DE2340499C2 - kenstrangpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft mehrteilige Schnecken für Schneckenstrangpressen zur Verarbeitung von Kunststoffen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Mehrteilige Schnecken sind an sich bekannt (vgl. beispitlsweise »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 1113 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 (DE-AS 20 36 010).

Die Nachteile dieser Konstruktion sind, daß bei

starker Torsionsbeanspruchung ein exakt durchgehender Verlauf der Schneckenstege benachbarter Schnekkenabschnitte 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 lus 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.

Schließlich sind aus der US-PS 29 46 089 mehrteilige Schnecken der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 definierten Art bekannt, bei der die Torsionskräfte und die Zugkräfte durch verschiedene Konstruktionselemente übertragen werden, und zwar die Torsionskräfte durch Scherstifte, die auf der Stirnfläche des ersten Endabschnitts umfangsverteilt angeordnet sind und in zugeordnete Bohrungen in der Stirnfläche des zweiten Endabschnitts eingreifen. Die Zugkräfte hingegen werden durch einen Stehbolzen übertragen, der in den einen Endabschnitt eingeschraubt ist und von der Rückseite des benachbarten Schneckenabschnitts aus — ähnlich wie ein Zuganker — durch eine Überwurfmutter, die sich gegen einen Absatz in der Längsbohrung des Schneckenabschnitts abstützt, lös- und verspannbar ist. Die Besonderheit dieser Verbindung ist das Verspannen der Schneckenabschnitte unter Verwendung eines elastischen Zwischengliedes (Druckfeder), wodurch Unterschiede in der Achslage der Schneckenabschnitte ausgeglichen werden sollen.

Nachteilig bei der bekannten Konstruktion nach der US-PS 29 46 089 ist es, daß die Schraubverbindung (Überwurfmutter) zur Montage und Demontage zweier Schneckenabschnitte bei einer aus drei Schneckenabschnitten zusammengebauten Schnecke nur über einen die Durchgangsbohrung des zweiten Schneckenabschnittes verschließenden Adapter (Fig.3) zugänglich ist, wobei dieser Adapter eine Gewindeverbindung mit sämtlichen, im Hinblick auf die DE-AS 20 36 010 erwähnten Nachteilen aufweist.

Bei diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, wonach auch bei einer aus mehr als drei Schneckenabschnitten zusammengebauten Schnecke einzelne Schneckenabschnitte auf einfache Weise leicht miteinander verbunden und auch wieder leicht voneinander gelöst werden können, um sie gegen Schneckenabschnitte anderer Funktion auszutauschen, ohne zur Demontage von einzelnen Schneckenabschnitten die gesamte Schnecke zerlegen und falls erforderlich überall neu abdichten zu müssen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt für Schnecken der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 definierten Art erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen dieser Ansprüche beanspruchten Merkmale.

Hierbei wird urter Beibehaltung des an sich bekannten Gedankens, die Zug- und Tcrsionskräfte von verschiedenen Konstruktionselementen aufnehmen zu lassen, deren Funktionen eindeutig abgrenzbar sind, die Verbindung der Schneckenabschnitte derart verwirklicht, daß mit geringem konstruktivem Aufwand wesentliche Vorteile sowohl in mechanischer und wartungstechnischer als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht erzielt werden können.

Durch Drehung der Spannhülse werden durch jeweils die zwei zu verbindenden Schneckenabschnitte über die in der zugeordneten Nut formschlüssig geführte Paßfeder axial zusammengezogen bzw. bei entgegengesetzter Drehung zwangläufig auseinandergedrückt.

Dabei ist aus dem Zusammenwirken der Paßfeder und der Gewindeverbindung ein selbsttätiges Nachstellen oder Lösen der Schraubverbindung unter der Einwirkung äußerer Torsionsbeanspruchungen ausgeschlossen und die Schraubverbindung gleichzeitig gesichert. Hierbei ist es auch wesentlich, daß die zum Lösen der Schraubverbindung zwischen den Schnekkenabschnitten aufzubringenden Kräfte unabhängig von den im Betrieb der Schneckenpresse an der Schnecke zuvor aufgetretenen Drehmomenten sind.

Bei der 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 verlängerbares Werkzeug mit dem inneren polygonalen Querschnitt der Spannhülse entsprechenden Querschnitt axial durch die Schnecke eingeführt wird und die zugeordnete Spannhülse in der vorgesehenen Richtung gedreht wird. Bei Bedarf ist jeder Schneckenabschnitt der Schnecke für sich allein lös- bzw. spannbar. Die einmal aufgebrachte Vorspannung zwischen den Schneckenabschnitten bleibt in Betrieb unabhängig von der Größe der durch Reibung oder Scherung auftretenden Beanspruchungen konstant.

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. Als radial wirksame Dichtungen in den Stirnflächen der Endabschnitte 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 Schneckenabschnitte.

Zur Vermeidung komplizierter Rohrführungen bei der Temperierung der Schnecke mit Kühlwasserzu- und -ableitungen, wie sie beispielsweise aus den US-PS 24 49 355 und 30 07 198 bekannt sind, können die Durchbrechungen der Spannhülsen und die Durchgangsbohrungen der Schneckenabschnitte mit einem im wesentlichen nur unter seinem eigenen Dampfdruck stehenden Wärmeübertragungsmittel teilweise gefüllt und in der Durchgangsbohrung Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Drahtwendel, zur Flüssigkeitsförderung in Richtung zur Schneckenspitze während der

Drehung der Schnecke vorgesehen werden.

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 vier austauschbaren Schneckenabschnitten,

Fig. 2 die Einzelheit einer Verbindung zweier SchneckenabschniUe,

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

Die in Fig. 1 dargestellte Extruderschnecke 1 besteht aus vier 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 Kunststoff 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 Schneckensteges 9. Hieran schließt sich ein der Homogenisierung dienender Schneckenabschnitt 5 mit einer Schneckenspitze 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 10 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 Fig.2 ist die Einzelheit einer Verbindungsstelle der Schneckenabschnitte 4 und 5 an einer Extruderschnecke nach F i g. 1 dargestellt, wobei der Schneckensteg 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 Endabschnitt 12 angeordneten Paßfeder 13, die in einer axialen Nut 14 im nabenförmig ausgebildeten Endabschnitt 11 verschiebbar ist, werden die Schneckenabschnitte 4, 5 beim Zusammenbau axial geführt und auch im Betrieb vor ίο 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 Ausiührungsbeispie! eine Spannhülse 15 vorgesehen, die am äußeren Umfang zwei durch einen gewindefreien Abschnitt 16 getrennte Außengewinde 17 und 18 entgegengesetzter Steigung aufweist. Die Spannhülse 15 wird, wie in Fig.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 4, 5 eindringende Schmelze radial ab, so daß die Montage und Demontage der Schneckenabschnitte 4, 5 ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden kann. Die Spannhülse 15 weist zum Zweck der Zugänglichkeit für Montagewerkzeuge eine axiale Durchbrechung 20 von sechseckförmigem Querschnitt auf. Sie läßt sich infolgedessen mit einem Sechskantschlüssel leicht im Löse- oder Spannsinn drehen, da die Spannhülse 15 über axiale Durchgangsbohrungen 21 und 22 in den jeweiligen Schneckenabschnitten 4,5 zugänglich ist. Die axialen Durchgangsbohrungen 21, 22 sind an der Schneckenspitze 6 und im Schreckenabschnitt 2, z. B. mit nicht dargestellten Stopfen, verschlossen.

In Fig.3 ist eine ähnliche Verbindung wie in Fig. 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 Verdrehsicherung 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 Gewindehülse 26 mit Außengewinde 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 Fig.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

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrteilige Schnecke für eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen, mit einem Schneckenschaft und austauschbaren Schnekkenabschnitten, deren einander zugeordnete Endabschnitte zapfen- und nabenförmig ineinandergreifen und jeweils durch ein Verbindungselement lösbar miteinander verspannt sind, das mit einem Außengewinde in ein Innengewinde in dem zapfenförmigen Endabschnitt einschraubbar und mit einem zweiten Außengewinde mit dem nabenförmigen Endabschnitt verspannbar ist, dessen zugehöriger Schnekkenabschnitt in Längsrichtung eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist, wobei die ineinandergreifenden Endabschnitte jeweils durch mindestens eine Formschlußverbindung mit einem in entsprechende Ausnehmungen der Endabschnitte eingreifenden Sperrglied gegen Relativverdrehung gesichert sind und wobei im Bedarfsfall in den Stirnflächen der Endabschnitte radial wirkende Dichtungen anbringbar sind, dadurch gekennzeichnet,

daß das Sperrglied der Formschlußverbindung aus einer in Längsnuten (14) der Endabschnitte (11, 12) einsetzbaren Paßfeder (13) besteht,
das Verbindungselement als Spannhülse (15) mit einer zentralen Längsdurchbrechung (20) mit polygonalem Querschnitt ausgebildet ist,
die beiden Außengewinde (17, 18) entgegengesetzte Steigungen aufweisen,

das zweite Außengewinde (17) in ein Innengewinde in dem nabenförmigen Endahschnitt (11) eingreift,
auch der den zapfenförmigen Endabschnitt (12) tragende Schneckenabschnitt (5) eine zentrale Durchgangsbohrung (21) aufweist und der Durchmesser der Durchgangsbohrungen (21, 22) der Schneckenabschnitte (4, 5) mindestens dem Durchmesser des das Polygon des Querschnitts der Längsdurchbrechung (20) der Spannhülse (15) umschreibenden Kreises entspricht.

2. Mehrteilige Schnecke für eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen, mit einem Schneckenschaft und austauschbaren Schnekkenabschnitten, deren einander zugeordnete Endabschnitte zapfen- und nabenförmig ineinandergreifen und jeweils durch ein Verbindungselement lösbar miteinander verspannt sind, das mit einem Außengewinde in ein Innengewinde in dem zapfenförmigen Endabschnitt einschraubbar und mittels einer ein Gewinde aufweisenden Gewindehülse in dem nabenförmigen Endabschnitt verspannbar ist, dessen zugehöriger Schneckenabschnitt in Längsrichtung eine zentrale Dur^hgangsbohrung aufweist, wobei die ineinandergreifenden Endabschnitte jeweils durch mindestens eine Formschlußverbindung mit einem in entsprechende Ausnehmungen der Endabschnitte eingreifenden Sperrglied gegen Relativverdrehung gesichert sind und wobei im Bedarfsfall in den Stirnflächen der Endabschnitte radial wirkende Dichtungen anbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied der Formschlußverbindung aus einer in Längsnuten (14) der Endabschnitte (11, 12) einsetzbaren Paßfeder (13) besteht, das Verbindungselement als Spannhülse (15') mit einer zentralen Längsdurchbrechung (20) mit polygonalem Querschnitt ausgebildet ist, die an ihrem dem Außengewinde (23) abgewandten Ende

einen Bund (24) aufweist, mit dem sie in eine erweiterte Axialbohrung (25) des nabenförmigen Endabschnitts (11) einsetzbar und dort durch die ein in ein Innengewinde des Endabschnitts (11) eingreifendes Außengewinde (26') aufweisende Gewindehülse (26) drehbar und axial begrenzt verschiebbar befestigbar ist und daß auch der den zapfenförmigen Endabschnitt (12) tragende Schneckenabschnitt (5) eine zentrale Durchgangsbohrung (21) aufweist und der Durchmesser der Durchgangsbohrungen (21,22) der Schneckenabschnitte (4, 5) mindestens dem Durchmesser des das Polygon des Querschnitts der Längsdurchbrechung (20) der Spannhülse (15') umschreibenden Kreises entspricht

3. Schnecke nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (21, 22) an der Schneckenspitze (6) und am schaftseitigen Ende durch Dichtungen verschließbar sind.