DE3003615C2

DE3003615C2 - Schneckenstrangpresse mit Stiftzylinder

Info

Publication number: DE3003615C2
Application number: DE3003615A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ing.(Grad.) 3000 Hannover Anders
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1984-03-29
Also published as: IT1134809B; SE8100750L; FR2474946B1; NL8006782A; SE435824B; IT8026787A0; JPS56126143A; GB2068249A; GB2068249B; DE3003615A1; FR2474946A1

Description

5| Homogenisier tell, wie oben beschrieben, zu erreichen, ist ./.,< es zweckmäßig, wenn in Materialfließrichtung gesehen ;. die Anfänge der Stege der vielgängigen Schneckenteile

^: und die Enden der den stegfreien Abschnitten nachgeordneten vielgängigen Schneckenteile zugespitzt ausgebildet sind.

^: Die Erfindung wird aniiand eines in der Zeichnung

dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend erläu- ; tert:

Fig. 1 zeigt einen Einschneckenextruder gemäß der ,": Erfindung im Längsschnitt schematisch dargestellt. ■' i F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch ein Extruderteil mit

■i zwei Homogenisiereinheiten.
-^! Fig. 3 zeigt zugespitzte Steganfänge und Stegenden.

Fig. 4 verdeutlicht in schematisierter Form die • ■;" Grundidee der vorliegenden Erfindung.

\y F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform gemäß dem Stand

;* der Technik in schematisierter Form. % In einem Extruderzylinder 1 ist eine Schnecke 2 angeln ordnet mit darauf wendelförmig verkaufenden Schnekp kenstegen 3. Durch den Extruderzylinder 1 ra?.en Stifte 4

£ hindurch, die mittels einer Verschraubung S arretiert

β v/erden. Stifte 4 werden vielfach im Extrudereyünder 1 % derart angeordnet, daß sie mit ihren Achsen auf die k- Achse der Schnecke 2 zeigen. Je nach Zylinder- und

^!g' Schneckendurchmesser können mehr bzw. weniger Stifte

yj radial durch den Zylinder hindurch in den Extruderraum

ψ. 6 hineinragen. Die Stifte 4 werden senkrecht zur Achse '>'] der Schnecke 2 angeordnet und als eine Stiftebene ange- ; sprachen. Es können mehrere Stiftebenen in einem

bestimmten Abstand nebeneinander angeordnet werden, ; wobei zwischen den einzelnen Stiftebenen ein- oder

mehrgängige Schneckenabschnitte angeordnet sein können.

In Fig. 2 wird ein Extruderteil gezeigt mit zwei Homogenisierabschnitten 7. Die Homogenisierabschnitte 7 bestehen aus unmittelbar vor und nach einer Stiftebene angeordneten vielgängigen Schneckenteilen 8 und 9.

Durch die vielgängige Ausbildung der Homogenisierabschnitte 7 wird die hohe Scherwirkung des zu verarbeilenden Materials zwischen den sich gegenüberliegenden radialen Unterbrechungsflächen der Stege erheblich gesteigert.

Immer dann, wenn die sich drehende Schnecke 2 mit den sich radial gegenüberliegenden Stegunterbrechungsflächen an den Stegenden 10 und den Steganfängen 11 einen stationären Stift passieren, wird das Material zwischen den Unterbrechungsflächen und dem Stift einer erheblichen Scherung urvsrworfen, die durch die VIeI-gängigkeit der Homogenisierabschnitte entsprechend multiplizier· wird.

Fig. 5 zeigt In stilisierter Form und abgewickelt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik, bei der ein durchlaufender we.idelförmlger Steg gleicher Steigung, wie der in Flg. 4 gezeigte Steg unterbrochen wurde, um freien Raum für die stationären Stifte 14 vorzusehen. Wenn die radiale Stegunterbrechungsfläche 13 den Stift 14 passiert, kann das Material ungehindert zur anderen Seite ausweichen ohne eine Scherung zu erfahren. Wenn dann Im Laufe der weiteren Schneckendrehung die radiale Stegunterbrechungsfläche 12 des neuen Steganfanges den Stift 14 passiert, wird dem Material wiederum erlaubt. In die andere Richtung auszuweichen, ohne eine Scherbeaufschlagung zu erfahren.

Aufgrund eines Vergleiches der Wirkungswelsen der beiden schematisch dargestellten Flg. 4 und 5 wird die überragende Scherwirkung der erfindungsgemäßen Anordnung deutlich.

Hinsichtlich der Herstellung der erfindungsgemäßen Homogenüierabschnitte 7 sei erwähnt, daß diese beispielsweise durch einfaches Aufstecken der als einzelne Teile ausgebildeten vielgängigen Schneckenteile 8 und 9 auf einen Zuganker mit entsprechender Sicherung durch Paßfedern hergestellt werden können. Die Ausbildung der Schneckenteile 8 und 9 sowie des dazwischen angeordneten stegfreien Abschnitts als Einzelteile ist deswegen von großem Vorteil, weil verschieden starke Verschleißerscheinungen auftreten können. So werden beispielsweise die ersten Homogenisierabschnitte 7 wesentlich stärker beansprucht als die nachfolgenden, weil das Material eingangs kälter und somit wesentlich abrasiver ist. Ein weiterer Vorteil bei der Ausbildung der Schnecke in einzelne austauschbare Abschnitte liegt in der Hersteilung begründet. Die Schneckenteile können, da im Volumen relativ klein, als preiswerte Präzisionsgußteile hergestellt werden.

Entsprechend dem zu verarbeitenden Material kann es erforderlich sein, mehr oder weniger Scherenergie in das Material einzuleiten und somit meh; oder weniger Homogenisierabschnitte 7 vorzusehen.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß beispielsweise die vielgängigen Schneckenabschnitte oder Schneckenteile 8 und 9 folgende Gangzahlen bei bestimmten Extrudergrößen haben sollten, wobei die Größenangaben von 90, 150, 200 und 250 auf den Schneckenaußendurchmesser bzw. auf den Innendurchmesser des Extrudergehäuses bezogen sind.

90-Extruder - 2gängig
150-Extruder- 3gängig
200-Extruder - 4gänglg
250-Extruder - 5gängig

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Abschnittslänge der Schneckenteile 8 und 9 in einer bestimmten Relation zum Durchmesser der Stifte 4 auszubilden. Als besonders wirkungsvoll hat sich ein Verhältnis der Abschnittslänge des Schneckenteils 8 zum Stiftdurchmeiser von 1:1 bis 1:2 erwiesen, d. h. wenn die Schneckenabschnitte oder -teile 8 eine Länge von 0,2 D aufweisen, sollten die Stifte bzw. die Länge des stegfreien Schneckenabschnitts zwischen den Schneckenabschnitten oder Schneckenteilen 8 und 9 eine L?nge von 0,1 bis 0,2 D(D = Schneckenaußendurchmesser) aufweisen.

Bei der Verarbeitung von kalten Gummimischungen durch eine Schnecke mit erfindungsgemäßer Steg- bzw. Stiftgeometrie hat sich gezeigt, daß die Gummimischung mit möglichst geringem Widerstand aufgeteilt und zwischen den Stiften u;;d Stegen in lange Teilströme ausgezogen wird. Eine ausgezeichnete Homogenität der Gummimischung war die Folge.

Gleichzeitig können durch die Verwendung der Homogenisierabschnitte die dazwischen liegenden Förderteile ein- oder zweigängig sehr tief geschnitten mit hoher Ausstoßleistung pro Umdrehung ausgebildet werden, ohne Inhomogenitäten, wie ungleichmäßige Temperaturverteilungen, befürchten tu müssen.

Bei einem Vergleichsversuch auf einem Extruder mit einem Stlfizyllnder, wie gezeigt in der DE-OS 22 35 784, zeigten sich folgende Ergebnisse:

Der Extruder war mit 10 hintereinander angeordneten Stiftebenen ausgerüstet. Die zu verarbeitende Gummlmlschung, die etwa Rat mtemperatur aufwies, wurde In den Extruder eingegeben und nach Passleren der IO Stiftebenen wurde die Homogenität bestimmt.

Danach wurde ein erfindungsgemäßer Extruder mit Material, welches eine gleiche Viskosität und Temperatur

aufwies, beschickt. Nachdem die Gummimischung 5 Homogenisierabschnitte 7 passiert hatte, lag bereits eine Honiogenllilt vor, die vergleichbar war mit der Homogenität des Materials gemäß einem Extruder nach der DE-OS 22 35 784 mit IO hintereinander angeordneten Stlftebencn und einer doppelten Länge. Aufgrund dieses Vergleichsversuches wird deutlich. daß ein erfindungsgemäßer Extruder um 50% kürzer ausgeführt werden kann als; ein Extruder ge mti IJ dem Stand der Technik, bzw. daß bei gleicher Länge wesentlich höhere Ausstoßlelstunijen gefahren werden können, ohne daß Inhomogenitäten des Materials befürchtet werden müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneckenstrangpresse mit Stlfuylinder für die Verarbeitung vor« Thermoplasten und Elastomeren, mit in einem Hohlzylinder drehbarer Schnecke, wobei von der Innenwandung des Zylinders in etwa gleichmäßigen Abständen um den Umfang verteilt radial sich erstreckende, auf die Schneckenachse zeigende Stifte angeordnet sind und wobei die Schneckenstege an den Stellen, an denen die Stifte in den Zylinder hineinragen, radial unterbrochen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Unterbrechungsflächen der Stegenden (10) und Steganfänge (11) in Schneckenachsrichtung gesehen gegenüberliegend vorgesehen sind.

2. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich radial gegenüberliegenden Unterbrechungsflächen der Stegenden (10) und -anfange UD zu zwei vieigängigen, mft einem Abstand zueinander angeordneten Schneckenteilen (8,9) einer axial gemessenen jeweiligen Steglänge von etwa 1/5 D gehören, zwischen denen ein stegfreier Schneckenabschnitl einer Länge von etwa 1/5 D angeordnet Ist (D = Schneckenaußendurchmesser).

3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Maieriainießrichtung gesehen die Steganfänge (15) der vielgängigen Schnekkentelle (8) ur¹ in Materialflleßrichlung gesehen die Stegenden (16) der hinter dem stegfrelen Abschnitt nachgeordneten vielgängigen Senneckenteile (9) zugespitzt ausgebildei sind.

4. Schneckenstrangpresse nat.i Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenieile (8) und (9V und die zwischen den Homogenlslerabschnlllen (7) angeordneten ein- oder mehrgängigen Schnekkenteile als Einzelteile und auswechselbar ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Schneckenstrangpresse mit Stiftzylinder für die Verarbeitung von Thermoplasten und Elastomeren mit in einem Zylinder drehbarer Schnecke, wobei von der Innenwandung des Zylinders etwa in gleichmaßigen Abständen um den Umfang verteilt sich radial erstreckende, auf die Schneckenachse zeigende Stifte angeordnet sind und wobei die Schneckenstege an den Stellen, an denen die Stifte in den Zylinder hineinragen, unterbrochen sind.

Gattungsgemäße Extruder mit Stiftzylinder sind bekannt aus der DE-OS 22 35 784. Bei den in dieser Schrift gezeigten Extrudern sind die Schneckenstege an den Stellen unterbrochen, an denen die Stifte durch den Zylinder In den Extruderraum hineinragen. Bei einer derartigen Konstruktion soll ein einwandfreier Misch- und Homogenisiereffekt Für das zu verarbeitende Material erzielt werden.

Nachteilig bei dieser Konstruktion Ist, daß praktisch keine Materlalscherung erfolgt und somit die Homogenität der zu verarbeitenden Masse sehr zu wünschen übrig läßt. Es erfolgt zwar, wenn das Material auf die Stifte auftriffl, eine Stromteilung und Umlegung, eine nennenswerte Scherung des Materials wird nicht erzieh, well das Material, wenn es von einem Stift erfaßt wird. In den Nachbargang ausweichen kann ohne merkliche Scherung zwischen Schneckensteg und Stiften zu erfahren. Die bekannte Konstruktion erreicht also durch Stromteilung und Stromumlegung viele Teilströme und Umschichtungen, es wird jedoch kaum ein Scherfließen erreicht. Die Stifte werden von vielen Masseteilchen ohne jegliche Intensiv-Scherung umströmt.

Aus der DE-OS 24 61320 ist eine Extruderschnecke bekannt mit Schr.eckenstegen, die unterbreche τ sind, jedoch ohne Anordnung von radial durch den Extruderzylinder ragenden Stiften, so daß eine gezielte Scherung eines thermoplastischen Kunststoffes auf diesem Extruder nicht durchführbar ist.

Aus der DE-AS 12 45 584 ist weiterhin ein Extruder bekannt mit In den Zylinderraum ragenden Stiften, denen auf einem Schneckenkern angeordnete ringförmige Stegs zugeordnet sind, wobei die ringförmigen Stege unterbrochen sind, jedoch keinerlei Eigenförderung ausüben können. Mittels einer derartigen Schneckengeometrie Ist es ebenfalls nicht möglich, eine gezielte Scherung. d. h. Zerreibung des Materials, zu erreichen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Extruder mit einem Stiftzylinder der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei der Uniströmung der Stifte ein hohes Schergefälle entsteht und somit eine ausgezeichnete Homogenität der zu verarbeitenden Masse erreicht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 niedergelegte Lehre und die In den Ansprüchen 2 bis 4 zweckmäßigen Ausfühjo rungsformen.

Durch die Anordnung der Enden und Anfänge der unterbrochenen Stege derart, daß die radialen Unterbrechungsflächen der Siegenden und -anfange sich in Schneckenachsrichtung gegenüberliegen, wird erreicht. daß Immer dann das Material einer hohen Scherung unterworfen wird, wenn es sich zwischen einem stationären Stift und den radialen Unterbrechungsflächen befindet.

Durch diese Anordnung wird eine sehr hohe Wirkfläehe Tür die Einleitung einer großen Menge Stherenergie in das Material erreicht. Ferner wird das an dieser Stelle sich befindende Material mit erhöhter Geschwindigkeit durch die engen Spalten gezogen, ohne daß es ausweichen kann.

Gemäß dem Stand der Technik wird dem zu verarbeitenden Material, wenn es mn den stationären Stiften in Berührung kommt, stets erlaubt, ohne eine große Beaufschlagung auszuweichen. Mit einer großen Anzahl von Sliftreihen wird zwar eine gute üurchmischung erzielt, die Scherung des Materials, die maßgeblich für eine gute Materialhomogenität verantwortlich ist. wird jedoch stark vernachlässigt.

In Anwendung der Erfindung werden jeweils radial angeordnete Stiftebenen in Kranzform vorgesehen mit in Materialfließrichiung davor und dahinter angeordneten kurzen und vielgängigen Schneckenteilen.

Durch die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Idee, nämlich die gegenüberliegende Anordnung der radialen Unterbrechungsflächen der Stegenden und -anfange auf ein vielgängig gestaltetes Homogenisierten, wird die Homogenisierwirkung bei der Schneckenstrangpresse noch vervielfacht.

Werden mehrere derartig gestaltete Homogenisiereinheiten hintereinander geschaltet, so kann mit einem sehr ö5 kurzen Extruder eine ausgezeichnete Misch- und Homogenlsierwlrkung erzielt werden. Der Anschaffungspreis einer Exirudereinhelt wird somit erheblich reduziert. Um einen geringeren Strömungswiderstand in einem