DE2610179C2

DE2610179C2 - Vorrichtung zum Extrudieren von expandierbarem, zellenbildendem thermoplastischem Material

Info

Publication number: DE2610179C2
Application number: DE2610179A
Authority: DE
Inventors: Timothy Stephen Roswell Ga. Dougherty
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-03-11
Publication date: 1983-11-10
Also published as: FI68017C; DE2610179A1; JPS51126253A; FR2303657A1; JPS625776B2; GB1525054A; CA1059718A; BE839361A; FR2303657B1; ES445921A1; US4107260A; US4103353A; FI760592A; FI68017B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 37 62 693 bekannt.

Bei der aus der US-PS 37 62 693 (= DE-AS 17 632) bekannten Extrudiervorrichtung für thermoplastisches Material (z. B. Polyäthylen, PVC) ist am Umfang des Schneckenkerns im Bereich des Zumeßabschnitts eine Vielzahl gleichmäßig verteilter, radialer Stifte angebracht, die in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Schneckenlängsachse liegen. Die Länge dieser Stifte entspricht etwas mehr als der halben Kanaltiefe. Der Zweck dieser Stifte besteht darin, das aus dem Verdichtungsabschnitt der Schnecke in den Zumeßabschnitt gelangende, bereits vollständig aufgeschmolzene Thermoplastmaterial besser zu durchmischen und damit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Materialschmelze zu erzielen. Bei der Verwendung einer solchen Materialschmelze mit gleichmäßiger Temperaturverteilung zum Herstellen einer Kabel= oder Aderisolation zeigen sich geringere Schwankungen hinsichtlich der Abmessung und der Festigkeitskennwerte der Isolation.

Es ist ferner bei einer Extrudiervorrichtung für thermoplastisches Material (z. B. zur Herstellung von Folien) bekannt (DE-OS 17 78 263 = US-PS 34 87 503), am Umfang des Schneckenkerns sowohl im Bereich des Verdichtungsabschnitts als auch im Bereich des Zumeßabschnitts Gruppen von Stiften oder Nocken anzubringen, wobei aufeinanderfolgende Gruppen eine steigende Anzahl von Stiften aufweisen und die Stifte jeder Gruppe in einer oder mehreren parallelen, unter einem Winkel von 0° bis etwa 30° zur Schneckenlängsachse verlaufenden Reihen angeordnet sind. Die Länge der Stifte entspricht dabei der Kanaltiefe. Wesentlich für diese Stifte ist es, daß sie überall dort angeordnet sind, wo sich das thermoplastische Material in geschmolzener oder plastifizierter Form befinaet, da die Stifte ebenso wie bei der zuvor erwähnten Extrudiervorrichtung den Zweck haben, eine bessere Durchmischung des geschmolzenen Materials und damit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Materialschmelze zu erzielen.

Bei einer weiteren, aus der US-PS 28 38 794 bekannten Extrudiervorrichtung zum Plastifizieren einer wässerigen Dispersion von Kunststoffteilchen weist die Schnecke einen Zuführabschnitt mit gleichförmiger, relativ großer Kanaltiefe, einen relativ kurzen, gangfreien Zumeßabschnitt mit sehr geringer Kanaltiefe und einen Exlrusionsabschniit mit wiederum gleichförmiger, relativ großer Kanaltiefe auf. Da der Wassergehalt der zugeführten Dispersion wie ein Schmiermittel für die Kunststoffteilchen wirkt und daher deren Aufschmelzen aufgrund von Reibungswärme weitgehend verhindert, sind ara Umfang des Schneckenkerns über die gesamte Länge des Zuführabschnitts flache, plattenförmige Erhebungen gleichförmig verteilt angebracht, deren Höhe maximal Vgtel der Kanaltiefe beträgt. Diese Erhebungen bewirken eine Abtrennung des Wasseranteils der aufgegebenen Materialdispersion.

Bei der Verarbeitung von expandierbarem, zellenbildendem thermoplastischem Material tritt im Unterschied zu nichtzellenbildenden Thermoplasten das Problem einer gleichförmigen Materialausdehnung nach erfolgter Extrusion auf. Im Falle der Verwendung als Kabel- oder Aderisolation ist eine möglichst gleichförmige Ausdehnung des Zvilenbildenden Thermoplastmaterials Voraussetzung für eine über die Kabel- bzw. Aderlänge gleichbleibende koaxiale Kapazität der Isolation sowie für ein konstantes Verhältnis von Isolationsdurchmesser zu Dielektrizitätskonstante (nachfolgend als »Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnis« bezeichnet).

Bei der aus der US-PS 28 38 794 bekannten Extrudiervorr'chtung würde im Falle der Verarbeitung eines zellenbildenden Thermoplastmaterials das Feststoffbett bereits in dem Zuführabschnitt und damit diskontinuierlich aufgebrochen, wodurch sich Schmelzeinseln zwischen Feststoffteilchen bilden könnten. Das Treibmittel in den Schmelzeinseln, d. h., den bereits aufgeschmolzenen Teilen des Feststoffbettes würde damit früher einer erhöhten Temperatur ausgesetzt als das Treibmittel in den noch festen Stücken des Feststoffbettes, wodurch sich unterschiedliche Zeit-Temperatur-Profile des Treibmittels ergeben, die Ursache für eine ungleichförmige Ausdehnung des extrudierten. zellenbildendcn Thermoplastmaterials und damit für Schwankungen der koaxialen Kapazität und des Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnisses im Falle einer Verwendung des zellenbildenden Thernioplastmaterials zur Kabel- oder Aderisolation wären.

Bei der aus der US-PS 37 62 693 bekannten Extrudiervorrichtung würde im Falle der Verarbeitung eines zellenbildenden Thermoplastmaterials das Feststoffbett erst in dem Zumeßabschnitt und damit zu spät aufgebrochen werden, wodurch sich gleichfalls ein

diskontinuierliches Zeit-Temperatur-Profil des Treibmittels ergeben würde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche bei Verarbeitung eines expandierbaren. "> zellenbildenden thermoplastischen Materials ein kontinuierliches Aufbrechen des Feststoffbettes und damit ein gleichbleibendes Zeit-Temperatur-Profil des Treibmittels gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ι» kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der π Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Extrudiervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 in vergrößerter Darstellung einen Teil der Extrudiervorrichtung nach F i g. 1 mit einer Gruppe von Stiften, die am Schneckenkern innerhalb eines Verdichtungsabschnittes befestigt sind,

Fig.3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1 mit einer Vielzahl von Stiften, die radial nach außen gerichtet sind und im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schnecke liegen, wobei die Schneckenwer.del im Bereich der Stifte durchgehend ausgebildet ist,

Fig.4 und 5 in vergrößerter Darstellung das Aufbrechen eines Festkörperbettes des zugehörigen, expandierbaren, zellenbildenden Thermoplastmaterials im Bereich des Verdichtungsabschnittes,

F i g. 6 eine DrautYicht auf den schraubenlinienförmig verlaufenden Kanal der Extruderschnecke in abgewikkeltem Zustand mit Bereichen von aufgeschmolzenem (M)und festen f5JMaterial.

F i g. 7 den Kanal in einer Darstellung gemäß F i g. 6 mit krafteinleitenden Bauteilen und den Einfluß dieser Bauteile und

Fig.8 eine weitere Ausführungsform mit einer anderen Anordnung der kraftein'eitenden Bauteile.

In Fig. 1 ist eine Extrudervorrichtung 20 mit einem Fülltrichter 21 dargestellt, in den wenigstens ein thermoplastisches Material in Granuiaiform. vermischt mit einem chemischen Treibmittel, eingegeben wird. Der Fülltrichter 21 mündet in einen Extruderzylinder 22. Das thermoplastische Material wird von einem Eintrittsende 23 des Extruderzylinders 22 zu einem Austrittsen- de 24 transportiert, wo das Extrudat als Ummantelung bzw. Isolation auf eine (nicht dargestellte) Kabelseele aufgebracht wird, die kontinuierlich durch einen (nicht dargestellten) Spritzkopf benachbart zum Abgabeende vorgeschoben wird.

Gemäß Fig. 1 weist der Extruderzylinder 22 ein Gehäuse 26 mit einer inneren Umwälzfläche in Form einer Zylinderbohrung 27 auf, die über ihre Länge gleichen Durchmesser hat und das Eintrittsende 23 mit dem Austrittsende 24 des Extruderzylinders 22 verbindet. Der Extruderzylinder 22 ist ferner an seinem Austrittsende 24 mit einem Flansch 28 versehen, an dem leicht Adapter, Spritzformen und andere Hilfseinrichtungen befestigt werden können. (Diese Hilfseinrichtungen sind nicht dargestellt, aber allgemein bekannt.)

Zum Transport des thermoplastischen Materials vom Fülltrichter 21 zu dem Austrittsende 24 der Extrudiervorrichtung 20 ist konzentrisch innerhalb der Zylinderbohrung 27 eine Extruderschnecke 31 angeordnet. Sie hat einen Schneckenkern 32, im Bereich des Fülltrichters 21 ein stromaufwärts liegendes Ende 33 und im Bereich des Austrittsendes 24 ein stromabwärts liegendes Ende 34.

Die Extruderschneeke 31 ist nach Art einer Druckentlastungs-Schnecke ausgebildet. Vom stromaufwärts liegenden Ende 33 aus weist die Extruderschneeke 31 nacheinander folgende Abschnitte auf: einen ersten Abschnitt 36 des Schneckenkerns 32 mit konstantem Kerndurchmesser, den sogenannten Zuführabschnitt, einen daran anschließenden Abschnitt 37 mit gleichförmig zunehmendem Kerndurchmesser, der sogenannte Verdichtungsabschnitt, einen Abschnitt 38 mit gleichförmig abnehmendem Kerndurchmesser, der sogenannte Druckentlastungsabschnitt, und ein Abschnitt 39 mit konstantem Kerndurchmesser, der üblicherweise als Zumeßabschnitt bezeichnet wird.

Die Extruderschnecke 31 hat eine Schneckenwendel 41, die schraubenlinienförmig und in ! ^:ingsrichtung um der. Kern. 32 verläuft. Die Sch.neekenwendel 41 begrenzt einen Kanal 42, der von der Oberfläche des Schneckenkernes 32 und den einander zugewandten Seitenwänden 43 der Schneckenwendel 41 begrenzt ist. Der Außendurchmesser und die Ganghöhe der Schneckenwendel

41 sind im wesentlichen gleich und im Bereich von einem Punkt unmittelbar außerhalb des Eintrittsendes 23 der Schnecke bis zu deren Austrittsende 24 konstant. Die Ganghöhe der Schneckenwendel 41 kann jedoch von dem Schneckenabschnitt benachbart zum Eintrittsende 23 der Bohrung 27 bis zum Austrittsende 24 etwas abnehmen. Die Schubfläche der Schneckenwendel 41 liegt im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Schneckenkernes 32, um die Förderwirkung zu verbessern.

Der Kanal 42 zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenwänden der Schneckenwendel 41 und der Oberfläche des Schneckenkernes 32 hat im pllgemeinen Rechteckform. Die Querschnittsfläche des Kanales 42 ist vom Eintrittsende 23 bis zum Beginn des Vercichtungsabschnittes 37 konstant. Dann nimmt die Querschnittsfläche des Kanales 42 bis zum Druckentlastungsabschnitt 38 ab, wo die Querschnitts'läche über einen kurzen Längenabschnitt zunimmt, im allgemeinen über eine halbe Steigung, um dann in dom Zumeßabschnitt 39 konstant zu bleiben. Es können auch Extrudiervorrichtungen verwendet werden, bei denen ein Druckentlastungsabschnitt nicht notwendig ist.

Zum Herstellen einer Kabel- oder Aderisolation aus Vollkunststoff ist eine hohe Ausstoßleistung der Extrudiervorrichtung notwendig. Für eine Isolation aus schaum- oder zellenbildendem Thermoplastmaterial sind dagegen geringere Ausstoßleistungen notwendig. Wenn daher die gleiche Extrudiervorrichtung für das Aufbringen einer Irolation aus zellenbilder.dem Material verwendet wird, wird das Material langsamer durch die Extrudiervorrichtung geführt und kann sich daher längere Zeit erhitzen.

Der Extruderzyl.iider 22 neigt dazu, das Festkörperbett stromabwärts zu bewegen (Fig. 4), dem die Extruderschneeke 31 entgegenwirkt, die verjüngt ausgebildet ist. Am Anfang des Verdichtungsabschnittes 37 wird das Festkörperbett durch den Boden des Kanals

42 abgestützt.

Es hat sich gezeigt, daß das thermoplastische Material schneller schmilzt als es der Abnahme der Querschnittsfläche des Kanals innerhalb des Verdichtungsabschnittes 37 entspricht. Unter idealen Bedingungen sollte die

Schmelzgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Querschnittsverringerung des Kanales 42 in dem Verdichtungsabschnitt 37 sein. Infolgedieses Unterschiedes zwischen der Schmelzgeschwindigkeit und der Querschnittsabnahme des Kanals 42 bildet sich unter dem Festkörperbett in der Nähe des stromabwärts liegenden Endes des Verdichtungsabschnittes 37 (F i g. 4) im Bereich des Kerns 32 ein Schmelzbereich, der das Festkörperbett untergräbt. Ein Teil des Festkörperbettes bricht ab und neigt dazu, in der Nähe des flachen Endbereiches des Verdichtungsabschnittes 37 (Fig. 5) mit Schmelze zu verstopfen, die sich zwischen dem Festkörperbett und dem abgebrochenen Teil sammelt.

Beim Extrudieren einer Isolation aus zellenbildenden Thermoplastmaterial ist ein vorzeitiges, diskontinuierliches Aufbrechen des Festkörperbettes unerwünscht (Fig. 5 und 6). Wenn ferner das Aufbrechen bis zum kann, d. h. hinsichtlich der Größe und Form der abgebrochenen Teile. Dadurch wird weiter eine im wesentlichen gleichmäßige thermische Vorgeschichte aufeinanderfolgender Abschnitte des Extrudates am Abgabeende der Extrudiervorrichtung 20 sichergestellt.

Es hat sich herausgestellt, daß krafteinleitende Bauteile, die an den vorbestimmten Stellen des Aufbrechens des Festkörperbettes angeordnet sind, vorteilhaft zu einem Aufbrechen in verhältnismäßig kleine Teile führen (im Vergleich zu den größeren Teilen bei den bisherigen Extrudiervorrichtungen). Das Aufbrechen in kleine Teile oder Klumpen verbessert das Aufschmelzen dieser Klumpen aufgrund von Wärmeleitung, da eine größere Oberfläche mit der Schmelze in Berührung kommt. Vorteilhaft nehmen die Schwankungen der Kapazität und/oder des Verhältnisses von Durchmesser zu Dielektrizität ab.

Um sicherzustellen, daß aufeinanderfolgende Abschnitts des Extrudsts irr* wesentlichen die gleiche

in Materialabschnitten mit großen Bruchstücken beim Durchlaufen des Kanals 42 nicht das gleiche Zeit-Temperatur-Profil wie ein Treibmittel in Materialabschnitten ohne derartige Bruchstücke erhalten. Dadurch treten große Schwankungen hinsichtlich der Kapazität und des Verhältnisses von Durchmesser zu Dielektrizitätauf.

Das Aufbrechen des Festkörperbettes wird so gesteuert, daß die nicht geschmolzenen Teile der aufeinanderfolgenden thermoplastischen Materialabschnitte an vorgegebenen Stellen kontinuierlich aufgebrochen werden. Dann haben an jedem Punkt längs des Kanales 42 entsprechende Teile der aufeinanderfolgenden Materialabschnitte, die an diesen Stellen vorbeigeführt werden, gleiche Temperatur. Die Temperatur verändert sich längs des Kanals 42. so daß jeder Teil jedes der aufeinanderfolgenden Materialabschnitte ein 7eit-Ternneratiir-Profil hat. das im allgemeinen als thermische Vorgeschichte bezeichnet wird. Selbstverständlich kann sich die Temperatur der Teile innerhalb eines Materialabschnittes quer zum Kanal 42 ebenfalls ändern.

Obwohl das Treibmittel in jedem Abschnitt oder in jeder Scheibe des thermoplastischen Materials längs des Kanals 42 infolge der Verteilung der Bruchstücke des Festkörperbettes (Fig. 7) einer unterschiedlichen thermischen Vorgeschichte ausgesetzt sein kann, ändert sich die thermische Vorgeschichte des Treibmittels in entsprechenden Teilen aufeinanderfolgender Abschnitte der Schmelze am Austritisende 24 nicht. Die Schmelzetemperatur am Austrittsende 24 ist selbstverständlich im v.esentlichen konstant. Im Falle der Herstellung einer Kabel- oder Aderisolation (nicht dargestellt) ergibt sich hierdurch eine Isolation aus zellenförmigem Material mit im wesentlichen konstanter prozentualer Ausdehnung.

Beim Extrudieren einer Isolation aus zellenbildendem Material entspricht die Verjüngung des Verdichtungsabschnittes 37 in vorteilhafter Weise der Schmelzgeschwindigkeit, wenn kürzere Zufuhr- und Verdichtungsabschnitte 36 und 37 verwendet werden.

Durch die allgemeine Verkürzung des Zuführabschnitts 36 und des Verdichtungsabschnittes 37 wird zweckmäßig das Aufbrechen des Festkörperbettes so gesteuert daß es in der Nähe des stromabwärts liegenden Endes des Verdichtungsabschnittes 37 stattfindet Die Extruderschnecke 31 kann ferner derart abgewandelt werden, daß die Art. in der das Festkörperbett aufgebrochen wird, gesteuert werden

thermische Vorgeschichte haben, ist wenigstens der Verdichtungsabschnitt 37 der Extruderschnecke 31 mit Hilfseinrichtungen 46 versehen, die das Material einer Vielzahl von Kräften aussetzen (F i g. 2). Die krafteinleitenden Bauteile sind vorzugsweise ungefähr ein bis 4 Steigungen stromaufwärts von dem stromabwärts liegenden Ende des Verdichtungsabschnittes 37 an der Extrucierschnecke31 befestigt.

Wir ins Fig. 2 zu erkennen ist, enthalten die Hilfseinrichtungen 46 eine Vielzahl von krafteinleitenden Bauteilen in Form von Stiften 47, die jeweils einzeln in Ausnehmungen 48 im Schneckenkern 32 wenigstens längs des Verdichtungsabschni'tes der Schnecke befestigt sind. Die Ausnehmungen 48 sind derart ausgebildet, daß ihre Mittelpunkte im wesentlichen in einer senkrecht zur Rotationsachse des Schneckenkerns 32 verlaufenden Ebene liegen. Außerdem sind die Ausnehmungen derart im Schneckenkern 32 angeordnet, daß die in diesen befestigten Stifte 47 in bezug auf die Längsachse des Schneckenkernes 32 radial nach außen gerichtet sind.

Die Anordnung der Stifte 47 ist also so getroffen, daß wenigstens ein Teil der Achsen der Stifte 47 oder ein Teil der Stifte 47 selbst in einer senkrecht zur Rotationsachse der Extruderschnecke 31 verlaufenden Ebene liegen.

Infolge der Anordnung der Stifte 47 in bezug auf die Schneckenwendel 41 werden die »Toträume« verringert, die bei den sogenannten Schlitzringschnecken auftreten. Um diese »Toträume« zu vermeiden, ist die Wendel 41 der Extruderschnecke 31 wenigstens in dem Teil der Schnecke 31. in dem die Stifte 47 angcjrdnet sind, durchgehend ausgebildet. Die Sei'.enwände 43 der Schneckenwendel 41 werden durch Flächen gebildet, die die Ebene der Stifte 47 so schneiden, daß diese Flächen ohne Unterbrechung durch die Stiftebene verlaufen.

Die Stifte 49 können auch in einer Reihe quer zum Kanal angeordnet sein (vgl. F i g. 8). Diese Anordnung verringert jedoch in nachteiliger Weise die Kanalfläche erheblich. Bei der bevorzugten Ausführungsiorm wird der Kanal 42 an jeder Stelle nur durch die Breite eines einzigen Stiftes 47 verkleinert so daß der Druckabfall auf einem Minimalwert gehalten wird. Bei Anordnung der Stifte 49 quer zum Kanal 42 tritt ein höherer Druckabfall auf, so daß eine höhere Schneckengeschwindigkeit notwendig ist. Eine solche erhöhte Schneckengeschwindigkeit führt aber zu unerwünscht hoher Reibungswärme, wodurch es schwieriger wird.

die Schmelztemperatur und damit den Expansionsgrad des Extrudates zu steuern.

Es ist ferner möglich, die Grenzfläche zwischen dem Festkörperbett und der Schmelze zu bestimmen und an dieser Stelle eine Reihe von Stiften 51 anzuordnen (F i g. 8). Dies würde mehrere Windungen der Extruderschnecke 31 mit sich bringen und eine wesentlich größere Jahl von Stiften 47 erforderlich machen.

Die Anordnung von Stiften vermeidet die Schwierigkeiten, die beim Extrudieren von Isolationen aus zellcnbildendem und aus festem Material auftreten. Bislang sind im Verdichtungsabschnitt der Extruderschnecke 31 im allgemeinen keine krafteinleitenden Bauteile verwendet worden, da in diesem Bereich das Aufschmelzen des thermoplastischen Materials stattfindet.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung der Stifte 47 in dem Verdichtungsabschnitt, vorzugsweise zusammen inii den Stiften 52 in dem Zurneßabschnm 39. ein homogenes Extrudat liefert, bei dem jeder Materialabschnitt im wesentlichen die gleiche thermische Vorgeschichte hat. Die ist besonders wichtig in bezug auf die Ausstoßleistungen der Extrudiervorrichtung. Wegen der Ausstoßrate kann in diesen Fällen durch Verwendung von Stiften nur in dem Zumeßabschnitt 39 das Material nicht rechtzeitig genug in kleinere Teile aufgebrochen werden, damit diese Bruchstücke der Leitungswärme ausgesetzt sind, um gleichförmige Temperaturen des Extrudates am (nicht dargestellten) Spritzkopf zu erreichen.

Dur.ii die Stifte 47 in dem Verdichtungsabschnitt 37 ist ein rechtzeitiges Aufbrechen des Festkörperbettes gewährleistet, so daß die Bruchstücke ausreichend lange der Leitungswärme ausgesetzt sind. Dadurch werden das Schwinden und die unerwünschte Blasenbildung beim Extrudieren einiger Materialien, wie z. B. Polypropylen und Polyäthylen mit hohem spezifischem Gewicht, vermieden.

Selbstverständlich kann die Zahl der Stifte 47, ihre genaue Lage, ihr Durchmesser und ihr Abstand voneinander je nach der besonderen Verwendung der Extrudiervorrichtung 20. der Schmelztemperatur, der Art der zu extrudierenden Kunststofform. des durch die Extrudiervorrichtung transportierten Material, des Durchmessers der Extruderschnecke 31 und anderer variabler Größen geändert werden. Die Zahl der Gruppen von Stiften hängt vom Grad der Empfindlichkeit des Erwärmens und Mischens ab.

Die Ausnehmungen 48 können mit einem solchen Durchmesser gebohrt werden, daß die Stifte 47 mit Preßsitz in die Ausnehmungen 48 eingesetzt werden können. Die Stifte 47 können im Schneckenkern 32 befestigt werden. Dazu wird vor dem Einsetzen der Stifte 47 Lötpulver und Flußmittel in die entsprechende Au3nehmung 48 eingefüllt und danach der Stift eingepreßt. Anschließend wird der Stift 47 und die benachbarte Kernfläche so lange erwärmt, bis die Verbindung erfolgt ist Die Stifte 47 werden üblicherweise mit Überlänge hergestellt; anschließend werden die äußeren Endflächen geschliffen, mit Maschinen bearbeitet oder auf andere Weise so verkürzt, daß diese Endflächen in der Rotationsfläche der Schneckenwendel 41 liegen. Die Stifte 47 können selbstverständlich in jeder geeigneten Weise mit dem Schneckenkern 32 verbunden werden, bei der die Querschnittsfläche des Kanales 42 nicht unterbrochen wird. Die Stifte 47 können zylindrisch sein. Sie haben vorzugsweise einen Durchmesser von 4,7 mm. Die Mittelpunkte der Ausnehmungen 48 liegen in einem Abstand von wenigstens 4,7 mm auf einem Umfangskreis um den Schneckenkern 32. Die Stifte 47 ragen in den vorgegebenen Weg des thermoplastischen Materials längs des Kanals 42 bis in Höhe der Schneckenwendel 41.

Die Stifte 47 müssen jeweils nur mit einem Teil in der zugehörigen Ebene liegen. Anstatt im wesentlichen in der Ebene mit den Stiften 47 zu liegen, die radial nach außen gerichtet sind, können die Stifte 47 in dem Bereich quer aus der Ebene herausragen, in dem sie die Schneckenwendel 41 schneiden. Die Stifte 47 können auch in der Ebene liegen, aber nicht notwendigerweise von der Rotationsachse des Schneckenkerns 32 aus radial nach außen gerichtet sein. Schließlich brauchen die krafteinleitenden Bauteile nicht die Form von Stiften haben, sondern können auch in Flügelform ausgebildet sein, wie dies bei Flügelrädern bekannt ist.

Für den Betrieb der Extrudiervorrichtung 20 kann es in einem besonderen Anwendungsfall wichtig sein, ein festgelegtes Verhältnis von Umfangsfläche des Schnekkenkerns 32 zwischen den Stiften 47 zur Gesamtfläche der freien Enden der Stifte 47 in irgendeiner Ebene zu haben. Die Stifte 47 können auf der Extruderschnecke 31 derart angeordnei sein, daß dieses Verhältnis im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.

In dem Zumeßabschnitt können zusätzliche Ebenen von Stiften 47 verwendet werden, von denen die stromaufwärts liegende Ebene eine halbe oder IV₂ Steigungen stromabwärts vom Druckentlastungsabschnitt 38 der Extruderschnecke 31 liegt. Andererseits kann die stromaufwärts liegende Ebene einen Abstand von 4,7 mm von dem stromabwärts liegenden Ende des Druckentlastungsabschnitis 38 aufweisen. Die stromabwärts liegende Ebene ist am stromabwärts liegenden Ende der Extruderschnecke 31 angeordnet. Die anderen beiden Ebenen liegen mit gleichem Abstand zwischen den anderen beiden Ebenen.

Das thermoplastische Material, wie Polyäthylen, polymerisiertes Vinylchlorid oder dgl., wird in Granulat-, Pulver- oder Pellet-Form mit geeigneten Füllstoffen und/oder Farbstoffen und einem Treibmittel, wie Azodicarbonamid, in den Fülltrichter 21 der Extrudiervorrichtung 20 gefüllt. Die Extruderschnecke 31 fördert das thermoplastische Material in F i g. 1 von links nach rechts durch den Kanal 42 zwischen den Wänden der Schneckenwendel 41.

Bei einer üblichen Anordnung weist die Extrudiervorrichtung 20 eine Extruderschnecke 31 mit einem Außendurchmesser von 6,25 cm und einer Länge von 165 cm auf. Der Zuführabschnitt 36 hat eine Länge von 32,5 cm und eine Tiefe von 9,4 mm. Der Verdichtungsabschnitt 37 sowie der Druckentlastungsabschnitt 38 haben eine Länge von 37,5 cm bzw. von ungefähr 5 cm und eine minimale Tiefe von 2,5 mm. Der Zumeßabschnitt 39 schließlich weist eine Länge von °0 cm und eine gleichförmige Tiefe von 3,6 mm auf.

Das schmelzende Material wandert in bezug auf die Extruderschnecke 31 im wesentlichen längs des schraubenlinienförmig verlaufenden Kanals 42. Zur Erläuterung kann angenommen werden, daß der Kanal 42 eine schraubenlinienförmig verlaufende Achse aufweist, die längs des Kanals in der Mitte zwischen benachbarten Steigungen der Schneckenwendei 41 verläuft Zusätzlich zu dieser Bewegung fließt das Material quer sowie gekrümmt um diese Achse. Jedes einzelne Materialelement durchläuft eine Schraubenlinie mit Windungen, deren Achse ebenfalls eine

Schraubenlinie ist. Diese Bewegung wird durch die Reibung zwischen der Gehäuseinnenfläche in der Zylinderbohrung 27 und der Außenfläche des thermoplastischen Materials hervorgerufen. Infolge der Wärmeübertragung an der Grenzfläche zwischen der Schraubenwenciel 41 und der Rotationsfläche, die durch Reibungswärme oder durch Heiz- oder Kühleinrichtungen hervorgerufen wird, besteht normalerweise ein Temperaturgradient, der sich außen von der Achse in Richtung auf die Grenzfläche ändert.

Beim Eintritt in den Verdichtungsabschnitt 37 wird das thermoplastische Material infolge der Querschnittsabnahme des Kanals 42 komprimiert, erweicht, aufgeschmolzen und durchmischt. Das Material im Verdichtungsabschnitt 37 neigt dazu, sich unter Geschwindigkeitsänderung aus dem Abschnitt 37 heranzubewegen. Außerdem brechen die Stifte 47, wie in Fig. 7 dargestellt ist, das Festkörperbett kontinuierlich in niCiicC ι C!iC, !Γϊΐ vjCgCftuutZ Zl! uC!T! O!5i\Ont!ril!!Sr!!CiJS" Aufbrechen gemäß F i g. 6. Dadurch wird das Treibmittel in entsprechenden Teilen aufeinanderfolgender Abschnitte der Schmelze im wesentlichen dem gleichen Temperaturprofil längs des Kanals 42 ausgesetzt. Außerdem werden dadurch Schwankungen hinsichtlich der Kapazität und des Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnisses verringert.

Wenn das Material durch die Ebene der Stifte 47 im Verdichtungsabschnitt 37 geführt wird, dringen die Stifte 47 in das Material im Kanal 42 ein, reißen die normalen Querschnittsströme des Materials auf und brechen das Material auf.

Wenn anschließend das Material in den Druckentlastungsabschnitt 38 eintritt, neigt das Material dazu, sich unter Geschwindigkeitsveränderung nach rückwärts zu bewegen. Der Zumeßabschnitt 39 bewirkt beim Durchgang des Materials, daß dessen Temperatur. Zusammensetzung und Farbe noch gleichmäßiger werden.

Durch Verwendung der Stifte 52 in dem Zumeßabschnitt 39 wird das plastifizierte Material vermischt. Außerdem wird dadurch verhindert, daß die Schmelze an der Schubfläche de. Schneckenwendel 41 stromaufwärts wandert. Die Schmelze wird in Richtung auf die Führungsfläche der Schneckcnwendel 41 gedrückt, so daß die Schmelze mit den festen Teilen vermischt wird und somit ein homogenes Extrudat erreicht wird. Wenn die Stifte 47 in dem Verdichtungsabschnitt 37 zusammen mit den Stiften 52 in dem Zumeßabschnitt 39 verwendet werden, wird eine hohe thermische Gleichförmigkeit des Extruders erhalten.

Ein Vorteil liegt darin, daß bereits im Einsatz befindliche Schnecken umgebaut und mit Stiften 47 versehen werden können. Damit lassen sich bestehende Anlagen weiter verwenden. Außerdem kann die Leistungsfähigkeit bestehender Anlagen zur Herstellung doppelt isolierter Adern und Kabelmäntel erhöht werden.

Die folgenden Beispiele beziehen sich auf die Herstellung einer doppelt isolierten Ader mit einem Durchmesser von 0,63 mm. die eine 0,05 mm dicke ^M Isolation aus massivem Polyäthylen mit hohem spezifischem Gewicht aufweist, die auf eine 0,2 mm starke Wandung aus einem zu 45% expandiertem Polyäthylen mit hohem spezifischem Gewicht extrudiert ist (zulässige Toleranzen: Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnis: ±0,025 mm. Kapazität: ±0,05 pF/cm.

Beim ersten Ausführungsbeispiel hatte die Extruderschnerke 31 einen 46 cm langen Zuführabschnitt 36 mit einer Tiefe von 1,1 cm. einen 60 cm langen Verdichtungsabschnitt 37 mit einer Tiefe von 0,28 cm am stromabwärts liegenden Ende und einen Zumeßabschnitt 39 mit einer Länge von ungefähr 57,5 cm bei einer Tiefe von 0,28 cm. Die Tiefe wurde gemessen vom oberen Ende der Schneckenwendel 41 bis zum Boden des Kanales 42. Das Aufbringen der expandierbaren Isolation erfolgt bei einer Zuführgeschwindigkeit von 915 m/min, bei einer Schneckendrehzahl von 39 U/min, bei einem Druck am Spritzkopf von 289,4 bar und Zylindertemperaturen im Bereich von I62,8°C am Beginn des Zuführabschnittes und 210°C am Spritzkopf. Die Schmelztemperatur betrug 222.8° C. Die Abweichung des Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnisses vom Sollwert betrug ±0,005 mm, die Abweichungen der Kapazität ±0,05 pF/cm.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel hatte die Extruderschnecke 31 einen 33 cm langen ZuFührabschnitt 36 mit einer Tiefe von Ο 94 rm, pinen 37.5 cm langen Verdichtungsabschnitt 37 mit einer Tiefe von 0,25 cm am stromabwärts liegenden Ende, einen 3,1 cm langen Druckentlastungsabschnitt 38 und einen Zumeßabschnitt 39 mit einer Länge von ungefähr 90 cm und einer Tiefe von 0.36 cm. Die expandierbare Isolation wurde aufgebracht bei einer Zuführgeschwindigkeit von 1524 m/min, bei einer Schneckendrehgeschwindigkeit von 56 U/min, bei einem Spritzkopfdruck von 392.7 bar und Gehäusetemperaturen im Bereich von 204,4⁰C am Beginn des Zuführabschnittes 36 und 204.4⁰C am Spritzkopf. Die Schmelztemperatur betrug 229,4°C. Die Abweichung von den Sollwerten betrug bei dem Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnis ±0,005 mm und bei der Kapazität ± 0,05 pF/cm.

Wurde beim zweiten Ausführungsbeispiel die Extruderschnecke 31 nur mit einem Ring aus Stiften 52 im Zumeßabschnitt 39. jedoch ohne Stifte 47 im Verdichtungabschnitt 37 versehen, so wurden keine großen Änderungen des Durchmcsser-Dielektrizitäts-Verhältnisses und keine Kapazitätsschwankungen im Vergleich zu den entsprechenden Werten beim zweiten Ausführungsbeispiel beobachtet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurde die beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendete Extruderschnecke 31 dahingehend geändert, daß sie in einem Abstand von ungefähr 64,8 cm vom stromaufwärts liegenden Ende des Zuführabschnittes 36 einen Ring aus Stiften 47 aufwies, die jeweils einen Durchmesser von 4.76 mm hatten und deren Achsen in einem Abstand von 9.5 mm voneinander lagen. Die Schnecke war außerdem im Zumeßabschnitt 39 mit einem Ring aus Stiften 52 versehen, die einen Abstand von ungefähr 78,7 cm von dem stromaufwärts liegenden Ende des Zuführabschnittes hatten. Die Stifte in der Zumeß- oder Metering-Zone 39 hatten ebenfalls einen Durchmesser von 4,76 mm: ihre Achsen lagen in Abständen von 9.5 mm, der in Umfangsrichtung auf der Kernoberfläche gemessen wurde. Die expandierbare Isolation wurde aufgebracht bei einer Zuführgeschwindigkeit von 1524 m/min, bei einer Schneckendrehgeschwindigkeit von 59 U/min, bei einem Spritzkopfdruck von 396,2 bar und einer konstanten Zylindertemperatur von 201,7°C. Die Schmelztemperatur betrug 226.7°C. Überraschenderweise betrugen die Schwankungen des Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnisses und der Kapazität nur ±0.005 mm und ±0,013 pF/cm. Die Stifte 47 waren nur wenig höher als der Abstand zwischen der Kernoberfläche am Boden des Kanales 42 und dem oberen Ende der Schnecken wendel 41.

Das folgende Beispiel betrifft die Herstellung eines Aluminiumdrahtes mit einem Durchmesser von 0,81 mm, der mit einem 0,05 mm dicken Überzug aus massivem Polyäthylen mit hohem spezifischem Gewicht isoliert wurde, der auf einen 0,25 mm starken Ma'itei aus einem zu 45% expandierten Polyäthylen mit hohem spezifischem Gewicht aufgebracht wurde.

Die Extruderschnecke 31 hatte einen 62,2 cm langen Zuführabschnitt 36 mit einer Tiefe von I cm, einem 80 cm langen Verdichtungsabschnitt mit einer Tiefe von 0,25 cm am stromabwärts liegenden Ende, einen 4,4 cm langen Druckentlastungsabschnitt 38 und einen 85,4 cm

langen Zumeßabschnitt 39 mit einer Tiefe von 0,343 cm. In einem Abstand von 106,7 cm vom Beginn des Zuführabschnittes war auf der Schnecke 31 ein Ring aus 4,76 mm starken Stiften befestigt, die einen Abstand von 4,76 mm voneinander hatten. Die expandierbare Isolation wird aufgebracht bei einer Zuführgesch Bindigkeit von 1219,2 m/min, einer Schneckendrehzahl «on 31 U/min und Gehäusetemperaturen im Bereich von 107,2⁰C im Zuführabschnitt und 201,7⁰C im Spritzkopf. Die Schwankungen des Durchmesser-Dielektrizitäts-Verhältnisses und der Kapazität betrugen ±0,005 mm und ±0,016 pF/cm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Extrudieren von expandierbarem, zellenbildendem, thermoplastischem Material, mit einem Zuführabschnitt, einem in Strömungsrichtung des thermoplastischen Materials anschließenden Verdichtungsabschnitt und mit einem Zumeßabschnitt, mit einer in einem Gehäuse drehbar angetriebenen Schnecke, die eine schraubenlinienförmig ununterbrochen durchlaufende Schneckenwendel aufweist und deren Schneckenkern von einem Eintrittsende der Vorrichtung bis zu einem Austrittsende reicht, mit einem zwischen der Gehäuseinnenwandung und dem Schneckenkern liegenden und axial durch die Schneckenwendel begrenzten Kanal für das thermoplastische Material, der einen Verdichtungsabschnitt aufweist, dessen freier Querschnitt sich in Richtung auf das Austrittsende verjüngt, und mit krafteinleitenden Bauteilen, die am Schneckenkern vorgesehen sind und wenigstens [eilweise in einer Ebene senkrecht zur Schneckenachse liegen sowie in die Strömungsbahn des thermoplastischen Materials im Kanal ragen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verarbeiten und Aufbrechen des Materials die krafteinleitenden Bauteile (47) innerhalb des Verdichtungsabschnittes (37) in einem solchen Abstand vom Zuführabschnitt (36) angeordnet sind, bei dem sich das thermoplastische Material noch in festem Zustand befindet.

2. Vorrichi jng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die krafteinleiteiden Bauteile (47) eine geringere Höhe als die .Schneckenwendel (41) haben.

3. Vorrichtung nach Ar.spru«·¹"-1, dadurch gekennzeichnet, daß die krafteinleitenaen Bauteile (47) und die Schneckenwendel (41) gleich hoch sind.