DE3738700C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelschneckenextruder nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Durchführung unterschiedlichster Verfahrensaufgaben ist es bekannt, die Schnecken eines Doppelschneckenextruders mit verschiedenen Schneckenabschnitten auszubilden, die im einzelnen aus einer Aufeinanderfolge von Schnecken- und Knetelementen bestehen. Solche Verfahrensaufgaben sind z.B. das Mischen, Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffen bei Zugabe von Zusatz- und Füllstoffen, unter Einleitung von Scherkräften und unter Einhaltung bestimmter vom Verarbeitungsgut abhängiger Temperaturprofile.

Durch Schneckenelemente unterschiedlicher Steigung wird insbesondere der Förderwirkungsgrad und der Druckaufbau im Extruder beeinflußt, so daß eine gezielte Einleitung von Scherkräften zur Erlangung einer optimalen Mischwirkung ermöglicht ist.

Aus der DE-PS 8 15 641 ist es bekannt, die Mischwirkung im Extruder dadurch zu verbessern, indem auf den Schneckenwellen wechselseitig Stauscheiben angeordnet sind, so daß das Verarbeitungsgut gezwungen wird, in stetem Wechsel von einer Schneckenwelle zur anderen überzutreten. Die Verbesserung der Mischwirkung erfolgt hierbei durch wiederholtes Umlenken und Vereinigen der Stoffströme in den Schneckenkanälen, wobei die Stauelemente eine erhebliche Drucksteigerung und Scherbeanspruchung im Verarbeitungsgut bewirken. Nachteilig ist dies bei druck- und temperaturempfindlichen Kunststoffen, sowie bei der Einarbeitung von Zusatzstoffen, die bei geringer Beanspruchung eine homogene Verteilung im Verarbeitungsgut verlangen.

Weiterhin nachteilig ist ein Anhaften von Produktresten an dem den Stofffluß begrenzenden Stauelement.

Ein weiterer aus der GB-PS 7 34 182 bekannter Doppelschneckenextruder weist gegenläufig angetriebene und einander tangierende Schnecken mit paarweiser Anordnung gleich gestalteter Stauelemente auf. Diese sind in Längsrichtung sowohl zylinderförmig als auch kegelförmig ausgebildet, so daß eine gezielte Umverteilung der Stoffströme von der einen zur anderen Schneckenwelle nicht ermöglicht ist. Vielmehr dienen die in der Konfiguration gleich gestalteten und einander gegenüberliegenden Stauelemente dem Zweck des Druckaufbaus und der Einleitung erhöhter Scherenergie durch ein Aufstauen des Stoffstromes.

Die aus der CH-PS 2 32 413 bekannte Vorrichtung ist aus einer mit einem Walzwerk kombinierten Schneckenpumpe gebildet und weist zwischen Schneckenabschnitten angeordnete Walzen auf die gegenläufig angetrieben sind und ausschließlich der Einleitung von Knet- und Scherenergie dienen.

Bei einer weiteren aus der DE-PS 3 97 961 bekannten Vorrichtung sind in radialem Abstand angeordnete Knetschnecken mit einander entgegengesetzt kegelförmig gestalteten Mischwalzen kombiniert, so daß in Verbindung mit deren gegenläufigem Antrieb keine Stoff-Umverteilung sondern ebenfalls die Einleitung erhöhter Scherenergie zum Zwecke der Stoffknetung erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelschneckenextruder zu schaffen, der eine Homogenisierung des Verarbeitungsgutes durch Stromumlenkung unter geringer Scherbeanspruchung, insbesondere bei der Einarbeitung von Zusatzstoffen, ermöglicht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 in Verbindung mit denen des Oberbegriffs gelöst.

Es wurde überraschend gefunden, daß bei einer Umschichtung der Stoffströme die Scherbeanspruchung auf ein geringes Maß reduziert werden kann, wenn die bei mehrgängigen Schneckenprofilen aus den Schneckenkanälen der einen Schneckenwelle fließenden Stoffströme nicht nur zu einem Stoffstrom umgeschichtet, sondern dieser im Verlauf der zwangsweisen Umschichtung in Längsrichtung der Verfahrensstrecke verteilt wird. Die vereinigten Stoffströme fließen zunächst unter stetiger gleichförmiger Richtungsänderung innerhalb eines den Schneckenkanälen nachgeordneten Freiraumes zur die Stoffströme begrenzenden Staustelle, so daß eine zwangsweise Umlenkung bei nurmehr geringstem Druckaufbau im Verarbeitungsgut erfolgt. Dadurch wird sowohl eine schonende Homogenisierung des Verarbeitungsgutes selbst, wie auch die schonende Einarbeitung von Zusatzstoffen ermöglicht, ohne diese einer erhöhten Scherbeanspruchung auszusetzen. Die Faserlänge bestimmter Füllstoffe wird nicht wesentlich reduziert und der Feinanteil solcher Füllstoffe bleibt auf ein Minimum begrenzt. Durch die allmähliche Richtungsänderung des von der einen Schneckenwelle abfließenden Stoffstromes werden außerdem schädliche Produktanhäufungen vermieden.

Das gemäß einer Ausbildung nach Anspruch 2 bemessene Stauelement umfaßt einen bevorzugten Bereich seiner Längenausdehnung innerhalb dessen eine effektive Produktbehandlung ermöglicht ist.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist in im Prinzip an sich bekannter Weise eine weitere Verbesserung der Mischwirkung erreicht.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ermöglicht auf einfache Weise den Austausch bzw. das Umsetzen einzelner Stauelemente und des mit ihm korrespondierenden stegfreien Bereichs der Schneckenwellen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Diese zeigt in

Fig. 1 einen Teilauschnitt eines Doppelschneckenextruders im Längsschnitt

Fig. 2 einen Querschnitt des Doppelschneckenextruders längs der Linie II-II.

In einem Gehäuse 1 sind in zueinander parallel angeordneten und sich gegenseitig durchdringenden Bohrungen 2 bzw. 2′ Extruderschnecken 3 bzw. 3′ vorgesehen, die gleichsinnig drehen und sich längs einer Raumkurve gegenseitig abstreifen.

Die Extruderschnecken 3 bzw. 3′ sind aus einzelnen Schneckenabschnitten 4, 5 und gegebenenfalls 6 gebildet, die jeweils auf einer Schneckenwelle 7 bzw. 7′ aufgeschoben und mit dieser durch Mitnehmer 8 drehfest verbunden sind. Die Gangsteigung der Schneckenkämme 9 kann je nach Verfahrensaufgabe längs der Extruderschnecken 3 bzw. 3′ variieren.

Zwischen den Schneckenabschnitten 4 und 5 befindet sich zunächst ein kegelförmig ausgebildetes Stauelement 10 angemessener Länge dem auf der gegenüberliegenden Schneckenwelle 7′ ein zylinderförmig ausgebildeter stegfreier Bereich 11 gleicher Länge zugeordnet ist.

Das Stauelement 10 und der stegfreie Bereich 11 sind vorzugsweise als Büchsen 15 ausgebildet, die auf die jeweilige Schneckenwelle 7 bzw. 7′ aufschiebbar sind. Die Länge des Stauelements 10 und die Länge des stegfreien Bereichs 11 entsprechen vorzugsweise etwa dem halben Außendurchmesser eines Schneckenabschnitts. Der Außenmantel des Stauelements 10 erweitert sich in Fließrichtung des mit Pfeilen A u. B gekennzeichneten Produktstromes gleichförmig, wobei dessen größter Manteldurchmesser 12 mit geringem radialem Spiel den Kerndurchmesser des Schneckenabschnitts 5′ abstreift und somit in den stegfreien Bereich 11 eingreift, dessen Außendurchmesser dem Kerndurchmesser der Schneckenabschnitte 5 und 5′ entspricht.

Der Schneckenkamm 9 des Schneckenabschnittes 5′ endet daher vor der Stirnfläche dieses Schneckenabschnittes.

Der in Pfeilrichtung A gekennzeichnete Produktstrom wird gezwungen, aus den Schneckenkanälen 16 des Schneckenabschnittes 4 in den nachfolgenden stegfreien Bereich 11 überzuwechseln. Bei einem zweigängigen Schneckenprofil erfolgt hierdurch eine Vereinigung von insgesamt drei in Fig. 2 ersichtlichen Produktströmen längs des stegfreien Bereichs 11 zu einem Produktstrom, der sich in den nachfolgenden Schneckenabschnitten 5, 5′ wieder auf drei Produktströme aufteilt.

Durch die kegelförmige Außenkontur des Stauelementes 10 erfolgt eine vergleichsweise langsame Überleitung und Zusammenfassung der Produktströme durch gleichförmige Richtungsänderung.

Da zwischen dem zylinderförmigen stegfreien Bereich 11 und dem Stauelement 10 ein Freiraum 14 gebildet ist, erfährt das Verarbeitungsgut nur eine geringe Druck- und Scherbeanspruchung, so daß hiernach auch empfindliche Produkte gut homogenisiert werden können. Da kein Aufprallen der Produktströme gegeben ist, entstehen auch keine schädlichen Produktanbackungen.

Zur Steigerung der Mischwirkung können die jeweils paarweise angeordneten Mittel, d.h. das als Kegelbüchse ausgebildete Stauelement 10 und der in Form einer Zylinderbüchse ausgebildete stegfreie Bereich 11 wie in Fig. 1 gezeigt auf den Schneckenwellen 7, 7′ mehrfach, in Abständen wechselseitig angeordnet sein.

Aufgrund der sanften Umlenkung der Produktströme ist bei niedriger Scherbeanspruchung sowohl eine homogene Temperaturverteilung im Mischgut wie auch eine homogene Verteilung der Mischungsbestandteile erreicht. Bei Einmischung langfaseriger Verstärkungsstoffe wie z.B. Glasfasern, wird die Faserlänge während des Aufbereitungsvorgangs im Doppelschneckenextruder nicht wesentlich verkürzt und deren Feinanteil auf ein Minimum begrenzt.

Claims (4)

1. Doppelschneckenextruder mit in einem Gehäuse dicht kämmend ineinandergreifenden und gleichsinnig drehenden Schnecken, mit auf zumindest einer Schneckenwelle zwischen Schneckenabschnitten angeordnetem zylinderförmigen, stegfreien Bereich, der dem Schneckenkerndurchmesser entspricht und in welchen ein zwischen den Stirnflächen der Schneckenabschnitte der anderen Schneckenwelle sich erstreckendes Stauelement eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement (10) in seiner Gesamtlänge kegelförmig ausgebildet ist und in bekannter Weise einen in Fließrichtung des Produktstromes gleichförmig zunehmenden Manteldurchmesser aufweist, daß der größte in der radialen Ebene der Stirnfläche des an den stegfreien Bereich (11) angrenzenden Schneckenabschnittes (5′) sich erstreckende Manteldurchmesser (12) dem Außendurchmesser des Schneckenabschnittes (5′) entspricht und der kleinste Manteldurchmesser mit dem Kerndurchmesser des Schneckenabschnittes (4) übereinstimmt.

2. Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement (10) in seiner Länge dem 0,5 bis 1,0 fachen des Außendurchmessers eines Schneckenabschnittes (4, 5, 5′, 6) entspricht.

3. Doppelschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement (10) und der stegfreie Bereich (11) paarweise auf den Schneckenwellen (7, 7′) mehrfach, in Abständen wechselseitig angeordnet sind.

4. Doppelschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement (10) und der stegfreie Bereich (11) durch auf die Schneckenwellen (7, 7′) aufschiebbare und mit dieser drehfest verbundene Büchsen gebildet sind.