DE3150719C2

DE3150719C2 - Schneckenextruder

Info

Publication number: DE3150719C2
Application number: DE3150719A
Authority: DE
Inventors: Engelbert G. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5100 Aachen Harms
Original assignee: Uniroyal GmbH
Current assignee: Uniroyal GmbH
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1987-04-02
Also published as: EP0082494B1; US4538917A; ATE12366T1; JPS58128832A; EP0082494A1; DE3150719A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Schneckenextruder zum Mischen, Homogenisieren und Entgasen von hochviskosen Kautschukmischungen und ähnlich sich verhaltenden Thermoplasten. Der Extruder ist in der Misch- und Homogenisierzone mit gehäusezugeordneten Mischstiften und in der Entgasungszone mit gehäusezugeordneten Entgasungsstiften versehen. Die Entgasungsstifte weisen Kanäle auf, durch die Gase und Dämpfe abgeleitet werden. Das Staumittel am Eingang zur Entgasungszone kann ebenfalls aus gehäusezugeordneten Stiften gebildet werden. Durch die Stifteanordnungen ist die geförderte Masse ohne wesentliche Scherbeanspruchung mechanisch und thermisch gut zu vergleichmäßigen sowie effektiv und günstig zu entgasen. Es sind hohe Durchsatzraten an Masse mit hoher Produktqualität erzielbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenextruder, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der Extrusion von Kautschukmischungen zu Profilen, Schläuchen, Schnüren u. a. m. wie auch bei der Kabelummantelung mit anschließender, in der Regel druckloser Vulkanisation können die in der Mischung vorliegenden Luft- oder/und Feuchtigkeitsanteile zu einer unerwünschten Porosität des Vulkanisats führen.
Um diesen Qualitätsmangel zu beseitigen, werden Kautschukmischungen bzw. Thermoplastmassen entgast. Dies erfolgt in sogenannten Entgasungsbereichen oder Vakuumzonen der jeweils verwendeten Extruder. Dabei wird die Mischung im Anschluß an ein Staumittel in eine volumenvergrößerte Zone dosiert, in der sie sich entspannen und neue Oberflächen bildend entgast werden kann.
Nach US-PS 12 83 947 ist es bekannt, die Schnecke im Entgasungsbereich mit einem Stauring oder Schlitzring zu versehen. Unmittelbar darauf folgend ist ein Evakuierungskanal im Gehäuse angeordnet. In diesem Bereich sind des weiteren gehäusefeste Stifte vorgesehen. Die Kautschukmischung wird zunächst durch den engen Ringspalt geschert, erhält dabei eine filmähnliche Form, die durch die Stifte in Einzelteile aufgetrennt wird. In dieser Phase werden die Gase und Feuchteteilchen abgesaugt. Der Evakuierungskanal ist für die gesamte Entgasungszone vorgesehen. Um effektiv entgasen zu können, muß u. U. ein hohes Vakuum angelegt werden. Dennoch können nicht alle eingeschlossenen Gaspartikel oder Feuchteteilchen durch diesen einzelnen Kanal entfernt werden.
Nach DE-OS 21 60 062 ist es bekannt, die Schnecke im Entgasungsbereich mit einem Stauring und das Gehäuse mit einer axial verschiebbaren Hülse zu versehen, um eine Durchsatzregelung der geförderten Kunststoffmasse zu erzielen, bevor entgast wird. Zusätzliche Hilfsmittel zur Aufteilung der Masse können in Form von Längsrippen an der Schnecke und/oder gehäusefesten Stiften vorliegen. Entgast wird mit Hilfe eines einzelnen, im Gehäuse angeordneten Entgasungskanals. Ein solcher ist in der Regel schachtförmig in der Schneckengehäusewand ausgebildet.
Der nach CH-PS 5 10 512 bekannte Extruder weist ebenfalls einen Schacht zum Entgasen auf. Dieser Extruder ist mit Hilfsmitteln zum Freisetzen der Gase in Form von schwingungserzeugenden Ultraschallgeräten versehen. Stattdessen können auch Rollkörper oder Kolben angewandt werden.
Diese bekannten Schneckenextruder verfügen über einen Entgasungskanal, über den aufgrund eines angelegten Vakuums die Kautschukmischung oder Kunststoffmasse entgast wird. Eine wirkungsvolle Entgasung bedingt eine homogene Aufbereitung in der Misch- und Homogenisierungszone und eine nach Menge, Temperatur und Viskosität möglichst konstant in den Entgasungsbereich eingeförderte Masse. Außerdem soll die Entgasung bzw. Evakuierung der im Entgasungsbereich entspannt vorliegenden Masse möglichst an vielen Stellen und gleichzeitig erfolgen. Das ist mit den bekannten Entgasungsschneckenextrudern nicht möglich.
Es ist desweiteren ein Schneckenextruder zum Mischen und Homogenisieren von hochviskosen Kautschukmischungen und sich ähnlich verhaltenden Thermoplasten nach DE-AS 22 35 784 bekannt. Dieser Schneckenextruder weist eine in einem hohlzylindrischen Schneckengehäuse drehbar angeordnete Schnecke mit einem Einzugsabschnitt und einem Misch- und Homogenisierungsabschnitt auf. In der hohlzylindrischen Gehäusebohrung dieses Schneckenextruders sind radial sich nach innen erstreckende, über den Umfang der Bohrung verteilte Stifte oder Zapfen angeordnet. Hierbei sind die Schneckenstege im Misch- und Homogenisierungsabschnitt für diese eingreifenden Gehäusestifte unterbrochen. Dieser Schneckenextruder gewährleistet eine Temperatur- und Druckbeeinflussung der geförderten Masseteilchen ohne wesentliches Scherfließen. Dies wirkt sich günstig durch Verringern der Viskosität aus, so daß eine homogene Extrusionsmasse vorliegt. Dieser Schneckenextruder weist keine Einrichtung zum Entgasen auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Verarbeitung von hochviskosen Kautschukmischungen und ähnlich sich verhaltenden Thermoplasten mit einem Schneckenextruder der eingangs genannten Art unter Vermeidung von wesentlichem Scherfließen durch Aufteilen der geförderten Masse in zahlreiche umgeschichtete, oberflächenvergrößerte Masseteilströme eine mechanisch und thermisch gut vergleichmäßigte Masse effektiv und günstig zu entgasen und dabei einen Masse scherenden, engen Ringspalt vor dem Entgasungsabschnitt zu vermeiden, der die Temperatur ungünstig erhöht, bzw. Hilfsmittel zum Aufteilen der Masse zwecks Freisetzung der Gase in Form von Rippen oder schwingungserzeugenden Geräten zu vermeiden, die apparativ verhältnismäßig aufwendig sind und nicht gewährleisten, daß die geförderte Masse homogen vorbehandelt in den Entgasungsabschnitt gelangt und statt an nur einer Stelle an möglichst vielen Stellen gleichzeitig günstig entgast wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Misch- und Homogenisierungsabschnitt ein Entgasungsabschnitt vorgesehen ist, der ebenfalls unterbrochene Schneckenstege aufweist, und daß im Gehäusebereich des Entgasungsabschnitts in der Gehäusebohrung weitere radial nach innen ragende Stifte angeordnet sind, die in die Unterbrechungen der Schneckenstege eingreifen und mit der Atmosphäre oder einer Unterdruckquelle verbundene Entgasungskanäle aufweisen.
Bevorzugt sind die Stifte umfangsverteilt, einem Stiftekranz vergleichbar, angeordnet. Vorteilhaft sind zwei solcher, in einem gewissen Axialabstand angeordneter Stifteanordnungen für die Entgasung vorgesehen. Die Stifte sind mit Kanälen versehen, deren Öffnungsmündung sich in der Nähe der Gehäusewand befindet. Auf diese Weise können Gase und Feuchtigkeitsteilchen an zahlreichen Stellen des Entgasungsbereichs problemlos aus der Masse abgesaugt werden. Des weiteren ist es möglich, durch getrennte Saugleitungen jeweils ein höheres oder niedriger erforderliches Vakuum anzulegen, so daß nicht nur wirkungsvoll, sondern auch in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen entgast werden kann.
Stifte mit Bohrungen sind an sich bekannt. Sie sind zum Einspritzen von Dampf oder Flüssigkeiten vorgeschlagen worden. Ihre Zielsetzung und Anwendung ist jedoch mit der Stifteanordnung nach Erfindung nicht zu vergleichen. Dem verfolgten Zweck nach sind sie grundverschieden.
Nach dem Zweck der Erfindung sind die Stifte Hilfsmittel zum bestmöglichen Entgasen. Sie sind baulich günstig ebenso wie die Michstifte auf dem Umfang des Schneckengehäuses anzuordnen, einfach zu bedienen - falls dies erforderlich sein sollte -, und sie sind günstig und zuverlässig an eine Absaugvorrichtung anzuschließen.
Nach dem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine besondere Stifteanordnung dazu bestimmt, das erforderliche Massestaumittel am Eingang des Entgasungsbereichs zu bilden. Der Entgasungsabschnitt umfaßt - wie an sich allgemein bekannt ist - eine Massestaueinrichtung und eine druckreduzierte Zone. In der Regel ist die Staueinrichtung ein Stauring, der den Massedruck erhöht. In der folgenden druckreduzierten Zone entspannt sich die Mischung. In dieser Phase ist die Masse günstig zu entgasen.
Nach dem Merkmal der Erfindung besteht die Staueinrichtung, die hier den Stauring ersetzt, aus Stiften, die in mindestens einer zur Schneckenachse quer angeordneten Ebene vorliegen. Die Stifte sind verhältnismäßig zahlreich, umfangsverteilt und eng benachbart angeordnet. Sie bilden einen dichten Stiftekranz, der bevorzugt 12 Stifte und mehr umfaßt. Er ist aufgrund dieser Anordnung ein geeignetes Staumittel. Im Vergleich zu den Mischstifteanordnungen, die in der Regel 6 bis 8 Stifte umfassen, sind die Stifte der Staueinrichtung wesentlich enger aneinander angeordnet. Durch diese besondere Stiftanordnung wird der Massestrom in eine Vielzahl bis auf den Schneckenkanalgrund reichender Teilströme aufgeteilt, wodurch gewährleistet wird, daß eingeschlossene Luft- oder Gasblasen besser als nach den bekannten Methoden über einen wesentlich vergrößerten Querschnitt aufgeschlossen und für die Entgasung freigesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schneckenextruder im Längsschnitt und Ausschnitt schematisch,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1,
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 1,
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt nach der Linie C-C der Fig. 1;
Fig. 5 zeigt einen weiteren Schneckenextruder im Längsschnitt und einen Ausschnitt schematisch,
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt nach der Linie D-D der Fig. 5;
Fig. 7 zeigt einen weiteren Schneckenextruder im Längsschnitt und Ausschnitt schematisch;
Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten eines Stiftes im Schnitt.
Der in Fig. 1 dargestellte Schneckenextruder 1 besteht im wesentlichen aus einem Schneckengehäuse 2, ausgebildet für Temperierflüssigkeitskreislauf, mit einer Gehäusebohrung 3 und einer darin drehend bewegbaren, axial festgelegten Schnecke 10.
Die Einzugszone des Extruders ist mit 4, eine Misch- und Homogenisierungszone ist mit 5, eine Entgasungszone ist mit 6 und die Ausstoßzone ist mit 7 bezeichnet.
In der Einzugszone 4 ist die Schnecke 10 mit nichtdurchbrochenen Schneckenstegen 11 versehen. In der Misch- und Homogenisierungszone weist die Schnecke 10 durchbrochene Schneckenstege 12 auf. Die Durchbrüche selbst sind dort mit 12 bezeichnet.
An diesen Durchbruchstellen weist das Schneckengehäuse 2 radial angeordnete Gehäusestifte 8 auf. Sie sind umfangsverteilt angeordnet und bilden einen Stiftekranz, wie aus Fig. 2 erkennbar ist. Sie ragen vom Schneckengehäuse 2 bis in den mit 9 bezeichneten Schneckenraum hinein, der von der Wand der Gehäusebohrung 3, der Schneckenkernoberfläche 13 und den Schneckenstegen begrenzt ist.
Die Stifte erfüllen den Zweck, die geförderte Masse - ob Kautschukmischung oder Thermoplast - gut zu durchmischen und sowohl mechanisch als auch thermisch zu homogenisieren. Diese Wirkung ist unabhängig von der Schneckengangtiefe und insoweit unabhängig vom Schneckendurchmesser mit guten Ausstoßleistungen zu erzielen.
Durch Anordnung der Stifte wird das Prinzip der Stromteilung und Umlegung des Massestromes quer zur Strömungsrichtung angewandt mit dem Zweck, quer zur Strömungsrichtung befindliche Schichtgrenzen in Strömungsrichtung zu drehen, wesentlich zu dehnen und damit zu vergrößern und die getrennten Schichten mit den anderen Schichten wieder aneinanderzulagern.
Dieser Vorgang der fortlaufend geschaffenen neuen Oberflächen und ihre Vergrößerung unter weitgehender Vermeidung von Scherfließen bewirkt einen hervorragenden Misch- und Homogenisiereffekt bei thermisch schonender Behandlung.
Diese Behandlung ist notwendig, um die in der Masse vorliegenden Gase und Feuchtigkeitsteilchen im sogenannten Entgasungsabschnitt optimal zu entfernen.
Bei der Entgasung werden den hochviskosen Kautschukmischungen bei Verarbeitungstemperaturen von etwa 100°C verdampfende Feuchtigkeit und eingeschlossene Luft- und andere Gaspartikel, die sich z. B. aus niedrig-siedenden Weichmachern gebildet haben, entzogen.
Dies ist auch bei der Herstellung von Moosgummiprofilen von hoher Bedeutung; denn nur das bei höheren Temperaturen gasende Treibmittel führt zur gewünschten Zellenbildung, damit ein fein und gleichmäßig poröses Extrudat mit guten Maßtoleranzen entstehen kann.
Der Schneckenextruder weist unmittelbar vor dem Entgasungsabschnitt zunächst eine besondere Anordnung von Stiften 15 auf. Sie sind umfangsverteilt angeordnet und zu einem verhältnismäßig dichten Stiftekranz ausgebildet. Fig. 3 zeigt dies deutlich erkennbar. Sinn dieser Anordnung ist, ein Massestaumittel vorliegen zu haben, das den Druck in der Masse erhöht. Der eigentliche Entgasungsabschnitt 6 weist einen im Volumen vergrößerten Schneckenraum auf, in dem der herrschende Druck verhältnismäßig niedrig ist. Im vorliegenden Falle wird dies durch eine Schneckenkernreduzierung erreicht, wie das bei 14 angezeigt ist. In dieser Zone entspannt sich die Masse und vergrößert ihr Volumen und ist gut zu entgasen.
Zu diesem Zweck sind weitere Stifte 16 vorgesehen. Auch sind sie umfangsverteilt angeordnet und in ein, zwei oder falls erforderlich mehr Stiftekränzen angeordnet. Sie ragen in den zu entgasenden Schneckenraum 9 hinein und sind aufgrund ihrer vorhandenen Anzahl, z. B. 4 Stifte je Kranz - vgl. Fig. 4 -, an zahlreichen Stellen des Schneckenraumes unmittelbar vorhanden, um Gase und Dämpfe abzusaugen. Die Stifte des in Förderrichtung ersten Kranzes sind um 45° gegenüber dem des zweiten Kranzes versetzt angeordnet. Die Stifte 16 weisen Entgasungskanäle in Form von Bohrungen 17 und Querkanälen 18, 19 auf, wie das in den Fig. 8 und 9 zu erkennen ist. Die eingezeichnete Linie deutet die Gehäusebohrungsoberfläche an. Die Entgasungskanäle mit ihren Mündungsöffnungen sind in der Nähe dieser Gehäusebohrung angeordnet. Die Stifte 16 sind von einem geeigneten, nach außen abgedichteten Gehäuse 17&min; umfaßt, das durch Leitungen 18&min; od. dgl. mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe verbunden ist.
Die Entgasung mittels angelegtem Vakuum erfolgt in einer Schneckenzone, in der durch größere Schneckengangtiefe, vergrößerten Schneckenstegabstand oder Schneckengehäusebohrungserweiterung ein größeres Volumen des Schneckenraumes vorliegt.
Die Entgasung erfolgt im Schneckenextruder 1 durch Stifte 16, die in einer Ebene quer zur Schneckenachse in umfangsverteilter Anordnung vorgesehen sind. Es sind hierbei zwei im axialen Abstand gleiche Stiftekränze aus Stiften 16 vorhanden. Jeder Stiftekranz weist in der Regel vier bis sechs Stifte auf. Diese Anzahl ist aber nicht bindend.
Der in Fig. 5 dargestellte Schneckenextruder 21 ist im Grundaufbau ähnlich wie der Extruder nach Fig. 1 ausgebildet. Auch er weist eine Misch- und Homogenisierungszone 22 mit Mischstiften 23 auf. Die Massestaueinrichtung ist hierbei jedoch entsprechend dem Stand der Technik als Stauring 24 ausgebildet. Die Entgasungszone 25 besteht aus dem in Schneckenkern 26 reduzierten Schneckenteil und den Entgasungsstiften 27. Diese sind jeweils umfangsverteilt angeordnet und umfassen je Umfangsreihe z. B. acht Stifte. Die Stifte können in der in Förderrichtung ersten Reihe gegenüber denen der zweiten Reihe um einen Winkel in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sein. Fig. 6 zeigt die Umfangsanordnung eines Stiftekranzes. Die sämtlichen Entgasungsstifte 27 sind von einem außen am Schneckengehäuse angeordneten Gehäuse 28 umfaßt, an das die Leitungen, Kanäle o. dgl. Einrichtungen angeschlossen sind, die mit der ( nicht-dargestellten) Vakuumpumpe verbunden sind.
Der in Fig. 7 dargestellte Schneckenextruder 31 ist im Grundaufbau ähnlich wie der Extruder nach Fig. 1 ausgebildet. Er weist Mischstifte 33 in der Misch- und Homogenisierungszone 32, Staustifte 35 und Entgasungsstifte 37 in der Entgasungszone 36 auf. Diese ist durch eine radiale Erweiterung 38 des Schneckengehäuses gekennzeichnet. Die Stifteanordnung der Staustifte 35 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 3 und die Stifteanordnung der Entgasungsstifte 37 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 4. Die einzelnen Stiftekränze sind bevorzugt in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet, z . B. um einen Winkel von 45°.

Claims

1. Schneckenextruder zum Mischen, Homogenisieren und Entgasen von hochviskosen Kautschukmischungen und ähnlich sich verhaltenden Thermoplasten, der ein Schneckengehäuse mit zylindrischer Gehäusebohrung und in dieser eine drehbare ortsfest gelagerte Schnecke aufweist, mit einem Einzugsabschnitt, einem Misch- und Homogenisierungsabschnitt und mit vom Schneckengehäuse radial nach innen sich erstreckenden, umfangsverteilt angeordneten Stiften oder Zapfen, wobei der Misch- und Homogenisierungsabschnitt unterbrochene Schneckenstege für die darin eingreifenden Gehäusestifte (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Misch- und Homogenisierungsabschnitt (5) ein Entgasungsabschnitt (6) vorgesehen ist, daß der Entgasungsabschnitt (6) ebenfalls unterbrochene Schneckenstege (12) aufweist, und daß im Gehäusebereich des Entgasungsabschnitts in der Gehäusebohrung weitere radial nach innen ragende Stifte (16) angeordnet sind, die zwischen die unterbrochenen Schneckenstege (12) eingreifen und mit der Atmosphäre oder einer Unterdruckquelle verbundene Entgasungskanäle (17-19) aufweisen.

2. Schneckenextruder nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Entgasungsabschnitt (6) mindestens ein aus Stiften (16) bestehender Stiftekranz vorgesehen ist, der an eine Vakuumquelle anschließbar ist.

3. Schneckenextruder nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von mehr als einem Stiftekranz aus den Stiften (16) im Entgasungsabschnitt (6) die jeweilige Stifteanordnung gegenüber der weiteren um einen Drehwinkel versetzt ist.

4. Schneckenextruder nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsabschnitt (6) - wie an sich bekannt - eine Massestaueinrichtung und eine druckreduzierte Zone umfaßt, und daß die Massestaueinrichtung durch eine Stiftanordnung aus zahlreichen, in mindestens einer zur Schneckenachse quer angeordneten Ebene vorgesehenen, umfangsverteilt und eng benachbart angeordneten Stiften (15) besteht.