DE2854650B2

DE2854650B2 - Screw extruder

Info

Publication number: DE2854650B2
Application number: DE2854650A
Authority: DE
Inventors: Detlef 8590 Marktredwitz Gneuss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2854650A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenstrangpresse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a screw extruder according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, daß Kunststoffe mit einem Einschnekkenextruder verarbeitet werden können, in dem sich zwecks Förderung und Plastifizierung eine zylindrische Schnecke befindet. Die Schnecken besitzen im allgemeinen einen zylindrischen Kern auf dem sich eine Förderwendel befindet Bei Betrachtung der Schnecke Ober ihre Längsachse setzt sich die Schnecke üblicherweise aus drei verschiedenen Zonen zusammen und zwar einer Einzugszone, einer Kompressionszone und einer Plastifizier- und Ausstoßzone. Dies muß aber nicht so sein, denn hier gibt es die verschiedensten Variationen in der Gestaltung einzelner Details wie z. B. Kern, Förderwendel usw. Bekannt und im Handel ίο erhältlich ist eine Vielzahl solcher Sondertypen.It is known that plastics can be processed with a single-screw extruder in which a cylindrical screw is located for the purpose of conveying and plasticizing. The snails generally have a cylindrical core on which there is a conveyor spiral When looking at the screw The screw is usually composed of three different zones along its longitudinal axis a feed zone, a compression zone and a plasticizing and ejecting zone. But this does not have to be be like that, because there are various variations in the design of individual details such as B. Core, conveyor helix, etc. Known and commercially available is a large number of such special types.

AU diese Schnecken haben aber eine gemeinsameBut AU these snails have one thing in common

Zielstrebung, sie versuchen auf irgendeine Art einen bestimmten Kunststoff optimal zu plastifizieren, d. h. mit einem möglichst geringen Anteil an Scherkraft eine gutPurpose, they try one in some way optimally plasticize certain plastic, d. H. with the lowest possible amount of shear force a good

is plastifizieren und homogene Schmelze zu erreichen.is to plasticize and to achieve a homogeneous melt.

Dies gelingt einigen Sondertypen bei bestimmten Kunststoffen auch recht gut, kann aber nicht oder nur mit einem erneut hohen Aufwand auf andere Kunststofftypen oder Extrudergrößen übertragen werden. Bisher galt es deshalb als nicht lösbares Problem, mit Förderwendeln einer bestimmten Schneckengeometrie die meisten Kunststofftypen verarbeiten zu können, und diese Schneckengeometrie auch problemblos auf andere Maschinengrößen übertragen zu können.
Bei Versuchen mit einem bekannten Schneckensonderbautyp wurde nun eine überraschende Entdekkung gemacht. Wenn man eine handelsübliche Extruderschnecke im Einzug mit einem zylindrischen Kernquerschnitt versieht und durch einen kurzen Übergangsbereich auf einen polygonalen Kernquerschnitt überwechselt und dieser Kernquerschnitt eine spezielle geometrische Größenordnung aufweist, so ergibt sich in diesem Bereich ein überraschender Kneteffekt, welcher zu einer, an bisherigen Maßstäben gemessen, optimalen Schmelzequalität in Güte und Homogenität führt. Weiterhin ist diese Schneckengeometrie für die meisten Kunststoffe einsetzbar und auch für andere Extrudergrößen problemlos zu übertragen.Some special types work quite well with certain plastics, but cannot be transferred to other types of plastics or extruder sizes, or only with great effort. So far it has therefore been considered an insoluble problem to be able to process most types of plastic with conveyor spirals of a certain screw geometry and to be able to transfer this screw geometry to other machine sizes without problems.
In experiments with a known special type of screw a surprising discovery has now been made. If you provide a commercially available extruder screw with a cylindrical core cross-section in the feed and change over to a polygonal core cross-section through a short transition area and this core cross-section has a special geometric order of magnitude, a surprising kneading effect results in this area, which, measured by previous standards, optimal melt quality in terms of quality and homogeneity. Furthermore, this screw geometry can be used for most plastics and can also be easily transferred to other extruder sizes.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geometrische Ausbildung einer Schnecke anzugeben, welche durch ihre Charakteristik im Zusammenwirken mit der Wärmezuführung über den Schneckenzylinder ein schonendes Plastifizieren verschiedener Kunststoffe ohne das Auswechseln der Schnecke zu ermöglichen.The invention has set itself the task of specifying the geometric design of a screw, which by their characteristics in interaction with the heat supply via the screw cylinder Gentle plasticizing of different plastics without changing the screw.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten baulichen Merkmale vorgeschlagen. Zweckmäßige andere Ausbildungen der Förderschnecke sind in den Patentansprüchen 2 und 4 vorgeschlagen.According to the invention, those mentioned in the characterizing part of claim 1 are used to achieve this object structural features proposed. Appropriate other configurations of the screw conveyor are in the Claims 2 and 4 proposed.

so In einer Ausführungsform der Schneckengeometrie kann der Schneckenkern die Querschnittsform einer Ellipse aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann der Schneckenkern in Querschnittsform eines Dreiecks gestaltet sein. Es ist ferner möglich, dem Schneckenkern die Querschnittsform eines Vierecks zu geben. In jedem Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß der Schneckenkern in der Einzugszone einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.In one embodiment of the screw geometry, the screw core can have the cross-sectional shape of a Exhibit ellipse. In another embodiment, the screw core in cross-sectional shape can be a Be designed triangular. It is also possible to give the screw core the cross-sectional shape of a square give. In any case, care must be taken that the screw core is one in the feed zone Has circular cross-section.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Schnecke wird darin gesehen, daß die Schnecke kompressionslos arbeitet und den Kunststoff an der Zylinderwand ausknetet. Der überraschende Kneteffekt, welcher nur in einem speziellen Bereich zwischen max. und min.The advantage of this screw according to the invention is seen in the fact that the screw is compression-free works and kneads the plastic on the cylinder wall. The surprising kneading effect, which only in a special range between max. and min.

Schneckenkernradius auftritt, führt zu einer intensiven aber schonenden Verwirbelung der Kunststoffe. Die Funktionstüchtigkeit ist in diesem speziellen Bereich materialunabhängig, so daß fast alle Kunststoffe hierin gleich gut verarbeitet werden können. Durch dieScrew core radius occurs, leads to an intensive but gentle turbulence of the plastics. the Functionality in this special area is independent of the material, so that almost all plastics are used here can be processed equally well. Through the

Drehbewegung der Schnecke rotieren die zwischen Schneckenkern und Schneckenzylinder gebildeten Kammern und führen damit zu einem kontinuierlichen Knetvorgang, in welchem der Kneter, nämlich der Schneckenkern, durch seine zentrisch um den Drehpunkt vorgesehene geometrische Ausbildung ständig im Gleichgewicht der Kräfte gehalten ist, welche an den Knetpunkten verursacht werden. Anders ausgedrückt ist die Schnecke durch ihre zentrische Gestaltung während des Betriebes immer schwimmend gelagert und weist somit trotz der entstehenden Knetkräfte den geringst möglichen Verschleiß auf.Rotational movement of the screw rotate the formed between the screw core and the screw cylinder Chambers and thus lead to a continuous kneading process in which the kneader, namely the Screw core, due to its geometrical design provided centrically around the pivot point, constantly in the Balance of forces is maintained, which are caused at the kneading points. Expressed differently the screw is always floating due to its centric design during operation and thus shows the least possible wear despite the kneading forces that arise.

Durch entsprechende Temperaturführung am Schneckenzylinder kann die erfindungsgemäße Schnekke in ihren Verarbeitungseigenschaften verschiedenen Rohstofftypen angepaßt werden, das bedeutet, man kann ohne Schneckenwechsel die meisten Kunststoffe optimal verarbeiten. Umrüstkosten, Kosten für zusätzliche Schnecken und diffizile Einstellarbeiten entfallen. Wesentlich ist ferner, daß aufgrund der vorgegebenen Schneckengeometrie der Schneckendruck vor der Schnecke nur noch von geringer Bedeutung für die Plastifiziergüte des aufbereiteten Materials ist, wodurch der im Austragsbereich auftretende Verschleiß reduziert wird.The processing properties of the screw according to the invention can be adapted to different types of raw materials by appropriate temperature control on the screw cylinder, which means that most plastics can be processed optimally without changing the screw. There are no retrofitting costs, costs for additional screws and difficult adjustment work. It is also essential that, due to the given screw geometry, the screw pressure in front of the screw is only of minor importance for the plasticizing quality of the processed material, whereby the wear occurring in the discharge area is reduced.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schnecke schematisch dargestellt; es zeigtIn the drawing, an embodiment of the screw according to the invention is shown schematically; it shows

F i g. 1 — Die Schnecke in GesamtansichtF i g. 1 - The snail in general view

F i g. 2 — Einen Schnitt durch den Einzugsbereich der SchneckeF i g. 2 - A cut through the feed area of the auger

F i g. 3 — Einen Schnitt durch den Übergangsbereich von der Einzugszone zur Misch- und FörderzoneF i g. 3 - A section through the transition area from the feed zone to the mixing and conveying zone

Fig.4 — Einen Schnitt durch den Misch- und Förderbereich.Fig. 4 - A section through the mixing and conveying area.

F i g. 1 zeigt die Schnecke 1 mit dem Einzugsbereich 3, dem ubergangsbereich 4 zwischen Einzugsbereich und Misch- Förderbereich sowie den Misch- und Förderbereich 2 in Gesamtdarstellung. Die Zeichnung zeigt imF i g. 1 shows the screw 1 with the intake area 3, the transition area 4 between the intake area and Mixed conveying area as well as the mixed and conveying area 2 in an overall view. The drawing shows im Teilschnitt die Förderwendel 12, weiche längs durchlaufend vom Einzugsbereich 3 bis zur Schneckenspitze 13 auf dem Schneckenkern 11 angeordnet istPartial section of the conveyor helix 12, which runs longitudinally from the intake area 3 to the screw tip 13 is arranged on the screw core 11

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch den Einzugsbereich 3 mit dem in diesem Bereich zylindrischen Schneckenkern 11.F i g. 2 shows a section through the catchment area 3 with the screw core 11, which is cylindrical in this area.

F i g. 3 zeigt den Übergangsbereich 4 zwischen dem Einzugsbereich 3 und dem Misch- und Förderbereich 2. Der Schneckenkern 11 weist in dieser DarstellungsartF i g. 3 shows the transition area 4 between the intake area 3 and the mixing and conveying area 2. The screw core 11 has in this type of representation

ίο die Form eines Mehrecks 12 mit drei starkabgeflachten Eckbereichen 121,122,123 auf. Die Gangtiefe zwischen diesen Eckbereichen 121,122,123 und den Mittelbereichen 124, 125, 126 der Seitenflanken weist in diesem Übergangsbereich nur geringe Unterschiede auf. Dasίο the shape of a polygon 12 with three strongly flattened Corner areas 121,122,123. The passage depth between these corner areas 121, 122, 123 and the central areas 124, 125, 126 of the side flanks has in this Transition area shows only minor differences. That

is aufzubereitende Material wird durch diesen Übergangsbereich 4 von dem reinen Einzugsbereich 3 in den Misch- und Förderbereich 2 übergeführt, der im Sinn einer Knet- und Austragszone arbeitet F i g. 4 zeigt die eigentliche Knet- und AustragszoneThe material to be processed is passed through this transition area 4 from the pure intake area 3 to the Transferring mixing and conveying area 2, which works in the sense of a kneading and discharge zone F i g. 4 shows the actual kneading and discharge zone im Misch- und Förderbereich 2 in der Schneckengeometrie. Die gewählte Darstellungsform baut auf der Darstellung der F i g. 3 auf und zeigt eine dreieckförmige Gestaltung des Schneckenkernes 11.in the mixing and conveying area 2 in the screw geometry. The chosen form of representation is based on the Representation of the F i g. 3 and shows a triangular design of the screw core 11.

Die größten Stellen des Schneckenkernes (11), alsoThe largest parts of the screw core (11), so

die abgeflachten Eckbereiche 121, 122, 123 sind bei dieser Darstellungsart spitzer gehalten, und müssen einen bestimmten Abstand zur Oberkante der Förderwendel 127 haben, was bedeutet, daß gegenüber dem Übergangsbereich 4 die Gangtiefen in den abgeflachtenthe flattened corner areas 121, 122, 123 are kept more pointed in this type of representation, and must have a certain distance from the upper edge of the conveyor helix 127, which means that compared to the Transition area 4 the aisle depths in the flattened Eckbereichen 121, 122, 123 niedriger gehalten sind als im Übergangsbereich. Die kleinsten Stellen des Schneckenkernes U, also die Mittelbereiche 124, 125, 126 müssen ebenfalls einen bestimmten Abstand zur Oberkante der Förderwendel 127 haben. Nur wenn dieCorner areas 121, 122, 123 are kept lower than in the transition area. The smallest places of the screw core U, i.e. the middle areas 124, 125, 126 must also have a certain distance from the upper edge of the conveyor helix 127. Only if the kleinste und größte Stelle des Schneckenkerns sich in einem bestimmten Bereich befinden, tritt der überraschende Kneteffekt auf, welcher zu einer schonenden und optimalen Plastifizierung führtthe smallest and largest point of the screw core are in a certain area, the surprising kneading effect occurs, which leads to a gentle and optimal plasticization leads

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Screw extruder with a screw conveyor arranged in a cylinder for continuous Processing of organic, plastic, in particular thermoplastic masses that form a feed zone and a mixing and discharge zone with a longitudinally continuous, cylindrical conveyor spiral and its screw core after the feed zone and a short transition area a polygonal one Having cross-sectional shape, characterized in that that the smallest distance between the outer diameter of the conveyor helix (127) and the point of greatest dimension of the polygonal screw core at the corner areas (121, 122, 123) is not smaller than 2 mm but also not larger than 6.7% of the outer screw diameter, and that the greatest distance between the outer diameter the conveyor helix (127) and the location of the smallest dimensions of the polygonal screw core in the middle ranges (124, 125, 126) not less than 10% but also not greater than 22% of the Outer screw diameter is

2. screw extruder according to claim 1, characterized in that the smallest distance between the outer diameter of the conveyor helix (127) and the point of greatest dimension of the polygonal screw core in the corner areas (121, 122, 123) not smaller than 1.8 mm but also is not greater than 7.2% of the outer screw diameter, and that the greatest distance between the outer diameter of the conveyor helix (127) and the point of smallest dimension of the polygonal Snail core in the middle areas (124, 125, 126) not smaller than 9% but also not larger than 24% of the outer screw diameter.

3. Screw extruder according to claim 1, characterized in that the smallest distance between the outer diameter of the conveyor helix (127) and the point of greatest dimension of the polygonal screw core in the corner areas (121, 122, 123) not smaller than 1.6 mm but also is not greater than 7.7% of the outer screw diameter, and that the greatest distance between the outer diameter of the conveyor helix (127) and the point of smallest dimension of the polygonal Snail core in the middle areas (124, 125, 126) not smaller than 8% but also not larger than 26% of the outer screw diameter.

4. screw extruder according to claim 1, characterized in that the screw core (U) has the cross-sectional shape of an ellipse.

5. screw extruder according to claim 1, characterized in that the screw core (U) has the cross-sectional shape of a triangle.

6. screw extruder according to claim 1, characterized in that the screw core (11) has the cross-sectional shape of a square.