DE3816422A1 - Stiftextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stiftextruder zum Mischen und Homogenisieren von thermoplastischen Kunststoffen oder Elastomeren mit einem Ringraum für die Temperierflüssigkeit und auswechselbaren Stiften.

Stiftextruder und ihre Vorteile gegenüber anderen kaltgefütterten Maschinen hinsichtlich Durchsatzleistung und Energieverbrauch sind seit langem bekannt. Neben den üblichen Ausführungen sind Stiftextruder mit verbesserten Eigenschaften und Funktionen bekannt: Bei einem Extruder nach der DE-PS 8 79 913 dienen die Stifte der Erzeugung von Stauflächen, mit deren Hilfe der Widerstand für das geförderte Material geregelt werden kann. Bei einer Ausführung nach der DE-PS 22 35 784 haben sie die Aufgabe, unter Vermeidung von wesentlichem Scherfließen durch Aufteilung eine gute Misch- und Homogenisierwirkung bei verhältnismäßig hohem Durchsatz zu erreichen. Die Stifte in einem Extruder nach der DE-OS 35 34 097 haben die zusätzliche Aufgabe, ein Anlaufen der Schneckenstege an der Wandung des Extrudergehäuses zu vermeiden.

Zur Verbesserung der Verfahrensführung wurden sowohl einfache Extruder (DE-PS 35 18 997) als auch Stiftextruder (Zeitschrift Gummibereifung 6, 1985, Seite 50, Bild 2) gebaut, bei denen eine Temperierflüssigkeit in Langbohrungen durch den Zylinder geführt wird. Wesentliche Nachteile solcher Ausführungen sind die aufwendige Fertigung durch extreme Langlochbohrungen, schlechter Wärmeübergang infolge der relativ kleinen Benetzungsflächen und ein großer Druckverlust wegen der ungünstigen Strömungsumlenkung. Eine Verbesserung stellt in dieser Hinsicht die in der Literatur als Harms-Extruder bekanntgewordene Konzeption dar (Zeitschrift Gummibereifung 6, 1985, Seite 50, Bild 3), bei dem die Temperierflüssigkeit in einem Ringraum statt in Längsbohrungen geführt wird, und bei dem die Extruderwandung als nasse Buchse ausgeführt und bei Verschleiß auswechselbar ist. Bei solchen Stiftextrudern ergeben sich jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten in der Fertigung und im Betrieb, z.B. durch Fehleraddition beim Bohren der Stiftlöcher im Außenzylinder und in der Buchse. Dies trifft ganz besonders für die später einzubauenden Austauschbuchsen zu; es ergibt sich ein erheblicher fertigungstechnischer und Montageaufwand, der teilweise sogar mit Nacharbeiten verbunden ist. Probleme ergeben sich auch durch unterschiedliche Wärmedehnung vor allem dann, wenn mit Rücksicht auf die Verschleißfestigkeit unterschiedliche Werkstoffe für Zylinderbuchse und Zylindermantel verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stiftextruder mit austauschbarer, nasser Zylinderbuchse und austauschbaren Stiften zu schaffen, bei dem Probleme hinsichtlich Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Stiftextruder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Ringraum von einem Zylindermantel, zwei Flanschen und einer Zylinderbuchse gebildet wird, wobei die Flansche mit dem Zylindermantel fest verbunden sind, daß es sich bei der Zylinderbuchse um eine nasse Buchse handelt, in der die auswechselbaren Stifte, die einen im Ringraum 4 liegenden Stiftkopf aufweisen, gelagert sind, daß die Zylinderbuchse am einen Ende einen Bund aufweist und zu dieser Seite hin aus den beiden Flanschen herausziehbar ist, daß jedem Stift eine Öffnung im Zylindermantel zugeordnet ist, die durch einen Schraubdeckel verschlossen ist, und daß die Zu- und Abführung in der Temperierflüssigkeit über den Zylindermantel erfolgt.

Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Stiftextruders ist aus fertigungstechnisch einfachen Teilen aufgebaut. Es besteht aus zwei Flanschen mit Ansätzen, einem glatten Rohr als Zylindermantel und einer Zylinderbuchse, die im Verschleißfall leicht ausgetauscht werden kann. Durch spezielle Werkstoffauswahl bzw. Wahl der Oberflächenhärten kann der Verschleiß an der Schnecke minimiert werden. Dadurch, daß die Zylinderbuchse nur auf einer Seite einen Bund aufweist, und auf der Gegenseite auf eine Fixierung verzichtet wird, ergibt sich ein sehr einfacher Zusammenbau. Längentoleranzprobleme existieren bei dieser Konstruktion nicht. Vorteilhaft ist dabei auch eine vereinfachte Lagerhaltung, da nicht für jede Zylinderlänge eine spezielle Zylinderbuchse bevorratet werden muß, sondern im Bedarfsfall die vorgefertigten Zylinderbuchsen lediglich auf das entsprechende Maß abgelängt werden müssen.

Zwischen Zylindermantel, Zylinderbuchse und den beiden Flanschen wird ein Ringraum zur Aufnahme und Führung der Temperierflüssigkeit gebildet. Damit ist eine große Wärmeübergangsfläche und ein geringer Strömungswiderstand gewährleistet, was die Verwendung kostengünstiger Pumpsysteme erlaubt. Die Temperierflüssigkeit wird über den Zylindermantel zu- und abgeführt.

Die austauschbaren Stifte haben zur exakten Positionierung zylindrische Führungsflächen und sind in die Zylinderbuchse eingeschraubt. Der Stiftkopf legt sich beim Einschrauben an einen in einer Eindrehung liegenden Dichtring an. Jedem Stift zugeordnet befindet sich im Zylindermantel eine Öffnung zum Auswechseln der Stifte bei deren Verschleiß. Diese Öffnung ist durch einen Schraubdeckel und eine Dichtung verschlossen. Der Vorteil dieses Konstruktionsprinzips liegt darin, daß an den Stellen der Stifte keine feste Verbindung zwischen Zylindermantel und Zylinderbuchse besteht. Das erlaubt größere Fertigungstoleranzen beim Bohren und Gewindeschneiden, vor allem aber hinsichtlich der Form- und Lageabweichungen von Zylindermantel und -buchse. Probleme aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen können erst gar nicht entstehen. Der Bund der Zylinderbuchse greift form- oder/und kraftschlüssig in eine entsprechend geformte Ausnehmung in dem entsprechenden Flansch ein, wodurch ein Mitdrehen der Zylinderbuchse verhindert wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Stifte nicht in die Zylinderbuchse eingeschraubt, sondern lediglich eingesteckt werden. Dadurch kann deren Wanddicke durch den Wegfall des Stiftgewindes wesentlich geringer gehalten werden. Darüber hinaus sind die glatten Stiftbohrungen einfach einzubringen. Gehalten werden die Stifte durch die Verschlußschrauben im Zylindermantel. Die Abdichtung des Ringraumes gegenüber dem Schneckenraum einerseits und der Umgebung andererseits wird dadurch erreicht, daß Weichmetall-Dichtungen verwendet und die Schraubdeckel mit definiertem Drehmoment angezogen werden. Zur sicheren Demontage ist es von Vorteil, wenn die Stiftköpfe Sackbohrungen mit Gewinde oder Hinterdrehungen aufweisen.

Um bei eingesteckten, von außen gehaltenen Stiften eine unter allen erdenklichen Betriebsbedingungen absolute Abdichtung zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine definierte Anpreßkraft der Stifte nach dem Einschrauben der Schraubdeckel durch eine darin drehbar und abgedichtet gelagerte Einstellmutter, die mit einem Gewindeansatz am Stiftekopf in Eingriff steht, einzustellen. Ein Nachspannen ist jederzeit von außen möglich, so daß stets optimale Dichtwirkung an Stift, Einstellmutter und Schraubdeckel erreicht wird. Der Fertigungs- und Montageaufwand ist gering. Die Zylinderbuchse enthält lediglich die paßgenauen Bohrungen für die Stifte, der Zylindermantel lediglich die Gewindebohrungen für die Schraubdeckel. Maßungenauigkeiten werden durch die Gewindetoleranzen kompensiert. Bei der Montage wird zunächst der Stift mit aufgeschraubter Einstellmutter durch die Bohrung des Zylindermantels hindurch in die Paßbohrung der Zylinderbuchse eingesteckt. Danach wird der Schraubdeckel festgeschraubt und schließlich der Stift durch Verdrehen der Einstellmutter von außen verspannt.

Das Mitdrehen des Stiftes wird durch geeignete Maßnahmen, z.B. Führungsflächen am Stiftkopf verhindert, die an den Seitenflächen einer Nut in der Zylinderbuchse anliegen. Die Führungsflächen dienen auch der genauen Ausrichtung der Stifte, wenn diese mit Materialführungsflächen ausgestattet sind. Solche Materialführungsflächen, die im spitzen Winkel zur Rotationsebene der Schnecke bzw. zum Materialfluß angeordnet sind, haben den Vorteil verbesserter Selbstreinigung beim Leerfahren des Extruders.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Extruders ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt eines Stiftextruders

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem durch den Schraubdeckel gehaltenen Stift

Fig. 3a ein Ausführungsbeispiel mit einstellbarer Klemmkraft

Fig. 3b einen Schnitt entsprechend IIIb der Fig. 3a

Das Gehäuse des Stiftextruders besteht aus einem Zylindermantel 1, mit dem die Flansche 2 a und 2 b unlösbar verbunden z.B. verschweißt sind und einer auswechselbaren, nassen Zylinderbuchse 3. Auf diese Weise wird ein Ringraum 4 zur Aufnahme und Führung der Temperierflüssigkeit gebildet. Die Zylinderbuchse 3, in die die Stifte 5 eingeschraubt sind, hat am einen Ende einen Bund 6, der im eingebauten Zustand in einer Ausnehmung 7 des Flansches 2 b liegt. Um eine Rotation der Zylinderbuchse 3 zu verhindern, ist die Verbindung zwischen Bund 6 und Flansch 2 b form- oder/und kraftschlüssig ausgeführt. Die Abdichtung des Ringraumes 4 nach außen übernehmen die Dichtungen 8 z.B. O-Ringdichtungen. Die Stifte 5 sind in die Zylinderbuchse 3 eingeschraubt, sie haben einen Stiftkopf 10 und zur exakten Positionierung eine zylindrische Führungsfläche 9. Gegen den Schneckenraum 11 ist der Ringraum 4 durch die Dichtringe 12 abgedichtet. Jedem Stift 5 ist eine Öffnung 13 zugeordnet, die durch einen Schraubdeckel 14 und eine Dichtung 15 verschlossen ist. Die Zuleitung (nicht dargestellt) und die Ableitung 16 der Temperierflüssigkeit erfolgt über den Zylindermantel 1.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Stift 5 lediglich mit einer zylindrischen Führungsfläche 9 in einer glatten Bohrung 17 in der Zylinderbuchse 3 gehalten ist. Der Stiftkopf 10 ist in diesem Falle so dimensioniert, daß der Schraubdeckel 14 beim Einschrauben mit seiner gegebenenfalls balligen Innenseite 18 auf dem Stiftkopf 10 zum Anliegen kommt und diesen auf den Dichtring 12 preßt.

Bei Stiftausführungen nach Fig. 1 oder Fig. 2 weist der Stiftkopf 10 eine Sackbohrung mit Gewinde oder Hinterdrehung zum Herausziehen des Stiftes auf.

Auch im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ist der Stift 5 in der Zylinderbuchse 3 lediglich durch die zylindrische Führungsfläche 9 gehalten und wird auf den Dichtring 12 gepreßt. Der Stiftkopf 10 trägt jedoch hier einen Gewindeansatz 20, der mit einer Einstellmutter 21 in Eingriff steht. Die Einstellmutter 21 ist drehbar und mittels Dichtring 22 abgedichtet im Schraubdeckel 14 gelagert. Um ein Mitdrehen des Stiftes 5 beim Anziehen der Einstellmutter 21 zu verhindern und/oder eine exakte Ausrichtung der Materialführungsfläche 23 zu gewährleisten, weist der Stiftkopf 10 Führungsflächen 24 auf, die z.B. mit den Seitenflächen 25 einer Nut in der Zylinderbuchse 3 zusammenwirken.

Claims (7)

1. Stiftextruder zum Mischen und Homogenisieren von thermoplastischen Kunststoffen oder Elastomeren mit einem Ringraum für die Temperierflüssigkeit und auswechselbaren Stiften, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (4) von einem Zylindermantel (1), zwei Flanschen (2) und einer Zylinderbuchse (3) gebildet wird, wobei die Flansche (2) mit dem Zylindermantel (1) fest verbunden sind, daß es sich bei der Zylinderbuchse (3) um eine nasse Buchse handelt, in der die auswechselbaren Stifte (5), die einen im Ringraum (4) liegenden Stiftkopf (10) aufweisen, befestigt sind, daß die Zylinderbuchse (3) am einen Ende einen Bund (6) aufweist und zu dieser Seite hin aus den beiden Flanschen (2 a und 2 b) herausziehbar ist, daß jedem Stift (5) eine Öffnung (13) im Zylindermantel (1) zugeordnet ist, die durch einen Schraubdeckel (14) verschlossen ist, und daß die Zu- und Abführung der Temperierflüssigkeit über den Zylindermantel (1) erfolgt.

2. Stiftextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (4) durch Dichtungen (8) zwischen den Flanschen (2 a bzw. 2 b) und der Zylinderbuchse (3) einerseits und durch zwischen den Stiftköpfen (10) und der Zylinderbuchse (3) liegende Dichtringe (12) andererseits abgedichtet wird und daß der Bund (6) der Zylinderbuchse (3) formschlüssig in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung (7) eingreift, so daß eine Rotationsbewegung der Zylinderbuchse (3) verhindert wird.

3. Stiftextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (5) eine zylindrische Führungsfläche (9) aufweisen und in die Zylinderbuchse (3) eingeschraubt sind.

4. Stiftextruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (5) mit zylindrischen Führungsflächen (9) in glatten Bohrungen (17) der Zylinderbuchse (3) ruhen und dadurch in ihrer Lage gehalten werden, daß jeweils der Schraubdeckel (14) den Stiftkopf (10) mit entsprechend großem Druck auf den Dichtring (12) preßt.

5. Stiftextruder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftkopf (10) eine Sackbohrung (19) mit Gewinde oder Hinterdrehung zum Herausziehen der Stifte (5) aufweist.

6. Stiftextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftkopf (10) einen Gewindeansatz (20) aufweist, so daß die Anpreßkraft durch Drehen einer in dem Schraubdeckel (14) gelagerten und durch einen Dichtring (22) abgedichteten Einstellmutter (21) exakt eingestellt werden kann.

7. Stiftextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (5) mit Materialführungsflächen (23) ausgestattet sind und durch entsprechende Maßnahmen exakt ausgerichtet sind.