DE2537915A1

DE2537915A1 - Mischstufenvorrichtung fuer eine strangpresse fuer thermoplast

Info

Publication number: DE2537915A1
Application number: DE19752537915
Authority: DE
Inventors: Nickolas N Sokolow
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1974-08-26
Filing date: 1975-08-26
Publication date: 1976-03-11
Also published as: US3945622A; JPS5815303B2; FR2282991A1; GB1518346A; CA1036153A; DE2537915B2; DE2537915C3; FR2282991B1; JPS5184854A; IT1042028B

Description

Beloit Corporation
Beloit, Wisconsin 53511
Vereinigte Staaten von Amerika

Mischstufenvorrichtung für eine Strangpresse
für Thermoplast.

! Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Misch-
! stufen die in Strangpressen für Thermoplast verwendet werden.

Ein wohl bekanntes Problem beim Strangpressen von harzhaltigem
Thermoplast ist das Erreichen von zufriedenstellender gleichförmi-

■ ger Schmelze und Mischen der Partikeln oder Körner die der Strang-¹

■ presse zugeführt werden. Im allgemeinen umfassen solche Strang-

^; j

pressen eine hohle Trommel in der das Kunststoffmaterial zum I Plastifizieren erhitzt wird und ein Schneckengewinde mischt und ', '- fördert das Material nach einem Auslass der in eine Pressmatrize \ oder Düse mündet. Einige Körner mit hohem Molekulargewicht wider- j stehen oft dem Schmelzvorgang währenddem sie vorwärts durch i den erhitzten Durchgang innerhalb der Strangpresse getrieben wer- · den und deshalb werden verschiedene Schneckenarten vorgeschlagen, ,

■ um die Schmelzqualität zu verbessern, die öfters als Mischstufen
bezeichnet werden, um das Material zu bearbeiten und eine Abscherwirkung darauf einwirken zu lassen. Unter diesen Mischstufen

: gibt es solche die als Staukörperart bezeichnet werden. Die \ einfachste Ausführungsform dieser Mischstufenart besteht aus
einem Stauring. Ein ziemlich ausführliches Beispiel einer älteren
Ausführungsform dieser Art wird in der US Patentschrift

'. Nr. 3.486.192 gezeigt mit wechselweise geschlossenen Endnuten
oder -rinnen entlang der Mischstufe. Während durch solche Vorrichtungen das Durchmischen verbessert wird, verringern sie anderseits die Leistung wesentlich. Ein Hauptnachteil von solchen älteren
Vorrichtungen liegt darin, dass die festen Partikeln dazu neigen
sich stromabwärts entlang den Staukörpern einzulagern und einen

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zugestopften Zustand hervorrufen.

Gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mischstufe , die in einer Strangpresse für Thermoplast verwendet wird, eine drehbare Welle innerhalb einer hohlen Trommel zur Bildung eines ringförmigen Durchganges durch den das Thermoplast in Strangpressrichtung während dem Betrieb der Strangpresse hindurchtritt, wobei die Welle eine Anzahl von umkreisenden Stauringen umfasst die in axialem Abstand entlang der Welle voneinander angeordnet sind, und jeder Ring sich quer durch den ringförmigen Durchgang erstreckt und eine Anzahl von Bereichen umfasst die nachfolgend als Kaskadenbereiche bezeichnet werden die dazu geeignet sind einen Durchtritt hinter den Staukörperring nur für Thermoplastkörner unter einer bestimmten Grosse zu gewährleisten, wobei die Kaskadenbereiche von aufeinander folgenden Staukörperringen in Strangpressrichtung abgestuft sind, um nur Körner unter ^! allmählich kleiner werdenden Grossen hindurchtreten zu lassen.

'

Gemäss der vorliegenden Erfindung unterliegen die Körner, die zu gross sind, um durch die aufeinander folgenden Staukörper hindurchzutreten , einer dynamischen Durchmischung stromaufwärts von den Einschränkungsstaukörpern bis sie auf eine Grosse geschmolzen sind die einen Durchgang durch die Kaskadenbereiche dieser Staukörper erlaubt. Dieser Vorgang schreitet entlang der Mischstufe fort bis ein gründliches Plastifizieren des Kunststoffmaterials erreicht ist, ohne dass der Ablauf stillsteht.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand eines in Zeichnung dargestellten Aus-

: führungsbeispieles gemäss der vorliegenden Erfindung näher er- ; läutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Teillängsschnitt durch einen Teil einer Strangpresse ^: gemäss der vorliegenden Erfindung *_r

Figur 2 eine vergrösserte Teilansicht der Mischstufe entlang der Strangpresschnecke;

Figur 3 ein vergrösserter Teilschnitt entlang der Linie III-III der Figur 1;

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- 3 Figur 4 eine Abwicklungsansicht der Mischstufe; und

die Figuren 5 bis 8, Teilschnittansichten entlang den Linien V-V, VI-VI, VII-VII und VIII-VIII aus Figur 4.

Gemäss Figur 1 umfasst eine Strangpresse wie sie zum Einspritzen von fliessendem Kunststoffmaterial in eine Spritzgussmatrize verwendet wird eine hohle rohrförmige Trommel 10 mit einer zylindrischen Innenwand 11, innerhalb der eine Strangpresschnecke 12 mit einem oder mehreren Schneckengewindegangen 13 Kunststoffmaterial das der Trommel an einer angemessenen Stelle stromaufwärts von der Trommel zugeführt wird, nach einem Auslass mit verkleinertem Durchmesser oder Düsendurchgang 14 fördert. An einem angemessenen Punkt stromaufwärts von der Auslassöffnung befindet sich eine Entlüftungsöffnung 15 zum Abziehen von flüchtigen Bestandteilen aus der Trommel.

Ein dynamischer Kaskadenmischer der eine Mischstufenvorrichtung 17, umfasst befindet sich entlang einer angemessenen Länge der Schnekkenvorrichtung 12. Wunschgemäss befindet sich die Mischstufen- j

! vorrichtung 17 an dem Endteil der Schnecke 12 und kann aus einem j

; ι

! separaten Teil bestehen der daran befestigt ist oder kann einen !

j Teil mit der Welle der Schnecke 12 bilden. In jedem Fall bildet '

die Mischstufe 17 funktionsgerecht mit der Schnecke 12 einen Teil j und erhält das Kunststoffmaterial von dem vorderen Ende der | Spiralwindungsvorrichtung 13 der Schnecke. Während bis zu diesem > Punkt das Kunststoffmaterial weitgehend durchmischt und plastifiziert wurde, ist ein wesentlicher Teil von nicht plastifizieren ■ Körnern noch vorhanden und die Mischstufe 17 ist für die Beseiti- : ι gung von solchen Partikeln vorgesehen. Beim Vorwärtsbewegen entlang

j " I

der Mischstufe 17, muss das erhitzte Kunststoffmaterial durch , j eine Anzahl von Umfangsstauringen treten, in diesem Fall drei an der Anzahl 18, 19 bzw. 20, die in axialem Abstand voneinander entlang der Mischstufe angeordnet sind. Jeder der Stauringe hat vorz-ugsweise im wesentlichen denselben Aufbau und die Ringe können in gleichen Abständen entlang der Mischstufe 17 angeordnet sein obschon, wenn erwünscht unterschiedliche Abstände verwendet werden können. Jeder der Staukörperringe umfasst hohe Abscherkaskadenbereiche, so die Bereiche 21 auf dem Ring 18, die Bereiche 22 auf

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dem Ring 19 und die Bereiche 23 auf dem Ring 20. Sqwie am besten in den Figuren 3 und 4 gezeigt, hat jeder der Stauringe in einer -kennzeichnenden Anordnung drei in gleichem Abstand voneinander ange, ordnete Abscherkaskadenbereiche. Jeder der Abscherkaskadenbereiche; ist niedriger als der Rest der entsprechenden Stauringe, wobei volle Durchmesserbereiche 24 die Abscherbereiche voneinander trennen. Die Umfangsausdehnung der Abscherbereiche 21, 22 und 23 ■ ist grosser als die dazwischen liegenden Bereiche 24 der Stauringe'. ! Ein verbessertes Mischen sowie eine verbesserte Kunststoffvorwärts-

bewegung wird erreicht, indem die Stauringe 18, 19 und 20 eine schlangenlinienartige Form haben, wobei die Kaskadenbereiche 21, 22 und 23 da angeordnet sind was man als Umkehrlänge 25 der Stauringe bezeichnen kann (d.h. Teile der schlangenlinienartigen Ringe die das Thermoplast entgegen der Strangpressrichtung drücken

^! wenn die Welle sich dreht) und die dazwischen liegenden Bereiche 24 sind auf Förderlängen 27 vorgesehen die das Kunststoffmaterial

; vorwärts bewegen.

; Bei Betrieb der Strangpresschnecke 12, dreht sie sich in Richtung '■ des Pfeiles 28 gemäss den Figuren 2 und 4. Das Thermoplast wird ' demgemäss mit Hilfe der Schneckengänge 13 vorwärtsbewegt, _: so wie durch die Richtungspfeile 29 angedeutet, in Richtung der . Mischstufe 17. Entlang der Mischstufenvorrichtung 17, wird das Thermoplast durch die Abscherkaskadenbereiche 21, 22 und 23 hindurchgezwungen die von allmählich abgesetzten Tiefen sind und in den Stauringen 18, 19 bzw. 20 angeordnet sind, um Körner von allmählich kleiner werdender Grosse in Richtung der Kunststoff

I materialvorwärtsbewegung entlang der Mischstufenvorrichtung durch-,

treten zu lassen, wobei die dazwischen liegenden Stauringbereiche 24 einen Durchmesser haben der fast dem Durchmesser der Trommel- ; wand 11 (Figuren 3 und 5) entspricht und als Abstreicher dienen.

Die von den Bereichen 21, 22 und 23 gebildeten Kaskadenlücken

.1 nehmen in bezug aufeinander allmählich stromabwärts um ungefähr eine Hälfte ab. Zum Beispiel können in dem Ring 18 die Bereiche

; 21 solch eine Tiefe haben, dass mit der Trommelwand 11 ein Spalt von ungefähr 0,15 cm gebildet wird (Figuren 3 und 6) , während die Bereiche 22 in dem Ring 19 eine Tiefe haben die einen Spalt von ungefähr 0,076 cm bilden (Figur 7) und die Bereiche 23 in dem Ring 20 eine Tiefe die einen Spalt von ungefähr 0,038 cm

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bilden (Figur 8).

Geschmolzenes Thermoplast das entlang der Schnecke 12 in Richtung ' ! des ersten Stauringes 18 der Serie bewegt wird/ kann die Kaskaden-

j bereiche 21 im wesentlichen unbehindert durchqueren so wie von j den Richtungspfeilen 30 in Figur 2 angedeutet. Dagegen werden ungeschmolzene Partikeln die grosser als 0,15 cm sind von den Umkehrlängen 25 des Ringes 18 zurückgehalten so wie von den Richtungs- ! pfeilen 31 in Figur 2 angedeutet und werden rückwärts in die vor-

J ä

j wärtsbewegende Strömung des Thermoplastes getrieben, und bewegen i sich auf der stromaufwartigen Seite des Stauringes 18 solange bis

die übergrossen Partikeln genügend abgeschmolzen sind, um die *

Lücke durch die Kaskadenbereiche 21 durchqueren zu können. Durch \

! I

i die dynamische Antriebswirkung der Schneckengänge 13 und die I ! rückwärts gerichtete Wirkung der Umkehrlängen 25 des Stauringes 18, ! werden die übergrossen Partikeln in konstanter Bewegung gehalten j und werden nicht entlang der stromaufwärtigen Seite des Stauringes

18 in Stillstand geraten. ·

j j Thermoplast das hinter den Stauring 18 gelangt bewegt sich weiter ι in Richtung des Stauringes 19 welcher der nächste in der Serie . ist, und mit Ausnahme für ungeschmolzene Partikeln die in bezug Ϊ auf die Tiefe des Spaltes zu gross sind durch die Kaskadenbereiche , 22 und weiter über und hinter den Stauring 19, so wie von den , I Richtungspfeilen 32 in Figur 2 angedeutet. Partikeln die grosser ' sind als die Tiefe des Spaltes an den Kaskadenbereichen 22 werden • rückwärts , sowie von den Richtungspfeilen 33 in Figur 2 angedeutet, in das Material das sich in Richtung des Stauringes 19 bewegt, ; abgeleitet. Die Vorwärtsbewegung des Thermoplastes von dem Stauj ring 18 nach dem Stauring 19 wird durch die Antriebslängen 27 . ' des Stauringes 18 hervorgerufen sowie von den Richtungspfeilen ' 34 in Figur 2 angedeutet.

Ί Thermoplast das hinter den Stauring 19 gelingt, bewegt sich nach j dem letzten Stauring 20 in der Serie, wobei das plastifizierte Thermoplast sich weiter über die Kaskadenbereiche 23 bewegt, so wie von den Richtungspfeilen 35 in Figur 2 angedeutet, und Körner aus Kunststoff mit Übergrösse in bezug auf den Spalt, bewegen sich entlang dem Bereich 23 und werden rückwärts getrieben so wie von den Pfeilen 37 angedeutet und die Antriebslängen 27 des

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Ringes 19 rufen die Antriebskraft für das Thermoplast hervor. I ;Stromabwärts von dem Stauring 20 wird das Thermoplast weiter mit | !Hilfe der Antriebslängen 27 des Ringes 20 angetrieben, um sich j

!weiter nach und in den Auslass 14 zu bewegen. |

Mit der Anordnung der Stauringe 18, 19 und 20, wobei die aufeinanderfolgenden Abscherkaskadenbereiche nacheinander eine Spalttiefenabnahme haben, hält in Wirklichkeit jede Staustufe Partikeln eines vorbestimmten Grössenbereiches an dem Weiterbewegen an die nächste Stufe ab bis schliesslich die minimale Spaltweite des Ringes 20 '■ erreicht ist, wobei die absolut höchste Abscherwirkung und maximale Durchmischung entlang der Mischstufe 17 stattfindet. Dadurch wird
j ein Zustopfen der letzten Stufe verhindert sowie minimale Spalt- ;

j weitenabscherkaskadenbereiche.

!in jeder Stufe entlang dem Mischbereich 17, ruft die Einwirkung
': der Umkehrlängen 25 ein Zurückdrücken der festen Partikeln aus
j Thermoplast, die zu gross sind die zugeordneten Abscherkaskaden-

:bereiche zu durchqueren, in einer rhythmischen, pulsierenden Art j

ι und Weise hervor bis die zurückgedrückten Partikeln durch die '

Plastifxzierungseinwirkung der zugeführten Hitze verkleinert sind ;

und den Staukörper durchqueren können, um einer weiteren Grossen- ;

reduzierung in der nächsten Staustufe zu unterliegen. Diese ;

rhythmische pulsierende Einwirkung auf die übergrossen Partikeln \

in jeder Stufe tragen zur Durchmischung der Schmelze bei sowie ί

zur Vereinfachung der Plastifizierung des Materials. ■

ι · I

Die kürzeren Verbindungszwischenflügellängen 27 können als
Verlängerungen des Bewegungsschneckenflügels 13 der Schnecke 12
für das Hauptmaterial bezeichnet werden da die Flügellängen 27
dazu dienen das Thermoplast in der=seiben Richtung zu treiben
und wirken weitgehend in derselben Weise wie der Schneckenflügel
selbst. Die Vorwärtsantriebswirkung der Flügellängen 27 kann im
wesentlichen als Pumpwirkung bezeichnet werden die jeden massgebenden Verlust ausgleicht der durch die Filterwirkung der Abscherkaskadenbereiche in den verschiedenen Stufen entlang dem Mischbereich 17 hervorgerufen wird. Durch ihre wechselnde Beziehung ι auf die Umkehrlängen 25 ist das Durchmischen der Thermoplastschmelze durch die Flügel 27 kräftig und verhindert einen
Strömungsstillstand.

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ί ' Indem die schlangenlinienartigen Wellen der Stauringe 19 so ange-

: ordnet werden, dass die stromaufwartigen Spitzen an dem Ver- ι

bindungspunkt der Flügellängen 25 und 27 ungefähr gegenüber dem .

^; mittleren Punkt der Länge der Abscherkaskadenbereiche 21 des ;

I Ringes 18 angeordnet sind, wird die Strömung über die Bereiche !

ί 21 gespalten, wobei ein Teil der Strömung in Richtung der aus- ι

j gerichteten Bereiche 22 auf dem Ring 19 fliesst, sowie von dem !

■ i

; Richtungspfeil 38 in Figur 4 angedeutet, und ein Teil des Thermo- : plastflusses in Richtung der nächsten anliegenden ablaufenden Seitenabscherkaskadenbereiche 22 des Ringes 19, sowie von den Richtungspfeilen 39 angedeutet und vermischt sich mit dem ι Teil des Stromes, der von den Pfeilen 38 angedeutet wird, des , entsprechenden ablaufenden seitenanliegenden Bereiches 21. In ' derselben Art und Weise wird Thermoplast das über die Abscher- ^! kaskadenbereiche 22 tritt, gespalten und fliesst so wie von

den Richtungspfeilen 40 angedeutet, um einen Teil der Strömung : in Richtung der ausgerichteten Abscherkaskadenbereiche 23 i des Stauringes 20 zu bewegen, währenddem ein anderer Teil des Stromes sich nach und mit dem Strom von dem Abscherbereich 22

'- i

an der ablaufenden Seite vermischt, sowie von den Richtungspfeilen'

^: 41 angedeutet. Solch eine Wiederverteilung des vorwärtsbewegenden \

Thermoplastes verbessert die Durchmischung wesentlich. ;

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Claims

' - 8 —

PATENTANSPRUECHE.

[l) Mischstufenvorrichtung für eine Strangpresse für Thermoplast die eine Welle umfasst die drehbar innerhalb einer hohlen Trommel !angeordnet ist, um einen kreisförmig eingeteilten Durchgang zu bilden den das Thermoplast in Strangpressrichtung durchquert während jdem Betrieb der Strangpresse, wobei auf der Welle Staukörper jangeordnet sind die einen Durchtritt hinter die Staukörper nur für Partikeln aus Thermoplast unter einer bestimmten Grosse gewähr- |leisten,dadurch gekennzeichnet, dass die Staukörper eine Anzahl jvon Stauringen (18, 19, 20) umfassen, die in axialem Abstand i «voneinander die Welle umkreisen, wobei jeder Ring sich querdurch jden ringförmigen Durchgang erstreckt und eine Anzahl von Kaskaden- !bereichen (21, 22, 23) umfasst die dazu geeignet sind nur Durchtritt hinter den Ring für Partikeln unter einer bestimmten Grosse zu ge- ; !währleisten, und dass die Kaskadenbereiche von aufeinanderfolgenden Stauringen in Strangpressrichtung abgestuft sind, um nur Partikeln

,unter allmählich kleiner werdenden Grossen durchtreten zu lassen.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kaskadenbereiche (21·, 22, 23) auf jedem Stauring (18, 19, ßO) durch dazwischen liegende Abstreichbereiche (24) auf dem Ring voneinander getrennt sind die sich bis zur inneren Wand (11) der hohlen Trommel erstrecken, um Thermoplast in Strangpressrichtung durch die auf dem Ring angeordneten Kaskadenbereiche zu zwingen.
3. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kaskadenbereich (21, 22, 23) einen Bereich querdurch einen Teil des Umfanges des Ringes (18, 19, 20) umfasst der radial versetzt ist, um einen Spalt zwischen dem Ring und der inneren Wand (11) der hohlen Trommel (10) zu bilden, wobei die radiale Tiefe des Spaltes die maximale Grosse der Partikeln festlegt die durch den Kaskadenbereich hindurchtreten können♦
4. Mischvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stauring (19, 20) der stromabwärts in bezug auf einen anderen, stromaufwartigen, Ring angeordnet ist, Kaskadenspalte hat von im wesentlichen der halben Tiefe der Kaskadenspalten dieses stromaufwärtigen Ringes.

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5. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch i gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei Stauringe (18, 19, 20) j umfasst.
6. Mischvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn- [ zeichnet, dass die Stauringe (18, 19, 20) eine Vorrichtung (27) j umfassen die eine Pumpwirkung hervorruft die dazu neigt das Thermoplast innerhalb der hohlen Trommel (10) in Strangpressrichtung ·

zu drücken. j
7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass : jeder Stauring (18, 19, 20) eine schlangenlinienartige Form hat, j so dass wechselweise Umfangsbereiche (25, 27) des Ringes dazu j neigen, wenn der Ring sich mit der Welle in Betriebsrichtung
dreht, das Thermoplast in Strangpressrichtung bzw. entgegen
die Strangpressrichtung zu drücken, wobei die Kaskadenbereiche
(21, 22, 23) an den Bereichen (25) des Ringes angeordnet sind
die dazu neigen das Thermoplast entgegen die Strangpressrichtung
zu drücken.
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
[die Wechselbereiche (25, 27) von jedem schlangenlinienartigen

Ring an Spitzen aufeinandertreffen die wechselweise stromaufwärts
j und stromabwärts gerichtet sind , und wobei die stromaufwärts

!gerichteten Spitzen von jedem Ring (19, 20) stromaufwärts von

■ denen ein unterer Ring angeordnet ist, gegenüberliegend den Kaskadenbereichen (21, 22) des zugeordneten stromaufwärtigen Ringes
j angeordnet sind, in Strangpressrichtung betrachtet.

j
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

■ die stromaufwärts gerichteten Spitzen im wesentlichen mit den

Mittelpunkten der Kaskadenbereiche (21, 22) des stromaufwärtigen
: Ringes ausgerichtet sind, in Strangpressrichtung betrachtet.

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10. Mischvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9,dadurch gekenn-.

; zeichnet, dass die Strangpresse für Thermoplast eine Strangpressschnecke (12) umfasst die drehbar innerhalb einer Strangpresstrommel (10) angeordnet ist, wobei die Mischvorrichtung (17)
stromabwärts von der Strangpresschnecke (12) angeordnet ist.

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ll. Mischvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ dass die Welle der Mischvorrichtung, die die Stauringe (18, 19, 20) trägt an der Strangpresschnecke (12) befestigt ist oder mit j derselben einen Teil bildet, um mit derselben zu drehen, wobei die hohle Trommel, in der die Welle der Mischvorrichtung dreht, eine Verlängerung der Strangpresstrommel (11) ist.

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