DE3029565C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbehandeln von thermoplastischem Material beim Strangpressen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Ein derartiges Verfahren und eine solche Vorrichtung, bei denen im Materialfluß zu einem Extruder eine Vorbehandlungs­ strecke vorgeschaltet ist, welche das Rohmaterial im Über­ schuß aufnimmt und vorbehandeltes Material laufend dem Extruder zuführt, wobei das überschüssige Material erneut der Vorbehandlung zugeführt wird, sind bereits bekannt (DE- OS 20 00 857).

Das erfindungsgemäße Verfahren soll auf einen Extruder der herkömmlichen Bauart, z. B. eine Schneckenpresse, anwendbar sein, in der PVC und ähnliche Thermoplaste oder auch Elasto­ mere extrudiert werden, und die mit einer Vorwärmvorrichtung für das zu verarbeitende Material versehen ist. Durch die Verwendung einer beheizten Beschickungsvorrichtung soll er­ reicht werden, daß dem Material bereits vor dem Einführen in die Strangpresse zumindest ein Teil jener Wärmemenge zuge­ führt wird, die für die Verarbeitung, insbesondere für die Plastifizierung benötigt wird.

Es ist bekannt, daß die Leistung von Strangpressen erhöht bzw. besser ausgenutzt werden kann, wenn es gelingt, ein Be­ schickungsverfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die einerseits eine exakte Dosierung des der Strangpresse zuge­ führten Materials und damit einen Betrieb der Strangpresse jeweils nahe an ihrer Leistungsgrenze, aber ohne die Gefahr einer Überlastung und andererseits eine Einregelung einer bestimmten Vorwärmtemperatur ermöglicht, wobei die Vorwärm­ temperatur gleichmäßig erreicht werden soll, also Temperatur­ unterschiede innerhalb des zur Verarbeitung gelangenden Kunststoffes weitgehend vermieden werden, so daß im Bedarfs­ fall eine Vorwärmtemperatur eingestellt werden kann, die nahe an jener Temperatur liegt, bei der der Kunststoff kleb­ ring und plastifizierbar wird.

Ziel der Erfindung ist es, die Möglichkeit zu schaffen, eine bestimmte Strangpresse ohne Umbau lediglich durch exakte Steuerung der Dosierung und der Vorwärmtemperatur des zu verarbeitenden Materials für thermo­ plastische Kunststoffe mit stark unterschiedlichen Eigen­ schaften zu verwenden.

Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß das Roh­ material zum Vorbehandeln nacheinander zumindest jeweils einmal durch zwei vom Extruder und voneinander getrennt tem­ peraturregelbare Vorwärmstrecken mit einer von der Förderge­ schwindigkeit der Extruderschnecke unabhängigen Förderge­ schwindigkeit gefördert wird, und daß die Fördergeschwindig­ keit des Materials in den Vorwärmstrecken auf den Bedarf der Extruderschnecke derart abgestimmt wird, daß zumindest Teil­ mengen des Materials mehrfach im Kreislauf innerhalb der Vorwärmstrecken geführt werden, wobei das gesamte vorbehan­ delte Massevolumen gleichmäßig auf eine vorgegebene Tempera­ tur erwärmt wird.

Es sind bereits mehrere Vorschläge bekannt geworden, ohne daß es jedoch bisher möglich war, das mit der Erfindung er­ zielbare Ergebnis zu erreichen. So sind in der GB-PS 20 03 080 und der DE-OS 20 00 857 zwei Methoden der Beschickung eines Extruders beschrieben.

Bei dem Gegenstand der erstgenannten Veröffentlichung han­ delt es sich um einen Schneckenextruder in einer speziellen Bauweise. Bei dieser Ausbildung ist eine Haupt-Extruder­ schnecke vorgesehen, mit der das Material plastifiziert werden soll und sich erwärmt, sowie quer und symmertrisch zu dieser zwei parallel angeordnete Förder- und Zuteil-Schnecken, von denen die erste das Material in zwei einander entgegenge­ richtete Materialströme unterteilt und nach den Schnecken­ enden fördert, während die zweite Schnecke die beiden Mate­ rialströme von den Schneckenenden wieder in den Zentralbe­ reich und zur Auslaßöffnung fördert, wobei es mittels diese Schnecken umgebende Kühlkanäle und -bohrungen gekühlt wird. Diese beiden Schnecken sind parallel - und nicht hinterein­ ander geschaltet und sie können auch nicht zwei- oder mehrmals durchlaufen werden.

Das in der zweitgenannten Veröffentlichung offenbarte Ver­ fahren und die zugehörige Vorrichtung beziehen sich auf ein Ein-Schnecken-Extruder-Aggregat, bei dem das Rohmaterial in einem ersten Extruder im Überschuß zu einer gleichförmigen Masse aufgearbeitet und diese dann einem zweiten Extruder mit geringerer volumetrischer Leistung zugeführt wird.

Dabei kann zur Mengenanpassung der überschüssige Material­ teilstrom abgezweigt und in den Eingangsbereich des ersten Extruders zurückgeführt werden. Ein ein- oder mehrfaches Im-Kreislauf-Führen des Materials mit vom Hauptmaterialstrom unterschiedlicher Fördergeschwindigkeit zur Verbesserung der Temperatur- und Mischungshomogenität und zur kontinuier­ lichen Dosierung ist dort nicht möglich. Auch ist nicht vor­ gesehen, daß die aus einer Schnecke bestehende Rückführungs­ einrichtung in irgendeiner Weise eine Einwirkung auf den als überschüssig abgeleiteten und zurückzuführenden Materialstrom ermöglicht; insbesondere fehlt ihr eine Heizeinrichtung.

Es ist ferner durch die AT-PS 3 39 583 eine Beschickungsvor­ richtung vorgeschlagen worden, in der unabhängig voneinander erwärmbare, runde, z. B. schüsselförmige Heizplatten koaxial übereinander angeordnet sind, deren Bodenteile, jeweils ge­ gegeneinander versetzt, je eine Durchtrittsöffnung aufweisen, wobei am Bodenteil jeder Heizplatte ein um eine koaxiale Achse drehend antreibbarer Kratzer zur portionsweisen Weiter­ förderung des Schüttgutes, vorzugsweise ein Zellenrad mit radial verlaufenden Kratzerflügeln, vorgesehen ist.

Mit dieser bekannten Vorwärmvorrichtung können vorhandene Extruder ausgerüstet werden. Nachteilig ist dabei, daß je­ weils nur kleine Materialmengen von jedem Kratzer lose ge­ fördert werden, so daß diese Vorwärmvorrichtung großen Platzbedarf sowie viele Bauteile aufweist. Weiterhin erlaubt die bekannte Vorrichtung keine Materialrückführung; d. h. sie ist nur für einmaligen Materialdurchtritt vorgesehen und bei erhöhtem Wärmebedarf müssen entsprechend viele Vorwärmebenen eingebaut werden. Als weiteres Problem tritt eine ungleich­ förmige Strangpreßgeschwindigkeit auf, wenn der Druck oder die Temperatur des stranggepreßten Erzeugnisses am Abgabeende des Extruders schwankt, so daß die Strangpreßmasse von dem Extruder mit verschiedener Geschwindigkeit abgegeben wird.

Die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vor­ gesehene Vorrichtung, die eine dem Extruder vorgeordnete, mit Förderschnecken versehene Vorbehandlungseinrichtung auf­ weist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei in einem beheiz­ baren vom Extrudergehäuse getrennten Gehäuse gelagerte und selbstständig mit entgegengesetzten Förderrichtungen antreib­ bare Förderschnecken vorgesehen sind, von denen die eine mit ihrem Förderanfang mit einem Einfülltrichter und die zweite mit ihrem Förderende mit dem Einzugsbereich der Ex­ truderschnecke verbunden ist, wobei beide Förderschnecken an ihren Enden jeweils über Durchtritte miteinander in Verbin­ dung stehen.

Die zylindrischen Förderschnecken sind einzeln in voneinander getrennten zylindrischen Gehäusen angeordnet, wobei sie hori­ zontal nebeneinander oder aber auch übereinander angeordnet sein können und vorteilhafterweise an beiden Enden gelagert sind.

Es ist von Vorteil, wenn die Schnecken mittels einer Wärme­ übertragerflüssigkeit beheizbar sind. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß der Antriebsmotor und das Getriebe für die Förderschnecken auf der einen und die Förderschnecken selbst auf der anderen Seite des Einfülltrichters angeordnet sind und ferner, daß die Förder­ schnecken jeweils an wenigstens einem der Enden mit Misch­ flügeln versehen sind. Vorteilhaft ist ferner, wenn zwischen dem Förderende der Förderschnecken und der Materialzuführung zum Extruder eine Dosiervorrichtung, vorzugsweise mit Ge­ wichtsdosierung, angeordnet ist.

Eine besonders platzsparende, günstig zu heizende Ausbil­ dungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich nach den Ansprüchen 12 und 13 dann, wenn die beiden Schnecken ineinander mit einer gemeinsamen Drehachse angeordnet, mit anderen Worten also ineinandergesteckt sind. Dies läßt sich apparativ am vorteilhaftesten erreichen, wenn die beiden Schnecken nach Anspruch 14 in Form von an der Außen- und Innenfläche auf einem Hohlkörper verlaufenden Schnecken­ gängen vorgesehen sind, d. h. ein einziger rotierender Hohl­ körper mit einem "Außengewinde" und einem (gegenläufigen) "Innengewinde" vorgesehen ist.

Die Anordnung der Vorwärmvorrichtung mit Bezug auf die Schneckenpresse erfolgt am einfachsten so, daß die Schnecken der Vorwärmvorrichtung parallel zu der oder den Extruder­ schnecken verlaufen, wobei zwischen dem Auslaß der Vorwärm­ vorrichtung und der Einzugsöffnung des Extruders nur ein kurzer Kanal vorgesehen ist. Laufen nur die Vorwärmschnec­ ken, aber nicht der Extruder, so wird das zu verpressende Gut in der Vorwärmvorrichtung im Kreislauf gefördert, da der Einlaß der ersten Vorwärmschnecke und der Auslaß der zweiten Vorwärmschnecke im Materialfluß liegen. Durch Abstimmung der Förderleistung der Vorwärmvorrichtung auf den Extruderbedarf kann eingestellt werden, wie oft ein Materialpartikel im Durchschnitt durch die Vorwärmvorrichtung im Kreis geführt wird, bevor es in den Extruder gelangt. Dabei ist vorteil­ haft auch die Dosiervorrichtung zwischen Vorwärmvor­ richtung und Extruder eingeschaltet, um eine genauere Ein­ stellung treffen zu können. Die Vorwärmvorrichtung wird günstig entweder mit der Dosiervorrichtung oder mit dem Ex­ truderantrieb gekoppelt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die folgenden Vor­ teile: Einfache Bauweise bei Verwendung herkömmlicher Vor­ materialien und Normteile.

Durch die doppelte Lagerung der Schnecke ist der Transport sehr betriebssicher und abnützungsfrei.

Durch den reibungsarmen und drucklosen Transport des Förder­ gutes ist eine hohe Breitenanwendung in Bezug auf die Aufgabe­ form wie Pulver, Granulat, Schrott, Schnitzel usw. gegeben. Auch die Temperaturführung kann leicht von Raumtemperatur bis zur maximal gewünschten Temperatur gesteuert werden.

Durch das mehrmalige Durchlaufen des Materials durch die Vorwärmvorrichtung kann die Heizfläche im Verhältnis zur eingebrachten Energie relativ klein sein.

Die Steuerung der Energieeinbringung kann bei gleicher Grundeinheit - Antrieb und Übergabestück - durch die Dreh­ zahl und die Verlängerung der Schnecken - Manteleinheit auf einfachste Weise erhöht werden.

Der Raumbedarf der Vorwärmvorrichtung ist sehr gering, wo­ durch sie auf jeden Extruder montiert werden kann. Von be­ sonderem Vorteil ist die niedere Bauhöhe, wodurch bei Ein­ bau in bestehende Transportsysteme keine wesentlichen Än­ derungen erforderlich sind.

Durch den mehrmaligen Materialkreislauf wird ein guter Mischeffekt erzielt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher be­ schrieben, wobei Fig. 1 eine geschnittene Draufsicht auf die Vorwärmvorrichtung und Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht der Vorwärmvorrichtung nach Fig. 1 zeigt, die auf eine aus­ schnittsweise dargestellte Schneckenpresse aufgesetzt ist.

Die Vorwärmvorrichtung weist zwei zylindrische gegenläufige Schnecken 1, 2 auf, die in einem im Grundriß rechteckigen Gehäuse 5 laufen und über zwei Zahnräder 3, 4 starr mit­ einander gekuppelt sind. Zwischen den zylindrischen Be­ reichen des Gehäuses 5 ist am Förderende der Schnecke 2 ein Durchtritt 8 zum Förderanfang der Schnecke 1 und am Förder­ ende der Schnecke 2 vorgesehen. Am Förderende der Schnecken 1, 2 ist weiterhin jeweils ein Mischerrad 12 vorgesehen. Das vorzuwärmende Material wird über den zum Einfülltrichter führenden Abschnitt 6 des Materialhauptkanals von der Schnecke 2 eingezogen und über den Durchtritt 8 dem Einzugs­ bereich der Schnecke 1 zugefördert. Am Förderende der Schnecke 1 gelangt das vorgewärmte Material in den zum Ein­ zugsbereich der Extruderschnecke 14 führenden Abschnitt 7 des Materialhauptkanals und/oder über den Durchtritt 13 zum Einzugsbereich der Schnecke 2. Steht die Extruderschnecke 14, so wird das von der Schnecke 1 über den Abschnitt 6 ein­ gezogene Material über Schnecke 2, Durchtritt 8, Schnecke 1, Durchtritt 13, Schnecke 2 usw. im Gehäuse 5 im Kreislauf ge­ führt. Das Gehäuse 5 (Mantel) weist in der dargestellten Ausführungsform Heizkörper 11 mit einem Wärmefühler 10 auf. Je nach der nötigen Vorwärmung des Materials wird die Ex­ truderschneckendrehzahl zur Leistung der Vorwärmvorrichtung so abgestellt, daß gut gemischtes temperaturkonstantes Ma­ terial zur Extruderschnecke 14 gelangt. Dies kann in manchen Fällen eine hohe durchschnittliche Verweilzeit für die ein­ zelnen Materialpartikel in der Vorwärmvorrichtung bedingen, mit anderen Worten auch mehrere Kreisläufe, d. h., daß der größte Teil der transportierten Materialmenge im Kreislauf geführt wird.

Der Materialhauptkanal wird im dargestellten Ausführungs­ beispiel aus den Abschnitten 6 und 7 sowie dem Durchtritt 13 gebildet. Man erkennt, daß am Förderende der Schnecke 1 eine Verzweigung des Strömungsmaterials vorhanden bzw. Einzugsbe­ reich und Abgabebereich der Vorwärmvorrichtung gegeneinander versetzt sind.

Gegebenenfalls können die Schnecken der Vorwärmvorrichtung auch senkrecht stehend angeordnet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Vorbehandeln von thermoplastischem Material beim Strangpressen, bei dem im Materialfluß zu einem Ex­ truder eine Vorbehandlungsstrecke vorgeschaltet ist, welche das Rohmaterial im Überschuß aufnimmt, und vorbehandeltes Material laufend dem Extruder zuführt, wobei überschüssiges Material erneut der Vorbehandlung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial zum Vorbehandeln nacheinander zumindest jeweils einmal durch zwei vom Extruder und voneinander ge­ trennt temperaturregelbare Vorwärmstrecken mit einer von der Fördergeschwindigkeit der Extruderschnecke unabhängigen Fördergeschwindigkeit gefördert wird, und daß die Förderge­ schwindigkeit des Materials in den Vorwärmstrecken auf den Bedarf der Extruderschnecke derart abgestimmt wird, daß zu­ mindest Teilmengen des Materials mehrfach im Kreislauf inner­ halb der Vorwärmstrecken geführt werden, wobei das gesamte vorbehandelte Massevolumen gleichmäßig auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit einer einem Extruder vorgeordneten Vorbe­ handlungseinrichtung, die Förderschnecken aufweist, dadurch daß zwei in einem beheizbaren vom Extrudergehäuse getrennten Gehäuse (5) gelagerte und selbständig mit entgegengesetzten Förderrichtungen antreibbare Förderschnecken (1, 2) vorge­ sehen sind, von denen die eine (2) mit ihrem Förderanfang mit einem Einfülltrichter und die zweite (1) mit ihrem Förderende mit dem Einzugsbereich der Extruderschnecke (14) verbunden ist, wobei beide Förderschnecken (1, 2) an ihren Enden jeweils über Durchtritte (8, 13) miteinander in Ver­ bindung stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zylindrische Förderschnecken (1, 2) vorgesehen sind, die einzeln in voneinander getrennten zylindrischen Gehäusen an­ geordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Förderschnecken (1, 2) horizontal nebenein­ ander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Förderschnecken (1, 2) horizontal überein­ ander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse der Förderschnecken (1, 2) mittels einer Wärmeübertragerflüssigkeit beheizbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecken (1, 2) beidendig gelagert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmotor und Getriebe (3, 4) für die Förderschnecken (1, 2) auf der einen und die Förderschnecken (1, 2) selbst auf der anderen Seite des Einfülltrichters angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecken (1, 2) jeweils an wenigstens einem Ende mit Mischflügeln (12) versehen sind.

10.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Förderende der Förderschnecken (1, 2) und der Materialzuführung zum Extruder (14) eine Dosiervor­ richtung, vorzugsweise mit Gewichtsdosierung, angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Förderschnecken durch ein käm­ mendes Schneckenpaar ersetzt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Förderschnecken ineinander mit einer ge­ meinsamen Drehachse angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Förderschnecken in Form von an der Außen- und Innenfläche auf einem Hohlkörper verlaufenden Schneckengängen vorgesehen sind.