder sich als sehr nützliche Vorrichtungen zum Schmelzen, Mischen, Devolatisieren und zum Extrudieren von polymerem Material erwiesen haben, weisen sie dennoch den Nachteil auf, daß beim Zuführen des Materials in das Scher- oder Schubgebiet Schwierigkeiten auftreten.

Wenn keine besondere Einrichtung zur Förderung des zugeführten Materials in das Scher- oder Schubgebiet vorgesehen ist, wird das Material ungleichmäßig gefördert oder sogar durch die Einlauföffnung zurückgeworfen. Dieses letztgenannte Phänomen nennt man »Regurgitieren« oder Rückfließen.

Die Bemühungen, eine Vorrichtung zur geeigneten Beschickung von elastischen Schmelzextrudern zu schaffen, führten zu Beschickungs- oder Fördervorrichtungen, welche zusätzliche bewegliche Teile erforderten und die verfügbare Bewegung des Rotors in Achsrichtung beschränkten. Eine solche, gattungsgemäße Konstruktion ist aus der US-PS 32 80 239 bekannt. Dort wird eine Spaltplatte, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Rotors ist, dazu verwendet, Material durch den Spalt in Richtung auf das Rotationszentrum zum Fließen zu bringen. Da jedoch die Dicke der vorgesehenen Spaltplatte in dieser Vorrichtung nicht verändert werden kann, kann auch der Spalt, der das Schergebiet bildet, nicht verändert werden.

In der US-PS 33 08 505 ist eine Förderzone am Umfang des Scherspaltes in Form eines geneigten Kanals beschrieben, der in Längsrichtung geneigt ist Die Anordnung beschränkt jedoch die Bewegungsfreiheit des Rotors.

Darüber hinaus sind aus den US-PS 33 46 683 und 33 60 821 Schmelzextruder bekannt, bei denen aus dem äußeren Mantel des Stators in radialer Richtung nach innen ein Vorsprung ragt, durch den der hinter dem Vorsprung liegende Einlaß von erschmolzenem Material freigehalten werden soll, um auf diese Weise zu verhindern, daß das erschmolzene Material gegen den Einlaß drückt Eine sichere Trennung von Einlaß und Schergebiet ist jedoch hierdurch nicht möglich, da erschmolzenes Material den Vorsprung umspülen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trennung zwischen Einlaß und Schergebiet zu verbessern. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß zwischen dem Rotor und dem Stator eine mit dem Statorgehäuse fest verbundene Führungseinrichtung vorgesehen ist, die durch die Einlaßöffnung zugeführtes Material bei der Drehung des Rotors in Bezug auf den Stator um den Rotor herum-in axialer Richtung zum Schergebiet befördert, und daß die Führungseinrichtung das Schergebiet in axialer Richtung gesehen räumlich von der Einlaßöffnung trennt.

Vorteilhaft gestaltet man die Führungseinrichtung so, daß diese eine schraubenlinienförmig um den Rotor herum verlaufende Fläche aufweist, die von der Einlaßöffnung in Richtung auf das Schergebiet verläuft und die sich über einen Winkelbereich erstreckt, der größer als 360° ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Material semizwangsläufig von der Einlaßöffnung zu dem Schubgebiet gefördert, ohne zusätzliche Verwendung irgendwelcher beweglicher Teile.

Außerdem sind gemäß der Erfindung keine zusätzlichen Elemente notwendig, welche die verfügbare axiale Bewegung des Rotors relativ zum Stator einschränken würden.

Deshalb kann die Einstellung des Schergebietspaltes in gleicher Weise wie bei den bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden, welche nicht die Vorteile der Erfindung aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sehr einfach aufgebaut, leicht herzustellen, leicht zu pflegen und leicht zu bedienen.

Die Erfindung verhindert ein Rückfließen des zugeführten Materials, ohne zusätzliche bewegliche Teile zu erfordern. Außerdem ist eine Führungseinrichtung, ζ. B. ein Führungsring im Bereich des Rotors angeordnet, welcher die mögliche Bewegung des Rotors in Axialrichtung nicht begrenzt, so daß die Justierung des Schergebietspaltes nicht verhindert wird, wie es bei den bekannten Vorrichtungen möglicherweise auftritt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch einen herkömmlichen Extruder,

Fig.2 einen vertikalen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.3 eine Ansicht einer Führungseinrichtung, welche das nachzuführende Material in das Schubgebiet zwingt.

Die Figur 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine typische bekannte Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung sind ein Rotor 10 und ein Stator 12 so zueinander

angeordnet, daß sie eine Schub- oder Scherungszone 14 für eine elastische Schmelze begrenzen. Der Rotor 10 kann auf einer Achse 16 befestigt sein, die drehbar in Lagern 18, 20, 22 und 23 gehalten wird. Die Achse 16 kann von einer Rolle, einem Treibriemen oder von einer anderen geeigneten Vorrichtung angetrieben werden.

Der Stator 12 kann in einem feststehenden Gehäuse 24 befestigt sein, in welchem sich eine Einlauföffnung 26 befindet Die Einlauföffnung 26 kann so angeordnet sein, daß das Material radial nach unten dem Rotor zugeführt wird, der längs einer horizontalen Achse 28 angeordnet sein kann.

Ein Teil des Rotors 10 kann mit geneigter Oberfläche 30 bzw. konusförmig ausgebildet sein, so daß das zugeführte Material 32 aufgrund der Schwerkraft nach unten in den Scher- oder Schubbereich transportiert wird.

Dip Arbeitsfläche 34 des Rotors 10 kann irgendeine geeignete Form aufweisen und sich radial que·· über die Auspressöffnung 36 erstrecken, durch welche der extrudierte Materialstrang 38 axial nach außen gelangt.

Eine Heizvorrichtung 40 kenn um den Rotor 10 angeordnet sein und mit Hilfe von Gleitringen 42 betrieben werden, welche elektrisch mit den Stromversorgungsleitungen 44 verbunden sind. Ähnliche Heizvorrichtungen 46 und 48 können stationär im Bereich des Stators 12 angeordnet sein und über Leitungen 50 bzw. 52 mit Strom versorgt werden. Eine Passage 54 kann zum Heranführen eines Kühlungsmittels in die Nähe des Scher- und Schubgebietes vorgesehen sein.

Jm Betrieb läuft das zugeführte Material 32 durch die Einlauföffnung 26 und fällt nach unten auf die geneigte Oberfläche 30 des Rotors 10.

Das zugeführte Material 32 wird dann aufgrund seines Gewichts in das Scher- oder Schubgebiet gefördert und aufgrund der Zentripetalkraft durch die Auspreßöffnung 36 zu einem Materialstrang 38 nach außen gepreßt.

Solche Gewichts- oder Schwerkraftförderanordnungen sind gegenüber ungleichmäßiger Zuführung sehr anfällig, und manchmal wird ein Teil des zugeführten Materials 32 durch die Einlauföffnung 26 wieder zurückgeworfen; diese Erscheinung nennt man Rückfließen oder »Regurgitieren«.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei ihm ist eine Achse 116 drehbar in Lagern 118,120,122 und 123 gelagert. Eine Riemenscheibe 100 kann auf der Achse befestigt sein und in herkömmlicher Weise als Antriebselement dienen.

Ein Rotor 110 kann auf der Achse 116 in der Nähe eines Stators 112 so angeordnet sein, daß ein Scheroder Schubgebiet 114 begrenzt wird.

Auf dem Rotor 110 kann eine Heizvorrichtung 140 befestigt sein, welche über Gleitringe 142 und über Stromversorgungsleitungen 144 mit Strom versorgt wird. Im Bereich des Stators 112 kann eine Statorheizung 148 befestigt sein, welche über Leitungen 152 mit Strom versorgt wird.

Der Stator 112 kann in einem Gehäuseteil 124 befestigt sein, welches eine Einlaßöffnung 126 begrenzt Die Oberfläche 130 des Rotors, die in unmittelbarer Nähe der Einlauföffnung 126 angeordnet ist, kann zylindrisch ausgebildet sein, im Gegensatz zu der konischen Form, wie sie bei der in F i g. 1 gezeigten bekannten Vorrichtung verwendet wird.

Zwischen dem Statorgehäuse 124 und dem Rotor 110 ist ein Führungsring 200 angeordnet, der durch eine

ίο geeignete Verbindung fest mit dem Stator 124 verbunden ist Der Führungsring 200 weist eine dem Scher- oder Schubgebiet 114 zugewandte Oberfläche auf, welche in Abhängigkeit von dem Abstand in Umfangsrichtung des Rotors 110 einen abnehmbaren Abstand in Achsrichtung von dem Scher- oder Schubgebiet aufweist Dementsprechend ist die stationäre Fläche 202 schraubenlinienförmig um den Rotor 110 in Richtung auf das Scher- oder Schubgebiet ausgebildet.

Hinzu kommt daß die Entfernung auf der Oberfläche des Rotors 110, die von dem Ring 200 bedeckt wird, 360° überschreitet so daß der Führungsring 200 sich auch dem Umfang hinreichend weit über den Punkt hinaus erstreckt, an welchem durch die Einlauföffnung 126

Material zugeführt wird, so daß die Einlauföffnung 126 in axialer Richtung von dem Seher- oder Schubgebiet isoliert ist.

Im Betrieb wird das zu extrudierende Material durch die Einlauföffnung 126 zugeführt, so daß es zu der zylindrischen Oberfläche 130 des Rotors 110 gelangt. Die zylindrische Oberfläche 130 dreht sich relativ zu dem Führungsring 200, das zugeführte Material 132 wird durch die Fläche 202 längs der Oberfläche 130 zu dem Scher- oder Schubgebiet gezwungen.

Da der Führungsring 200 sich in Umfangsrichtung selber überdeckt, so daß sein Teil 204 zwischen der Einlauföffnung 126 und dem Scher- oder Schubgebiet 114 angeordnet ist, ist das zugeführte Material innerhalb dieses Schubgebietes in Achsrichtung von der Einlauföffnung isoliert, so daß ein Rückfließen des Materials durch die Einlauföffnung 126 verhindert wird.

In F i g. 3 sieht man, daß die Fläche 202 schraubenlinienförmig so um die Achse 128 des Rotors 110 ausgebildet ist, daß das Material 132, welches sich auf der zylindrischen Oberfläche 130 des Rotors 110 befindet, in axialer Richtung zu dem Scher- oder Schubgebiet 114 gezwungen wird. Nachdem das Material in das Schubgebiet 114 gelangt ist, wird es von der Vorrichtung in herkömmlicher Weise, wie es bei der bekannten Vorrichtung beschrieben wurde, durch die Auspreßöffnung 136 extrudiert.

Aus dieser Beschreibung geht klar hervor, daß bei der Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Einlauföffnung für das Zuführmaterial in axialer Richtung von dem Scher- oder Schubgebiet isoliert ist, so daß kein Material durch die Einlauföffnung 126 zurückfließen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmelzextruder für polymeres Material, mit einem Stator und einem Rotor, die zwischen sich ein Schergebiet bilden, wobei der Stator eine in radialer Richtung verlaufende Einlaßöffnung zum Zuführen von Material zur zylindrischen Oberfläche des Rotors und eine in axialer Richtung verlaufende Auspreßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (110) und '° dem Stator (112) eine mit dem Statorgehäuse (124) fest verbundene Führungseinrichtung (200) vorgesehen ist, die durch die Einlaßöffnung (126) zugeführtes Material bei der Drehung des Rotors (110) in bezug auf den Stator (112) um den Rotor (ilO) herum in axialer Richtung zum Schergebiet befördert, und daß die Führungseinrichtung (200) das Schergebiet (114) in axialer Richtung gesehen räumlich von der Einlaßöffnung (126) trennt.

2. Schmelzextruder nach Anspruch 1, dadurch ²" gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine schraubenlinienförmig um den Rotor (110) herum verlaufende Fläche (202) aufweist, die von der Einlaßöffnung (126) in Richtung auf das Schergebiet (114) verläuft und die sich über einen Winkelbereich erstreckt, der größer als 360° ist.