DE3841729C1 - Ein- oder Doppelschneckenextruder zum Entgasen von thermoplastischen Kunststoffschmelzen - Google Patents

Ein- oder Doppelschneckenextruder zum Entgasen von thermoplastischen Kunststoffschmelzen

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Abstract

Es wird ein Ein- oder Doppelschneckenextruder zum Entgasen von hochviskosen thermoplastischen, als Schmelze vorliegenden Kunststoffen aufgezeigt, bei dem unterhalb der Entgasungsöffnung anstelle der wendelförmigen Schneckenstege Teile angeordnet sind, bestehend aus Scheiben und zwischen diesen angeordneten runden Distanzstücken. Der Durchmesser der Scheiben entspricht etwa dem Innendurchmesser einer Gehäusebohrung, der Durchmesser der Distanzstücke etwa dem Kerndurchmesser der Schneckenteile im Einzugsbereich. Die Scheiben weisen auf ihren dem Innenzylinder des Extruders zugewandten Rücken eine förderwirksame Profilierung auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ein- oder Doppelschneckenextruder der Gattung, wie beschrieben im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein gattungsgemäßer Doppelschneckenentgasungsextruder ist aus der US-PS 44 23 960 (DE-PS 30 26 842) bekannt.
  • Auf einen Zuganker werden einzelne Schneckenteile aufgeschoben. Durch in eine Nut im Zuganker eingelegte Paßfedern, werden die Schneckenteile gegen Verdrehung gesichert.
  • Der gezeigte Doppelschneckenextruder weist eine Erweiterung des Innendurchmessers des Gehäuses im Entgasungsbereich auf, um mehr freies Volumen und somit bessere Entgasungsergebnisse der Kunststoffschmelze zu erzielen.
  • Diese konstruktive Maßnahme führte zu guten Entgasungsergebnissen. Die Erweiterung der Schneckenbohrungen im Entgasungsbereich ist auf der anderen Seite eine sehr kostenintensive Maßnahme bei der Herstellung der Schneckenzylinder, weil spezielle Schneckenzylinder und Schneckenteile mit erweitertem Durchmesser hergestellt werden müssen, die sich von dem Durchmesser im Einzugsbereich der Extruder unterscheiden.
  • Entgasungsbereiche eines Extruders gemäß dem Stand der Technik weisen unterhalb der Entgasungsöffnung, die eine große Fläche des Innenzylinders für sich beansprucht, Schneckenteile mit wendelförmigen Stegen auf. Der Fördervorgang eines Extruders wird erreicht durch ein Anhaften der Schmelze an der Innenwandung des Zylinders bei gleichzeitigem Abschaben der Schmelze durch die wendelförmigen Stege der rotierenden Schnecke. Je besser das Material an der Innenwandung des Zylinders haftet, um so besser ist die Förderleistung durch die das Material vor sich herschiebenden, wendelförmigen Schneckenstege.
  • Da jedoch durch die Fläche der Entgasungsöffnung ein beträchtlicher Teil der für eine Materialförderung benötigten Zylinderinnenfläche aufgebraucht wird, ist bei üblichen Entgasungsextrudern im Entgasungsbereich eine mangelhafte Materialförderung festzustellen. Das Material verbleibt in den Schneckengängen als Block- bzw. Laminarströmung, ohne eine abrollende Bewegung durchzuführen, wenn die Zylinderinnenfläche, bedingt durch die Entgasungsöffnung, fehlt.
  • Aus der AT-PS 2 84 424 ist ein Extruder für die Schaumstoffherstellung bekannt. Die Schnecke weist in ihrem Ausstoßbereich scheibenförmige Teile auf, die auf ihren der Zylinderinnenwandung zugewandten Rücken eine schräge Profilierung besitzen. Zwischen den Scheiben sind jeweils ringförmige, um die Schnecke verlaufende Nuten vorgesehen. In eine dieser ringförmigen Nuten wird durch eine Einspritzdüse das Treibmittel in die Kunststoffschmelze eingedüst. Ein Entgasungsvorgang findet nicht statt.
  • Aus der DE-PS 37 11 328 ist eine Entgasungsvorrichtung für einen Doppelschneckenextruder für Kunststoffe bekannt. In einem Gehäuse sind ineinandergreifende, gleichsinnig drehende, spezielle Entgasungsschnecken angeordnet. Die Entgasungsschnecken sind räumlich getrennt oberhalb der eigentlichen Extruderschnecken angeordnet.
  • Eine derart gestaltete Entgasungsvorrichtung ist sehr aufwendig, weil zwei sich gegenseitig abstreifende, die Feststoffe wieder zurückfördernde Spezialschnecken erforderlich sind.
  • Weiterhin ist ein Spezialgetriebe für den gleichsinnigen Antrieb und ein Motor notwendig. Die Lehre dieser Schrift führt in eine andere Richtung.
  • Aus der DE-PS 8 13 154 ist ein Doppelschneckenextruder bekannt, mit sogenannten "Zweispitzscheiben", mit runden aber exzentrisch auf einer Welle angeordneten Knetscheiben und mit Kurvenscheiben, die ebenfalls exzentrisch auf einer Welle angeordnet sind. Die Scheiben werden wendeltreppenartig gegeneinander bzw. hintereinander versetzt auf der Welle angeordnet. Hinweise für die Weiterbildung eines derartigen Extruders zwecks Erzielung einer guten Entgasung sind daraus nicht zu entnehmen.
  • In der CH-PS 4 53 666 wird ein Doppelschneckenextruder gezeigt, der besonders ausgebildet ist, um damit in einen Kunststoff brechbare Stoffe, z. B. Glasfasern, einzuarbeiten. Die Glasfasern werden in endloser Form durch eine oder mehrere Einspeiseöffnung(en) des Extruders eingegeben. In dem Extruder selbst werden dann durch jeweils stromabwärts hinter einer Einspeiseöffnung angeordnete Knetorgane die Glasfasern zu kleinen Stücken gebrochen und in den Kunststoff eingearbeitet. Die gezeigten Knetorgane werden zum Brechen der als Faserbündel eingespeisten Glasfasern benutzt. Ein Entgasungsvorgang wird nicht durchgeführt.
    •
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Ein- oder Doppelschneckenextruder als Entgasungsextruder derart weiterzubilden, daß damit sehr gute Entgasungsergebnisse erzielt werden, ohne eine aufwendige Konstruktion und Herstellung des Extruders zu verursachen. Die Entgasungsergebnisse auch schwer zu entgasender Kunststoffe, z. B. hochviskose Kunststoffe, oder auch Elastomere sollen verbessert werden.
  • Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs aufgeführten Merkmale in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Die Anordnung von runden Scheiben, z. B. bei Doppelschneckenextrudern, auf Zugankern unterhalb einer Entgasungsöffnung verursacht ein leichtes Verweilen der Schmelze, wenn die eine Scheibe zur Scheibe auf dem benachbarten Zuganker in Arbeitsrichtung versetzt hintereinander angeordnet ist.
  • Die Schmelze wird über die Scheibenrücken gefördert, so daß sich sehr dünne Schmelzeschichten ausbilden, aus der die Gasbläschen durch eine Absaug- bzw. Vakuumeinrichtung leichter zu entfernen sind.
  • Beim Einsatz der Erfindung in Doppelschneckenextrudern wird durch die versetzte Anordnung der Scheiben und der dazwischen angeordneten Distanzstücke auf den Zugankern erreicht, daß die Schmelze jeweils in Arbeitsrichtung über eine Scheibe zum durch die Distanzstücke geschaffenen freien Raum zwischen den Scheiben und der Zylinderinnenwandung gefördert wird. Es erfolgt eine verhaltene Förderung der Schmelze von dem einen freien Zwischenraum zwischen den Scheiben zum gegenüberliegenden Zwischenraum zwischen den Scheiben der benachbarten Schnecke. Die Schmelze wird nach Art eines Pilgerschrittverfahrens weitergefördert. Durch diese verhaltene Förderwirkung verweilt die Schmelze im Entgasungsbereich, so daß auch deshalb eine ausgezeichnete Entgasung sichergestellt wird.
  • Durch die Profilierung der runden Scheiben auf den Scheibenrücken, beispielsweise nach der Art eines Zahnkranzes, wird die Schmelze im Entgasungsbereich zu sehr dünnen Schichten ausgestrichen bzw. aufgerissen, wodurch die Entgasung weiter begünstigt wird. Der Schmelzefluß wird durch jeden Zahn erneut aufgerissen und umgeschichtet, so daß die in der Schmelze vorhandenen feinen Gasbläschen ebenfalls aufgerissen werden und das Gas, z. B. Restmonomere, entweichen kann.
  • Aufgrund dieses vielfachen Umschichtens der Schmelze und der Verweilzeit im Entgasungsbereich werden, insbesondere bei schwierig zu entgasenden, hochviskosen Kunststoffen und Elastomeren, ausgezeichnete Entgasungsergebnisse erzielt.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend erläutert.
  • Es zeigt
  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Einschneckenextruder.
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Doppelschneckenextruder.
  • Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Zahnscheibe gemäß der Linie III-III in Fig. 1.
  • Fig. 3a eine Abwicklung einer Scheibe gemäß Fig. 3 mit einer axial zur Schneckenachse verlaufenden Verzahnung.
  • Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Scheibe, ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Scheibe.
  • Fig. 4a eine Abwicklung einer Scheibe, wie gezeigt in Fig. 4, mit einer schräg verlaufenden Verzahnung.
  • Fig. 5 einen Querschnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 2.
  • Fig. 6 und Fig. 7 eine Weiterbildung der Scheiben, wie gezeigt in Fig. 5.
  • Fig. 8 exzentrisch angeordnete Scheiben bei Doppelschneckenextrudern.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Einschneckenextruder weist eine Schnecke 1 in einem Zylinder 2 auf. In dem Zylinder ist eine Einfüllöffnung 3 für das zu entgasende Material und eine Entgasungsöffnung 4 eingebracht.
  • Unterhalb der Entgasungsöffnung 4 ist die Schnecke mit Scheiben 5 ausgerüstet. Die Scheiben können entweder durch Herausfräsen aus einem zylinderförmigen Teil hergestellt werden oder auch auf einen axialen Dorn 7 aufgebrachte einzelne Scheiben 5 sein, die zwischen üblichen Schneckenabschnitten angeordnet sind. Zwischen den Scheiben 5 sind im Wechsel runde Distanzstücke 6 auf dem Dorn 7 angeordnet.
  • Die Scheiben können rund oder auch eckig, wie gezeigt in den Fig. 6-8, ausgebildet sein.
  • In Fig. 3 wird ein Querschnitt durch eine Scheibe 5 gezeigt. Der Scheibenrücken 8 weist in dieser Ausführungsform axiale Nuten 9 auf, die in Fig. 3a als Abwicklung gezeigt werden. Die Nuten 9 sind axial zur Schneckenlängsachse angeordnet.
  • Die in Fig. 4 und 4a gezeigte Ausführungsform der Scheiben 5 weist eine Profilierung der Scheibenrücken 8 auf. Durch die schrägen Nuten 10 wird die Förderwirkung der Scheiben 5 begünstigt.
  • In Fig. 2 wird ein Doppelschneckenextruder gezeigt, mit Schnecken 11 und 12, die sich aus einzelnen, auf Zugankern 13 und 14 aufgeschobenen, nicht näher dargestellten Schneckenteilen zusammensetzen. Alternativ können auch die Schnecken 11 und 12 aus einem zylindrischen Vollmaterial hergestellt sein. Unterhalb der Entgasungsöffnung 4 sind Scheiben 5 im Wechsel mit Distanzstücken 6 angeordnet.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, verbleiben jeweils zwischen den Scheiben 5 und den Distanzstücken 6 Zwischenräume 16 bis 22.
  • Die zu entgasende Schmelze wird von den Schnecken 12 und 11 z. B. in den Zwischenraum 16 gefördert und gelangt dann in den nächsten Zwischenraum 17 auf der gegenüberliegenden Seite, nachdem die Schmelze über die Scheibenrücken 15 und die Nuten 9 (Fig. 5) in diesen Zwischenraum gefördert worden ist.
  • Im weiteren Verlauf wird die Schmelze über die jeweiligen Nuten 9 und die Scheibenrücken 15 in die Zwischenräume 18 bis 22 gefördert. Die Schmelze wird somit jeweils von dem einen, auf Zugankern 14 angeordneten Scheibenteil zum benachbarten, auf Zugankern 13 angeordneten Scheibenteil hin- und hergefördert, so daß sehr dünne Schmelzeschichten gebildet werden. Aus diesen Schichten lassen sich gasförmige Monomerreste oder dergleichen sehr gut entfernen.
  • Die Scheiben mit ihren axialen Nuten 9 üben eine Förderwirkung aus, so daß die Schmelze unterhalb der Entgasungsöffnung gefördert wird. Die Schmelze wird häufig umgeschichtet und ausgestrichen, wodurch die darin enthaltenen Gasbläschen aufgerissen und das Gas durch die Entgasungsöffnung mittels einer einen Unterdruck erzeugenden Einrichtung abgezogen wird.
  • Die bei Entgasungsbereichen gemäß dem Stand der Technik oft festzustellende Blockströmung in den Schneckengängen unterhalb einer Entgasungsöffnung, verursacht durch die durch die Entgasungsöffnung verbrauchte, d. h. fehlende Zylinderinnenfläche, wird wirkungsvoll vermieden.
  • In überraschender und nicht zu erwartender Weise ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schnecke im Entgasungsbereich die Materialförderung als gut zu bezeichnen, trotz der Tatsache, daß durch die freie Querschnittsfläche der Entgasungsöffnung diese Fläche für den Fördervorgang verloren geht. Insbesondere bei hochviskosen Kunststoffschmelzen wurde eine Erhöhung des Ausstoßes der Extruder festgestellt bei gleichzeitigen ausgezeichneten Entgasungsergebnissen.
  • In Fig. 6 bis 8 werden weitere Ausführungsformen der Scheiben gezeigt. In Fig. 6 und 7 werden sogenannte Zweispitzscheiben 26 bzw. Dreispitzscheiben 27 gezeigt, die sich beim Umlauf gegenseitig abstreichen und daher einen Selbstreinigungseffekt aufweisen. Die Schmelze wird in feine Schichten ausgewalzt, die gut entgast werden.
  • In Fig. 4 werden runde Scheiben gezeigt, die jedoch exzentrisch auf den Schneckendornen angeordnet sind. Einer Scheibe 23 ist auf dem benachbarten Dorn ein Distanzstück 24 zugeordnet, wodurch Zwischenräume 25 geschaffen werden.
  • Die Zwischenräume 25 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet, ähnlich den in Fig. 2 gezeigten Zwischenräumen 17 bis 22, wodurch eine Weitergabe der Schmelze in Förderrichtung erreicht wird, bei gleichzeitiger Schaffung vieler dünner, sehr wirkungsvoll zu entgasender Schmelzeschichten.
  • Auf die Rücken der Zweispitz- oder Dreispitzscheiben 26 und 27 können ebenfalls schräg zur Schneckenachse verlaufende Nuten angeordnet werden, um die Förderwirkung dieser Scheiben ggf. zu erhöhen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Es wurden in einer Versuchsreihe Entgasungsversuche mit Polycarbonat gefahren.
  • Zunächst wurde ein Doppelschneckenextruder eingesetzt, wie gezeigt in der eingangs erwähnten Entgegenhaltung US-PS 44 23 960 (DE-PS 30 26 842), der bereits gegenüber üblichen Doppelschneckenextrudern verbesserte Entgasungsergebnisse aufwies.
  • Das Polycarbonat mit einem 15%igen Lösungsmittelanteil wurde in dem Doppelschneckenextruder aufgeschmolzen. Die Polycarbonatschmelze besitzt eine hohe Viskosität, so daß eine Entgasung sehr schwierig ist. Die nach der Entgasung durchgeführte Untersuchung des Polycarbonates zeigte noch einen 2%igen Lösungsmittelanteil, was als ein unbefriedigendes Ergebnis angesehen werden muß.
  • In einem Vergleichsversuch mit einem Doppelschneckenextruder, der unterhalb seiner Entgasungsöffnung gemäß der vorliegenden Erfindung wie in Anspruch 2 ausgebildet war, wurde ebenfalls ein Polycarbonat aufgeschmolzen, entgast und anschließend untersucht. Es wurden nur noch 0,05% Lösungsmittel festgestellt. Dieser Wert liegt an der Grenze der Feststellbarkeit von Lösungsmitteln in Polycarbonaten und muß als überaus gutes Ergebnis betrachtet werden. Hervorgehoben werden muß, daß ein Doppelschneckenextruder mit Schnecken und einem Schneckenzylinder eingesetzt wurde, der über die gesamte Länge einen gleichbleibenden Durchmesser aufwies. Sowohl der Extruder gemäß der US-PS 44 23 960 als auch der Extruder für den zweiten Vergleichsversuch wurde mit gleicher Drehzahl der Schnecke betrieben und die Schnecken beider Extruder hatten im Einzugsbereich einen gleichen Durchmesser.
    Bezugszeichenliste:
    1 Schnecke
    2 Zylinder
    3 Einfüllöffnung
    4 Entgasungsöffnung
    5 Scheiben
    6 Distanzstücke
    7 Dorn
    8 Schneckenrücken
    9 axiale Nuten
    10 schräge Nuten
    11 Schnecke
    12 Schnecke
    13 Zuganker
    14 Zuganker
    15 Scheibenrücken
    16 Zwischenraum
    17 Zwischenraum
    18 Zwischenraum
    19 Zwischenraum
    20 Zwischenraum
    21 Zwischenraum
    22 Zwischenraum
    23 exzentrische Scheibe
    24 Distanzstück
    25 Zwischenräume
    26 Zweispitzscheiben
    27 Dreispitzscheiben

Claims (7)

1. Ein- oder Doppelschneckenextruder zum Entgasen von hochviskosen thermoplastischen, als Schmelze vorliegenden Kunststoffen, insbesondere Polymetacrylat mit einer oder mehreren in einem Gehäuse angeordneten, antreibbaren Schnecken, mit mindestens einer in dem Gehäuse stromabwärts angeordneten Entgasungsöffnung, die mit der Atmosphäre oder mit einer einen Unterdruck erzeugenden Einrichtung in Verbindung steht, und mit im Bereich der Entgasungsöffnung anstelle der wendelförmigen Schneckenstege angeordneten Scheiben, wobei der Durchmesser der Scheiben etwa dem Innendurchmesser einer Gehäusebohrung entspricht, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Scheiben (5) runde Distanzstücke (6) angeordnet sind,
daß der Durchmesser der Distanzstücke (6) etwa dem Kerndurchmesser der Schnecke im Einzugsbereich entspricht,
daß die Scheiben (5) eine Dicke von 0,1 bis 0,5 D (D=Schneckendurchmesser) aufweisen und
daß die Scheiben (5) auf ihren dem Innenzylinder des Extruders zugewandten Rücken (8, 15) eine an sich bekannte Profilierung (9, 10, 16) aufweisen.
2. Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (5) und Distanzscheiben (6) der einen Schnecke (11) in Arbeitsrichtung des Doppelschneckenextruders im Wechsel und kämmend mit den Scheiben (5) und Distanzscheiben (6) der benachbarten Schnecke (12) derart angeordnet sind, daß jeweils einer Scheibe (5) der einen Schnecke (11) eine Distanzscheibe (6) der benachbarten Schnecke (12) gegenüberliegt.
3. Ein- oder Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Scheiben (5) durch axial zu den Schneckenwellen in den Scheibenrücken (8, 15) eingebrachte, halbkreisförmige Nuten (9) gebildet wird.
4. Ein- oder Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Scheiben (5) durch in den Scheibenrücken (8, 15) eingebrachte, schrägverlaufende, im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildete Nuten (10) gebildet wird.
5. Ein- oder Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben als auf einen oder mehreren Zuganker(n) (13, 14) der Schneckenwelle(n) exzentrisch umlaufende, kreisförmige, sich an der Innenwandung der Gehäusebohrungen abstreichende Scheiben (23, 25) ausgebildet sind.
6. Ein- oder Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben als Dreispitzscheiben (27) ausgebildet sind.
7. Ein- oder Doppelschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben als Zweispitzscheiben (26) ausgebildet sind.
DE3841729A 1988-12-10 1988-12-10 Ein- oder Doppelschneckenextruder zum Entgasen von thermoplastischen Kunststoffschmelzen Expired - Lifetime DE3841729C1 (de)

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