DE3212159C2 - Verfahren zum Abdichten eines rotierenden Bauteiles in einem stationären, hohlzylindrischen Bauteil einer Bearbeitungsmaschine für thermoplastische Kunststoffe, Kautschuk oder dergleichen und Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung offenbart zum Abdichten von rotierenden, gegenüber stationären Maschinenteilen in mit Materialdrücken bis 500 bar zu betreibenden Verarbeitungsmaschinen für Kautschuk, Kunststoffe oder ähnlich sich verhaltenden Materialien. Erreicht wird dieses Ziel durch Einspritzen eines verflüssigten, thermoplastischen Kunststoffes od.dgl. in den Spalt zwischen den sich bewegenden Maschinenteilen und Kühlen dieser Teile an der der Abdichtungsseite abgewandten Seite sowie Aufheizen an der Abdichtungsseite. Durch diese Maßnahme wird eine Fließrichtung des mit einem Druck eingepreßten, verflüssigten Kunststoffes zur Verarbeitungskammer sichergestellt und gleichzeitig eine Abdichtungswirkung auch gegenüber hohen Materialdrücken erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Bearbeitungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Aus der US-PS 33 31 101 ist eine Wellendichtung bekannt. Am antriebsseitigen Ende einer Förderschnecke ist ein Gegenfördergewinde angeordnet, um zu erreichen, daß evtl. eingedrungenes, thermoplastisches Material wieder in den Verarbeitungsraum zurückgefördert wird. Falls das Gegenfördergewinde nicht ausreicht, alles eingedrungene Material zurückzufordern, wird es in einer ringförmigen Sammelkammer aufgefangen und durch einen Auslaß abgeleitet. Als weitere Vorsichtsmaßnahme zwecks Verhinderung des Eindringens von thermoplastischem Kunststoff in das die förderschnecke antreibende Getriebe wird vorgesehen, getriebeseitig hinter der ringförmigen Sammelkammer ein

ίο weiteres Rückfördergewinde entgegengesetzter Steigung auf der Schnecke anzuordnen, um eingedrungenes Material in die ringförmige Sammelkammer zurückzufordern.
Darüber hinaus ist das dieses Rückfördergewinde umgebende Gehäuseteil heiz- bzw. kühlbar ausgebildet, um auf die Menge des aus dem Auslaß austretenden Materials einwirken zu können (Spalte 2, Zeilen 47-51).
Mittels derartig gestalteter Abdichtungsanordnungen ausgerüstete Wellenteile weisen hinsichtlich ihrer Grundkonzeption erhebliche Mängel auf. So ist es beispielsweise nicht möglich, eine zufriedenstellende Abdichtung zu erreichen durch Anordnungen, die eine bewußte Leckage des zu verarbeitenden Materials zulassen. Darüber hinaus ist der Materialverlust bei hohen Drücken in der Aufbereitungskammer bis 500 bar erheblich, so daß sich ein derartiges Abdichtungsverfahren allein aus diesem Grund bereits verbietet. Insbesondere muß jedoch hervorgehoben werden, daß durch in ein stationäres Gehäuse eingebrachte Rückfördernuten und einer glatten zylinderförmigen, sich drehenden Welle, wie gezeigt in der US-PS 33 31 101 in Fig. 2, keinerlei Förderung möglich ist. Nur wenn sich das Gehäuse mit den Nuten drehen würde, könnte eine Materialrückförderung bei einer glatten zylindrischen Welle bewirkt werden.

Aus der GB-PS 9 94 929 (gleich US-PS 31 37 035) ist eine gattungsgemäße Extrusionsmaschine bekannt, die an de^r Materialaustrittsseite auf der Schneckenwelle ein sehr feines Fördergewinde gleicher Steigung wie das Hauptfördergewinde aufweist. Mit diesem Feingewinde soll erreicht werden, daß die Extruderschnecke auch auf der Austrittsseite des Extruders gelagert und mittels des in dem Gewinde sich befindenden Kunststoffes abgedichtet und geschmiert wird (z.B. Seite 1, Zeilen 33—71). Eine einwandfreie Abdichtung ist mittels der dort offenbarten Konstruktion bei sehr hohen Materialdrücken, z. B. bis 500 bar, nicht möglich.
In der US-PS 39 29 323 wird eine zusätzliche, von der Hauptschnecke mii angetriebene Einzugsschnecke gezeigt, wobei beide Schnecken in einem beheiz- oder kühlbaren Gehäuse an der Einspeiseseite eines Extruders angeordnet sind. Getriebeseitig wird auf der Schneckenwelle ein Rückfördergewinde vorgesehen, um evtl. eingedrungenes Material zurückzufordern. Die ergriffenen Maßnahmen sind nicht ausreichend, um ein Eindringen von Material, welches unter einem hohen Druck aufgeschlossen und verarbeitet werden muß, in das Getriebe zu vermeiden.

In der DE-AS 22 03 760 wird ein Extruder beschrieben, bei dem eine Zwischenkammer zwischen dem Getriebe und dem Anfang des Fördergewindes der Schnekke angeordnet ist, um in bevorzugter Weise, zwecks besserer Verteilung des Schäummittels in dem zu verarbeitenden Kunststoff, ein Schäummittel in den Extrusionsraum einzubringen. Dabei wird das Schäummittel durch den Ringspalt eines Rückfördergewindes und der Zylinderinnenwandung in den Extrusionsraum ge-

drückt Temperiermöglichkeiten werden nicht offenbart

In der GB-PS 11 38 826 wird eine Flüssigkeitsdichtung gezeigt die einen unter Vakuum gehetzten Extruderraum gegenüber dem Getriebe des Extruders abdichten soll. Zu diesem Zweck wird auf der Schneckenwelle eine Antriebswellenverlängerung mittels Paßfeder aufgesetzt auf der eine geteilte Stopfbuchse mittels eines Spannringes gepreßt wird Stopfbuchse und Preßring sind in einem Gehäuse angeordnet und werden mit einer Sperrflüssigkeit beaufschlagt um eine Abdichtung auf der Antriebswellenverlängerung zu erzielen. Die offenbarte Einrichtung setzt sich aus vielen Einzelteilen zusammen und ist verschleißintensiv. Außerdem muß in gewiäsen Zeitabsiänden der Preßring für die Stopfbuchse nachgezogen werden, um die Dichtwirkung zu erhalten. Das unmittelbar an das Fördergewinde der Schnekko getriebeseitig angeordnete Rückfördergewinde besitzt einen Abfluß für in den Ringspalt gelangtes Material.

Weiterhin ist aus der DE-PS 9 62 875 eine Schneckenwellenabdichtung bekannt, die eine mit einer Sperrflüssigkeit teilweise gefüllte Kammer zwecks Bildung einer Paste mit dem pulverförmigen zu extrudierenden Material aufweist. Gezielte Temperierrnöglichkeiten sowie eine verbrauchsorientierte Einspeisung eines verflüssigten Kunststoffes werden nicht offenbart.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Abdichtungsverfahren sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Bearbeitungsmaschine aufzuzeigen, die die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Mittels des Verfahrens und der Bearbeitungsmaschine soll sichergestellt werden, daß kein Materialverlust auftritt und eine ausgezeichnete Abdichtung auch gegenüber sehr hohen Materialdrücken bis 500 bar und darüber sichergestellt wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in Patentanspruch 1 offenbarten Verfahrensschritte. Eine für die Durchführung ües Verfahrens besonders geeignete Bearbeitungsmaschine wird in den Ansprüchen 3 und 4 offenbart.

Durch das Einpressen eines verflüssigten, thermoplastischen Materials, beispielsweise gleich dem zu verarbeitenden Material, zu Abdichtungszwecken rad-al in den Spalt zwischen den rotierenden und stationären, hohlzylindrischen Bauteilen bei gleichzeitiger Kühlung des getriebeseitigen Ringspaltes und Beheizung des schneckenseitigtn Ringspaltes der Bearbeitungsmaschine werden jegliche Leckageverluste vermieden.

Durch eine Aufheizung des dem Verarbeitungsraum zugewandten Ringspaltteiles und gleichzeitiges Kühlen des dem Verarbeitungsraum abgewandten Teiles des Ringspaltes wird sichergestellt, daß der eingepreßte thermoplastische Kunststoff in Richtung des Verarbeitungsraumes gepreßt wird. Durch Kühlen des dem Verarbeitungsraum abgewandten Teiles des Ringspaltes wird der eindringende thermoplastische Kunststoff verfestigt, so daß zu dieser Seite eine absolute Abdichtung erfolgt, bei gleichzeitigem Eindringen des durch Aufheizen sehr niedrig viskos werdenden thermoplastischen Kunststoffes in den Verarbeitungsraum, wodurch das zu dem Verarbeitungsraum in den Ringspalt eindringende Material durch das eingepreßte Material zurückgepreßt wird.

Gemäß Anspruch 2 kann das in den Ringspalt einzupressende Material mit einem, den Druck in dem Verarbeitungsraum übersteigenden Druck eingepreßt werden, um eine zusätzliche Dichtwirkung zu erzielen.

Durch Messen des Druckes in dem Verarbeitungsraum und Einstellen des Einspritzdruckes diesem Druck entsprechend, werden fast konstante Abdichtungsverhältnisse geschaffen.

Die in Anspruch 3 offenbarte Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Abdichtungsverfahrens sieht einen langen Ringspalt, beispielsweise zwischen einem Mantel und einer zylinderförmigen Welle, vor, an dem über einen radial durch die Zylinderwandung eingebrachten Zuführungskanal eine Einspritzeinrichtung für den verflüssigten Kunststoff angeschlossen ist Eine derartige Abdichtanordnung ist sehr einfach herstellbar und vielseitig bei drehenden Bauteilen, beispielsweise für Scherköpfe zum Einleiten bzw. Durchführen eines Vulkanisier- oder Vernetzungsvorganges, verwendbar.

Bei der in Anspruch 4 beanspruchten Bearbeitungsmaschine handelt es sich um eine getriebeseitige Abdichtung einer Extruderschnecke. Diese Maschine hat insbesondere den Vorteil, daß die Abdichtwirkung noch durch die Anordnung von gleichförmig und entsprechend der Extruderschneckensteigung ausgebildete Gewindegänge im beheizten und gekühlten Gehäuseteil erhöht wird.
Die in Anspruch 4 beanspruchten Merkmale der Bearbeitungsmasehine lassen sich auch auf andere Maschinen übertragen, beispielsweise auf Spritzgußmaschinen, doppelwelligen, diskontinuierlich arbeitenden Misch- und Homogenisiereinrichtungen sowie auf andere Einrichtungen, in denen hohe Verarbeitungsdrücke aufgebaut werden müssen.

In den Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele gezeigt, auf die die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Abdichtanordnung eines Scherkopfes,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die getriebeseitige Abdichtung eines mit einem hohen Druck arbeitenden Extruders.
Um ein mantelförmig ausgebildetes rotierendes Batiteil 1 ist ein stationäres Bauteil 2 unter Belassung eines etwa 500 μ dicken Ringspaltes angeordnet.

Durch den Kanal 4 wird ein Ringkanal 4a mit einem verflüssigten thermoplastischen Kunststoff beaufschlagt, der sowohl in den Ringspalt 3a als auch in Ringspalt 3b eindringt.

Um den Ringspalt 3a sind wendelförmig ausgebildete Kühlkanäle 5 angeordnet, die durch einen Einlaß 6 und einen Auslaß 7 mit einem Kühlmedium durchströmt werden.

Der Ringspalt 3t» wird umfaßt von wendeiförmigen Heizkanälen 8, die durch einen Einlaß 9 und einen Auslaß 10 an ein Umlaufgerät für ein Heizmedium angeschlossen sind.
Wenn durch die Leitung 4 in den Ringkanal 4a verflüssigter thermoplastischer Kunststoff eingepreßt wird, so bildet sich in den Ringspalten 3a und 3b um das rotierende mantelförmige Bauteil herum ein Xunststofffilm.

Da der Ringspalt 3b gekühlt wird, steigt die Viskosität des Kunststoffes und das mantelförmige Bauteil 1 erfährt in Richtung des Ringspaltes 3a eine Abdichtung, während durch die Beheizung des Ringspaltes 3b die Viskosität des eingepreßten Kunststoffes in diesem Spalt sinkt, d. h. der Kunststoff weiter verflüssigt wird.

Der in den Ringkanal 4a eingepreßte thermoplastische Kunststoff fließt also durch den Ringspalt 3b, an dem der nicht gezeigte Verarbeitungsraum, in dem ein sehr hoher Druck herrscht, angeschlossen ist.

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Je nach zu verarbeitendem Material und Druck Kann der Ringspalt 3a mehr oder weniger weit heruntergekühlt werden, wodurch an dieser Stelle jeder beliebige Dichtwirkungsgrad erzielbar ist.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine getriebeseitige Abdichtung eines Extruders.

Die Förderschnecke 11 weist an ihrem getriebeseitigen Wellenende ein Wellenteil 12 mit einem Gewinde 13 gleicher Steigungsrichtung wie die Stegsteigung des Wellenteils 14 auf.

Auf dem rückwärtigen Wellenteil 15 ist ein Gewinde 16 angeordnet, ebenfalls mit einer Steigungsrichtung wie die Stegsteigung des Wellenteils 14 der Förderschnecke 11.

Die Funktion dieser Abdichtungsanordnung entspricht der Funktion gemäß Fig. 1, jedoch werden die Gewinde 13 und 16 zusätzlich zur Erhöhung der Ab dichtwirkung mit herangezogen.

Da wiederum der in Spalt 3a eingepreßte thermoplastische Kunststoff durch die Kühlkanäle 5 verfestigt wird und zusätzlich noch durch das Gewinde 16 in Richtung des Verarbeitungsraumes 17 gefördert wird, erhält man in diesem Bereich eine gute Abdichtung.

Die Abdichtwirkung wird noch erhöht durch den durch die Aufheizung weiter verflüssigten Kunststoff, der ebenfalls eine zusätzliche Bewegungskomponente durch das in Richtung des Verarbeitungsraumes 17 fördernde Gewinde 13 erfährt.

Es wird somit sichergestellt, daß Materialdrücke im Verarbeitungsraum 17 auch von über 500 bar wirkungsvoll und dauerhaft gegenüber dem Getriebe abgedichtet werden können.

Der Verbrauch des durch den Kanal 4 in den Ringkanal 4a eingedüsten und in Richtung des Verarbeitungsraumes 17 gepreßten thermoplastischen Kunststoffes ist, wie sich in der Praxis gezeigt hat, sehr gering. Es mußten nur ca. 2 bis 3 g pro Minute nachgepreßt werden, bei einer Weite des Ringspaltes von ca 200 μπι und einem Einpreßdruck, der geringfügig über dem Materialdruck im Verarbeitungsraum 17 lag.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40 45

55 60

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abdichten eines rotierenden Bauteiles in einem stationären, hohlzylindrischen Bauteil einer Bearbeitungsmaschine für thermoplastische Kunststoffe, Kautschuk oder dergleichen, wobei ein verflüssigter thermoplastischer Kunststoff oder ein mit dem zu verarbeitenden Material inertes Material in den Ringspalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß das verflüssigte Material radial durch die Wandung des hohlzylindrischen Bauteiles eingepreßt wird, und

daß der Ringspalt zum Verarbeitungsraum hin aufgeheizt and an der dem Verarbeitungsraum abgewandten Seite gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte thermoplastische Kunststoff oder das mit dem zu verarbeitenden Material inerte Material mit einem den Druck in dem Verarbeitungsraum übersteigenden Druck in den Ringspalt eingepreßt wird.

3. Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, mit rotierenden Bauteilen und stationären, hohlzylindrischen Bauteilen zur Verarbeitung von Kautschuk oder Kunststoff unter hohen Drücken, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wandung des stationären, hohlzylindrischen Bauteiles (2) radial ein Kanal (4) zum Einpressen eines verflüssigten thermoplastischen Materials eingebracht ist, und

daß der Ringspalt {3b) zum Verarbeitungsraum (17) hin mittels Heizkanälen (8) heizbar und an der dem Verarbeitungsraum abgewandten Seite durch Kühlkanäle (5) kühlbar ausgebildet ist.

4. Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, mit einer in einem hohlzylindrischen Extrudergehäuse rotierenden Förderschnecke, dadurch gekennzeichnet,

daß in dem ein rotierendes Wellenende (18) der Förderschnecke (11) koaxial umfassenden stationären, hohlzylindrischen Gehäuseteil (19) wendeiförmige Kanäle (5. 8) angeordnet sind, an die Heiz- bzw. Kühlaggregate angeschlossen sind,
daß in dem beheizten und gekühlten, stationären Gehäuseteil (19) rotierende Wellenteile (12, 15) angeordnet sind, die je mit einem Gewinde (13,16) mit gleicher Steigungsrichtung wie das Gewinde (14) der Förderschnecke (11) versehen sind,
daß in dem stationären Gehäuseteil (19) zwischen dem beheizten und gekühlten Abschnitt ein Ringkanal (4a)eingebracht ist. und

daß an dem Ringkanal {4a) ein radialer Kanal (4) zum Einpressen des verflüssigten, thermoplastischen Kunststoffes angeschlossen ist.