DE2340499B1 - Mehrteilige Schnecke für eine Schnekkenstrangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen - Google Patents

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Schnecke für eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen mit einem Schneckenschaft und austauschbaren Schneckenabschnitten, insbesondere temperierbaren Förder-, Homogenisier- oder Plastifizierabschnitten, deren einander zugeordnete Endabschnitte mit jeweils einer zapfenförmigen und einer nabenförmigen Ausbildung in axialer Richtung durch Verschraubungen lösbar verbunden und unter Torsionsbeanspruchung gegen eine Relativbewegung gesichert sind. Mehrteilige Schnecken sind an sich bekannt (vgl. beispielsweise »Kunststoff-Rundschau«, Bd. 18, 1971, Heft 7, S. 323 bis 330; »Kunststoff-Technik«, Bd. 11, 1972, Heft 12, S. 329 bis 335 oder »Kunststoffe«, Bd. 63, 1973, Heft 6, S. 355 bis 361). Sie weisen mehrere, mit ihrer jeweiligen Charakteristik auf die ihnen zugeordnete verfahrenstechnische Funktion zugeschnittene Schnekkenabschnitte auf. Die Schneckenabschnitte können dabei an ihrem Umfang entweder wendeiförmige Stege unterschiedlicher Gangtiefe oder aber schneckenstegfreie Abschnitte mit Misch-, Knet-, Scherelementen od. dgl. aufweisen.

Für den Zusammenbau einer aus mehreren austauschbaren Schneckenabschnitten bestehenden Schnecke wurde nach der FR-PS 67 346 (Zusatz zur FR-PS 1 113 499) vorgeschlagen, die mit einem Keilnabenprofil vorgesehenen Schneckenabschnitte auf einen mit einem Keilwellenprofil versehenen, durchgehenden Zentrierdorn aufzustecken.

Dies hat den Nachteil, daß die Schneckengänge bzw. Schneckenstege nur mit großem Aufwand an Bearbeitungsgenauigkeit durchgehend aneinanderfügbar sind. Ferner müssen zum Austausch beispielsweise eines in der Mitte der Schnecke liegenden Schneckenabschnittes, der je nach den Arbeitsbedingungen gegebenenfalls stärkerem Verschleiß unterliegt, sämtliche vor diesem Abschnitt angeordnete Schneckenabschnitte ausgebaut werden.

Es ist auch bekannt, verschiedene Schneckenabschnitte, insbesondere Misch- und Homogenisierabschnitte an der Schneckenspitze durch Gewindebolzen mit der übrigen Schnecke zu verbinden (vgl. Dr.-Ing. Schenkel, Gerhard, »Kunststoff-Extrudertechnik«, München, 1963, S. 52 bis 55).

Ferner wurde vorgeschlagen, Schneckenabschnitte durch Gewindebolzen, deren Enden jeweils Gewinde unterschiedlicher Steigung aufweisen, in der Weise zusammenzufügen, daß der- Gewindebolzen durch eine Anschlagschraube in seiner Lage feststellbar ist (DT-AS 2 036 010). -- . .

Die Nachteile dieser Konstruktion sind, daß bei starker Torsionsbeanspruchung ein exakt durchgehender Verlauf der Schneckenstege benachbarter Schneckenabschnitte nicht immer erreicht wird, da eine Verdrehung der Schneckenabschnitte und/oder Verformung der Gewinde — gegebenenfalls durch zusätzliche Temperaturbeanspruchung unterstützt — nicht ausschließbar erscheint. Es ist ferner nachteilig, daß das Konstruktionselement Gewindebolzen das volle in die

Schnecke eingeleitete Drehmoment aufnehmen und dazu die aus der gegenseitigen Vorspannung der Schneckenteile resultierende Zugbeanspruchung über die Gewindegänge abbauen muß. Auch ist es nachteilig, daß zum Lösen der Schraubverbindung beim Austausch eines Schneckenabschnittes ein Drehmoment aufgebracht werden muß, welches das im vorangegangenen Betrieb der Schneckenpresse am entsprechenden Querschnitt aufgetretene, größte Drehmoment mindestens erreicht oder übersteigt.

Die vorgeschlagene Konstruktion ist infolge der Anschlagschraube auch nicht dazu geeignet, mit einem im Inneren der Schnecke zirkulierenden Wärmeübertragungsmittel, beispielsweise einer Temperierflüssigkeit beaufschlagt und betrieben zu werden.

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile der bekannten Verbindungselemente für austauschbare Schneckenabschnitte einer mehrteiligen Schnecke zu beseitigen und Maßnahmen vorzuschlagen, wonach Schneckensegmente auf einfache Weise leicht und schnell miteinander verbunden und auch wieder leicht und schnell voneinander gelöst werden können, um sie gegen Schneckensegmente anderer Funktion auszutauschen. Hierbei sollen solche Verbindungselemente vorgesehen werden, bei denen sich die hergestellten Verbindungen nicht selbsttätig nachziehen, und bei denen zur Demontage von einzelnen Schneckenabschnitten nicht die gesamte Schnecke zerlegt und falls erforderlich überall neu abgedichtet werden muß.

Dazu besteht ein großes technisches Bedürfnis, bei einer solchen, aus mehreren Schneckenabschnitten bestehenden Schnecke Maßnahmen vorzusehen, um durch das Zentrum der Schnecke axial verlaufende Meßleitungen u. dgl. verlegen oder gegebenenfalls die Schnecke zum Ausgleich von Übertemperaturen an der Schneckenspitze bzw. in Zonen hoher Scherung der Kunststoffe im Inneren temperieren zu können.

Zur Lösung der Aufgabe wird für eine Schnecke der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im zapfenförmigen Endabschnitt der Schneckenabschnitte mindestens eine Paßfeder angeordnet ist, die in einer axialen Nut des nabenförmigen Endabschnitts formschlüssig verschiebbar ist, und daß in die Innengewinde der nabenförmig und der zapfenförmig ausgebildeten Endabschnitte eine mit einem oder mehreren Außengewinde(n) versehene Spannhülse axial einschraubbar ist.

Während der Gedanke, die Axial- und die Torsionskräfte von verschiedenen Konstruktionselementen aufnehmen zu lassen, deren Funktionen eindeutig abgrenzbar sind, für alle erfindungsgemäßen Ausbildungsformen der baukastenmäßig zusammengesetzten Schnekken gleich bleibt, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der konstruktiven Ausgestaltung des Spannelementes. So können auf der Spannhülse zwei durch einen gewindefreien Abschnitt getrennte Feingewinde entgegengesetzter Steigung vorgesehen sein, wobei durch Drehung der Spannhülse jeweils die zwei zu verbindenden Schneckensegmente über die in der zugeordneten Nut formschlüssig geführte Paßfeder axial zusammengezogen bzw. bei entgegengesetzter Drehung zwangläufig auseinandergedrückt werden. Eine zweite, ebenfalls vorteilhafte Konstruktion ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse auf einer Stirnseite mit einem Bund in den nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt eingesetzt, durch eine von der Öffnung her gegen diesen Bund axial anschlagbare Stellschraube in dem nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt drehbar und axial begrenzt verschiebbar angeordnet ist. Die axiale Verschiebbarkeit ist dabei einerseits durch den Grund der Ausdrehung im nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt, gegen den der Bund der Spannhülse anliegt, und andererseits durch den Anschlag des Stellmittels, beispielsweise eines Nutringes, einer Gewindebuchse od. dgl. begrenzt.

Es liegt auch im Rahmen einer zweckmäßigen Abwandlung der Erfindung — falls eine Schneckentemperierung bzw. eine durchgehende Bohrung in der Schnecke nicht erforderlich ist, — das Spannelement nicht als Hülse, sondern als massiven Gewindebolzen, eventuell mit angestauchtem Endteil auszubilden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Schnekke weisen die Schneckenabschnitte in axialer Richtung eine Durchgangsbohrung auf, die in den Endabschnitten fluchten. Die Spannhülse weist dazu eine axiale Durchbrechung von polygonalem Querschnitt, vorzugsweise quadratischem oder sechseckförmigem Querschnitt auf. Dabei weisen die axialen Durchgangsbohrungen der Schneckenabschnitte zweckmäßigerweise einen Durchmesser auf, der mindestens gleich dem Durchmesser des dem polygonalen Querschnitt der axialen Durchbrechung der Spannhülse umschriebenen Kreises ist.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung der Schnecke ergeben sich noch als Vorteile, daß bei Bedarf Meßleitungen von in der Schnecke befestigten Meßsonden oder Meßwertgebern — beispielsweise für die Druck- und/oder Temperaturverteilung längs des Schmelzekanals — durch das Zentrum der Schnecke verlegt und nach außen geführt werden können.

Außerdem können die einzelnen Schneckenabschnitte leicht montiert oder auseinandergeschraubt werden, indem ein geeignetes verlängerbares Werkzeug mit entsprechendem Querschnitt wie der innere polygonale Querschnitt der Spannhülse axial durch die Schnecke eingeführt wird, und die zugeordnete Spannhülse in der vorgesehenen Richtung gedreht wird. Bei Bedarf ist jedes Element der Schnecke für sich allein lös- bzw. spannbar. Die einmal aufgebrachte Vorspannung zwischen den Schneckenabschnitten bleibt im Betrieb unabhängig von der Größe der durch Reibung oder Scherung auftretenden Beanspruchungen konstant.

Die baukastenmäßig hergestellten Schnecken aus Schneckensegmenten haben weiterhin den fertigungstechnischen Vorteil, daß sich die einzelnen Segmente bei der Wärmebehandlung, insbesondere beim Härten, nicht verziehen, so daß das Richten der Schnecke entfallen kann.

Soll die erfindungsgemäße Schnecke zum Ausgleich von Übertemperaturen in Zonen hoher Scherung, insbesondere zur Vermeidung von Überhitzungen im thermoplastischen Kunststoff, im Inneren temperiert werden, so sind die Durchgangsbohrungen an der Schneckenspitze und am schaftseitigen Ende durch Dichtungen — beispielsweise Stopfen — verschließbar vorgesehen. An den Stirnflächen der Endabschnitte sind ferner radial wirksame Dichtungen vorgesehen. Hierzu eignen sich je nach den in Betracht gezogenen Verfahrensbedingungen O-Ring-Abdichtungen oder kammprofilierte Metall-, insbesondere Kupfer- oder Aluminiumdichtungen, gegebenenfalls verbunden mit Nut- und Federverbindungen an den Endabschnitten der Schneckensegmente.

Zur Vermeidung komplizierter Rohrführungen bei der Temperierung der Schnecke mit Kühlwasserzu- und -ableitungen, wie sie beispielsweise aus den US-PS

2 449 355 und 3 007 198 bekannt sind, wird für eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schnecke vorgeschlagen, daß die Durchbrechungen der Spannhülsen und die Durchgangsbohrungen der Schneckenabschnitte mit einem im wesentlichen nur unter seinem eigenen Dampfdruck stehenden Wärmeübertragungsmittel teilweise gefüllt sind, und daß in der Durchgangsbohrung Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Drahtwendel, zur Flüssigkeitsförderung in Richtung zur Schneckenspitze während der Drehung der Schnecke vorgesehen sind. Eine solche Schnecke arbeitet in an sich bekannter Weise unter Verdampfung des flüssigen Wärmeübertragungsmittels in den Zonen hoher Wärmeerzeugung, beispielsweise in Zonen hoher Friktion, und unter Kondensation des Wärmeübertragungsmitteldampfes in den Zonen hohen Wärmebedarfs, beispielsweise in der Aufschmelz- oder Umwandlungszone.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnecke für eine Schneckenstrangpresse, bestehend aus mehreren, austauschbaren Schnekkenabschnitten,

Fig.2 die Einzelheit einer Verbindung zweier Schneckenabschnitte einer mehrteiligen, temperierbaren Extruderschnecke,

F i g. 3 eine ähnliche Verbindung zweier Schneckenabschnitte wie in Fig. 2, jedoch in anderer konstruktiver Ausgestaltung.

Die in F i g. 1 dargestellte Extruderschnecke 1 besteht aus mehreren, austauschbaren Schneckenabschnitten 2, 3,4 und 5, die eine vom zu verarbeitenden Kunststoff abhängige und für die vorgesehene technische Funktion günstige Ausbildung aufweisen. Es handelt sich hierbei beispielsweise um den Schneckenabschnitt 2, in dessen einem Ende das für die Drehbewegung der Extruderschnecke 1 erforderliche Drehmoment vom nicht dargestellten Getriebe her eingeleitet wird und an dessen anderem Ende ein Einzugsabschnitt für den Kunststoffrohstoff mit relativ geringem Durchmesser des Schneckenkerns 7 und großer Tiefe des Schneckenganges 8 vorgesehen ist. Beim Zusammenwirken der Extruderschnecke 1 mit dem nicht dargestellten Gehäuse der Schneckenpresse ist der Einzugsabschnitt im Bereich des Trichters oder einer sonstigen Füll- oder Speisevorrichtung für den Kunststoff gelegen. Weiterhin ist ein der Kompression dienender Schneckenabschnitt 3 zum Aufschmelzen des Kunststoffes gezeigt, in dem beispielsweise der Durchmesser des Schneckenkerns T zunimmt oder die Steigung des Schneckensteges 9 vergrößert ist sowie ein dem Ausstoßen dienender Schneckenabschnitt 4 mit im wesentlichen konstantem Durchmesser des Schneckenkerns 7 bei geringer Tiefe und konstanter Steigung des Schnekkensteges 9. Hieran schließt sich ein der Homogenisierung dienender Schneckenabschnitt 5 mit einer Schnekkenspitze 6 an, wobei in diesem Homogenisierabschnitt eine möglichst vollständige Vergleichmäßigung der Schmelze hinsichtlich radialer Temperaturgradienten und/oder der Verteilung der in der Schmelze dispergierten Additive erreicht werden kann. Während in den Schneckenabschnitten 2, 3 und 4 beispielsweise ein nicht unterbrochener Schneckensteg 9 vorliegt, können in dem schneckenstegfreien Homogenisierabschnitt nockenförmige Mischelemente tO gemäß der DT-AS 2 030 756 vorgesehen sein. Je nach Arbeitsweise und Qualitätsansprüchen an die extrudierten Produkte können auch noch andere Schneckenabschnitte vorgesehen sein, in denen beispielsweise Knet- oder Scherelemente oder Entgasungsabschnitte angeordnet sind.

In F i g. 2 ist die Einzelheit einer Verbindungsstelle der Schneckenabschnitte 4 und 5 an einer Extruderschnecke nach F i g. 1 dargestellt, wobei der Schnekkensteg 9 bis in den Schneckenabschnitt 5 ohne Winkelversetzung am Umfang weiterläuft. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Schneckenabschnitt 4 mit einem nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt 11 und der Schneckenabschnitt 5 mit einem zapfenförmig ausgebildeten Endabschnitt 12 versehen, wobei diese Endabschnitte mit ihrem Außen- bzw. Innendurchmesser so aufeinander abgestimmt sind, daß sie ineinandergeschoben werden können. Mittels mindestens einer im zapfenförmig ausgebildeten Endabschnilt 12 angeordneten Paßfeder 13, die in einer axialen Nut 14 im nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt 11 verschiebbar ist, werden die Schneckenabschnitte beim Zusammenbau axial geführt und auch im Betrieb vor unzulässiger gegenseitiger Verdrehung gesichert. Durch die Zentrierung wird dabei auch erreicht, daß die durchlaufenden Schneckenstege 9 nach jeder Demontage ohne Nachjustierung wieder ohne Winkelversatz durchlaufen.

Zum axialen Verspannen der Schneckenabschnitte 4 und 5 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Spannhülse 15 vorgesehen, die am äußeren Umfang zwei durch einen gewindefreien Abschnitt 16 getrennte Feingewinde 17 und 18 entgegengesetzter Steigung aufweist. Die Spannhülse 15 wird, wie in F i g. 2 dargestellt, in die mit entsprechenden Innengewinden versehenen Schneckenabschnitte 4 und 5 geschraubt, wobei jene axial ineinandergezogen und miteinander verspannt werden. Eine Dichtung 19, die in eine im Schneckenabschnitt 5 vorgesehene Nut eingelegt ist, dichtet die axial bewegbaren Teile gegen eventuell in den Spalt zwischen den Schneckenabschnitten eindringende Schmelze radial ab, so daß die Montage und Demontage der Schneckenabschnitte ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden kann. Die Spannhülse 15 weist zum Zweck besserer Zugänglichkeit für Montagewerkzeuge eine axiale Durchbrechung 20 von sechseckförmigem Querschnitt auf. Sie läßt sich infolgedessen mit einem Sechskant- oder Vierkant-Schlüssel leicht im Löse- oder Spannsinn drehen, wenn — wie dargestellt — die Spannhülse 15 über axiale Durchgangsbohrungen 21 und 22 in den jeweiligen Schnekkenabschnitten zugänglich ist. Die axialen Durchgangsbohrungen sind an der Schneckenspitze 6 und im Schneckenabschnitt 2, z. B. mit nicht dargestellten Stopfen, verschlossen.

In F i g. 3 ist eine ähnliche Verbindung wie in F i g. 2, jedoch in abweichender konstruktiver Ausgestaltung dargestellt. Die Abweichungen betreffen dabei im wesentlichen die Ausbildung der Spannhülse 15'. Diese weist nur auf einer Seite ein Außengewinde 23 auf und wird mit diesem in den zapfenförmig ausgebildeten Endabschnitt 12 des Schneckenabschnittes 5 unter axialer Heranbewegung dieses Abschnittes an den hiermit zu verbindenden Schneckenabschnitt 4 eingeschraubt. Die Zentrierung erfolgt auch hier durch mindestens eine Paßfeder 13, die in der Nut 14 geführt ist. Am anderen Ende der Spannhülse 15' ist ein Bund 24 vorgesehen. Hiermit ist die Spannhülse 15' in die erweiterte Axialbohrung 25 des nabenförmig ausgebildeten Endabschnittes 11 des Schneckenabschnittes 4 eingesetzt und in dieser Stellung mittels einer gegen den Bund 24 axial angestellten Stellschraube 26 drehbar,

aber axial begrenzt verschiebbar gehalten.

Die radiale Abdichtung der Schneckenabschnitte 4 und 5 gegen eindringende Schmelze einerseits und gegen austretendes, gegebenenfalls unter hohem Sattdampfdruck stehendes Temperiermittel, beispielsweise

Wasser oder ein Wärmeübertragungsöl, ist in F i g. 3 durch die Dichtung 19 vorgesehen, die in der Ringnut einer Nut- und Federverbindung 27 der Schneckenabschnitte 4 und 5 eingespannt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409581/371

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mehrteilige Schnecke für eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen mit einem Schneckenschaft und austauschbaren Schneckenabschnitten, insbesondere temperierbaren Förder-, Homogenisier- oder Plastifizierabschnitten, deren einander zugeordnete Endabschnitte mit jeweils einer zapfenförmigen und einer nabenförmigen Ausbildung in axialer Richtung durch Verschraubungen lösbar verbunden und unter Torsionsbeanspruchung gegen eine Relativbewegung gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß im zapfenförmigen Endabschnitt (12) der Schneckenabschnitte (2, 3, 4, 5) mindestens eine Paßfeder (13) angeordnet ist, die in einer axialen Nut (14) des nabenförmigen Endabschnitts (11) formschlüssig verschiebbar ist, und daß in die Innengewinde der nabenförmig und der zapfenförmig ausgebildeten Endabschnitte (11, 12) eine mit einem oder mehreren Außengewinde(n) (23; 17, 18) versehene Spannhülse (15,15') axial einschraubbar ist.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spannhülse (15) zwei durch einen gewindefreien Abschnitt (16) getrennte Feingewinde (17,18) entgegengesetzter Steigung vorgesehen sind (F i g. 2).

3. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15') auf einer Stirnseite mit einem Bund (24) in den nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt (It) eingesetzt, durch eine von der Öffnung her gegen diesen Bund (24) axial anschlagbare Stellschraube (26) in dem nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt (11) drehbar und axial begrenzt verschiebbar angeordnet ist (F i g. 3).

4. Schnecke nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenabschnitte (2, 3, 4, 5) in axialer Richtung Durchgangsbohrungen (21, 22) aufweisen, die in den Endabschnitten (11,12) fluchten.

5. Schnecke nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15, 15') eine axiale Durchbrechung (20) von polygonalem Querschnitt, vorzugsweise quadratischem oder sechseckförmigem Querschnitt aufweist.

6. Schnecke nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Durchgangsbohrungen (21, 22) der Schneckenabschnitte (2, 3, 4, 5) einen Durchmesser aufweisen, der mindestens gleich dem Durchmesser des dem polygonalen Querschnitt der axialen Durchbrechung (20) der Spannhülse (15,15') umschriebenen Kreises ist.

7. Schnecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (21, 22) an der Schneckenspitze (6) und am schaftseitigen Ende durch Dichtungen verschließbar sind.

8. Schnecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnflächen der Endabschnitte (11, 12) radial wirksame Dichtungen (19) vorgesehen sind.

9. Schnecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (20) der Spannhülse (15, 15') und die Durchgangsbohrungen (21.22) mit einem im wesentlichen nur unter seinem eigenen Dampfdruck stehenden Wärmeübertragungsmittel teilweise gefüllt sind, und daß in der Durchgangsbohrung (21, 22) Vorrichtungen zur Flüssigkeitsfederung in Richtung zur Schneckenspitze (6) während der Drehung der Schnecke vorgesehen sind.