DE3133708C2 - Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen - Google Patents

Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen

Info

Publication number
DE3133708C2
DE3133708C2 DE3133708A DE3133708A DE3133708C2 DE 3133708 C2 DE3133708 C2 DE 3133708C2 DE 3133708 A DE3133708 A DE 3133708A DE 3133708 A DE3133708 A DE 3133708A DE 3133708 C2 DE3133708 C2 DE 3133708C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
helix
screw
pitch
sleeve
grooves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE3133708A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3133708A1 (de
Inventor
Semen Il'ič Gdalin
Valerij Anatol'evič Moskau/Moskva Jakovlev
Vladimir Ivanovič Kločkov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE3133708A priority Critical patent/DE3133708C2/de
Publication of DE3133708A1 publication Critical patent/DE3133708A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3133708C2 publication Critical patent/DE3133708C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/68Barrels or cylinders
    • B29C48/685Barrels or cylinders characterised by their inner surfaces, e.g. having grooves, projections or threads
    • B29C48/686Barrels or cylinders characterised by their inner surfaces, e.g. having grooves, projections or threads having grooves or cavities
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/56Screws having grooves or cavities other than the thread or the channel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07Flat, e.g. panels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07Flat, e.g. panels
    • B29C48/08Flat, e.g. panels flexible, e.g. films
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/09Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/12Articles with an irregular circumference when viewed in cross-section, e.g. window profiles

Abstract

Der Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen enthält ein beheiztes zylindrisches Gehäuse mit einem Füll trichter, in dessen Hohlraum eine rotierende Schraubenschnecke mit in Fließrichtung des Werkstoffes nacheinander angeordneten Speise-, Preß- und Dosierzonen und eine Hülse koaxial untergebracht sind, die die Schnecke in der Speisezone umgibt und mit auf ihrer Innenfläche ausgebildeten parallelen schraubenförmigen Nuten versehen ist, bei denen die Richtung der Schraubenlinienwindung der Richtung der Schraubenlinie der Schnecke entgegengesetzt ist, dabei unterscheidet sich die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke von der Steigung der Schraubenlinie der Nuten. Gemäß der Erfindung ist die Steigung der Schraubenlinie der Hülsennuten geringer als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke und sie wird nach folgender Abhängigkeit berechnet: (Formel) worin t ↓2 - die Steigung der Schraubenlinie der schraubenförmigen Nuten auf der Innenfläche der Hülse; t ↓1 - die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke; φ - der Steigungswinkel der Schraubenlinie der Schnecke; K - das Verhältnis des spezifischen Gewichtes der Schmelze zu der Schüttmasse des Ausgangswerkstoffes; ξ - den Grad der Druckbeanspruchung der Schnecke bedeuten.

Description

a) die Steigung der Schraubenlinie der Nuten (6) der Hülse ist geringer als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke (4),
b) die Nuten (6) der Hülse (5) sind mit einer sich in Fließrichtung des Werkstoffs sanft vermindernden Tiefe ausgebildet, und
c) die Steigung der Schraubenlinie der Nuten (6) der Hülse (5) genügt der Bedingung:
f2 = ,,
-^
worin
/2 - die Steigung der Schraubenlinie der schraubenförmigen Nuten auf der Innenfläche der Hülse,
i, - die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke,
φ — den Steigungswinkel der Schraubenlinie der Schnecke,
K - das Verhältnis des spezifischen Gewichtes der Schmelze zu der Schüttmasse des Ausgangswerkstoffes, und
i - den C^ad der Druckbeanspruchung der Schnecke
bedeuten.
Die Erfindung betrifft einen Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen, enthaltend ein beheiztes zylindrisches Gehäuse mit einem Fülltrichter, in dessen Hohlraum eine rotierende Schraubenschnecke mit in Fließrichtung des Werkstoffes nacheinander angeordneten Speise-, Preß- und Dosierzonen und eine Hülse koaxial untergebracht sind, die die Schnecke in der Speisezone umgibt und mit auf ihrer Innenfläche ausgebildeten parallelen schraubenförmigen Nuten versehen ist, bei denen die Richtung der Schraubenlinienwindung der Richtung der Schraubenlinie der Schnecke entgegengesetzt ist, und sich die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke von der Steigung der Schraubenlinie der Nuten unterscheidet.
Aus der DE-OS 25 15 866 ist eine Schneckenpresse zum Extrudieren von Kunstharzen bekannt, bei welcher ein Strangpreßzylinder mit einer in diesem angeordneten Schnecke, eine Heizvorrichtung zum Aufheizen des Strangpreßzylinders und schließlich auch eine Innenfläche des Strangpreßzylinders mit einer Spiralnut realisiert sind. Bei dieser bekannten Schneckenpresse ist jedoch keine eigene Preßzone und keine eigene Dosierzone vorhanden. Die Spirainut hat ferner den gleichen Richtungssinn und im wesentlichen auch die gleiche Ganghöhe wie die Schnecke. Mit Hilfe dieser bekannten Schneckenpresse laßt sich eine bestimmte Gruppe von Harzen, die eine hohe Schmelzviskosität, eine niedrige Oberflächenreibung gegenüber Metall oder eine geringe thermische Stabilität besitzen, mit beträchtlicher Geschwindigkeit strangpressen.
Aus der US-PS 28 29 399 ist ein gattungsgemäßer Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen bekannt, der aus einem beheizten zylindrischen Gehäuse mit einem Fülltrichter besteht, in dessen Hohlraum eine rotierende Schraubenschnecke mit nacheinander angeordneten Speise-, Preß- und Dosierzonen und eine Hülse koaxial untergebracht sind, die die Schnecke in der Speisezone umgibt und auf ihrer Innenfläche mit parallelen schraubenförmigen Nuten versehen ist. Die Richtung der Schraubenlinie der Nuten ist der Richtung der Schraubenlinie der Schnecke entgegengesetzt und die Steigung der Schraubenlinie der Nuten ist ferner größer als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke. Ein ähnlich konstruierter Extruder wird gewöhnlich zur Bearbeitung von Gummi und Kautschuk verwendet. Die schraubenförmigen Nuten der Hülse dienen hierbei zum Ableiten von Flüssigkeit aus der Mischzone beim Abpressen von Kautschuk. Die Verwendung eines solchen Extruders zur Verarbeitung von anderen Polymerwerkstoffen und zur Herstellung von Erzeugnissen hoher Qualität ist wegen des aufeinander nicht abgestimmten Betriebes der Speisezone und der Dosierzone ungeeignet, weil die Steigung der Schraubenlinie der Hülsennuten größer ist als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke.
Aus der DE-OS 29 38 048 sind verschiedene Konstruktionen von Schneckenpressen bekannt, bei welchen eine an ihrer Innenfläche mit schraubenförmigen Nuten versehene Hülse eine der Schnecke entsprechende Länge aufweist, so daß hier keine getrennten Zonen vorhanden sind und sich daher auch andere Druckverhältnisse entlang der Schnecke ergeben.
Die am meisten verwendeten Extruder, die aus einem beheizten Zylinder mit Fülltrichter und einer darin rotierenden Schnecke mit Speise-, Preß- und Dosierzonen bestehen, sind für eine qualitätsgemiili gute
Verarbeitung der Polymerwerkstoffe ungeeignet. Für das Extrudieren der Polymerwerkstoffe auf diesen Extrudern sind nämlich beträchtliche zeitliche Leistungsschwankungen, die bis zu 50% ausmachen, kennzeichnend (s. E. Fischer »Extrusion von Plasten«, Verlag Chemie, Moskau, 1970).
In letzter Zeit durchgeführte Untersuchungen haben.die Ursache der Leistungsschwankungen bei Einschneckenextrudern aufgedeckt. Es hat sich erwiesen, daß der Betrieb der Speisezone durch eine Differenz der Reibungskräfte des Polymerwerkstoffes an den Oberflächen des Zylinders und der Schnecke bedingt ist.
Eine Erhöhung des Reibwertes zwischen dem Polymerwerkstoff und der Schneckenoberfläche ergibt eine starke Verminderung der Werkstoffzufuhr aus der Speisezone in die Dosierzone, was zum Leistungsabfall des Extruders und zur Veränderung der geometrischen Formen der Formstücke führt.
Der Reibwert ist aber von vielen veränderlichen Größen, wie Korngrößenverteilung des Poylmers, Temperatür der Schnecken- und Zylinderwandungen, Werkstoffdruck, Reinheit der Reibflächen, Gehalt an Einschlüssen, Oligomeren und flüchtigen Komponenten im Polymer abhängig.
Die Leistungsschwankungen beim Einschneckenextruder hängen auch von dem nicht aufeinander abgestimmten Betrieb der Speisezone und der Dosierzone ab, der durch die Menge des aus der Speisezone in die Dosierzone von der Schnecke geforderten Polymerwerkstoffes sowie durch Theologische Eigenschaften der Polymerschmelze bestimmt wird.
Diese Leistungsschwankungen fuhren nicht zu einer Veränderung der geometrischen Formen des Erzeugnisses, sondern auch zu einer Verschlechterung von physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Preßteile.
in Betrieben, wo es auf eine höhere Genauigkeit der geometrischen Formen und eine bessere Verarbeitungsqual itiit des Polymerwerkstoffes ankommt, werden Extrusionsanlagen verwendet, die aus zwei in Reihe ver- bundenen Extrudern bestehen, von denen der erste als Plastifizierungsextruder arbeitet und der zweite die Funktion einer die Schmelze dosierenden Schraubenpumpe erfüllt. Die Abstimmung der Leistungen des Plastifizierungs- und des Dosierextruders wird durch Aufrechterhaltung eines konstanten Polymerschmelzezustandes im Fülltrichter des Dosierextruders erreicht. (Extrusionsanlagen der Fa. »Barmag« zur Herstellung von zweiachsig orientierter Polyester- und Polypropylenfolien, »Ofiic. plast. et caoutch«, 1977,24, Nr. 256,824.) Die maximale Leistungsschwankung solcher Anlagen übertrifft nicht 5%.
Diese Extrusionsanlagen zeichnen sich jedoch durch komplizierte Ausrüstungen und Autcrnatisierungssysteme, durch längere Zeiten des Schmelzeaufenthaltes bei hohen Temperaturen sowie durch eine größere Anzahl von Stauzonen, in denen sich der Polymerwerkstoff zersetzt und anbrennt, aus.
Bei diesen Anlagen sind auch die technologisch bedingten und Reparaturstillstandzeiten zu lang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß das Sortiment der zu verarbeitenden Polymerwerkstoffe unter Beibehaltung gleicher Betriebsbedingungen und einer im wesentlichen gleichbleibenden Leistung des Extruders wesentlich erweitert werden kann, ohne daß sich die Qualität der herzustellenden Erzeugnisse ändert.
Ausgehend von dem Extruder der angegebenen Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst:
a) die Steigung der Schraubenlinie der Nuten der Hülse ist geringer als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke,
b) die Nuten der Hülse sind mit einer eich in Fließrichtung des Werkstoffs sanft vermindernden Tiefe ausgebildet, und
c) die Steigung der Schraubenlinie der Nuten der Hülse genügt der Bedingung:
/2 die Steigung der Schraubenlinie der schraubenförmigen Nuten auf der Innenfläche der Hülse,
I1 die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke,
φ den Steigungswinkel der Schraubenlinie der Schnecke,
K das Verhältnis des spezifischen Gewichtes der Schmelze zu der Schüttmasse des Ausgangswerkstoffes, und
ξ den Grad der Druckbeanspruchung der Schnecke
bedeuten.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion kann das Sortiment der zu verarbeitenden Polymerwerkstoffe unter Beibehaltung gleicher Betriebsbedingungen und einer im wesentlichen gleichbleibenden Leistung des Extruders wesentlich erweitert werden, ohne daß sich dabei die Qualität der herzustellenden Erzeugnisse ändert. Als Unterseheidungsmerknal für die verschiedenen mit Hilfe des Extruders nach der Erfindung in gleicher Weise verarbeitbaren Werksloffarten kommen mehrere Parameter in Frage, wie z.B. das Verhältnis der spezifischen Gewichte der Schmelze zur Schüttmasse, die Viskosität, der Energieverbrauch u.a.
Durch die Erfindung wird somit ein Universal-Extruder geschaffen, der einen optimalen Verarbeitungsbereich schafft.
Versuche haben ergeben, daß durch Anwendung der Hülsen mit schraubenförmigen Nuten mit der nach der Formel (I) berechneten Steigung in der Speisezone die Leistungsschwankungen des Extruders, unabhiingig von den Schwankungen der Temperatur und des Gegendruckes, vermieden werden können. Die Leistung eines Extruders mit einer glatten Hülse in der Speisezone veränderte sich dagegen selbst bei geringen Veriinderungen von "icüipcratur und Gegendruck wesentlich.
Die Erfindung gestattet es, unabhängig von der Größe und dem Verhältnis der Reibwerte zwischen Werkstoff und Schnecke und zwischen Werkstoff und Gehäuse eine ständige, nach der Gleichung (2) b/.w. (3) gemäß Figurbeschreibung berechnete Werkstoffmenge der Dosierzone zuzuführen und Erzeugnisse hoher Qualität mit genauen geometrischen Maßen herzustellen. Die Leistungsschwankungen bei der erfindungsgemäßen Schneckenpresse übersteigen nicht ±2%. Es wird eine hohe Verarbeitungsqualität der Werkstoffe garantiert.
Durch Ausstattung eines beliebigen Extruders mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Leistung des Extruders stabil gehalten werden und es lassen sich darauf Erzeugnisse herstellen, die sich durch eine hohe Qualität und Genauigkeit der geometrischen Maße auszeichnen, wodurch sie sich vorteilhaft von komplizierten und teueren Anlagen, die aus zwei nacheinander aufgestellten Einschneckenextrudern bestehen, unterscheiden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Fig. einen Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen im Längsschnitt zeigt.
Der Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen enthält ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem Fülltrichter 2, der sich in einer Speisezone A befindet, und Heizelemente 3, die auf dem zylindrischen Gehäuse 1 zur Regelung der Extrusionstemperatur des Poiymerwciksiüffcs angeördnei sind. Sn dem Hohlraum des zylindrischen Gehäuses 1 sind eine rotierende Schraubenschnecke 4 mit in Fließrichtung des Werkstoffes nacheinander angeordneten Speise- A, Preß- B und Dosierzonen C und eine Hülse 5 koaxial untergebracht, die die Schnecke 4 in der Speisezone A umgibt und mit auf ihrer Innenfläche ausgebildeten schraubenförmigen parallelen Nuten 6 versehen ist. Die Richtung der Windung der Schraubenlinie der Nuten oder Hülse 5ist der Richtung der Schraubenlinie der Schnecke 4 entgegengesetzt; dabei ist die Steigung der Schraubenlinie der Nuten 6 der Hülse 5 geringer als die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke 4 und nach folgender Abhängigkeit berechnet:
'2= ti ■ Ο
Bei Abweichungen von der Berechnungsformel (1) kommt es zu einem aufeinander nicht abgestimmten Betrieb der Speise- und der Dosierzonen des Extruders.
Bei Prüfungen der Hülse mit einer geringeren Steigung der Nuten als der nach der Formel berechneten Steigung wurden in dem extrudierten Polymerwerkstoff Luftblaseneinschlüsse festgestellt, während es bei Prüfungen der Hülse mit einer größeren Steigung der Nuten als der nach der Forme! (!) berechneten Steigung zu Überlastungen des Antriebes und zu Verkeilungen der Schnecke kam.
Das zylindrische Gehäuse 1 weist in der Speisezone einen Mantel 7 für eine zwangsläufige Kühlung aui, wodurch ein Schneiden des Polymerwerkstoffes in den Nuten 6 der Hülse 5 ausgeschlossen ist. Am Austritt aus der Dosierzone ist an dem zylindrischen Gehäuse 1 ein Profilierkopf 8 mit einem Verteilring 9 und einein Profilierschlitz 10 befestigt.
Nachstehend wird die Ableitung der Gleichung für die Steigung der Schraubenlinie der parallelen Nuten auf der Innenfläche der Hülse angeführt.
In der Weltpraxis der Konstruktion von Extrudern ist es üblich, Konstruktionsparameter für die Schnecke so zu wählen, daß die Förderfähigkeit der Speisezone die Förderfähigkeit der Dosierzone wesentlich übersteigt (s. E. Bernhardt, »Verarbeitung von Thermoplasten«, Verlag »Chemie«, Moskau, 1965, S. 257).
Da in dem erfindungsgemäßen Extruder der zu verarbeitende Polymerwerkstoff durch die Schnecke aus der Speisezone in die Dosierzone gleichmäßig gefördert wird, wurden die Förderfähigkeiten dieser Zone als gleiche angenommen und auf diese Weise die Bildung von Verstopfungen sowie eine Überlastung des Antriebs vermieden. Die Ableitung der Gleichung für die Berechnung des Neigungswinkels der Schraubenlinie der Hülsennuten wird unter der Bedingung von Kontinuität und Geschlossenheit des Polymerwerkstoffstromes im Extruder durchgeführt. Diese Bedingung kann nur bei einer vollkommenen Gleichheit von Leistungen der Speise- und der Dosierzonen erfüllt werden.
Die Leistung der Speisezone des Extruders je eine Umdrehung der Schnecke kann nach folgender Gleichung errechnet werden:
55
G1 = ^Dh1ID-H1) "tt, (2)
tg Θ + tg φ
D - den Außendurchmesser der Schnecke;
Λ] - die Kanaltiefe der Schnecke in der Speisezone;
θ - den Steigungswinkel der Schraubenlinie der Hülsennuten;
Yi - die Schüttmasse des Ausgangswerkstoffes (Verhältnis: Granulargewicht des Ausgangsstoffes/Granularvolumen des Ausgangsstoffes, s. E. Bernhardt, 1962, S. 254)
bedeuten.
Die Leistung der Dosierzone je eine Umdrehung der Schnecke läßt sich wie folgt niederschreiben:
if rf h. Sin φ ■ Cos φ π D t£ Sin2 φ AP - if D2 rf tg φ ΔΡ ... '
2 12 μ ί-ι 12 μ ft L1
worin ι
If1 die Kanaltiefe der Schnecke in der Dosierzone; ·
Y1 - spezifisches Gewicht der Schmelze; '„ζ
μ - Viskosität der Schmelze; ρ
AP - das Druckgefälle in der Dosterzone; ;{
L, - die Länge der Dosierzone; io $'
δ - die Breite der Schneckenwindung; I
U - das Radialspiel zwischen dem Schneckenkamm und dem zylindrischen Gehäuse \
(s. Schenkel, Verlag »Chemie«, 1962, S. 113) >
bedeuten. 15 '
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß aus der Speisezone des Extruders in die Dosierzone eine be- '-l
stimmte Menge an Werkstoff «lurch Hie. Schnecke stündig gefordert wird, ist die Leistung der Dosierzone von j
dem Gegendruck praktisch unabhängig, und die Leckverluste durch das Spiel zwischen Zylinder und Schnecke }
werden minimal sein. ;j
In diesem Falle läßt sich die Gleichung (3) in folgender Form niederschreiben: 20 :'j
π & H2 Sin φ ■ Cos φ I
G1 - " " '* °'" ** "UJ ψ χ yp. (4)
In der Gleichung (2) stellt der Ausdruck rc Dht (D -Ai) · tg4 das Volumen des Schraubenkanals auf der 25
Länge einer Schneckensteigung in der Dosierzone dar. Wenn man diesen Ausdruck mit Vx bezeichnet, so erhält man:
M ■ (5)
C1K M ■ (5)
tg Θ + tg φ 30
In der Gleichung (4) stellt der Ausdruck n2 D2 /h tg ρ das Volumen des Schraubenkanals auf der Länge
der Steigung der Dosierzone dar.
Bezeichnet man diesen Ausdruck mit ^, erhält man:
_ Vj ■ Cos2 φ G1 = · y>. (ο)
Gleicht man die rechtsstehenden Teile der Gleichungen (5) und (6) an und bezeichnet man mit ζ das Verhältnis VxIV1, das den Grad der Druckbeanspruchung der Schnecke ausdrückt, und mit K das Verhältnis des 40
spezifischen Gewichts des Wirkstoffs in der Dosierzone zu der Schüttmasse des Werkstoffs in der Speisezone,
so erhält man folgenden Ausdruck: .?
tg 6> = k ■ Cos2 φ (7) ■:{
tg Θ + tg φ 2 45 j
Setzt man nun in die oben angeführte Gleichung (7) den Ausdruck !ί
tgö+tgg,= Sin(0+y) 1
6 B ψ Cos Θ ■ Cos φ 50 ή
ψ ein, so kann man diese Gleichung für den Winkel Θ lösen: d
k ■ Cos ψ ■ Sin (0+ φ) m H
180 IJCoT^ ' (8) 55 1
oder
(Sin Θ · Cos ?> +Sin ρ Cos Θ). (9)
tgö 4 ^^(Sin Θ Cos ?> +Sin ρ Cos Θ). (9) |
2 ζ COS θ 60 Il
Teilt man den rechten und den linken Teil der Gleichung (9) durch tg θ, so erhält man: fp1
,. a
1 = -^ (Cos2 φ + Sin φ ■ Cos?) ■ ctg0), (10) 65 g
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Sin φ ■ Cos φ ■ ctg Θ · γ- = 1 - γ- ■ Cos2 φ.
(11)
Nach Transformation der Gleichung (11) in bezug auf den Steigungswinkel der Schraubenlinie der Hülscnnuten »0t<, erhält man:
3in φ ■ Cos φ
£l-Cos2?> k
oder
Θ = arc tg
Sin φ · Cos φ
(12)
(13)
nie erhaltene Gleichung (11) zeigt, daß der Steigungswinkel der Schraubenlinie der Nuten auf der Innenfläche der Hülse in der Speisezone von dem Grad "der Druckbeanspruchung der Schnecke »if«, dem Verhältnis des spezifischen Gewichts des Werkstoffes in der Dosierzone zu der Schüttmasse des Werkstoffes in der Speisezone »/f« und dem Steigungswinkel der Schraubenlinie der Schnecke »φ« abhängig ist.
Die überwiegende Mehrheit von Einschneckenextrudern in der Welt wird mit einer Steigung der Schraubenlinie der Schnecke hergestellt, die dem Schneckendurchmesser gleich ist, d. h. mit einem Steigungswinkel der Schraubenlinie von φ = 17^O:
Für solche Extruder kann die Gleichung für die Berechnung des Steigungswinkels der Schraubenlinie der Hülsennuten vereinfacht werden, und sie nimmt dann folgende Form an:
Θ = arc tg
0,289
(14)
-=-*- - 0,908 k
Die Gleichung (13) läßt sich leicht in die Gleichung (1) bezüglich der Steigung der Schraubenlinie der Hülsennuten transformieren.
Es ist bekannt, daß der Steigungswinkel der Schraubenlinie der Hülsennuten nach der Formel (15) berechnet werden kann:
Θ = arc tg
nD
(15)
worin
I1 - die Steigung der Schraubenlinie der Schraubennuten der Hülse und
D - der Durchmesser der Schnecke
bedeuten.
Setzt man den Ausdruck (15) in die Formel (13) ein, so erhält man:
_ πΡ ■ Sin φ ■ Cos φ li-Coi,
Setzt man in die Gleichung (16) den Ausdruck t\ = πD · tgp ein, so erhält man:
= Ij · Cos2 φ
(16) (17)
oder unsere Formel (1) . _ . Cos2 φ
Der Extruder arbeitet wie folgt:
Der thermoplastische Polymerwerkstoff (z.3. Polyä*hylenterephthalat, Polypropylen, Polystyrol, PoIycarbonat u.a.) wird als Granulat oder in zerkleinerter Form über den Fülltrichter2 in den Hohlraum des zylindrischen Gehäuses 1 des Extruders aufgegeben, wo er durch die rotierende Schnecke 4 in Richtung des Profilierkopfes 8 gefördert wird.
Dank der schraubenförmigen Nuten 6 auf der Innenfläche der in der Speisezone der Schnecke angeordneten Hülse 5 schlüpft der Polymerwerkstoff unter einem vorgegebenen Winkel durch. Die Bewegungsrichtung
s Werksl-ITcs ist von der Steigung der Schraubenlinie der Nuten 6 der Hülse 5 abhängig, die fur jeden SpeiHull nach der oben angeführten Formel berechnet wird. Der durch die Speisezone A strömende Polymerrkstoll'wird durch die Heizelemente 3 erwämTi, verdichtet und geschmolzen, dann wird er in der Preßnc Ii gepreßt und gelangt schließlich in die Dosierzone C. In der Dosierzone C wird der geschmolzene lymcrwerkstoff durchgemischt, homogenisiert und unter Druck dem Profilierkopl'8 zum Profilieren des Zeugnisses zugeführt. In dem Profilierkopf 8 füllt der Polymerwerkstoff den Verteilring 9 aus und tritt zum jlllicren des Erzeugnisses in den Profilierschlitz 10 ein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen, enthaltend ein beheiztes zylindrisches Gehäuse {1)
    mit einem Fülltrichter (2), in dessen Hohlraum eine rotierende Schraubenschnecke (4) mit in Fließrichtung des Werkstoffes nacheinander angeordneten Speise- (A)1 Preß-(5) und Dosierzonen (C) und eine Hülse (5) koaxial untergebracht sind, die die Schnecke (4) in der Speisezone (A) umgibt und mit auf ihrer Innenfläche ausgebildeten parallelen schraubenförmigen Nuten (6) versehen ist, bei denen die Richtung der Schraubenlinienwindung der Richtung der Schraubenlinie der Schnecke (4) entgegengesetzt ist, und sich die Steigung der Schraubenlinie der Schnecke (4) von der Steigung der Schraubenlinie der Nuten (6) unterscheidet, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
DE3133708A 1981-08-26 1981-08-26 Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen Expired DE3133708C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3133708A DE3133708C2 (de) 1981-08-26 1981-08-26 Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3133708A DE3133708C2 (de) 1981-08-26 1981-08-26 Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3133708A1 DE3133708A1 (de) 1983-04-07
DE3133708C2 true DE3133708C2 (de) 1986-07-03

Family

ID=6140137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3133708A Expired DE3133708C2 (de) 1981-08-26 1981-08-26 Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3133708C2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4039942C1 (de) * 1990-12-14 1992-01-30 Berstorff Gmbh Masch Hermann
DE4120016C1 (de) * 1990-12-14 1992-07-02 Berstorff Gmbh Masch Hermann
DE19959174B4 (de) * 1999-12-08 2006-03-23 A-Z Formen- Und Maschinenbau Gmbh Extrusionsvorrichtung
DE19959173B4 (de) * 1999-12-08 2008-12-11 A-Z Formen- Und Maschinenbau Gmbh Extrusionsvorrichtung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD41733A (de) *
US2639464A (en) * 1950-01-03 1953-05-26 Nat Rubber Machinery Co Extrusion apparatus
USRE23880E (en) * 1950-03-07 1954-09-28 Extruder
US2765491A (en) * 1953-05-04 1956-10-09 Nat Rubber Machinery Co Extrusion apparatus
US2829399A (en) * 1954-02-04 1958-04-08 Du Pont Extrusion apparatus
US2787022A (en) * 1955-04-05 1957-04-02 Dow Chemical Co Extrusion apparatus
US2910726A (en) * 1957-08-20 1959-11-03 Us Rubber Co Pelletizing apparatus
US3325865A (en) * 1963-08-14 1967-06-20 Du Pont Extrusion process and apparatus
US3517095A (en) * 1963-08-14 1970-06-23 Du Pont Extrusion process
CA1048720A (en) * 1974-04-12 1979-02-20 Reuben T. Fields Extruder having spiral groove in barrel
DE2938048A1 (de) * 1979-09-20 1981-04-02 Eberhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Grünschloß Verfahren zum foerdern und verdichten von schuettguetern auf einschneckenpressen, sowie schneckenpresse zur durchfuehrung des verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
DE3133708A1 (de) 1983-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2610179C2 (de) Vorrichtung zum Extrudieren von expandierbarem, zellenbildendem thermoplastischem Material
DE2158246A1 (de) Vorrichtung zur aufbereitung und zum strangpressen von kunststoffen
DE2217632B2 (de) Vorrichtung zum verarbeiten von thermoplastischen stoffen
EP0100945B1 (de) Trichterstück einer Einschneckenstrangpresse
DE2813585A1 (de) Extruder fuer kunststoff
EP2212090A1 (de) Extruderschnecke für einen schneckenextruder
DE3432263C2 (de)
DE3133708C2 (de) Extruder zur Verarbeitung von Polymerwerkstoffen
DE3613612C2 (de)
DE102012010854B4 (de) Einschneckenextruder mit Wellenschnecke und genutetem Gehäuse
DE3242708C2 (de)
EP0855954A1 (de) Extruder für kunststoffe
DE3233841A1 (de) Schneckenextruder zur verarbeitung von thermoplastischen und/oder thermisch haertbaren massen
DE3417316C2 (de) Vorrichtung zum Extrudieren einer aus thermoplastischen Kunststoffen bestehenden Folienbahn
DE2029353B2 (de) Spritzgießvorrichtung
WO2011153557A1 (de) Vorrichtung zur verarbeitung von material durch mischung und/oder plastifizierung
DE2910041C2 (de) Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien
EP0490361A1 (de) Extruder für schwer mischbare Extrudate
DE60117368T2 (de) Verfahren und vorrichtung von materialien
DE2241111C2 (de) Doppel- oder Mehrschneckenpresse zur Verarbeitung von pulverförmigen plastifizierbaren Massen
EP4010165A1 (de) Verfahren und extrusionsvorrichtung zur extrusion von faserverstärktem kunststoffmaterial für die additive fertigung eines bauteils
EP0563012A1 (de) Vorrichtung zum Mischen von fliessfähigem Material
DE1729364C3 (de) Extruderschnecke für Einschneckenextruder zum Verarbeiten von Thermoplasten
DE4027837C2 (de) Gegenläufiger Doppelschnecken-Extruder
DE1778263C (de) Schneckenpresse zum Verarbeiten eines thermoplastischen Kunststoffes

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee