DE2516376A1

DE2516376A1 - Extruder fuer hochmolekulare stoffe

Info

Publication number: DE2516376A1
Application number: DE19752516376
Authority: DE
Inventors: Yukio Tamura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-10-23
Also published as: GB1510533A; JPS50134068A; JPS5419908B2; DE2516376B2; DE2516376C3; US4007922A

Description

PATENTANWÄLTE 2516378

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND TELEX: Oi 29 802 HNKL D c η I I Δ R Γ> ST¹HVIm STRASSF ° WECHSELBANKMCNCHENNr 318-SfIII

„..„,,, „,. ,„.. „„,«,, ₉₂ bUUARU-StnMlU M11A3SC . DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

TELEFON. (0 89) 66 319,. 66 30 91 - 92 D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 162147 . SW) TELEGRAMME: Π I IPSOID MÜNCHEN

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Extruder für hochmolekulare Stoffe

Die Erfindung betrifft einen Extruder für das Extrudieren von hochmolekularen Stoffen, wie Gummi bzw. Kautschuk und Kunststoffe. Der Extruder kann beispielsweise einen Teil einer Spritzgußmaschine ο.dgl. bilden.

Bei einer einachsigen Extrudiervorrichtung für Kunststoffe und dgl. ist es äußerst wichtig, ein Kunstharz vollständig bzw. gründlich durchzukneten. Zur Erzielung eines ausreichenden Knetgrads sind daher bereits verschiedene Knetmechanismen vorgeschlagen worden, wie sie z.B. in den Fig. 1 bis 3 dargestellt sind. Wie aus diesen Figuren und insbesondere aus den Querschnittsansichten der Knetmechanismen hervorgeht, besitzen die vom Kunstharz durchflossenen Räume unabhängig von der Winkelstellung der Schnecke während ihrer Drehung eine stets gleichbleibende Konfiguration. Infolgedessen dreht sich das Kunstharz in der Schnecke einheitlich mit dieser mit, und die Kunstharzmasse wird nur einer geringen Verformung unterworfen. Die bisher angewandten Knetmechanismen sind daher mit dem Nachteil behaftet, daß sie keine starke Scherwirkung auf die Kunstharzmasse ausüben und die erreichte Knetwirkung daher gering ist.

Ke/Bl/ro -

509843/0847

2516378

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Extruders mit einer verbesserten Kneteinrichtung, welche auf konstruktiv einfache Weise eine erheblich verbesserte Knetwirkung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Extruder mit einer Schnecke und einem Zylinder erfindimgsgemäß dadurch gelöst, daß die Schnecke einen Knetteil mit einer von der Querschnittsform der restlichen Schnecke abweichenden Querschnittsform und der Zylinder einen Knetteil aufweist, dessen Querschnittsform von derjenigen des restlichen Zylinders abweicht und welcher dem Knetteil der Schnecke gegenüberliegt, und daß die Querschnittsformen der beiden Knetteile so gewählt sind, daß der Abstand zwischen einem Punkt auf dem Umfang des Knetteils der Schnecke und dem nächstgelegenen Punkt auf der Innenfläche des Zylinders, in Radialrichtung gemessen, während der Drehung der Schnecke im Zylinder variiert.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Extruder in mindestens einer Stufe mit einem Knetabschnitt versehen, welcher einen Abschnitt an einer Innenfläche des Zylinders aufweist, deren Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung des Zylinders eine mehreckige Form besitzt und welcher in Axialrichtung verläuft, wobei ein diesem Innenflächenabschnitt des Zylinders gegenüberliegender Abschnitt der Schnecke senkrecht zur Axialrichtung eine mehreckige Form besitzt und sich in Axialrichtung erstreckt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 im wesentlichen schematische Darstellungen verschiedener bisher angewandter Knetmechanismen bei Extrudern für hochmolekulare Stoffe,

509843/0847

Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips des Knetmechanismus gemäß der Erfindung,

Fig. 6(1) einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6(2) einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 6(1),

Fig. 7 Beispiele für verschiedene Querschnittsformen de s Kne tab s chni tts,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Teil einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9(1) einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 8, Fig. 9(2) einen Schnitt längs der Linie IX'-IX¹ in Fig. 8, Fig. 9(3) einen Schnitt längs der Linie IX"-IX" in Fig. 8,

Fig.1O(i) eine Längsschnittansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig.10(2) einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 10(1).

Die Fig. 4(1) bis 4(3) sowie 5(1) und 5(2) sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Zylinder 1 und eine im Zylinder 1 drehbar angeordnete Schnecke 2 vorgesehen sind. Zylinder 1 und Schnecke 2 besitzen im Querschnitt, d.h. senkrecht zur Axial- oder Achsrichtung, eine mehreckige Form, wobei gemäß Fig. 4(1) zwischen Innenwandfläche des Zylinders 1 und Außenwandfläche

509843/0847

der Schnecke 2 ein Zwischenraum bzw. Spalt S gebildet wird. Dieser Spalt S dient als Durchgang für das unter Kneten zu extrudierende Kunstharz, und da sich die Form dieses Spalts S bei der Drehung der Schnecke gemäß Fig. 4(2) und (3) zur Form S¹ und weiter zur Form S" ändert, wird die in den Knetabschnitt eingespeiste Kunstharzmasse bei der Drehung der Schnecke 2 zwangsläufig verformt, d.h. durchgeknetet. Wenn Zylinder 1 und Schnecke 2, wie bei der dargestellten Ausführungsform, beispielsweise einen sechseckigen Querschnitt besitzen, wird die Kunstharzmasse bei jeder Umdrehung der Schnecke 2 sechsmal zwangsweise verformt. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform der Winkel ß zwischen einem die Schnekke 2 umschreibenden und vom Zylinder 1 umschriebenen Kreis a und einer Konturlinie b gemäß Fig. 5(2) wesentlich kleiner als der Winkel ot bei der herkömmlichen Vollgangschnecke (full flight screw) gemäß Fig. 5(1), so daß das Kunstharz in den keilförmigen Raumteil zwischen der Innenwandfläche des Zylinders 1 und der Außenwandfläche der Schnecke 2 eintritt und einer starken Scherwirkung unterworfen wird, wodurch das Kunstharz zufriedenstellend durchgeknetet wird.

In Fig. 6(1) und (2) ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen Zylinder 1, eine Schnecke 2 und einen Knetabschnitt 3 aufweist. Die Querschnittsform, d.h. die Konfiguration eines Querschnitts senkrecht zur Axialrichtung, des sich in Axialrichtung über eine Strecke 1 erstreckenden Abschnitts der Innenfläche des Zylinders 1 besitzt dabei eine Mehreckform, nämlich bei der dargestellten Ausführungsform eine Sechseckform. Der Querschnitt des sich über die Strecke 1 erstreckenden Teils der Schnecke 2, welcher dem Knetteil der Innenfläche des Zylinders 1 praktisch gegenüberliegt, ist ebenfalls mehreckig, d.h. sechseckig ausgebildet, und zwischen diesen Sechseckabschnitten wird der Knetabschnitt 3 gebildet. Obgleich der Knetabschnitt 3 bei der dargestellten Ausfüh-

509843/0847

rungsform in nur einer Stufe vorgesehen ist, kann er ersichtlicherweise in Axialrichtung des Zylinders 1 in mehreren Stufen angeordnet bzw. in mehrere Stufen unterteilt sein.

Bezüglich der Querschnittsformen der Knet ^teile von Zylinder 1 und Schnecke 2 sind verschiedene Konfigurationen möglich, für welche in den Fig. 7(1) bis 7(A-) einige Beispiele veranschaulicht sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 und Fig. 9(1) bis 9(3) unterscheidet sich insofern von der Ausführungsform gemäß Fig. 6(1) und 6(2), als im Durchgang für das Kunstharz zwischen Zylinder 1 und Schnecke 2 im Knetabschnitt ein Damm bzw. eine Verengung vorgesehen ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 10(1) und 10(2) unterscheidet sich dagegen dadurch von den anderen Ausführungsformen, daß der Knetteil der Schnecke 2 im Knetabschnitt 3 gemäß Fig. 1O(1) wendelförmig gedrallt ist, so daß der Knetteil eine Steigung erhält.

Im Betrieb der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Extruder wird die in den Knetabschnitt 3 eingeführte Kunstharzmasse einer zwangsweisen Verformung bzw. Durchknetung unterworfen, während sie infolge der Drehbewegung der Schnecke 2 den Knetabschnitt 3 durchläuft. Durch diese Verformung wird eine gleichmäßige, starke Scherbeanspruchung auf die gesamte Kunstharzmasse ausgeübt. Diese Bearbeitung führt neben der durch eine Relativbewegung zweier Ebenen einer Schnecke bei der herkömmlichen einachsigen Extrudiermaschine hervorgerufenen Scherwirkung auch zu einer Schlagwirkung, ähnlich wie beim "Kuchenteigschlagen".

Wenn die Querschnittsformen von Zylinder 1 und Schnecke 2 im Knetabschnitt 3 mehreckig sind, wird eine Verlagerung des Kunstharzes zur Seite des Zylinders 1 oder zur Seite

509843/0847

der Schnecke 2 hin in bezug auf den diese Mehrecke umschreibenden und davon umschriebenen Kreis hervorgerufen, wodurch die Knetwirkung weiter begünstigt wird.

Bei den dargestellten Extrudern wird während des Knetvorgangs eine gleichmäßige, starke Scherbelastung auf die gesamte Kunstharzmasse ausgeübt, so daß die Knetwirkung im Vergleich zu den Vorrichtungen gemäß den Fig. Λ bis 3 erheblich verstärkt v/erden kann. Da keine lokale Wärmeerzeugung auftritt, wird die Temperatur des Kunstharzes ebenfalls vergleichmäßigt, was zu einer ausgezeichneten Dispersion des Kunstharzes führt. Folglich läßt sich ein praktischer Nutzeffekt dahingehend erreichen,daß ein Extrudieren von Kunstharz in hoher Austragmenge möglich wird.

Wenn das Kneten zudem dann angewandt wird, wenn eine feste Grundlage bzw. eine feste Konsistenz aufgebrochen und ungeschmolzenes Kunstharz in ein geschmolzenes Kunstharz eingemischt wird, kann ebenfalls eine beträchtliche Wirkung erwartet werden. Wenn weiterhin Vorkehrungen dafür getroffen sind, daß ein Kunstharz, das vorher gleichmäßig bis nahe an seinen Schmelzpunkt heran erwärmt worden ist, in den Knetabschnitt des erfindungsgemäßen Extruders eingespeist wird, d.h. beim Extrudieren von vorgewärmten Stoffen, wird darüber hinaus ein weiterer Vorteil dahingehend erzielt, daß die Knetwirkung noch weiter verbessert wird.

509843/0847

Claims

Patentansprüche

.^ Extruder mit einer Schnecke und einem Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) einen Knetteil mit einer von der Querschnittsform der restlichen Schnecke abweichenden Querschnittsform und der Zylinder (1) einen Knetteil aufweist, dessen Querschnittsform von derjenigen des restlichen Zylinders abweicht und welcher dem Knetteil der Schnecke gegenüberliegt, und daß die Querschnittsformen der beiden Knetteile so gewählt sind, daß der Abstand zwischen einem Punkt auf dem Umfang des Knetteils der Schnecke (2) und dem nächstgelegenen Punkt auf der Innenfläche des Zylinders (1), in Radialrichtung gemessen, während der Drehung der Schnecke im Zylinder variiert.
2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knetteil der Schnecke (2) und der Knetteil des Zylinders (1) jeweils einen mehreckigen Querschnitt besitzen.
3. Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Knetteil der Schnecke (2) und der Knetteil des Zylinders (1) jeweils einen sechseckigen Querschnitt besitzen.

509843/0847