DE3902666C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 hervorgehende Drehknet­ schnecke zum Kneten und Extrusionsformen einer Materialmischung aus einem Kunstharz, beispielsweise Polyesterharz, und einer oder mehrerer der Substanzen Muttermischung, Kalciumkarbonat, Talkum und Kohlenstoffaser, wie sie in Extrudern zur Anwendung kommt. Auf die Materialmischung, die durch einen in der Drehschnecke ausgebildeten Knetabschnitt gelangt, werden fortschreitend höhere Drucke ausgeübt. Daher kann diese Drehknetschnecke eine große Menge der Materialmischung kneten und extrudieren, ohne deren physikalische Eigenschaften zu verschlechtern und ohne zuzulassen, daß die Materialmischung in dem Knetabschnitt stagniert oder stockt, selbst wenn die Materialmischung schwierig zu kneten ist.

Um einen wirksamen Knetbetrieb zur Verfügung zu stellen, ist eine be­ kannte Drehknetschnecke, die in einem Extruder verwendet wird, mit einem Aufbau des Kneters versehen, wie es beispielsweise in der US-PS 46 39 143 beschrieben ist. Diese Drehschnecke umfaßt einen Knetabschnitt, der einen maximalen Außendurchmesser der Drehschnecke ausbildet. Der Knetabschnitt legt mehrere Knetausnehmungen fest, die entlang einer Materialtransport­ richtung eine konstante Tiefe und eine konstante Form aufweisen. Während des Transports wird eine Materialmischung unter einem konstanten Druck geknetet.

Allerdings tritt bei der voranstehenden Drehknetschnecke eine Schwierig­ keit infolge der Anwendung eines konstanten Drucks auf die Material­ mischung auf, die durch den Knetabschnitt gelangt. Wenn nämlich mehrere Harze beispielsweise in Pelletform gemischt und geknetet werden, werden die Materialien durch Heizer oder dergleichen bis zu einem hochviskosen halbgeschmolzenen Zustand erhitzt und neigen zum Anhaften an Innenoberflächen der Knetausnehmungen während des Transports.

Weiterhin wird es schwierig, die Materialien durch den konstanten Druck zu transportieren und gleichförmig zu kneten, wenn die Harzmaterialien stagnieren und in Niederdruckbereichen der Knetausnehmungen verbleiben. Dies führt zu dem Problem, daß die Materialien extrusionsgeformt werden, ohne daß die Materialien gleichförmig geknetet werden.

Aus der DE-OS 26 12 477 ist eine Schnecke für einen Extruder bekannt, die aus zwei unterschiedlichen Bereichen besteht. Die bekannte Extruderschnecke weist mehrere Abschnitte auf, die mit unterschiedlich ausgestalteten Gewindegängen versehen sind. In einem Bereich können zwei benachbarte Gewindegänge der bekannten Extruderschnecke miteinander über einen dazwischen befindlichen Gewindegrad in Verbindung treten. Der betreffende Gewindegrat füllt dabei nicht den gesamten Innenquerschnitt des die bekannte Extruderschnecke aufnehmenden Zylinders aus. Die benachbart nebeneinander verlaufenden Gewindegänge nehmen dabei in ihrer Tiefe zwar zu bzw. ab, jedoch bleibt die mittlere Tiefe der beiden miteinander in Verbindung stehenden Gewindegänge im Mittel im wesentlichen unverändert.

Aus der US-PS 35 24 222 geht eine Extruderschnecke hervor, bei der nebeneinanderliegende Gewindegänge mit unterschiedlich hohen Graten ausgestattet sind; dabei bleiben jedoch die Tiefen der betreffenden Gewindegänge unverändert.

Aus der DE-AS 21 52 644 ist eine Extruderschnecke bekannt, bei der, wie auch bei dem vorstehend erläuterten Stand der Technik, die Schneckengänge gleichfalls im Mittel mit einem gleichbleibenden freien Querschnitt versehen sind.

Die DE-AS 18 16 440, wie auch die DE-AS 22 56 902 zeigen Extrusionsvorrichtungen, die in Bewegungsrichtung der zu extrudierenden Masse aus einem Labyrinth von unterschiedlichen Hindernissen und Engpässen bestehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Drehknetschnecke, die gleichförmig eine Materialmischung kneten kann, ohne deren Fluidität zu beeinträchtigen und deren Molekularge­ wicht zu verringern, während gleichzeitig ein Stocken und Verstopfen der Materialmischung verhindert und die pysikalischen Eigenschaften der Materialmischung verbessert werden und sichergestellt wird, daß ein wirk­ samer Knetbetrieb mit hoher Dehnung und hohen Stoßwerten sichergestellt wird. Die Aufgabe wird durch eine Drehknetschnecke, mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale definiert.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Drehknet­ schnecke, die wesentlich verbesserte physikalische Eigenschaften der Materialmischung sicherstellt und eine noch höhere Dehnung und höhere Stoßwerte durch Anwendung höherer Drucke auf die Materialmischung bereit­ stellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Extruders mit einer Drehknetschnecke,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Knetabschnitts der Dreh­ knetschnecke,

Fig. 3 einen Schnitt entlang einer Linie A-A von Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang einer Linie B-B von Fig. 2,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Knetabschnitts gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt entlang einer Linie C-C von Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt entlang einer Linie D-D von Fig. 5, und

Fig. 8 einen Schnitt in einer Schraubenrichtung mit einer Darstellung ei­ ner Knetausnehmung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen unter Bezug auf die Figuren beschrieben.

Die Figuren zeigen den Aufbau einer in einem Extruder verwendeten Dreh­ knetschnecke. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt diese Drehknetschnecke 1 einen nahen Abschnitt (die rechte Seite in Fig. 1), einen Zwischenab­ schnitt, einen Mittenabschnitt und einen entfernten Abschnitt (die linke Seite in Fig. 1). Der Nahabschnitt bildet eine Schraubennut 2 aus, die sich in einer Materialtransportrichtung erstreckt und weite Steigungen und tiefe Ausnehmungen aufweist. Der Zwischenabschnitt bildet eine ver­ hältnismäßig breite und tiefe Schraubennut 3 aus. Der Mittenabschnitt legt einen Knetabschnitt 4 fest. Der entfernte Abschnitt bildet eine enge und flache Nut 5 aus. Der Knetabschnitt 4 umfaßt mehrere periphere Knetausnehmungen 6, die sich in der Schraubenrichtung erstrecken.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, werden die Knetausnehmungen 6 am Umfang des Knetabschnitts 4 ausgebildet, der einen maximalen Außendurchmesser der Drehknetschnecke 1 ausbildet, so daß die Knetausnehmungen 6 fortschreitend verringerte Tiefen in der Schraubenrichtung von einem Einführungsende α des Knetabschnitts 4 bis zu einem Ausstoßende β des Knetabschnitts auf­ weisen.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die Knetausnehmungen 6 ge­ schnitten und lassen eine Welle mit etwa elliptischer Querschnittsform stehen.

Dies bedeutet, daß jede der voranstehend beschriebenen Knetausnehmungen 6 eine glatte bogenförmige Ausnehmung ausbildet, die sich in Schrauben­ richtung erstreckt und in einer Mittenlage in Schraubenrichtung am tiefsten ist und fortschreitend enger wird, während sie sich in der Schraubenrichtung von dem tiefsten Mittenabschnitt weg erstreckt. Die Tiefen im Mittenabschnitt der jeweiligen Knetausnehmungen 6 sind fort­ schreitend verringert von einer Tiefe L 1 nahe dem Einführungsende α des Knetabschnitts 4, wie in Fig. 3 gezeigt ist, bis zu einer Tiefe L 2 in der Nähe des Ausstoßendes β des Knetabschnitts 4, wie aus Fig. 4 hervorgeht.

Jede der Knetausnehmungen 6 bildet weiter einen Verbindungskanal 7 aus, der zu einer benachbarten Knetausnehmung 7 führt, damit eine Material­ mischung in Schraubenrichtung fließen kann. Diese Verbindungskanäle 7 weisen in Schraubenrichtung fortschreitend verringerte Tiefen auf. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weisen daher die Verbindungskanäle 7 in der Nähe des Einführungsendes α des Knetabschnitts 4 Tiefen auf, die zulassen, daß die Materialmischung mit etwa derselben Menge fließt wie bei den Mittelabschnitten der Knetausnehmungen 6. Andererseits weisen, wie aus Fig. 4 hervorgeht, die Verbindungskanäle 7 in der Nähe des Ausstoßendes β solche Tiefen auf, daß ein Fluß der Materialmischung nur in geringen Mengen stattfindet.

Weiterhin wird ein Verbindungskanal 9 durch Wegschneiden eines Teils eines Schraubensteges 8 zwischen einem benachbarten Paar von Knetaus­ nehmungen 6 ausgebildet, um einen Fluß der Materialmischung zu gestatten.

Wie nunmehr wiederum aus Fig. 1 hervorgeht, wird die Drehknetschnecke 1 in einem Extruder 10 eingesetzt, der eine Zuführungsöffnung 11 an einem nahen Ende zur Zuführung von Materialien aufweist. Die Drehknetschnecke 1 ist drehbar innerhalb eines Heizzylinders 13 gehaltert, der eine Extru­ sionsöffnung 12 an seinem fernen Ende ausbildet. Der Heizzylinder 13 weist weiterhin Gasauslaßöffnungen 14 und 15 an den oberen Oberflächen seiner nahen beziehungsweise fernen Abschnitte auf. Mehrere Bandheizelemente 16 sind in Intervallen entlang des Außenumfangs des Heizzylinders 13 zum Erhitzen und Schmelzen der Materialien vorgesehen. Weiterhin ist ein in Verbindung mit der Zuführungsöffnung 11 stehender Trichter 17 zur Zuführung der Materialien angebracht.

Die Drehknetschnecke 1 ist mit einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor verbunden, durch welche sie zur Drehung in einer durch einen Pfeil angedeuteten Materialtransportrichtung angetrieben wird.

Der Betriebsablauf der dargestellten Ausführungsform wird nachstehend er­ läutert.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird, wenn eine Materialmischung aus Poly­ esterharz mit beispielsweise Muttermischung, Titan oder Calciumkarbonat in den Trichter 17 des Extruders 10 eingegeben wird, die Materialmischung im Trichter 17 einer Transportwirkung der Drehknetschnecke 1 unterworfen, die sich in der durch den Pfeil angedeuteten Materialtransportrichtung dreht. In diesem Zustand wird die Materialmischung nacheinander in kon­ stanten Mengen in den Heizzylinder 13 und in Richtung auf die Extrusions­ öffnung 12 befördert.

Während des Transports wird die Materialmischung durch die Bandheiz­ elemente 16 erhitzt und geschmolzen und gast durch die Entlüftungs­ öffnungen 14 aus. Dann wird die Materialmischung weitertransportiert, während sie geknetet wird und sich in die Knetausnehmungen 6, die im Knetabschnitt 4 ausgebildet sind, hinein- und wieder herausbewegt.

Im einzelnen fließt die Materialmischung in die tiefen Knetausnehmungen 6, die nahe dem Einführungsende α des Knetabschnitts 4 ausgebildet sind, und ein Teil der Materialmischung wird dann aufgeteilt, um in flachere, in Schraubenrichtung benachbarte Knetausnehmungen 6 durch die Verbindungskanäle 7 zu fließen, um gerührt und geknetet zu werden. Die verbleibende Materialmischung wird über Umfangswände der Knetausnehmungen 6 in die flacheren Knetausnehmungen 6 in der Nähe in Schraubenrichtung und Axialrichtung transportiert und vereinigt sich mit der Material­ mischung, die aus den anderen Knetausnehmungen 6 ausfließt.

Während die Materialmischung aufeinanderfolgend von tieferen Knetaus­ nehmungen 6 zu weniger tiefen Knetausnehmungen 6 fließt, verringert sich die Materialspeicherkapazität allmählich, um die Materialflußmenge zu be­ grenzen. Andererseits werden steigende Mengen der Materialmischung in die weniger tiefen Knetausnehmungen 6 hineingezwungen. Dies führt dazu, daß fortschreitend höhere Drücke auf die hineinkommende Materialmischung ein­ wirken, wodurch die hochviskose Materialmischung, die sonst in Wandober­ flächen der Knetausnehmungen 6 stocken oder an diesen anhaften würde, zwangsweise transportiert wird.

Zur selben Zeit wird, während allmählich die Fließgeschwindigkeit der Ma­ terialmischung vergrößert wird, die Materialflußmenge durch die Ver­ bindungkanäle 7 und die Schraubenstege 8 begrenzt, wodurch fortwährend höhere Ausstoßkräfte ausgeübt werden. Weiterhin werden turbulente rhyth- mische Schwingungen auf die Materialmischung beim Transport ausgeübt, infolge von Schwingungen, die aufgrund von Druckänderungen dann auftreten, wenn die Materialmischung in den Mittenabschnitt jeder Knet­ ausnehmung 6 fließt, und infolge von Turbulenzen aufgrund der voran­ stehend angegebenen Flußaufspaltung. Daher wird die Materialmischung gleichförmig geknetet und durch nachfolgendes Extrudieren durch die Ex­ trusionsöffnung 12 ausgeformt.

Das von dem gekneteten Material während dieser Vorgänge abgegebene Gas wird durch die Entlüftungsöffnung 15 in der Nähe des fernen Endes ab­ gegeben.

Die Materialmischung wird dazu veranlaßt, in die Knetausnehmungen 6 des Knetabschnitts 4, die fortschreitend geringere Tiefen aufweisen, hin­ einzufließen, und es werden fortschreitend größere Drücke auf die Ma­ terialmischung ausgeübt, die wie voranstehend beschrieben durch den Knet­ abschnitt 4 gelangt. Daher wird selbst ein Material, bei dem ein voll­ ständiges Schmelzen und Kneten schwierig ist, mit Muttermischung, Talkum, Calciumkarbonat oder Kohlenstoffasern, kräftig und verläßlich geknetet und transportiert, wodurch wirksam verhindert wird, daß ein Stocken oder Verstopfen der Materialmischung innerhalb der Knetausnehmungen 6 auftritt, und eine große extrudierte Menge sichergestellt wird.

Weiterhin führen der hohe Druck und die Begrenzung der Flußmenge, die während des Durchgangs durch den Knetabschnitt 4 auftreten, zu der Wir­ kung, daß die Flußgeschwindigkeit der Materialmischung erhöht und die Materialmischung wirksam gerührt und geknetet wird. Die extrudierte Materialmischung weist hervorragende physikalische Eigenschaften auf, insbesondere ohne Verschlechterung der Fluidität, ohne Verringerung des Molekulargewichts und mit hohen Dehnungs- und Stoßwerten.

Ein äußerst wirksamer Knetbetrieb kann erreicht werden, um das Ausmaß sicherzustellen, mit welchem eine gegebene Materialmischung geknetet werden sollte, und zwar nur durch Variation der Anzahl von Knetausneh­ mungen 6 und des Gradienten fortschreitend weniger tief werdender Knet­ ausnehmungen 6 vom Einführungsende α zum Ausstoßende β. Daher kann die für eine bestimmte Materialmischung geeignete Drehknetschnecke 1 einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden.

Fig. 5 bis 7 zeigen einen Knetabschnitt 4 gemäß einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform legt der Knetabschnitt 4 der Drehknetschnecke 1 Knetausnehmungen 6 fest, die vom Einführungsende α bis zum Ausstoßende β des Knetabschnitts 4 fortschreitend geringere Tiefen aufweisen. Die Knetausnehmungen 6 nahe dem Ausstoßende 7 definieren Flußstoppabschnitte 18 an den dazwischen­ liegenden Grenzen in Schraubenrichtung, anstelle der Verbindungskanäle 7 wie bei der voranstehenden Ausführungsform, wobei die Flußstoppabschnitte 18 dieselbe Höhe aufweisen wie die Schraubenstege 8 des Knetabschnitts 4.

Bei diesem Aufbau wird die Materialmischung, die in die Knetausnehmungen 6 in der Nähe des Ausstoßendes fließt, durch die Flußstoppabschnitte 18 von einem Fluß in Schraubenrichtung abgehalten. Daher wird die Material­ mischung höheren Drücken unterworfen, als bei der voranstehenden Aus­ führungsform. Daher ist diese Ausführungsform besonders zum Kneten eines Materials wie Glasfasern oder Titan geeignet, welches schwierig mit einem Harz zu kneten ist, und kann diese Ausführungsform eine derartige Materialmischung gleichförmig kneten.

In bezug auf sonstige Aspekte weist diese Ausführungsform dieselbe Funk­ tion und dieselben Wirkungen auf wie die voranstehende Ausführungsform. Gleiche Teile in Fig. 5 bis 7 sind mit den gleichen Bezugsziffern ver­ sehen wie entsprechende Teile in den Fig. 2 bis 4, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.

Wie in Fig. 8 dargestellt ist, können die Knetausnehmungen 6 in dem Knetabschnitt 4 der Drehknetschnecke so ausgebildet sein, daß die Welle des Knetabschnitts 4 einen annähernd dreieckigen oder rechtwinkligen Schraubenabschnitt aufweist, der einer Trochoidenkurve ähnelt.

Claims (3)

1. Drehknetschnecke, die einen Knetabschnitt aufweist, der einen maximalen Außendurchmesser der Drehknetschnecke erzeugt und eine Reihe von Knetausnehmungen auf der Umfangsoberfläche ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Knetausnehmungen (6) in Schraubenrichtung fortschreitend geringere Tiefen aufweisen, und der Knetabschnitt (4) weiterhin Verbindungskanäle (7) aufweist, die jeweils zwischen einem benachbarten Paar Knetausnehmungen (6) vorgesehen sind und über den Knetabschnitt (4) fortschreitend geringere Tiefen in Schraubenrichtung auf ein Ausstoßende zu aufweisen, um Teile einer Materialmischung in flachere, in Schraubenrichtung benachbarte Knetausnehmungen (6) fließen zu lassen.

2. Drehknetschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knetabschnitt einen Schraubensteg (8) zwischen einem benachbarten Paar der Knetausnehmungen (6) aufweist, wobei der Schraubensteg einen Verbindungskanal (9) aufweist, um Material in eine nächste Knetausnehmung fließen zu lassen.

3. Drehknetschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knetabschnitt (4) schraubenförmige Verbindungskanäle der Knetabschnitte ausbildet, die als Flußstoppabschnitte (18) arbeiten, welche dieselbe Höhe aufweisen wie ein Schraubensteg (8) zwischen einem benachbarten Paar der Knetausnehmungen (6) in der Nähe eines Ausstoßendes des Materialtransports, wobei der Schraubensteg (8) zwischen den Knetausnehmungen (6) einen Verbindungskanal (9) aufweist, um einen Materialfluß in eine nächste Knetausnehmung zu gestatten.