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Vorrichtung zum Verarbeiten schwer homogenisierbarer Kunststoffe
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verarbeiten schwer hosogeni.ierbarer
Kunststoffe, insbesondere von Polypropylen und Polyäthylen hoher Dichte.
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Es ist bekannt, schwer aufschmelzbare und homogenisierbare Kunststoffe,
insbesondere Polypropylen und Polyäthylen hoher Dichte, mit Hilfe einer Einschneckenstrangpresse
zu verarbeiten. Die Extruderschnecke einer solchen Einschneckenstrangpresse erstreckt
sich nicht nur über die Einzugszone, in der der eingebrachte Kunststoff von der
Vorrichtung aufgenommen, gefördert, verdichtet und in der Regel auch vorgewärmt
wird, sondern gleichfalls über die Umwandlungazone der Vorrichtung, die dadurch
charakterisiert ist, daß in ihr der Übergang der Kunststoffmasse aus der festen
in die thermoplastische Phase erfolgt, sowie über die Ausstoß zone, die das plastifizierte
Material übernimmt, um es zu homogenisieren und gleichmäßig teaperiert und mit dem
notwendigen Druck in stetige. Fluß aus eine. angeschlossenen Spritzwerkzeug oder
dgl zu extrudieren. Üblicherweise wird der Homogenisiereffekt bei Binschneckenstrangpressen
mit Hilfe von Scher- bzw. Mischteilen erzielt, die sich 8. B. innerhalb der Ausstoßzone
der Einschneckenstraagpresse befinden. Sie vergrößern nicht nur die Baulänge der
Extruderschnecke, sondern verengen auch den dem Gutstrom zur Verfügung stehenden
Durchtrittsquerschnitt innerhalb der Vorrichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zua Verarbeiten
schwer homogenisierbarer Kunststoffe, insbesonderte von Polypropylen und Polyäthylen
hoher Dichte zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Einschneckenstrangpresse
vor, die sich nur über den Einfüll-und Plastifizierbereich der Vorrichtung erstreckt
und die einen
ur die Homogenisierarbeit übernehmenden, der Einschneckenserangpremme
nachgeschalteten, eine eigone Baueinheit bildenden Plametwalsenextruder aufweist.
Aufgabe dieses Planetwalzenextruders soil es sein, das die Uawandlungszone und damit
die Kinsohneckenstrangpresme in der thermoplastischen Phase ver-Lassande Material
aufzusehmen, zu homogenisieren und weiterzubefordern.
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Flanetwalzonextrunder gehören zum Stand der Technik (AS 21 58 246).
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Bie werden von einer itt einer Schrägverzahnung versehenen Zontralwelle
gebildet, die von mehreren entsprechend verzahnten Planetspindeln umlaufen wird.
Alle Planetspindeln kämmen sowohl mit der Zentralwelolonvefzahung al auch mit der
Verzahnung des sie umschließenden Zylinders, der von einem Einschneckenfüllextruder
beschickt wird In seiner Funktion und physikalischen Arbeitswaise vereinigt daher
der Planstwalzonextruder viel Vorteile das Mehrschneckenextruders. Gem@ß der Erfindung
tritt in seinen Walzentail die die Einschneckenstrangpresse verlassende, jetzt bereits
plastifizierte Kunststoffmasse ein und strömt unter dem Druck der Schrägversahnung
der Planetmpindeln und der mit der Planstapindelverzahnung kämmendon Zentralwelle
vorwärts, wird dabei wiederholt kursfristig susgowalzt und dadurch wesentlich intousiver
gemischt, als das in der Ausstoßzone der Einschnekkonstrangpresse möglich wäre.
Wegen der dom Planetwalzenextruder eigenen groben wärmewirksamen Walzenfläche und
wegon dem günstigen Wirkungsgrad es seiner Walzarbeit besitzt er eine beanders geringe
spezifische Antriebsleistung, die wesentlich kleiner ist als die der Einschneckenstrangpresme.
Er eignet sich wegen dir besseren Energieausnutzung und des dadurch bedington mä@igen
Druckaufbaues besonders zum Verarbeiten schwer homogenisierbarer Kunststoffe hoher
Dichte. Außerdem bringt seine Anwendung eine Verkürzung der Baulänge der Vorrichtung
gegenüber der bisher für die Verarbeitung schwer homogenisierbarer Kunststoffe Oblichon
Einschnockenstrangpresme mit mich.
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Es empfiehlt sich, das Austrittsende des Planetwalzenestruders itt
einem verstellbaren Anlautring auszustatten. Mit diesem Element lSflt sich der Planetwalzenextruder
relativ schnell den jeweiligen
verfahrenstechnischen Erfordernissen
anpassen und durch Verändern des Austrittaquerschnittes die Verweilzeit der Kunststoffmasse
beeinflussen, aber auch einer Änderung der Druck- und Strömungsverhältnisse und
damit der Fließgeschwindigkeit der Kunststoffmasse erreichen. Verstellbare Anlaufringe
mit denen sich der Massedruck durch Verändern des Austrittsquerschnittes regulieren
läßt, gehören bei Planetwalzenextrudern zum vorbekannten Stand der Technik (OS 2
350 249).
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Planetwalzenextruder
der Einschneckenstrangpresse als unabhängige Verarbeitungsstufe (Kaskadenanordnung)
nachgeschaltet sein. Während der Planetwalzenextruder bei der vorerwähnten Ausbildung
mit der Einschnekkenstrangpresse gekuppelt ist, seine Zentralwelle also zentrisch
zur Extruderschnecke liegt und mit ihr drehfest verbunden ist, bildet bei der Kaskadenanordnung
der Planetwalzenextruder ein von der Einschneckenstrangpresse räumlich getrennt
angeordnetes Aggregat, das unabhängig von der Einschneckenstrangprease angetrieben
und lediglich von ihr mit Kunststoffmasse beschickt wird.
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Eine derartige Anordnung kann einmal dazu dienen, die Kunststoffmasse
hinter der Einschneckenstrangpresse und vor dem Eintritt in den Planetwalzenextruder
zu entgasen, andererseits ist es durch die von der Einschneckenstrangpromse unabhängige
Drehzahleinstellung des Planetwalzenextruders aber auch möglich, den Homogenigiereffekt
durch Wahl der zweckmäßigsten Planetwalzendrehzahl zu optimieren.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt
und im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutern.
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Es zeigen: Fig. 1 die Vorrichtung in einem Längaschnitt; Fig. 2 den
Längeschnitt einer Vorrichtung, die einen von der Einschneckenstrangpresse unabhängigen
Planetwalzenextruder aufweist.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zum Auftereiten und
Strangpressen schwer homogenisierbarer Kunststoffe. Sie besteht aus der Einschneckenstrangpresse
1» dem Planetwalzenextruder 2 und der Einschneckenstrangpresse 3, die hintereinanderliegend
angeordnet und mit ihren Zylindern 4, 5 und 6 aneinandergeflanscht sind. Die Einschneckenstrangpresse
1 ist dem Planetwalzenextruder 2 vorgeschaltet und die Einschneckenstrangpresse
3 dem Planetwalzonextruder nachgeschaltet.Sowohl die Extruderschnecke 7 der Einschneckenstrangpresse
1 als auch die Extruderschnecke 8 der Einschnockonstrangpresse 3 liegt zentrisch
zur Zentralwelle 9 des Planetwalzenextruders 2, und beide sind mit ihr drehfest
verbunden. Sie werden gemeinsam von einem nicht dargestellten Antrieb in Drehung
versetzt und laufen daher mit gleicher Drehzahl um. Im Gegensatz zu den Extruderschnecken
7,8 der beiden Strangpressen 1, 3, die als Schneckenwellen ausgebildet sind, ist
die Zentralwelle 9 des Planetwalzenextruders 2 mit einer Schrägverzahnung versehen,
die mit entsprechend verzahnten Planetapindeln 10 kömmt, welche die Zentralwelle
umlaufen und sowohl in die Verzahnung der Zentralwelle 9 als auch in eine entsprechende
Verzahnung der Bohrung des sie umschließenden Zylinders 5 eingreifen. Alle Planetspindeln
10 stützen sich mit ihren Stirnflächen an einem verstellbaron Anlaufring 11 ab,
der im Übergangsbereich zwischen Planetwalzenextuder 2 und Strangpresse 3 angeordnet
ist und zentrisch zur Zentralwelle 9 liegt. Der Aufbau eines solchen Anlaufringes
10 ist beispielsweise in der OS 2 350 249 dargestellt und beschrieben. Mit ihm kann
der Massedruck durch Verändern der Weite des Spaltes zwischen der Zentralwelle 9
und dem Anlaufring 11 reguliert und auf das zu verarbeitende Material abgestellt
werde: Der zu verarbeitende Kunststoff gelangt durch den Trichter 12 in die Einschneckenstrangpresse
1, wo er von den Stegen der Extruderschnecke 7 erfaßt und gegebenenfalls unter Wärmezufuhr
verdichtet wird. Bei der gleichzeitig stattfindenden Förderung steigt -bedingt durch
das sich reduzierende Gaqngvolumen der Extruderschnecke 7 und durch den vorgeschalteten
Planetwalzenextruder 2 -der Massedruck lfl, und es erfolgt der Übergang des Kunststoffes
von der festen in die thermoplaetische Phase, in der er in den sich anschließenden
Planetwalzonextruder 2 eintritt. Hier wird er ton nicht dargestellten Aufnahmekammern,
die durch einzelne
verkürzte Planetspindeln gebildet werden, erfaßt
und von der schrägverzahnten Zentralwelle 9 und den die Zentralwelle umlaufenden
Planetspindeln 10 weiterbefördert. Dabei erfolgt ein intensives Durchmischen des
Kunststoffes, der anschließend durch den Anlaufring 11 in die Strangpresse 3 hineingedrückt
wird.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 bildet der Planetwalzenextruder
2 ein von der Schneckenstrangpresse 1 unabhängigem Aggregat und ist hier mit einem
eigenen nicht dargestellten Antrieb ausgerüstet. Planetwalzenextruder 2 und Einschneckenstrangpresse
1 sind in diesem Ausführungsbeispiel lediglich durch ein Leitungsstück 13 miteinander
verbunden, das das Austritt sende der Einschneckenstrangpresse 1 mit der Einfüllöffnung
14 des Planetwalzenextruders 2 verbindet und das die Einschneckenstrangpresse serlassendoGut
der unmittelbar vor dem Walzenteil des Flanetwalzenextruders 2 angeordneten Füllschnecke
15 zuleitet.
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FUllschnecke 15, Zentralwelle 9 des Planetwalzenextruders 2 und die
Extruderschnecke 8 der dem Planetwalzenextruder 2 nachgeschalteten Einschneckenstrangpresse
3 liegen in diesem Ausführungsbeispiel gleichachsig zueinander und werden gemeinsam
von dem Antrieb des Planetwalzenextruders 2 in Drehung versetzt. Auch in diesem
Ausführungsbeispiel ist ein verstellbarer Anlaufring 11 vorgesehen, der die Axialkräfte
der Planetapindeln 10 aufnimmt und durch die jeweils eingestellte Spaltweite den
Massedruck und die Strömungsverhältnisse im Planetwalzenextruder 2 bestimmt. Der
Planetwalzenextruder 2 kann, da er mit einem eigenen Antriebsaggregat ausgestattet
ist, mit einer von der Einschneckenstrangpresse 1 unabhängigen Drehzahl umlaufen
und daher das gegebenenfalls im Bereich der Leitung 13 entgaste Gut mit der jeweils
günstigsten Drehzahl verarbeiten.