DE2804037C2

DE2804037C2 - Schneckenpresse zum Plastifizieren von thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2804037C2
Application number: DE2804037A
Authority: DE
Inventors: Jan Floris Enschede Ingen Housz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1985-05-02
Also published as: IT1101882B; FR2381610A1; IT7848172A0; US4218146A; GB1593345A; FR2381610B1; DE2804037A1; IT7835620V0; NL163984B; BE886316Q; NL7702020A

Description

IeI zueinander verlaufen und die durch Endstege abgeschlossen sind, und daß die Aufnahmekanäle eine größere Breiteais die Abgäbekanäle sowie eine in Förderrichtung abnehmende Tiefe aufweisen.

Da mindestens drei Kanalpaare vorhanden sind, ist jeder Aufnahmekanal wesentlich schmäler als der einzige Aufnahmekanal des bekannten Schmelzabschnitts, so daß die maximal auftretende Dicke der Schmelzschicht kleiner als bei den bekannten Schneckenpressen ist Auch in Förderrichtung gesehen erhält man wegen der abnehmenden Tiefe der Aufnahmekanäle bei etwa konstant bleibender Fördergeschwindigkeit eine gleichmäßig dünne Schmelzschicnt Somit ergibt sich über die gesamten Aufnahmekanäle hinweg eine gute Wärmezufuhr zur Feststoffoberfläche. Des »-eiteren ist wegen der mit Bezug auf die Abgabekanäle verbreiterten Ausbildung der Aufnahmekanäle die für das Aufheizen des Kunststoffes zur Verfügung stehende Fläche vergrößert Außerdem erhält man, da eine der Anzahl der Kanaipaare entsprechende Anzahl von den Obertritt der Schmelze zulassenden Stegen vorhanden ist, iiögesamt eine Obertrittslänge, die einem Mehrfachen des Länge des Schmelzabschnitts entspricht, so daß sich die entstehende Schmelze trotz kleiner Spaltbreite nicht stauen kann. Somit erhält man zusammenfassend einen bezüglich der Schmelzleistung verbesserten Schmelzabschnitt, so daß bei gleichem Durchsatz die Baulänge kleiner bzw. bei gleicher Baulänge der Durchsatz grö-

Aus der DE-OS 23 40 406 ist zwar eine Schneckenpresse mit einem sogenannten Scherelement bekannt, das mindestens drei Paare von Aufnahme- und Abgabekanälen aufweist, deren seitliche Stege parallel zueinander verlaufen und die durch Endstege abgeschlossen sind. Dieses Scherelement dient jedoch nur zur Homogenisierung bereits aufgeschmolzenen Materials und die Aufnahmekanäle besitzen bei in Förderrichtung gleich bleibender Tiefe gleiche Abmessungen wie die Abgabekanäle. Somit läßt sich dieses Scherelement nicht als ein Schmclzabschnitt gemäß der Erfindung verwenden, da seine Länge für das Aufschmelzen des gesamten Materialstroms wegen ungenügender Wärmeübertragung nicht ausreicht

Eine hinsichtlich der Erzeugung von Reibungswärme günstige Richtung der Relativbewegung zwischen der Wand der Gehäusebohrung und dem umgeschmolzenen Kunststoff erhält man dann, wenn die Seitenstege zumindest nahezu in axialer Richtung verlaufen.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß der Boden der Aufnahmekanäle in Förderrichtung zur Wellenachse hin gewölbt ist Hierdurch wird der möglichen Ausbildung eines Schmelzesumpfes entlang des Zusatzsteges, wodurch die der Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Breite des Feststoffpfropfens abnehmen könnte, entgegenwirkt

Die mittlere Fördergeschwindigkeit des geschmolzenen Kunststoffes in den Abgabekanälen sollte im wesentlichen konstant gehalten werden, damit die Schmelze nicht unnötig lange im geschlossenen Endbereich der Abgabekanäle verbleibt Um zu verhindern, daß in den geschlossenen Endbereichen der Abgabekanäle unerwünscht hohe Druckgradienten auftreten, kann hierbei die Tiefe der Abgabekanäle bei konstanter Breite gemäß der Formel

h = ho+ C- ζ

m + 2

abnehmen. Hierbei ist h die Kanaltiefe, Ao die Kanaltiefe am geschlossenen Kanalende, ζ die Entfernung zum zugehörigen Eriästeg, Cieine von der Kanalbreite, der Viskosität der Schmelze, der je Kanal zu fördernden Kunststoffmenge und dem gewählten Druckgradienten ab hängige Konstante und /n der sogenannte Viskositätsindex nach Ostwald-de Waele.

Schließlich läßt sich der die Schmelze durchlassende Spalt dadurch verlängern, daß dife Endstege der AS»ga-

bekanäle bzw. der Aufnahmekanäle einen den Obertritt der Schmelze gestattenden Durchmesser besitzen.

Die Erßndung wird nun durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt Fig. 1 den Einzugsabschnitt und den Schmelzab schnitt der Schneckenwelle einer Schneckenpresse im Längsschnitt,

Fig.2 den in Fig. 1 durch die beiden Linien II begrenzten Schmelzabschnitt in vergrößerter Darstellung, F i g. 3 den Schmelzabschnitt im Querschnitt gemäß

derLinieIII-ininFig.2,

Fig.4 die perspektivische Ansicht des Schmelzabschnitts der Schneckenwelle einer variierten Schnekkenpresse mit einer sich an den Schmelzabschnitt stromabwärts anschließenden Scheibenpumpe und

F i g. 5 den Längsschnitt eines Doppelschneckenpumpen-Extruders, wobei jede Schneckenwelle einen erfindungsgemäßen Schmelzabschnitt enthält ,

In den Fig. 1, 2 und 3 ist schematisch- in Teilansicht eine Schneckenpresse zam Fördern, Plastifizieren und Mischen von thermoplastischen Kunststoffen dargestellt Sie enthält im wesentlichen ein Gehäuse 1 mit Zufuhrtrichter 2 für die körnig ankommende Kunststoffmasse 3. In dem Gehäuse 1 ist eine Schneckenwelle 4 gelagert, die durch nicht weiter angegebene Mittel gedreht werden kann. Der Anfangsbereich der Schnekkenwelle 4 bildet einen als Schneckenpumpe wirkenden Einzugsabschnitt 5, auf den ein mit diesem in 3trömungsverbindung stehender Schmelzabschnitt 6 folgt Ein sich hieran anschließender Austragsabschnitt 7, wie derum in Gestalt einer Schneckenpumpe, transportiert die im Schmelzabschnitt 6 erhaltene Schmelze 8 unter Druck zu einer nicht dargestellten Formvorrichtung, in die der Kunststoff extrudiert wird. Der Schmelzabschnitt 6 ist durch eine gehäuseseitige Heizeinrichtung 11 rundum beheizbar.

Der Schmelzabschnitt 6 der Schneckenwelle 4 ist mit einander abwechselnden ersten Stegen 13 und zweiten Stegen 14 versehen, die wechselseitig durch Endstege 10 bzw. 16 verbunden sind, so daß zum Einzugsabschnitt 5

so hin offene, breite Aufnahmekanäle 17 und zum Aus tragsabschnitt 7 hin offen:, schmale Abgabekanäle 18 gebildet werden. Die ersten Stege 13 sind zur Wand der Gehäusebohrung nur mit einem solchen Spiel angeordnet daß geschmolzener Kunststoff nicht oder nur in geringer Menge durchtreten kann. Der Abstand zwischen den zweiten Stegen 14 und der Gehäusebohrung ist größer und bildet einen den Obertritt von Schmelze zulassenden, das Durchtreten von nicht geschmolzenem Kunststoff jedoch verhindernden Spalt Die Endstege 10

eo bzw. 16 bilden mit der Bohrung 20 ebenfalls einen Spalt, der höchstens so breit wie der von den zweiten Stegen 14 begrenzte Spalt ist

Die Funktionsweis > der dargestellten Schneckenpresse ist wie folgt:

Aus dem Zufuhrtrichter 2 fällt das körnige Kunststoffmaterial 3 in den Einzugsabschnitt 5 der Schnekkenwelle. Sodann wird es in der Zeichnung nach rechts zum Schmelzabschnitt 6 hin transDortiert. Während Hie-

ses Transports wird das Gehäuse nicht eher als in der Nähe des Schmelzabschnitts 6 von außen erhitzt, damit sich zum einen in dem festen Kunststoffmaterial ein hoher Druck aufbaut und weil es zum anderen erwünscht ist, daß das klumpenförmige Kunststoffmaterial mit einer nur kleinen Schmelzschicht umgeben in den Schmelzabschnitt 6 gelangt

Das körnige Kunststoffmaterial wird in die Aufnahmekanäle 17 gepreßt und dort der Wärme der Heizeinrichtung 11 sowie der Wärme ausgesetzt, die durch die relative Bewegung zwischen dem Kunststoffmaterial 3 und dem Gehäuse 1 in der dünnen, an der Wand der Gehäusebohrung anliegenden Schmelzschicht 19 erzeugt wird. Der ungeschmolzene Kunststoffpfropfen oder -klumpen wird in den eine größere Breite als die Abgabekanäle 18 aufweisenden Aufnahmekanälen 17, deren Tiefe in Förderrichtung abnimmt, wobei zweckmäßigerweise ihr Boden in Förderrichtung zur Weiienachse hin gewölbt ist, in Richtung des Pfeils 21 zwischen den jeweiligen seitlichen Stegen 13,14, die parallel zueinander und hierbei vorteilhaft zumindest nahezu in axialer Richtung verlaufen, vorgeschoben. Hierbei tritt ein weiteres Schmelzen auf, wobei die Schmelzschicht 19 den zweiten Steg 14 passiert und aus dem jeweiligen Aufnahmekanal 17 in den benachbarten Abgabekanal 18 gelangt, der bei den dargestellten Ausführungsbeispielen eine in Förderrichtung gesehen zunehmende Tiefe besitzt Ist beim Eintritt des Kunststoffmateriali in den Schmelzabschnitt bereits eine genügende Schmelzmenge entstanden, erfolgt auch an den dem Einzugsab- schnitt zugewandten Endstegen 10 ein Schmelzenübertritt Entsprechend gelangt die in den Aufnahmekanälen 17 entstehende Schmelze an den entgegengesetzten Endstegen 16 aus dem Schmelzabschnitt, und zwar direkt in den Austragsabschnitt 7. Sodann wird die Schmelze S durch die den Ausiragsabschniii 7 bildende Schneckenpumpe weitergefördert

Der Geschwindigkeitsvektor 22 der Relativbewegung der Wand der Gehäusebohrung gegenüber dem Kunststoffpropfen oder -klumpen ist in Fig.2 eingezeichnet

F i g. 4 zeigt ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel, bei dem für die Schneckenwelle und den Schmelzabschnitt 104 ein großer Durchmesser gewählt worden ist Zum Abführen der aus den Abgabekanälen kommenden Schmelze kann man deshalb an der dementsprechend großen Stirnseite 23 des Schmelzabschnitts eine Scheibenpumpe 24 rotationsfest anordnen. Ansonsten Hegt die gleiche Funktionsweise wie beschrieben vor. F i g. 4 zeigt jedoch deutlich, daß eine mit dem beschriebenen so Schmelzabschnitt ausgestaltete Schneckenpresse sehr kurz gebaut werden kann.

In dem beschriebenen Schmelzteil wird auf den ungeschmolzenen und den geschmolzenen Kunststoff praktisch keine Transportwirkung ausgeübt Für das För- 55 ■ dem des Kunststcffmaterials ist deshalb ein verhältnismäßig hoher Druck erforderlich. Im Hinblick hierauf kann es von Vorteil sein, an der Einzugsseitc eine Doppelschneckenpumpe 26 (Fig.5) vorzusehen, die von zwei mit ihren Schneckengängen ineinander greifenden eo Schneckenwellen gebildet wird. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, trägt jede dieser Schneckenweiler, einen Schmelzabschnitt Diese rotieren jeweils in einem einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Gehäuseteil Dabei ist es ferner zweckmäßig, daß sich jede der Schneckenwellen anschließend an den zugehörigen Schmelzabschnitt fortsetzt, so daß auch austragsseitig eine Doppelschnekkenpumpe 27 zum Weiterfördern der Schmelze vorhan den ist.

Nicht dargestellt ¹St, daß auch Plastifiziervorrichtungen für eine Spritzgußmaschine, die nach dem Prinzip der Injektion durch eine axial bewegliche, während der Injektion als Verdränger wirkende Schnecke arbeiten, zweckmäßig mit einem Extruderteil versehen werden können, der den beschriebenen Schmelzabschnitt enthält.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

; -\ ■■-.-. ι . . ", ■;■■; ■■.;"; 2 ■■■.: ■· der Zusatzsteg röt der Wand der Gehäusebohrung ei- ; Patentansprüche: nen Spalt, über den die im Aufnahmekanal entstehende Schmelze in den Abgabekanal fließt

1. Schneckenpresse zum Plastifizieren von ther- Um den- Kunststoff in einer für die Praxis geeigneten moplastischen Kunststoffen mit einer in einer Ge- 5 Menge aufzuschmelzen, muß der Schmelzabschnitt diehäusebohrung umlaufenden Schneckenwelle, die ei- ser Schneckenpresse eine verhältnismäßig große Länge nen Einzugsabschnitt und anschließend einen gehäu- aufweisen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, seseitig beheizten Schmelzabschnitt umfaßt, wobei daß «regen der gleichen Größe des Aufnahmekanals der Schmelzabschnitt nebeneinander verlaufende und des Abgabekanals nur die halbe Fläche des Kanäle zur Aufnahme des ankommenden Kunst- to Schmelzabschnitts zum Aufschmelzen von außen her Stoffs und zur Abgabe der Schmelze aufweist, die auf zur Verfügung steht. Die der im Abgabekanal enthalteeiner Seite durch einen zur Wand der Gehäuseboh- nen Schmelze zugeführte Wärme ist für den Schmelzrung im wesentlichen dichtenden Steg und auf der vcrgang verloren und führt nur zu einer unnötigen anderen Seite durch einen den Übertritt von, Überhitzung der Schmelze. Außerdem ist in diesem ZuSchmelze zulassenden Steg begrenzt und an entge- 15 sammenhang folgende Erscheinung zu berücksichtigen, gengesetzten Enden geschlossen sind, dadurch die sich nachteilig auf den Wärmeübergang von der gekennzeichnet, daß mindestens drei Paare gehäuseseitigen Heizung zum im Aufnahmekanal bevon Aufnahiöi- und Abgabekanälen (17,18) vorge- findlichen festen Kunststoff auswirkt:

sehen sind, derer, seitliche Stege (13,14) parallel zu- Infolge der Beheizung von außen her bildet sich im

einander verlaufen und die durch Endstege (10,16) 20 Aufnahmekanal an der Wand der Gehäusebohrung eine

abgeschlossen sind, und daß die Aufnahmekanäle Schmelzschicht, die die Wärme schlecht nach innen zum

(17) eine größere Breite als die Abgabekanäle (18) noch festen Kuntstoff leitet, weshalb diese Schicht mög-

sowie eine in Förderrichtung abnehmende Tiefe auf- liehst dünn gehalten werden sollte,

weisen. Diese Schicht sollte ferner auch deshalb dünn sein, da

2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 zusätzlich zu der von außen her zugeführten Wärme kennzeichnet, daß die Seitenstege (13,14) zumindest infolge der Relativbewegung zwischen der Wand der nahezu in axialer Richtung verlaufen. Gehäusebohrung und dem umgeschmolzenen Kunst-

3. Schneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, da- stoffpfropfen in der Schmelzschicht Reibungswärme durch gekennzeichnet, daß der Boden der Aufnah- entsteht, die den Schmelzvorgang beschleunigt Die auf mekanäle (17) in Förderrichtung zur Wellenachse 30 diese Reibung zurückzuführende Temperaturerhöhung hin gewölbt ist. ' der Schmelze und somit die Beschleunigung des

4. Schneckenpresse nach f inem der Ansprüche 1 Schmelzvorgangs ist um so größer, je dünner die bis 3, dadurch gekennzeichnet, dab. die Tiefe der Ab- Schmelzschicht ist

gabekanäle (18) in Förderrichtung gesehen zunimmt Im bekannten Falle nimmt die Dicke dieser Schmelz-

5. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 35 schicht jedoch in Richtung der Relativbewegung zwibis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstege (10 sehen der Wand der Gehäusebohrung und dem unge- bzw. 16) der Abgabekanäle (18) bzw. der Aufnah- schmolzenen Kunststoffpfropfen aufcfft Zusatzsteg hin mekanäle (17) einen den Übertritt der Schmelze ge- zu, wobei sich dem Zusatzsteg entlang sogar ein stattenden Durchmesser besitzen. Schmelzesumpf ausbilden kann. Dies ist darauf zurück-

40 zuführen, daß die entstandene Schmelze in Richtung der genannten Relativbewegung durch eine Schleppströmung abgeführt wird. Weil aber die abzuführende Menge geschmolzenen Materials in dieser Richtung zu-Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse zum Pia- nimmt, muß auch die Dicke der Schmelzschicht auf den stifizieren von thermoplastischen Kunststoffen mit ei- 45 Zusatzsteg hin proportional zu dieser Menge zunehner in einer Gehäusebohrung umlaufenden Schnecken- men. Auch in Förderrichtung gesehen nimmt die Dicke welle, die einen Einzugsabschnitt und anschließend ei- der Schmelzschicht zu, da die Temperatur des Kunstnen gehäuseseitig beheizten Schmelzabschnitt umfaßt, Stoffs während des Vortransports im Aufnahmekanal wobei der Schmelzabschnitt nebeneinander verlaufende zunimmt Diesen Erscheinungen könnte man zwar in Kanäle zur Aufnahme des ankommenden Kunststoffs 50 gewissem Ausmaße dadurch begegnen, daß man den und zur Abgabe der Schmelze aufweist, die auf einer Obertrittsspalt durch Verkleinern des Durchmessers Seite durch einen zur Wand der Gehäusebohrung im des Zusatzsteges vergrößert, um ein schnelleres Abfliewesentlichen dichtenden Steg und auf der anderen Seite ßen der im Aufnahmekanal erzeugten Schmelze zu erdurch einen den Übertritt von Schmelze zulassenden reichen. Diese Maßnahme hätte aber nur Erfolg, solan-Steg begrenzt und an entgegengesetzten Enden ge- 55 ge die Dicke der Schmelzschicht an der Seite des Zuschlossen sind. satzstegs größer ist als der Übertrittsspalt Ein weiteres Eine Schneckenpresse dieser Art — in der Fachwelt Verkleinern des Durchmessers des Zusatzsteges hätte unter der Bezeichnung Maillefer-Schnecke bekannt — keinen Einfluß auf die Schmelzschichtdicke, würde jegeht aus der DE-AS 12 07 074 als bekannt hervor. Diese doch die Gefahr des Übertritts auch fester Kunststoff-Schneckenpresse weist in ihrem von der gehäuseseiti- eo partikel mit sich bringen.

gen Heizung umgebenen Schmelzabschnitt zusätzlich Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

zum durchgehenden Fördersteg einen ebenfalls gewen- den Schmelzabschnitt der Schnecke bezüglich der

delten Zusatzsteg mit etwas größerer Steigung und klei- Schmelzleistung so zu verbessern, daß eine kleinere

nerem Durchmesser auf, so daß ein zum Einzugsab- Baulänge bzw. eine Durchsatzsteigerung ermöglicht

schnitt hin offener und am anderen Ende geschlossener es wird.

Aufnahmekanal mit der Gestalt eines gewendelten Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

Keils sowie ein Abgabekanal mit gleicher, jedoch axial daß mindestens drei Paare von Aufnahme- und Abga-

umgekehrt gerichteter Gestalt entsteht. Dabei bildet bekanälen vorgesehen sind, deren seitliche Stege paral-