DE2352816A1

DE2352816A1 - Vorrichtung zum extrudieren

Info

Publication number: DE2352816A1
Application number: DE19732352816
Authority: DE
Inventors: Heung-Tai Kim
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1975-04-24

Description

"Vorrichtung zum Extrudieren"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren und insbesondere eine Transportschnecke für einen Extruder.

Bei der Herstellung von Erzeugnissen aus Kunststoffen wird der Werkstoff zunächst in den Schutt-Trichter des Extruders gefüllt und gelangt von dort zu der Transportschnecke für den weiteren Arbeitsvorgang. Die Transportschnecke weist einen Abschnitt auf, in dem der Werkstoff um einen vorbestimmten Betrag verschoben wird, ferner besitzt sie einen Übergangsbereich, in dem der Werkstoff erweicht bzw. bearbeitet wird, damit er von einem festen in einen geschmolzenen Zustand übergeht und schließlich ist ein Abmessteil oder dergleichen vorgesehen, durch den das geschmolzene Produkt zu dem die Auslassöffnung

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enthaltenden Ende des Extruders gelangt. Die Erfindung ist auf eine Verbesserung des Übergangsbereiches gerichtet, der eine ι einfache Einrichtung zum Bearbeiten des festen Kunststoffes bzw. Formmaterials aufweist, das behandelt wird und wo der feste Kunststoff mit größter Wirksamkeit in eine fließfähige ' Masse verwandelt wird, die vollständig erweicht ist und die \ ihrer Natur nach homogen ist. Bisher dachte man, es sei ι vor allem wünschenswert, Kunststoff dadurch zu bearbeiten, ; daß er in dem Zuführbereich und in dee Übergangsbereich einer

Bearbeitung unterzogen wird, wobei eine vorgegebene Menge ; der Wirkung einer kreisenden schneckenförmigen Zuführnut aus- ; gesetzt ist, die in ihrem Querschnittsbereich fortschreitend abnimmt, ohne daß eine Verbindung mit dem Arbeitsbereich

I zwischen der Nut und dem. tonnen- bzw. faßförmigen Teil be-

i steht.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß so viel wie möglich nicht erweichtes, festes Material einer Bearbeitung unter Berührungskontakt zwischen der Zuführnut und dem Bei arbeitungsbereich des tonnen- bzw. faßförmigen Teiles des ' j Extruders ausgesetzt wird. Es genügt nicht, nur den Querschnitts- ! _ 3 _

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bereich des festen Materials zu verringern und den Querschnittsf bereich der Schmelznut zu vergrößern, sondern besser ist es, dafür zu sorgen, daß das feste Material den Scherkräften des Extruders in starkem Maße wirksam ausgesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei Nuten vorgesehen sind, wobei die eine Nut dazu dient, um den festen Kunststoff zu fördern, ' während die zweite Nut den geschmolzenen Werkstoff transpor- ; tiert. Die Tiefe der ersten Nut nimmt allmählich ab. Die Menge . des dem Bearbeitungs- bzw. SchmelzVorgang an den Oberflächen ! des Extruders bzw. seines tonnen- oder faßförmigen Teiles ausge+· setzten Materials wird konstant gehalten, wobei das Material

der Bearbeitung am meisten dort ausgesetzt ist, wo der zweite ; Kanal, der das geschmolzene Material aufnimmt, in seinem Volumen größer wird, um sicherzustellen, daß das gesamte geschmolzene Material getrennt von dem festen, ungeschmolzenen Kunststoff zurückgehalten wird.

Gemäß der Erfindung wird die Benutzung einer sich drehenden

. Transportschnecke vorgeschlagen, die einen Teil mit zwei

ΐ schnecken- bzw. schraubenförmigen Gängen aufweist, die eine : erste und eine zweite Nut begrenzen. Die Breite der ersten Nut ist konstant, ihre Tiefe nimmt jedoch ab, um die Verringerung

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j Volumens des festen Materials zu fördern, während gleichzeitig dieses Material in maximaler Weise der Bearbeitung

ι an dem tonnen- bzw. faßförmigen Teil ausgesetzt ist und wobei

die zweite Nut in ihrem Querschnitt fortschreitend größer ! wird, damit sie das gesamte geschmolzene Material aufnehmen

kann, wenn es ihr von der ersten Nut zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht einer zum Extrudieren dienenden Vorrichtung ohne die Transportschnecke;

Fig. 2: verschiedene Teilstücke A-A, B-B, C-C, die in Längsrichtung fluchtend eine Seitenansicht der Transportschnecke ergeben;

Fig. 3ί eine abgebrochne Ansicht in größerem Maßstab von demjenigen Teil der Transportschnecke, an dem die erste Nut in die zweite Nut übergeht;

Fig. 4: eine Ansicht wie in Fig. 3 einer abgewandelten Ausführungsform einer Transportschnecke.

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In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, ist gemäß Fig. 1 eine Vorrichtung 11 zum Extrudieren dargestellt, die eine Grundplatte oder einen Ständer 1o aufweist. Die Vorrichtung 11 besitzt einen Schutt-Trichter 12, eine Kühleinrichtung 13 für einen Wasserumlauf oder ein ähnliches Kühlmedium sowie einen Extrudierkopf 17, ein Mundstück 18, sowie eine Übertragungseinrichtung 19, die durch geeignete Mittel angetrieben wird. Schließlich ist ein Zylinder 2o vorgesehen, in dem eine Transportschnecke gemäß Fig. 2 drehbar gelagert ist.

Die Transportschnecke ist in drei Bereiche unterteilt, einem Zufuhr- oder Transportteil, der von der Stelle 22 bis zur Stelle 23 reicht, einem Übergangsbereich von der Stelle 23 bis zur Stelle 24 und einem Meßbereich von der Stelle 24 bis zur Stelle 25, die das vordere Ende der Transpoftschnecke bildet. Der Meßbereich enthält zwei Gänge 26 und 28, während der Zuführ- oder Transportbereich einen einzigen, schraubenförmigen Gang 3o aufweist. Der Meßbereich kann andererseits aber auch mit nur einem einzigen Gang ausgerüstet sein.

In dem Übergangsbereich setzt sich der einzige Gang 3o des Zuführ- oder Transportteiles fort, dieser Gang spaltet sich aber an der Stelle 23 in zwei Ginge, einen ersten Gang 32

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und einen zweiten Gang 34. Die Führungsfläche 35 des ersten Ganges 32 wirkt mit der ablaufenden fläche 36 des zweiten Ganges 34 zusammen, wojidurch ein erstes Mittel bzw. eine erste schraubenlinienförmlge Nut bzw. ein Kanal 38 begrenzt wird. Die FUhrungsfläche 39 des zweiten Ganges 34 wirkt mit der ablaufenden Fläche 4o des ersten Ganges 32 zusammen und begrenzt somit ein zweites Mittel bzw. eine zweite schraubenlinienförmige Nut oder einen Kanal 42.

Die Höhe ¥ 1 der ersten Nut 38 ist konstant von der Stelle bis nahe an die Stelle 24, während die Tiefe d der Nut 38 von der Stelle 23 bis zur Stelle 24 allmählich abnimmt. Die Tiefe d wird dabei vom oberen Rand des Gewindeganges bis zum Boden des Gewindes gemessen. Die Höhe ¥ 2 der zweiten Nut steigt allmählich von der Stelle 23 bis zur Stelle 24 und ihre Tiefe d 2 nimmt ebenfalls in gleicher Weise derart zu, daß das Volumen bzw. der Querschnitt der zweiten Nut von der Stelle 23 bis zur Stelle 24 sich derart verändert, daß er fortschreitend anwächst. Der Unterschied bezüglich der Abmessung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang entspricht dem Betrag d 3 in der Weise, daß sichergestellt ist, daß das geschmolzene Material von dem ersten Kanal 38

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in den zweiten Kanal 42 fließt. Der erste Kanal 38 läuft in den zweiten Kanal 42 an der Stelle 24 aus, wobei der Spielraum bzw. der Verdichtungsraum zwischen der wirksamen Oberfläche des Kanals 38 an dieser Stelle und dem faß- bzw. tonnenförmigen Teil gleich dem Spielraum- bzw. Verdichtungsraum zwischen dem oberen Ende des Gewindeganges des ersten Gewindes und der Wand des faß- bzw. tonnenförmigen Teiles ist..

Wenn sich die Transportschnecke dreht, nimmt der Zuführ- und Transportteil zwischen den Stellen 22 und 23 das noch unbearbeitete Material auf, das in den Einfülltrichter 12 geschüttet wird und transportiert es in einem kompakten, noch unbearbeiteten Zustand zu dem Übergangsbereich. Die Führungsfläche 35 des ersten Gewindeganges 32 übt einen gleichmäßgen Druck auf das sich bewegende und bearbeitete Material j in der Weise aus, daß derjenige Teil des festen Materials, das \ mit den Wänden des Zylinders 2o in Berührung kommt, in die flüssige Phase übergeht und von dem verbleibenden Anteil des in der festen Phase befindlichen Materials weg in die zweite Nut bzw. in den zweiten Gewindegang 42 gelenkt wird. Der Abstand bzw. Verdichtungsraum zwischen dem oberen Teil des ersten Ganges 32 und dem tonnen- bzw. faßförmigen Teil ist größer als der Abstand bzw. Verdichtungsraum zwischen dem oberen

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Teil des Ganges 34 und tonnen- bzw. faßförmigen Teilx Dadurch wird der Abfluss des fließfähigen Materials in die zweite Nut 42 ermöglicht. Da die erste Nut ferner fortschreitend in ihrem Querschnitt bzw. in ihrem Volumen abnimmt, führt dies zu einer Verschiebung des noch in der festen

' Phase befindlichen Materials nach oben in Richtung auf die$ Zylinderwand. Die Gewindehöhe W 1 bleibt konstant, um so

; viel wie möglich noch in der festen Phase befindliches Material der Wirkung des erhitzten tonnen- bzw. faßförmigen Teiles auszusetzen, um eine Umwandlung des festen Materials in die flüssige Phase zu erreichen. Dadurch ist ein sehr großer Bereich der Wirkung des faß- bzw. tonnenförmigen Teiles ausgesetzt und die Transportschnecke fördert das geschmolzene Material schneller. Dieser Vorgang ist von Vorteil, da das

ι Endprodukt eine niedrigere Temperatur besitzt, wenn die

pro Einheit erforderliche Bearbeitungszeit wirkungsvoll und

kurz ist. Dies ist für den mit der Kunststoffherstellung be- ^; fassten Ingenieur wichtig, weil weniger Stabilisatoren bei

einem solchen Herstellungsverfahren benötigt werden. Durch den geringeren Anteil an zum Stabilisieren dienenden Material kann mit einer derartigen Einrichtung auch einfacher gearbeitet werden, weil das Material einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt ist, bei der noch eine vollkommene Erweichung

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und eine gründliche Durchmischung erfolgt. Zusätzlich führt eine derartige Durchmischung zu einer gleichmäßigeren Durchschnittsteirperatur über die ganze zum Extrudieren dienende Vorrichtung. Je mehr Material in den flüssigen Zustand übergeht, umso größer wird der Querschnitt der zweiten Nut 42, um eine Anpassung an die Phasenänderung zu bewirken. Während die Gewindehöhe W 1 konstant bleibt, wächst der Querschnittsbereich der zweiten Nut 42, wodurch eine maximale Wirksamkeit bei der Umwandlung des festen Materials in seine flüssige Phase erreicht wird und "wobei die beiden Phasen getrennt bleiben. Ein derartiges Schmelzen des festen Materials wird längs der Oberfläche des tonnen- bzw. faßförmigen Teiles zwischen seiner Wand und dem festen Bett des zu bearbeitenden Materials erreicht. Die Erhitzung des Materials wird ferner dadurch erhöht, daß eine Relativbewegung zwischen dem faß- bzw. tonnenförmigen Teil und der Transportschnecke erfolgt, wobei das Material einer Scherbeanspruchung unterworfen wird und einen Film bildet, der zu einem Abfluss des Materials in die zweite Nut 42 führt. Durch die Beibehaltung eines breiten festen Materialbettes, das dem Schmelxvorgang ausgesetzt ist, wird eine wirksame Vorrichtung zum Erweichen von festen polymeren Materials geschaffen, wobei der Energieverlust gering gehalten wird. Das derart erweichte Material wird ^l

durch den Übergangsbereich der Transportschnecke in den

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j Abmessteil geführt, der zwei Gänge 26 und 28 aufweist, die das Material durch das Mundstück 18 führen. Anstelle von zwei Gängen kann der Abmessteil auch einen einzigen, schrau-

benförmigen Gang aufweisen.

j Eine andere Ausführungsform der Transportschnecke ist in Fig.

^; dargestellt, wobei der erste Kanal 38 direkt in den zweiten

; Kanal 42 ausläuft, da der erste Gang 32 abrupt an der Stelle

j endet, wobei die Ganghöhe W 1 mit jeder Ganghöhe W 1 über-

einstimmt, die längs des Übergangsbereiches herrscht. Die Tie-

! fe des ersten Kanales 38 ist an dieser Stelle aber derart, j
daß das feste Material dem Erweichungsvorgang des tonnen- bzw.

faßförmigen Teiles, ausgesetzt ist, damit das feste Material

vollständig in die flüssige Phase übergeht. Der Kanal 38 besitzt einen konstant tiefen Teil an seinem tatsächlichen Ende · zwischen dea Punkten 51 und 52 gemäß Fig. 4, wodurch eine vollständige Erweichung des an dem Kanalende noch verbliebenen festen Material sichergestellt wird. Die Punkte 51 und 52 an j dem ersten Kanal 38 besitzten einen etwas geringeren radialen Abstand von der Drehachse der Transportschnecke als die äußere bzw. obere Oberfläche des Ganges 32. Die konstante Tiefe des Kanals 38 kann sich von dem Punkt 52 ein kurzes

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Stück in Richtung des wegströmenden Materials erstrecken, um eine vollkommene Erweichung des festen Materials sicherzustellen. Die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform ist im übrigen in deder. Beziehung gleich wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Verschiedene Abwandlungen können schließlich vorgenommen werden, ohne daß dadurch von dem grundsätzlichen Erfindungsgedanken abgewichen wird.

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Claims

Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Extrudieren bei der Bearbeitung von polymeren Werkstoffen, die einen Zylinder umfasst, der ein Mundstück an seinem Ende aufweist, in dem ferner eine Transportschnecke drehbar gelagert ist, um den plastischen Werkstoff bzw. den Kunststoff durch den Zylinder zu transportieren und ihn fortschreitend aus seiner festen Phase in eine flüssige Phase zum Extrudieren umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecke eine erste Einrichtung zur Ausübung eines kontinuierlichen Druckes auf das sich bewegende Kunststoffmaterial aufweist, daß eine zweite Einrichtung einstückig mit der Transportschnecke verbunden ist, um kontinuierlich das fortschreitend aus der festen Phase durch Kontakt mit dem Zylinder umgewandelte flüssige Material wegzuführen, wobei das flüssige Material von dem verbleibenden festen Material weggelenkt und nicht durch dieses hindurchgeführt wird und daß die erste Einrichtung eine Nut bzw. einen Gewindegang begrenzt, der eine gleichbleibende Gewindehöhe besitzt, um sicherzustellen, daß eine konstante Menge des sich noch in der festen Phase befindlichen, sich bewegenden Materials mit dem Zylinder in Kontakt kommt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Nut aufweist, die in ihrem Querschnitt bis zu dem Mundstück (18) fortschreitend größer wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut der ersten Einrichtung durch eine Führungsfläche eines ersten Gewindeganges und durch eine ablaufende Fläche eines zweiten Gewindeganges begrenzt wird, daß der erste Gewindegang einen größeren Abstand zwischen seinem obersten Randteil und einem faß- bzw. tonnenförmigen Teil aufweist als der oberste Randteil des zweiten Gewindeganges.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche der Nut der ersten Einrichtung am obersten Randteil des ersten Gewindeganges ausläuft, um einen Verdrängungsraum zu schaffen, der gleich Jenem Verdrängungsraum ist, der zwischen dem obersten Randteil des ersten Gewindeganges und dem besagten faß- bzw. tonnenförmigen Raum vorgesehen ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1- 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche der Nut der ersten Einrichtung einen Endteil begrenzt, mit dessen Hilfe ein Verdrängungsraum nahe bei dem Auslauf der ersten Einrichtung in die zweite Einrichtung an dem in Strömungsrichtung oberen Endstück geschaffen wird, das nahezu gleich dem Verdrängungsraum zwischen dem obersten Randteil des ersten Gewindeganges und dem faß- bzw. tonnenförmigen Teil ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Endteil der ersten Einrichtung zusammen mit der inneren Wand des tonnen- bzw. faßförmigen Teiles begrenzte Verdrängungsraum konstant ist über einen Teil der Länge der Nut der ersten Einrichtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen Zylinder mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung umfasst, wobei eine Transportschnecke drehbar in dem Zylinder gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecke einen ersten Gewindegang und einen zweiten Gewindegang aufweist, die zusammenwirken, um eine erste Nut sowie eine zweite Nut ζμ begrenzen, daß die zweite Nut in

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ihrem Querschnitt fortschreitend anwächst, daß die erste Nut in ihrem Querschnitt fortschreitend geringer wird, daß zwischen der äußeren Oberfläche des ersten Gewindeganges und dem Zylinder ein größerer Verdrängungsraum vorgesehen ist als zwischen der äußeren Oberfläche des zweiten Gewindeganges und dem Zylinder und daß die Tiefe der ersteh Nut abnimmt bis zu einem Naß bzw. Abstand, der gleich ist der Höhe des Verdrängungsraumes zwischen dem ersten Gang und dem Zylinder bzw. dem faß- oder tonnenförmigen Teil und daß die Weite bzw. Höhe der ersten Nut konstant ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen Zylinder mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung umfasst, wobei eine Toansportschnecke drehbar in dem Zylinder gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecke einen Transport- und Zuführteil, einen Übergangsbereich und einen Abmessteil umfasst, daß der Transportteil eine Einrichtung aufweist, um das polymere Material zu dem Übergangsbereich zu fördern, daß der Übergangsbereich Gewindegänge aufweist, um das Material zu dem Abmessteil zu transportieren, daß der Abmessteil Gewinde aufweist, um das polymere Material zur Auslaßöffnung zu transportieren, daß die Gewindegänge des Übergangs-

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bereiches aus einem ersten Gewindegang und einem zweiten Gewindegang bestehen, die eine erste Nut sowie eine zweite Nut begrenzen, daß die zweite Nut in ihrem Querschnitt fortschreitend anwächst von dem Transportteil bis zu dem Abmessteil, daß die erste Nut in ihrem Querschnitt fortschreitend abnimmt von dem Zuführteil bis zu dem Abmessteil, daß die Tiefe der ersten Nut bis nahe an den Abmessteil in ihrer Abmessung geringer wird bis zu einem Betrag, der gleich der Höhe des Verdrängungsraumes zwischen dem ersten Gang und dem faß- bzw. tonnenförmigen Teil ist und daß die Weite bzw. Höhe der ersten Nut konstant ist von dem Transport- bzw. Zuführteil bis zu einer Stelle nahe bei dem Abmessteil.

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