DE3743512C1

DE3743512C1 - Extruder for thermoplastics, rubber or similar materials, with a screw which can turn in a barrel

Info

Publication number: DE3743512C1
Application number: DE3743512A
Authority: DE
Inventors: Guenter Meier
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1988-11-24

Abstract

An extruder for the processing of rubber and thermoplastic is disclosed, with a screw which can turn in a barrel and is arranged with its tip at a distance from the central outlet opening. By the arrangement of one or more rows of pins with pins between the screw end and the outlet opening or the dies of the extruder, the said pins being aligned with the longitudinal centre axis of the screw barrel and penetrating the latter radially, the effect is achieved that a very homogeneous, uniform-temperature and bubble-free extrusion of the materials to be processed is obtained.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die in einem Gehäuse drehbare Schnecke im Abstand von dem mit einem zentra len Austragskanal versehenen Mundstück angeordnet ist.The invention relates to an extruder according to the preamble of claim 1, in which the in one Casing rotatable worm at a distance from that with a zentra len discharge channel provided mouthpiece is arranged.

Beim Anfahren eines Extruders entsteht abhängig vom Schnecken kerndurchmesser und Ausformwerkzeug vor der Schneckenspitze, bedingt durch den Schneckenkern, eine Blindzone, in die Luft vom austretenden Spritzgut eingeschlossen wird.When starting up an extruder, depending on the screw core diameter and shaping tool in front of the screw tip, due to the screw core, a blind zone, in the air is enclosed by the escaping spray material.

Es entsteht somit im Extrudat im Zentrumsbereich ein Hohl raum, der sich nur langsam abbaut und den Anfahrprozeß stark verzögert, so daß über Stunden die Produktqualität negativ beeinflußt wird.A hollow is thus created in the extrudate in the center area space that degrades slowly and the start-up process is strong delayed, so that the product quality is negative for hours being affected.

Weiterhin ist festgestellt worden, daß bei treibmittelhaltigem Spritzgut eingeschlossene Luft an der Schneckenspitze erhitzt wird, wodurch der Blähprozeß im Kern vorzeitig eingeleitet und somit eine verstärkte Blasenbildung im Extrudat verursacht wird.Furthermore, it has been found that in the case of blowing agent Air trapped in the material to be sprayed is heated at the screw tip is, whereby the expansion process is initiated early and thus causing increased blistering in the extrudate becomes.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen in Extrudern treten in dem ausgetragenen Material Inhomogenitäten auf, die durch Temperaturunterschiede zwischen der Gehäusewandung und der Schneckenoberfläche sowie durch ungenügende Durchmischung des Materials entstehen können. Diese Erscheinung tritt insbeson dere bei einem hohen Durchsatz auf, da hierbei die Verweilzei ten des Materials in diesem Bereich sehr stark reduziert wer den.When processing plastics in extruders occur in the discharged material due to inhomogeneities Temperature differences between the housing wall and the Screw surface and due to insufficient mixing of the Material can arise. This phenomenon occurs in particular at a high throughput, because here the dwell time material in this area is greatly reduced the.

Inhomogenitäten wirken sich nachteilig auf die Produktqualität aus, da sie eine Minderung der physikalischen Eigenschaften der erzeugten Produkte oder auch große Unterschiede dieser Eigenschaften zur Folge haben.Inhomogeneities adversely affect product quality out as it has a decrease in physical properties of the products produced or large differences between them Result in properties.

Wenn das ausgetragene Material über Verbindungskanäle oder Rohrleitungen mehreren Verarbeitungsstellen, wie z. B. Werk zeugen oder Düsen, zugeleitet wird, ist insbesondere auch auf eine große Temperaturhomogenität zu achten. Aufgrund der hohen Viskosität solcher Schmelzen stellen sich laminare Strömungs verhältnisse ein, so daß die Verwirbelung oder Durchmischung schlecht ist, wodurch an der Verbraucherstelle, z. B. einer Düse, nebeneinander Ströme unterschiedlicher Temperatur und damit unterschiedlicher Viskosität eintreffen.If the discharged material via connecting channels or Pipelines multiple processing points, such as. B. Plant witnesses or nozzles, is fed, in particular is also on ensure a high temperature homogeneity. Because of the high The viscosity of such melts is a laminar flow ratios so that the swirling or mixing is bad, which at the consumer point, e.g. B. one Nozzle, side by side flows of different temperature and so that different viscosities arrive.

Versuche, solche Inhomogenität in hochviskosen Schmelzen durch Wärmebehandlung auch über längere Zeiten während des Durch flusses durch Spritzwerkzeuge zu beseitigen, haben aufgrund der laminaren Strömungsverhältnisse zu keinem Erfolg geführt, zumal wegen der hohen Viskosität gewisse Mindest-Werkzeugquer schnitte vorhanden sein müssen, um die auftretenden Drücke zu beherrschen.Attempts to see through such inhomogeneity in highly viscous melts Heat treatment even over long periods during the through have to eliminate flow by spraying tools the laminar flow conditions did not lead to success, especially because of the high viscosity certain minimum tool cross cuts must be present to the pressures that occur to dominate.

Um bei einer hohen Produktivität zu einer guten Gleichmäßig keit des Endproduktes zu gelangen, sind für Schneckenstrang pressen bereits verschiedene Vorschläge bekanntgeworden. Bei diesen Vorschlägen werden im wesentlichen Qualitätsminderungen bei Schneckendrehzahlerhöhungen durch Steigerung des Druckes in der plastischen Masse kompensiert. Ein solcher Druckaufbau kann beispielsweise bei einer Schnecke mit konischer Stirnflä che, die einem entsprechenden Konus des Spritzwerkzeuges ge genüberliegt, durch eine axiale Schneckenverschiebung erreicht werden, die den Austrittsspalt und somit den Druckaufbau der plastischen Masse verändert.In order to achieve good uniformity at high productivity of the end product are essential for the screw strand various proposals have already become known. At These proposals will essentially reduce quality with screw speed increases by increasing the pressure compensated in the plastic mass. Such a buildup of pressure can, for example, with a snail with a conical end face che, the ge a corresponding cone of the injection mold opposite, achieved by an axial screw displacement be that the outlet gap and thus the pressure build-up of the plastic mass changed.

Gemäß der DE-AS 11 45 787 wird das plastifizierte Material in der Strangpresse je nach seinen Eigenschaften in einer oder mehreren Stufen des im Preßzylinder zurückzulegenden Weges einer hohen Verdichtung unterworfen, indem in der Strangpresse Stauabschnitte vorgesehen sind, die jeweils aus einem die Schneckengänge unterbrechenden ringförmigen Bund gebildet wer den, dessen Außendurchmesser gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung des Preßzylinders ist, und aus einer im Bereich des Bundes in der Bohrung des Preßzylinders vorge sehenen flachen Ringnut mit in axialer Richtung unterschied licher Tiefe. Durch axiale Verschiebung der Schnecke wird dabei die Wirkung der Stauabschnitte verändert.According to DE-AS 11 45 787, the plasticized material in the extrusion press depending on its properties in one or several stages of the path to be covered in the press cylinder subjected to high compression by in the extrusion press Stowage sections are provided, each consisting of a Worm-interrupting annular collar who formed the one whose outer diameter is equal to or slightly smaller than that Diameter of the bore of the press cylinder, and from a featured in the federal government in the bore of the press cylinder seen flat ring groove with an axial direction difference depth. By axial displacement of the screw thereby changing the effect of the traffic jam sections.

Derartige Einrichtungen zur Homogenisierung der Produktströ mung im Austragskanal sind aufwendig und bringen nicht für alle thermoplastischen Kunststoffe oder Kautschukmischungen bei der Verarbeitung in jeder Art von Extrudern oder Schnecken schmelzern den gewünschten Erfolg.Such devices for homogenizing the product streams tion in the discharge channel are complex and do not bring all thermoplastics or rubber mixtures when processing in any type of extruder or screw melt the desired success.

Es ist bekannt (DE-AS 10 43 205), bei einer Förderschnecke für plastische Massen, welche das Fördergut gegen eine Loch scheibe fördert, an der stumpf ausgebildeten Schneckenendflä che Erhebungen in Form von spiralförmig verlaufenden Rippen anzubringen. Diese Rippen sollen das Fördergut in dem verhält nismäßig großen Raum vor der Schneckenendfläche radial vom Be reich der Schneckenachse weg nach außen abweisen und dadurch stillstehende, in der Wirkung einem Totraum gleichkommende Materialzonen vermeiden. It is known (DE-AS 10 43 205), for a screw conveyor for plastic masses which convey the material against a hole disc conveys, on the blunt screw end surface che elevations in the form of spiral ribs to attach. These ribs are supposed to behave in the conveyed material large space in front of the screw end surface radially from the loading away from the outside of the screw axis and thereby stationary, the effect of a dead space Avoid material zones.

Spiralige, das Material nach außen abweisende Rippen können bei derartigen Schneckeneinrichtungen zur Beseitigung der im Austragskanal auftretenden Inhomogenitäten nicht eingesetzt werden, da die grundsätzliche Materialströmung vor der Schnecken endfläche von außen nach innen zum zentralen Austragskanal hin gerichtet ist.Spiral ribs that repel the material outwards in such screw devices to eliminate the im Discharge channel occurring inhomogeneities not used be because the basic material flow in front of the snails end face from the outside in to the central discharge channel is directed.

Bei einem Mischventil für plastische Massen ist es bekannt (US-PS 32 53 300), den drehbaren Mischkopf mit ringförmigen, konzentrischen Erhebungen zu versehen, die zwischen entspre chende ringförmige Erhebungen im Mischkopfgehäuse eingreifen, wodurch sich ein labyrinthförmiger Strömungsspalt, in dem das Gut einer starken Scherwirkung unterworfen wird, ergibt, um auf diese Weise Zuschlagstoffe, wie Farben oder Pigmente, in das Gut einzumischen. Es handelt sich dabei um eine besondere, einem Extruder nachgeschaltete und unabhängig davon zu betrei bende Einrichtung, die eine wesentliche Erhöhung des Raumbe darfs und der Kosten einer Extruderanlage bedingt und außerdem den Nachteil hat, daß es infolge der starken Scherwirkung eine beträchtliche Reibungswärme in das Gut einführt, die leicht den noch zulässigen Grenzwert, insbesondere bei der Verarbei tung von Kautschuk, übersteigen kann.It is known for a mixing valve for plastic masses (US-PS 32 53 300), the rotating mixing head with ring-shaped, to provide concentric surveys that correspond between engaging ring-shaped elevations in the mixing head housing, which creates a labyrinthine flow gap in which the Being subjected to strong shear results in order to in this way aggregates, such as paints or pigments, in to mix in the good. It is a special, downstream of an extruder and operated independently furnishing, which significantly increases the space may and the cost of an extruder system and also has the disadvantage that it is due to the strong shear introduces considerable frictional heat into the good, which is easy the still permissible limit, especially for processing rubber, can exceed.

Mit der Erfindung soll eine Homogenisierungseinrichtung ge schaffen werden, die bei hoher Wirksamkeit äußerst einfach ist und sogar ein nachträgliches Anbringen an fast allen Extrudern gestattet. Dies wird durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 erreicht.With the invention, a homogenization device is intended create that is extremely simple with high effectiveness and even retrofitting to almost all extruders allowed. This is due to the features of the patent claim 1 reached.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung, die beispielsweise nachträglich durch Einsetzen von hydraulisch oder pneumatisch radial verfahrbaren Stiften verwirklicht wird, wird in sehr einfacher Weise ein überraschend wirkungsvoller Homogeni sierungseffekt erzielt, weil die zwischen den Stiften durch laufende Schmelze zwangsweise in ihrer Strömung zerrissen, verwirbelt und damit vermischt wird. Damit wird der für das Auftreten der Inhomogenität im Austragskanal ursächliche laminare Strömungszustand der Schmelze beseitigt, ohne daß sonstige Beeinträchtigungen der strömenden Schmelze, z. B. schädliche Toträume, auftreten können. Die Verwendung weiterer, aufwendiger Homogenisierungseinrichtungen ist überflüssig.By the device according to the invention, for example subsequently by inserting hydraulic or pneumatic radially movable pins is realized in very a surprisingly effective homogeneity sation effect achieved because of the between the pins running melt forcibly torn in its flow, swirled and mixed with it. So that for the Cause of inhomogeneity in the discharge channel laminar flow state of the melt eliminated without other impairments of the flowing melt, e.g. B. harmful dead spaces can occur. The usage further, more complex homogenization devices superfluous.

Die Stifte der einzelnen Stiftreihen sind alternativ mittels eines Schraubgewindes radial stufenlos hinsichtlich ihrer Ein dringtiefe verstellbar ausgebildet, wodurch individuell auf den Vermisch- bzw. Verwirbelungsgrad der Kunststoffschmelze eingegangen werden kann.The pins of the individual rows of pins are alternatively by means of a screw thread radially infinitely variable with regard to their on penetration depth adjustable, which means individually the degree of mixing or swirling of the plastic melt can be received.

Durch die Anordnung mehrerer Stiftreihen versetzt hinterein ander, derart, daß die Schmelze, wenn sie zwischen den Stiften der ersten Reihe hindurchgeflossen ist, auf die Stifte der zweiten Reihe auftrifft, entsteht eine sehr intensive Vermi schung der einzelnen Schmelzebereiche und -ströme ohne Erzeu gung von Scherwärme.Due to the arrangement of several rows of pins staggered other, such that the melt when it is between the pins the first row has flowed through on the pins of the second row, a very intense vermi arises the individual melt areas and flows without generating generation of shear heat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich nung erläutert, in der ein schematisierter Längsschnitt durch einen Extruder mit einer Stiftreihe gezeigt wird.An embodiment of the invention is based on the drawing tion explained, in which a schematic longitudinal section an extruder with a row of pins is shown.

In einem Schneckengehäuse 1 ist eine Extruderschnecke 2 angeordnet, die durch ein bekanntes und daher nicht dargestelltes Getriebe und einen Antrieb in Drehbewegung gesetzt wird.In a screw housing 1 , an extruder screw 2 is arranged, which is set in rotation by a known and therefore not shown gear and a drive.

Am Austrittsende des Schneckengehäuses 1 ist die Austrittsöffnung 3 bzw. ein Spritzwerkzeug angeordnet.At the outlet end of the screw housing 1 , the outlet opening 3 or an injection mold is arranged.

Zwischen dem Austrittsende und der Schneckenspitze 4 ist eine Reihe von radial auf die Längsmittelachse 5 des Schneckengehäuses 1 ge richteten Stiften 6 angeordnet, die hinsichtlich ihrer Ein tauchtiefe in das Schneckengehäuse 1 mittels kleiner aufgesetzter Hy draulikzylinder 7 verstellt werden können, um eine individuel le Vermischung der Schmelze in diesem sehr wichtigen Bereich zu erzielen.Between the outlet end and the screw tip 4 , a series of radially on the longitudinal central axis 5 of the screw housing 1 ge directed pins 6 are arranged, which can be adjusted with regard to their immersion depth in the screw housing 1 by means of a small attached hydraulic cylinder 7 to mix the individual le To achieve melt in this very important area.

Das hergestellte Produkt, z. B. ein Profilband 8 für die Herstel lung von Fensterrahmen, wurde untersucht, und zwar einmal mit in das Gehäuse hereingefahrenen Stiften 6 und einmal mit herausgefahrenen Stiften.The manufactured product, e.g. B. a profile tape 8 for the manufacture of window frames, was examined, once with the pins 6 inserted into the housing and once with the pins pulled out.

Als die Stifte 6 aus dem Gehäuse herausgezogen waren, zeigten sich deutliche Schrumpfmarkierungen und Unebenheiten an der Profiloberfläche, die auf unterschiedliche Materialviskositä ten und einer schlechten Vermischung zurückzuführen sind. Es mußte sehr viel Material extrudiert werden, bis sich eine aus reichende, bläschenfreie Produktqualität einstellte.When the pins 6 were pulled out of the housing, there were clear shrink marks and unevenness on the profile surface, which are due to different material viscosities and poor mixing. A lot of material had to be extruded until a sufficient, bubble-free product quality was achieved.

Mit hereingefahrenen Stiften wurde die Profilqualität deutlich besser, was sowohl hinsichtlich der Profiloberfläche festzu stellen war als auch hinsichtlich des Innenvolumens des Profilbandes, welches bläschenfrei und sehr homogen bei eingefärbten Profilmischun gen vorgefunden wurde.The profile quality became clear with the retracted pins better thing about both the profile surface was as well as in terms of the internal volume of the profile tape, which bubble-free and very homogeneous with colored profile mix gene was found.

Bei einem weiteren Versuch mit einer in eine Breitschlitzdüse extrudierten Kautschukmischung wurde eine 6 mm dicke Kaut schukbahn mit einer Breite von 1200 mm extrudiert, mit aus dem Extruder herausgezogenen Stiften. Es zeigten sich Bläschen in der Bahn, die eine Verwendung der Bahn nicht erlaubten.In another attempt with a in a slot die extruded rubber mixture was chewed 6 mm thick Schukbahn with a width of 1200 mm extruded, with from pins pulled out of the extruder. Bubbles appeared in the train that did not allow the train to be used.

Nachdem die Stifte einer Stiftreihe in den Extrusionsraum ein gefahren worden waren, war die Bahn nach kurzer Zeit völlig blasenfrei.After the pins of a row of pins enter the extrusion space had been driven, the train was completely after a short time bubble free.

Claims

1.Extruder for processing thermoplastic plastics, rubber or similar materials, with a screw which can be rotated in a housing and which is arranged with its tip at a distance from a central outlet opening, characterized by the arrangement of one or more rows of pins with the screw housing radially ( 1 ) penetrating, on the longitudinal central axis ( 5 ) of the screw housing ( 1 ) aligned pins ( 6 ) between the screw end and the outlet opening ( 3 ) or the extrusion die.

2. Extruder according to claim 1, characterized in that the pins ( 6 ) are formed radially from the outside continuously by means of threads hydraulically or pneumatically adjustable.

3. Extruder according to claim 1 or 2, characterized in that the pins ( 6 ) of the radial pin rows in the direction of the longitudinal central axis ( 5 ) of the screw housing ( 1 ) are arranged one behind the other.