DE3805849A1

DE3805849A1 - Pin extruder

Info

Publication number: DE3805849A1
Application number: DE3805849A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr Ing Koester
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-09-07

Abstract

In the case of pin extruders of a conventional type, difficulties arise, in particular in the case of highly viscous materials, when running empty on account of the material becoming lodged in the region of the pin space (5) as soon as there is no longer any material in the neighbouring feed zones. The object of the invention is to improve the self-cleaning capability of such machines. The object is achieved by the cylindrical or conical pins (6) having guiding faces (7) which impart an axial movement component to the material. This has the result that material conveyance also takes place in the region of the pins (6), leading to a much improved self-cleaning capability. The pin extruders according to the invention are of advantage in the processing of highly viscous materials, in particular in the case of thermoplastics or elastomers. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Extruder zum Mischen und Homogenisieren von thermoplastischen Kunststoffen oder Elastomeren, bestehend aus einem Extrudergehäuse mit zylindrischem Innenraum und einer darin rotierenden ein- oder mehrteiligen Schneckenwelle, bei der die Schneckenstege mindestens einmal unterbrochen sind, und im Extrudergehäuse befestigten Stiften, die in den durch die Unterbrechungen der Schneckenstege gebildeten Stiftraum hineinragen.The invention relates to an extruder for Mixing and homogenizing thermoplastic Plastics or elastomers consisting of a Extruder housing with cylindrical interior and one rotating in one or more parts Worm shaft at which the screw flights are interrupted at least once, and in Extruder barrel attached pins that in the through the interruptions of the screw flights protrude pen space formed.

Stiftextruder als solche sind seit langem bekannt, wobei die Stifte unterschiedliche Aufgaben und Wirkungen haben. So ist aus der DE-OS 35 34 097 ein Extruder der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem die Stifte ein Anlaufen der Schneckenstege an der Wandung des Extrudergehäuses dadurch verhindern, daß die Schneckenwelle im Falle einer Durchbiegung an den Stiften zum Anliegen kommt. Im Falle der Strangpresse nach DE-PS 8 79 913 dienen die Stifte der Erzeugung von Stauflächen, mit deren Hilfe der Widerstand für das geförderte Material geregelt werden kann.Pen extruders as such have long been known where the pens have different tasks and Have effects. So is from DE-OS 35 34 097 Extruder of the type described in the opening paragraph, where the pins start up the screw flights on the wall of the extruder barrel prevent the worm shaft in the event of a Deflection on the pins is important. in the Case of the extrusion press according to DE-PS 8 79 913 serve the pins of the production of storage areas, with their Help the resistance to the material being funded can be regulated.

Bei einem Extruder nach DE-PS 22 35 784 haben die Stifte die Aufgabe, unter Vermeidung von wesentlichem Scherfließen durch Aufteilung eine gute Misch- und Homogenisierwirkung bei verhältnismäßig hohem Durchsatz zu erreichen. Dem Vorteil, der durch die in den Stiftraum hineinragenden Stifte bezüglich Misch- und Homogenisierwirkung erreicht wird, steht als Nachteil entgegen, daß die Selbstreinigungsfähigkeit von Stiftextrudern wegen der in den Stiftreihen stattfindenden Unterbrechung der förderwirksamen Schneckenstege wesentlich geringer ausgeprägt ist als bei herkömmlichen, mit nicht geschlitzten Schnecken ausgestatteten Extrudern. Hierdurch kann es zu erheblichen Funktionsausfällen kommen, wenn ein Mischungswechsel erforderlich ist und der Extruder wegen Unverträglichkeit der Mischungen zunächst vollständig geleert werden muß.Have in an extruder according to DE-PS 22 35 784 the pens avoiding the task essential shear flow by dividing one good mixing and homogenizing effect to achieve relatively high throughput. The Advantage due to the protruding into the pencil room Pencils for mixing and homogenizing effects is at odds with the disadvantage that the Self-cleaning ability of pen extruders the one taking place in the rows of pins Interruption of the screw flights that promote conveyance is much less pronounced than in conventional, with unslotted snails equipped extruders. This can cause it to significant malfunctions occur when a Mixing is required and the extruder initially due to the intolerance of the mixtures must be completely emptied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Selbstreinigungsfähigkeit von Stiftextrudern zu verbessern, um kurze Produktwechselzeiten zu erreichen und den Einsatz von Reinigungsmischungen soweit wie möglich zu vermeiden.The invention is based, which Self-cleaning ability of pen extruders improve to short product change times too achieve and the use of cleaning mixtures as far as possible to avoid.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Extruder dadurch gelöst, daß der in den Stiftraum hineinragende Teil der Stifte eine Führungsfläche aufweist, die dem Material eine zum Austragsende des Extruders hin gerichtete Bewegungskomponente erteilt. Durch diese Führungsfläche wird dem Material in dem Ringraum, der von den Unterbrechungen der Schneckenstege gebildet wird (Stiftraum genannt) und in den die Stifte hineinragen, durch die Schneckenrotation eine zum Austragende des Extruders hin gerichtete axiale Bewegungskomponente erteilt. Das heißt, durch die besondere Gestaltung der Stifte erfolgt im Gegensatz zu den Stiftextrudern nach dem Stand der Technik bei dem erfindungsgemäßen Extruder auch im Bereich der Stifte eine Materialförderung, wobei hier die Stifte bzw. deren Führungsflächen die aktiven Elemente sind. This task is done with a generic Extruder solved in that in the pencil room protruding part of the pins one Has guide surface that the material towards the discharge end of the extruder Movement component granted. Through this Guide surface becomes the material in the annulus, that of the interruptions of the screw flights is formed (called the pencil room) and in which the Stick pins in through the screw rotation one directed towards the discharge end of the extruder axial movement component granted. That is, through the special design of the pens takes place in the Contrary to the pen extruders according to the state of the Technology in the extruder according to the invention also in Area of the pens a material promotion, where here the pins or their guide surfaces active elements.

Üblicherweise haben die Stifte in solchen Stiftextrudern einen kreisförmigen Querschnitt, auch wenn in der DE-OS 22 35 784 angeregt wird, sie zur Verringerung des Strömungswiderstandes tropfenförmig oder um den Wirbeleffekt zu vergrößern viereckig auszubilden. Bei allen bekannten Stiftausführungen wird jedoch der Längstransport durch den Stiftraum nur durch das nachschiebende Material erreicht. Sobald in den benachbarten Förderzonen kein Material mehr vorhanden ist, kann der noch in den Stiftzonen befindliche Materialrest nicht weitertransportiert werden. Dies führt zu einem Festsetzen des Materials im Stiftraum, was bei einem Produktwechsel im Falle unverträglicher Produkte oder beim Stillstand zu den bekannten Problemen führt. Diese Probleme werden bei einem Extruder nach der Erfindung vermieden oder stark verringert, da die Selbstreinigungsfähigkeit der Maschine durch die Führungsflächen an den Stiften dadurch wesentlich verbessert wird, daß durch die Rotationsbewegung der Schneckenwelle auch beim Leerfahren der Maschine eine Längsbewegung des Materials im Stiftraum bewirkt wird.Usually the pens in such Pin extruders a circular cross-section, even if it is suggested in DE-OS 22 35 784, she to reduce the flow resistance drop-shaped or around the swirl effect enlarge square shape. At all known pen designs, however, the Longitudinal transport through the pencil room only through the subsequent material reached. Once in the neighboring production zones no longer have any material is present, it can still be found in the pin zones Any remaining material is not transported on will. This leads to a fixation of the Materials in the pencil room, what a Product change in the case of incompatible products or at a standstill to the known problems leads. These problems arise with an extruder avoided or greatly reduced according to the invention, because the machine's self-cleaning ability the guide surfaces on the pins is significantly improved that by the Rotational movement of the worm shaft also when Empty the machine a longitudinal movement of the Material is effected in the pencil room.

Ein Extruder gemäß der Erfindung weist jedoch nicht nur eine wesentlich verbesserte Selbstreinigungsfähigkeit auf, er hat auch im Falle des Normalbetriebs verbesserte Eigenschaften gegenüber den Stiftextrudern herkömmlicher Bauart. Da die Materialströmung in den Stifträumen sich im Bereich des Kerndurchmessers der Schneckenwelle immer stärker der Rotationsebene nähert, ist die in diesem Bereich besondern breite Führungsfläche der Stifte sehr wirkungsvoll, da hierdurch gerade im Bereich, in dem üblicherweise die Axialbewegung des Materials sehr gering ist, durch die Umlenkung an den Führungsflächen eine Materialförderung in Längsrichtung erfolgt. Dadurch ergibt sich beim Anfahren und im Normalbetrieb eine Erhöhung der Druckaufbaufähigkeit und eine Verringerung der Gegendruckempfindlichkeit.However, an extruder according to the invention does not have just a much improved Self-cleaning ability, he also has in the case characteristics of normal operation compared to conventional pin extruders. Since the material flow in the pen rooms changes in the Range of the core diameter of the worm shaft is getting closer and closer to the plane of rotation in this area particularly broad management area of the Pens very effective, as this Area in which the axial movement of the Material is very low due to the deflection material management in the guide areas Longitudinal direction takes place. This results in the Starting and an increase in normal operation Pressure buildability and a reduction in Back pressure sensitivity.

Besonders vorteilhaft im Hinblick auf einfache und kostengünstige Fertigungen sind ebene oder konkave Führungsflächen, wobei je nach Stiftausführung bei der Herstellung und/oder Montage darauf zu achten ist, daß die Führungsflächen einen spitzen Winkel zur Anströmrichtung des Materials bezogen auf die Vorderkante bilden. Dies ist wesentlich für die Erzeugung der Längskomponente aus der Wellenrotation, insbesondere beim Leerfahren.Particularly advantageous in terms of simple and Inexpensive productions are flat or concave Guide surfaces, depending on the pin design at during production and / or assembly is that the guide surfaces are at an acute angle to the direction of flow of the material based on the Form the leading edge. This is essential for that Generation of the longitudinal component from the Wave rotation, especially when driving empty.

Bei einer Ausgestaltung der Stifte entsprechend Anspruch 3 wird erreicht, daß die Bruchgefahr trotz der angebrachten Führungsflächen nicht vergrößert wird, da die Stifte an der Einspannstelle, d.h. der Stelle der größten Scher- und Biegebeanspruchung keine Querschnittsschwächung aufweisen. Eine kegelige Ausführung der Stifte hat den besonderen Vorteil, daß das Verhältnis von Durchtrittsfläche zu Projektionsfläche der Stifte, insbesondere in der Nähe des Kerndurchmessers der Schneckenwelle günstiger ist als bei zylindrischen Stiften.With a design of the pins accordingly Claim 3 ensures that the risk of breakage despite the attached guide surfaces are not enlarged because the pins at the clamping point, i.e. the Place of greatest shear and bending stress have no cross-sectional weakening. A the tapered design of the pins has the special one Advantage that the ratio of passage area to projection surface of the pens, especially in close to the core diameter of the worm shaft is cheaper than cylindrical pins.

Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Extruder ist in den Fig. 1 bis 3c dargestellt, und zwarAn example of an extruder according to the invention is shown in FIGS. 1 to 3c

Fig. 1 eine Schneckenwelle mit Stiftraum (schematisch), Fig. 1 is a screw shaft with pin chamber (schematically)

Fig. 2a und 2b Ausführungsformen für die Führungsfläche, FIGS. 2a and 2b embodiments of the guide surface,

Fig. 3a bis 3c einschraubbarer, kegeliger Stift. Fig. 3a to 3c, a screw-in, tapered pin.

Die Schneckenwelle 1, die ein- oder mehrteilig sein kann, trägt Schneckenstege 2, wobei je nach Anwendungsfall der Kerndurchmesser 3, die Steigung und die Steghöhe in Richtung der Längsachse 4 unterschiedlich sein kann. Die Schneckenstege 2 weisen eine oder mehrere Unterbrechungen auf, die die Stifträume 5 bilden. In diese Stifträume 5 ragen Stifte 6 radial von außen nach innen hinein, die mit Führungsflächen 7 versehen sind. Diese Führungsflächen 7 sind durch entsprechende Positionierung bzw. Formgebung der Stifte 6 so ausgerichtet, daß sie einen spitzen Winkel (α) vorzugsweise 45° zur Strömungsrichtung 8 des Materials in dem Stiftraum 5 bilden, wobei die Strömungsrichtung 8 in der Nähe des Kerndurchmessers 3 praktisch in der Rotationsebene verläuft. Beim Auftreffen des Materialstromes auf die Führungsfläche 7 der feststehenden Stifte 6 wird dieser umgelenkt und erhält eine zum Austragsende des Extruders hin gerichtete Bewegungskomponente, d.h. das infolge der Schneckenrotation mitgenommene Material wird hierdurch aus der Stiftzone herausgefördert.The worm shaft 1 , which can be in one or more parts, carries worm webs 2 , whereby depending on the application, the core diameter 3 , the pitch and the web height in the direction of the longitudinal axis 4 can be different. The screw flights 2 have one or more interruptions that form the pin spaces 5 . In these spaces pin 5 pins 6 projecting radially from the outside inwards into it, which are provided with guide surfaces. 7 These guide surfaces 7 are aligned by appropriate positioning or shaping of the pins 6 so that they form an acute angle ( α ), preferably 45 °, to the flow direction 8 of the material in the pin space 5 , the flow direction 8 being practically in the vicinity of the core diameter 3 the plane of rotation. When the material flow strikes the guide surface 7 of the fixed pins 6 , the latter is deflected and receives a movement component directed towards the discharge end of the extruder, ie the material entrained as a result of the screw rotation is thereby conveyed out of the pin zone.

Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch einen Stift 6 mit einer ebenen Führungsfläche 7 a und Fig. 2b einen solchen mit konkaver Führungsfläche 7 b, wobei im konkreten Einsatzfall auch eine konvex ausgebildete Führungsfläche 7 von Vorteil sein kann. Fig. 2a shows a cross section through a pen 6 having a flat guide surface 7 a and Fig. 2b shows a wherein in the concrete case, a convex guide surface 7 may be advantageous such a concave guide surface 7 b.

Die Stifte 6 können einschraubbar oder einsteckbar sein, und der in den Stiftraum 5 hineinragende Teil kann zylindrisch oder leicht kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Um sicher zu sein, daß der Anstellwinkel α der Führungsfläche 7 zur Rotationsebene bzw. Strömungsrichtung 8 korrekt ist, muß der Stift 6 eindeutig positioniert werden können. Dies kann mittels geeigneter Gewindeeinsätze bei einschraubbaren Stiften oder durch geeignete Positioniervorrichtungen bei einsteckbaren Stiften erfolgen.The pins 6 can be screwed in or inserted, and the part protruding into the pin space 5 can be cylindrical or slightly conical or frustoconical. In order to be sure that the angle of attack α of the guide surface 7 to the plane of rotation or flow direction 8 is correct, the pin 6 must be able to be clearly positioned. This can be done by means of suitable thread inserts for screw-in pins or by means of suitable positioning devices for insertable pins.

In den Fig. 3a bis c ist ein einschraubbarer, kegeliger Stift 6 dargestellt, mit angedeuteter Wandung des Exzentergehäuses 9. Um eine Schwächung der Stifte 6 im gefährdeten Querschnitt an der Einspannstell 10 zu vermeiden, wird die Führungsfäche 7 derart angeordnet, daß sie im spitzen Winkel β zur Stiftachse 11 verläuft und an der Wandung des Exzentergehäuses 9 der volle Querschnitt erhalten bleibt. Die hier auftretenden maximalen Gesamtspannungen aus Biege- und Schubspannungen bleiben somit gegenüber einem herkömmlichen Stift unverändert. Im unteren Bereich der Stifte 6 kann die Führungsebene 7 bis hin zur Mittellinie oder darüber hinaus verlaufen. Die Abschrägung wird z.B. durch Fräsen in Form eines Kegelschnittes durchgeführt. Andere Ausführungsformen, insbesondere durch profilierte Flächen sind ebenfalls denkbar.In FIGS. 3a-c is a screw, a tapered pin 6 is shown, with indicated wall of the eccentric housing. 9 In order to avoid a weakening of the pins 6 in the endangered cross section at the clamping point 10 , the guide surface 7 is arranged in such a way that it extends at an acute angle β to the pin axis 11 and the full cross section is retained on the wall of the eccentric housing 9 . The maximum total stresses from bending and shear stresses occurring here remain unchanged compared to a conventional pin. In the lower region of the pins 6 , the guide plane 7 can extend up to the center line or beyond. The beveling is carried out, for example, by milling in the form of a conical cut. Other embodiments, in particular through profiled surfaces, are also conceivable.

Claims

1.Extruder for mixing and homogenizing thermoplastic materials or elastomers, consisting of an extruder housing with a cylindrical interior and a single-part or multi-part screw shaft rotating therein, in which the screw webs are interrupted at least once, and pins attached in the extruder housing, which in the by the Interruptions of the pin space formed protrude, characterized in that the part of the pins ( 6 ) projecting into the pin space ( 5 ) has a guide surface ( 7 ) which gives the material a movement component directed towards the discharge end of the extruder.

2. Extruder according to claim 1, characterized in that the guide surfaces ( 7 ) are flat or concave and form an acute angle ( α ) preferably 45 ° to the plane of rotation of the material.

3. Extruder according to claim 1 or 2, characterized in that the pins (6) are cylindrical or slightly conical and the guide surface (7) at an acute angle (β) so extends to the pin axis (11), that the pins (6) keep their full cross-section at the clamping point ( 10 ).

4. Extruder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pins ( 6 ) are quickly positioned and held securely in a predetermined orientation, specifically in the case of screwable pins by means of suitable thread inserts and in the case of insertable pins by means of suitable positioning devices.