DE2541586A1

DE2541586A1 - Einschneckenpresse zur kunststoffverarbeitung

Info

Publication number: DE2541586A1
Application number: DE19752541586
Authority: DE
Inventors: David Julian Smith
Original assignee: Egan Machinery Co
Current assignee: Egan Machinery Co
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1976-05-26
Also published as: JPS5165171A; DE2541586B2; US3929323A; JPS5244902B2; GB1497094A

Description

EGAN HiCHINSRY COIiPAIiY, South Adamsville Road, Somerville, N.J, (V.St.A.)

Einschneckemoresse zur Kunststoffverarbeitung

Die Erfindung betrifft eine Einschneckenpresse zum Verarbeiten von heißschmelzendem Kunststoff material, welches während der Verarbeitung klebrig wird.

Einschneckenpressen oder -extruder dieser Art werden zum Extrudieren von Kunststoffen verwendet. Kunststoffe, wie Polyäthylen und Polypropylen, lassen sich in Form von Pellets oder Granulat üblicherweise befriedigend in eine Einschneckenpresse durch eine einfache, die Schwerkraft ausnutzende Zuführeinrichtung, wie einen Trichter, einfüllen, wobei das Material durch eine Zufuhröffnung in der Extrudertrommel eingegeben wird. Dort wird das Mate-

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rial dann durch, die rotierende Ext ruder schnecke erfaßt und durch die Schnecke in Richtung auf das Ausgabeende des Extruders gefördert. Auf diesem Weg schmilzt das Material und wird gemischt.

Bestimmte Kunststoffe jedoch, unter denen sich Materialien oder Materialmischungen "befinden, die etwas unbestimmt als "Heißschmelzmaterialien" bezeichnet werden, bereiten beträchtliche Schwierigkeiten, wenn man versucht, diese Materialien durch einen Trichter und eine Zuführöffnung einzugeben und dann mittels der Extruderschnecke von der Zuführöffnung in Richtung auf das Ausgabeende der* Trommel zu führen. Unter der Bezeichnung "heißschmelaende Materialien" werden dabei Kunststoffe oder Mischungen von Kunststoffen verstanden, die bei normaler Raumtemperatur in Form fester Partikel vorliegen und durch Wärme und/oder mechanische Bearbeitung im Extruder in einen geschmolzenen Zustand gebracht werden können. Außerdem bezeichnet der Ausdruck "heißschmelzende Materialien" solche, die bei normaler Raumtemperatur flüssig sind, oder aber auch Mischungen derartiger Flüssigkeiten mit den vorstehend genannten festen Partikeln, welche in einem Einschnecken-Kunststoffextruder verarbeitet werden sollen. Die heißschmelzenden Materialien können bei normaler Raumtemperatur klebrig oder aber auch nicht-klebrig sein, jedoch werden sie samt und sonders klebrig, worin Wärme zugeführt wird und die mechanische Bearbeitung beginnt. Diese Klebrigkeit bereitet beträchtliche Schwierigkeiten beim Fördern der heißschmelzenden Materialien vonder Zuführöffnung des Extruders in Richtung zum Ausgabeende der Trommel. Diese FörderSchwierigkeit isb, wie man annimmt, darauf zurückzuführen, daß die heiße Schmelze an der rotierenden

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Schnecke anhaftet, anstatt durch diese vorwärtsgefördert zu werden.

Eine andere Schwierigkeit beim Fördern tritt auf, wenn heißschmelzende Mischungen Komponenten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten enthalten. Diejenige Komponente oder diejenigen Komponenten mit niedrigem Schmelzpunkt schmelzen vor den Komponenten, welche einen höheren Schmelzpunkt aufweisen, und kleben an der Schnecke an, anstatt durch diese vorwärtstransportiert zu werden. Hierdurch entsteht ein Materialpfropfen in der Trommel unmittelbar hinter der Zuführöffnung, wodurch das Weiterfördern der Heißschmelze behindert oder aber sogar verhindert wird.

Beispiele von heißschmelzenden Materialien, die sich bisher nur mit größten Schwierigkeiten in Einschneckenpressen extrudieren ließen, sind in der US-PS 3 592 beschrieben. Heißschmelzende Materialien dieser Art sind bei normaler Raumtemperatur leicht klebrig und weisen wenigstens eine Mischungskomponente auf, deren Schmelzpunkt beträchtlich niedriger liegt als derjenige der Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt. Die Erfindung beschäftigt sich'mit der erfolgreichen Verarbeitung von heißschmelzenden Materialien dieser Art, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern läßt sich auch befriedigend dazu verwenden, heißschmelzende Materialien der weiter oben definierten Art zu verarbeiten Mit anderen Worten, das heißschmelzende Material kann bei Raumtemperatur entweder klebrig oder aber auch nicht klebrig sein. Auch kann es eine Komponente enthalten oder aber auch nicht enthalten, die einen nie-

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drigeren Schmelzpunkt aufweist als eine andere Komponente.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, das Fördern eines heißschmelzenden Materials von der Zufuhröffnung in Richtung auf das Ausgabeende der Trommel zu verbessern, indem verschiedene Kombinationen von Trommel- und Schnekkentemperaturen gewählt und außerdem unterschiedliche Schnecken- und Trommelformen verwendet wurden, jedoch mit begrenztem Erfolg. In einigen Fällen ließ sich ein Fördern erreichen, wobei jedoch die Zuführung ungleichmäßig wurde. Dies wiederum erforderte nicht akzeptierbare Schwankungen im Durchsatz des Extruders.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einschneckenextruder der eingangs genannten Art zu schaffen, der die zufriedenstellende, kontinuierliche Zufuhr von Materialien gestattet, die bisher nur mit großen Schwierigkeiten oder aber überhaupt nicht zugeführt und im Extruder gefördert werden konnten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einschnecken presse der genannten Art gelöst, welche gekennzeichnet ist durch ein Zuführabschnittgehäuse mit einer damit verbundenen Extrudertrommel und einer Bohrung, die sich durch das Gehäuse und durch die Extrudertrommel erstreckt; Einrichtungen, welche Einlasse und Auslässe bilden, die mit dem Zuführende bzw. mit dem Ausgabeende der Bohrung kommunizieren; eine drehbar in der Bohrung angeordnete Extruderschnecke, welche einen materialverarbeitenden, spiralförmigen Schraubengewindeabschnitt in der Extrudertrommel sowie einen spiralförmigen Flügelsehnecken-Zuführabschnitt zwischen dem zur Verarbeitung dienenden

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Schraubgewindeabschnitt und der Zuführöffnung aufweist und mit der Wandung der Bohrung einen Laufspielraum zum Zuführen des Materials von der Zufuhröffnung zur materialverarbeitenden Schneckenschraube aufweist; eine Hilfszuführschnecke, welche in dem Gehäuse mit zu der Achse der Extruderschnecke paralleler Drehachse gehalten ist und eine spiralförmige Nut aufweist, deren Steigung umgekehrt zu derjenigen des spiralförmigen Zuführ-Flügelschneckenabschnittes der Extruderschnecke ist und damit kämmt; und eine Einrichtung zum antriebsmäßigen Verbinden der Extruderschnecke mit einer Antriebsvorrichtung, v/obei zwischen der Hilfszuführschnecke und dem Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke Antriebskontakt besteht, die Hilfszuführschnecke allein durch den Zuführ-Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke in entgegengesetzter Richtung zur Extruderschnecke drehbar angetrieben ist und der Zuführ-Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke und die Hilfszuführschnecke zusammenwirkend das Material von der Zuführöffnung zum materialverarbeitenden Abschnitt der Extruderschnecke fördern .

Durch die Erfindung werden also die bisher bestehenden Schwierigkeiten dadurch behoben, daß von der Zufuhröffnung der Einschneckenpresse ein positiver Transport vorgesehen ist, wodurch also das heißschiselzende Material von der Zuführöffnung in Richtung auf das Ausgabeende des Extruders zwangsweise gefördert wird. Dies wird erreicht durch die Hilfszuführschnecke, die mit ihrer Achse parallel zur Extruderschnecke liegt und mit der Extruderschnecke kämmt. Die Hilfs-Zuführschnecke erstreckt sich von einer hinter der Zuführöffnung gelegenen Stelle in Richtung auf das Ausgabeende des Ex-

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truders. Die Hilfszufuhrschnecke ist nicht von außen her angetrieben, sondern wird in entgegengesetzter Drehrichtung zur Extruderschnecke durch die Extruderschnecke selbst angetrieben, indem ein zahnradähnlicher Kämmkontakt zwischen der Extruderschnecke und der Hilfszuführschnecke gewährleistet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Ig. 1 einen Teillängsschnitt durch den Zuführabschnitt einer Einschneckenkunststoff presse nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von 1

Fig. 3 eine Enddarstellung der Hilfszuführschnecke; und

Fig. 4- eine Seitendarstellung eines Teiles der Hilfszuführschnecke.

Wie Fig. 1 zeigt', weist ein Zufuhr abschnitt 10 einer Einschneckenkunststoff presse (Extruder) ein Gehäuse 11 mit einer Trommel 11a auf, in deren Bohrung 12 eine Extruderschnecke 13 drehbar angeordnet ist. Die Extruderschnecke 13 wird auf herkömmliche Weise, nicht gezeigt, gedreht, ivobei die entsprechenden Einrichtungen an einem Schneckenfortsatz 14 angreifen. Am Ausgabeende des Gehäuses 11

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des Zuführabschnittes "befindet" sich eine Extrudertrommel 15, die in einer Ausgabeöffnung ausläuft, beispielsweise in Form eines bekannten Extruderkopfes, der dann in der Zeichnung links läge, aber nicht dargestellt ist.

Am Zuführende des Gehäuses des Zufuhrabschnittes befindet sich eine Zufuhröffnung 16, die sich vertikal nach oben senkrecht zur Achse der Schnecken erstreckt. Der die Zuführöffnung bildende Abschnitt des Gehäuses des Zuführabschnittes ist zur Zuführung von Kühlflüssigkeit, beispielsweise in Form von Durchlässen I7, ummantelt. Der die Extruderschnecke umgebende Abschnitt des Gehäuses 11 des Zuführabschnittes ist, beispielsweise in Form von Durchlässen 18, zu Kühl- oder Heizzwecken, wie gewünscht, ummantelt.

Die Extruderschnecke I3 weist an ihrem vorderen oder Ausgabeende herkömmliche, spiralförmige Förderflächen

19 zur Materialbearbeitung auf, welche im Trommelabschnitt des Extruders angeordnet sind. Die Form dieser Flachen kann so ausgelegt sein, daß in bekannter Weise das Fördern, Schmelzen und Mischen der jeweiligen Materialien optimiert wird. Am rückwärtigen Ende der Förder- und Verarbeitungsflächen 19 und zwischen diesen Flächen und der Rückseite der Zuführöffnung 16 weist die Extruderschnecke spiralförmige Zuführflächen

20 auf, welche bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Gewinde mit doppelter Steigung sind, mit zylindrischen oberen Abschnitten 20a und konvexen Flanken 20b, wobei aber auch andere Flächen oder Flügel mit Mehrfachsteigung verwendet werden können. Eine spiralförmige Dichtschraube 21 kann am hinteren Abschnitt der Schnecke vor-

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gesehen sein, um zu verhindern, daß Material durch den hin teren Abschnitt des Zuführabschnittes ausleckt. Parallel zu dem die Zuführflächen 20 aufxveisenden Abschnitt der Extruderschnecke und entlang eines wesentlichen Teiles dieses Abschnittes erstreckt sich eine Hilfszuführschnecke 22. Die Hilfszufuhrschnecke weist spiralförmige Nuten auf, deren Steigung umgekehrt zur Steigung der Spirale der Zuführflächen 20 verläuft und welche konkave Flanken aufweisen und eng mit den Zuführflächen 20 kämmen. Die Zuführflächen oder Zuführflügel 20 der Extruderschnecke und die Nuten 23 der Hilfszufuhrschnecke weisen vorzugsweise die bekannte Form auf, wie sie bei Schraubenpumpen Verwendung findet, beispielsweise bei der "IM0"-Pumpe, welche durch die Firma Delaval Turbine, Inc., hergestellt wird, oder auch bei Pumpen der Art, wie sie in den US-Patentschriften 2 693 762 und 2 693 763 beschrieben sind.

Die Hilfszufuhrschnecke 22 wird mit der Extruderschnecke durch ein Halteglied 24 in kämmendem Eingriff gehalten, welches sich in einen Schlitz 11b im Gehäuse oder Körper

11 des Zuführabschnittes erstreckt, der mit der Bohrung

12 in Verbindung steht, wobei das Halteglied auf dem Zufuhrabschnitt mittels Bolzen oder Schrauben 25 festgehalten wird. Der der Hilfszuführschnecke benachbarte Teil des Haltegliedes weist eine Mut 24a auf, die im Querschnitt kreisförmig und so verrundet ist, daß sie annähernd dem Umfang der Hilfsförderschnecke entspricht. Um die axiale Position der Hilfsförderschnecke einzuhalten, weist das Halteglied 24 an einem Ende eine aufrechtstehende öse 26 auf, die sich in den Schlitz im Zufuhrabschnitt erstreckt, um zu verhindern, daß die Hilfsschnecke sich zur Rückseite des Zuführabschnittes

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"bewegt. Eine Bewegung der Hilfsachnecke in Richtung auf das Abgabeende des Extruders oder der Presse wird durch einen Druckring 27 verhindert, der in einer Gegenbohrung im Zuführabschnitt sitzt und durch die Extrudertrommel in seiner Stellung gehalten wird. Obwohl die Druckkräfte der Hilfsforderschnecke verhältnismäßig klein sind, sind die den Enden der Hilfsforderschnecke benachbart liegenden Flächen der Öse 26 und des Druckringes 27 vorzugsweise gehärtet, um einen Verschleiß zu verhindern.. Die Enden der Hilf sförderschnecke können flach sein oder aber auch angeschrägt sein, wie bei 28 in den Fig. 3 und 4· gezeigt, wodurch sich ein Druck- oder Stirnlager ergibt, welches das verarbeitete Heißschmelzmaterial als Schmiermittel verwendet.

Der Abschnitt zwischen den axialen Mittellinien der Extruderschnecke und der Hilfszufuhrschnecke ist so eingestellt, daß zwischen den Flächen oder Flügeln der Extruderschnecke und den Nuten der Hilfszufuhrschnecke nur ein sehr geringes Spiel erhalten bleibt. Ebenfalls wird das Spiel zwischen dem Schaftdurchmesser der Extruderschnecke und dem Außendurchmesser der Hilfsförderschnecke sehr klein gehalten. Nur die Extruderschnecke ist positiv angetrieben, wobei eine Drehung der Extruderschnecke eine Drehung der Hilfszuführschnecke, v/ie durch die Pfeile in Fig. 2 gezeigt, in entgegengesetzter Richtung hervorruft, bewirkt durch den Kontakt zwischen den Seiten der Flächen oder Flügel an der Extruderschnecke und den Seiten der Nuten an der Hilfszuführschnecke. Die beiden Schnecken drehen sich also in entgegengesetzten Richtungen und stellen praktisch vollständig sicher, daß partikelförmiges Ma-

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terial, einschließlich aufgeschmolzenen Materials und unabhängig von der Materialzusammensetzung, welches in die Zufuhröffnung 16 des Extruders eingegeben ivorden ist, von der Zuführöffnung wirksam zu den materialverarbeitenden Flächen 19 der Extruderschnecke gefördert wird. Die Möglichkeit, daß Material an den Zuführschnecken hängenbleibt,wird auf ein Minimum reduziert.

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Claims

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ANSPRÜCHE

ί 1. einschneckenpresse zum Verarbeiten von heißschmelzendem ViEumststoffmaterial , welches während der Verarbeitung klebrig wird, gekennzeichnet durch ein Zuführabschnittgehäuse (11) mit einer damit verbundenen Extrudertrommel (11a) und einer Bohrung (12), die sich durch das Gehäuse und durch die Extrudertrommel erstreckt; Einrichtungen, welche Einlasse und Auslässe bilden, die mit dem Zuführende bzw. mit dem Ausgabeende der Bohrung (12) kommunizieren; eine drehbar in der Bohrung (12) angeordnete Extruderschnecke (13)» welche einen materialverarbeitenden, spiralförmigen Schraubgewindeabschnitt in der Extrudertrommel (11a) sowie einen spiralförmigen Flügelschnecken-Zuführabschnitt zwischen dem zur Verarbeitung dienenden Schraubgewindeabschnitt und der Zuführöffnung (16) aufweist und mit der Wandung der Bohrung (12) einen Laufspielraum zum Zuführen des Materials von der Zuführöff-

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nung zur materialverarbeitenden Schneckenschraube aufweist; eine Hilfszufuhrschnecke (22), welche in dem Gehäuse (11) mit zu der Achse der Extruderschnecke (13) paralleler Drehachse gehalten ist und eine spiralförmige Nut (23) aufweist, deren Steigung umgekehrt zu derjenigen des spiralförmigen Zuführ-Flügelschneckenabschnittes der Extruderschnecke (13) ist und damit kämmt; und eine Einrichtung zum antriebsmäßigen Verbinden der Extruderschnecke (13) mit einer Antriebsvorrichtung, wobei zwischen der Hilfszuführschnecke (12) und dem Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke (I3) Antriebskontakt besteht, die Hilf3zufuhrschnecke (22) allein durch den Zuführ-Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke (I3) in entgegengesetzter Richtung zur Extruderschnecke drehbar angetrieben ist und der Zuführ-Flügelschneckenabschnitt der Extruderschnecke und die Hilfszuführschnecke zusammenwirkend das Material von der Zufuhröffnung (16) zum material verarbeitenden. Abschnitt der Extruderschnecke (I3) fördern.
2. Einschneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptzufuhrschnecke ein Gewinde mit einem zylindrischen oberen Abschnitt und konvexen Flanken und die Hilfszuführschnecke (22) als Gewinde eine Nut mit konkaven Flanken aufweisen, wobei der Abstand zwischen den axialen Mittellinien der beiden Schnecken so eingestellt ist, daß zwischen dem Zuführschneckengewinde, der Wand der Bohrung (12) und der Nut (23) der Hilfszuführschnecke (22) Laufspielraum ist.
3. Einschneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (11) lösbar ein Halteglied (24-) befestigt ist, welches einen sich durch einen Schlitz

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in dem Gehäuse erstreckenden Abschnitt sowie eine Nut (24a) aufweist, die im Querschnitt derart kreisförmig ausgebildet ist, daß sie der Umfangsflache der Hilfs zuführschnecke (22) entspricht und mit dieser unter Erzeugung eines LaufSpielraumes in Eingriff steht.
4. Einschneckenpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (24) an einem Ende eine seitlich vorspringende öse (26) aufweist, die mit Reibkontakt an einem Ende der Hilfszufuhrschnecke (22) anliegt; und daß in dem Gehäuse (11) ein Druckring (27) vorgesehen ist, an dem das andere Ende der Hilfszuführschnecke (22) reibschlüssig anliegt.
5. Einschneckenpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Hilfszuführschnecke (22) angeschrägte Flächen aufweisen, so daß das Kunststoffmaterial, welches verarbeitet wird, als Schmiermittel zwischen den angeschrägten Flächen und den entsprechenden Lagerflächen dient.