DE4001988C1 - - Google Patents

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DE4001988C1
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Werner Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Mueller
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KraussMaffei Extrusion GmbH
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Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft eine Be- oder Entgasungseinrichtung für thermoplastische Kunststoffschmelzen, entsprechend der Gat­ tung im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.
Aus der US-PS 34 70 584 ist eine Entgasungseinrichtung be­ kannt, die zwischen zwei in Tandemform zueinander angeordneten Extrudern angeordnet ist. Das zu entgasende Material wird von dem ersten Extruder über einen federbelasteten Konus in dünne Schichten in einen Raum gefördert, der unter Unterdruck gesetzt wird. Durch den Unterdruck werden dann aus den dünnen Schichten Restmonomere und dergleichen flüchtige Stoffe aus der Schmelze entfernt. Danach wird die Schmelze dem zweiten Extruder zugeführt und weiterverarbeitet. Die Entgasungslei­ stung einer derart gestalteten Anlage ist gering, weil die Schaffung des dünnen Schmelzefilmes während der Extrusion in die Unterdruckkammer nur einen geringen Ausstoß zuläßt.
Aus der DE-PS 30 30 541 ist ein mehrwelliger Knetscheibenreak­ tor zur kontinuierlichen Herstellung von entgasten Polymeren bekannt. Um einen Entgasungsraum herum werden Förderwellen in Kreisform angeordnet, in der Art, daß jede Förderwelle mit den zu ihren beiden Seiten angeordneten Förderwellen kämmt, so daß sich auf den dem Entgasungsraum zugewandten Umfangsbereich der Förderwellen ein Schmelzfilm ausbildet. Da in dem Entgasungs­ raum ein Unterdruck herrscht, werden die Schmelzeschichten entgast.
Eine derart gestaltete Einrichtung weist eine große Schmelze­ oberfläche (Fläche aller Wellenoberflächen, die dem Entga­ sungsraum zugewandt sind) auf und führt zu guten Entgasungser­ gebnissen. Die Einrichtung selbst ist jedoch hinsichtlich der Abdichtung des Entgasungsraumes und des Antriebes der einzel­ nen miteinander kämmenden Förderwellen schwer beherrschbar. Es sind beispielsweise eine Vielzahl einzelner Wellendichtungen für die stationär in einem Gehäuse angeodneten, sich drehen­ den Förderwellen erforderlich, wie in der EP-OS 02 08 139 nä­ her erläutert wurde.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Be- oder Entgasungsvorrichtung vorzuschlagen, mit der eine große zu entgasende Oberfläche darstellbar ist, ohne daß bei der Ein­ richtung entsprechende Abdichtungsprobleme und insbesondere Antriebsprobleme der einzelnen Förderwellen auftreten. Die Einrichtung soll einfach in der Herstellung sein und sehr be­ triebssicher arbeiten.
Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen niederge­ legten Merkmale auf zwei unabhängigen Wegen gelöst. Wenngleich nachfolgend nur die Betriebsweise als Entgasungseinrichtung beschrieben wird, ist ebenso eine Begasung der Schmelzen mög­ lich.
Auf dem ersten Lösungsweg wird durch die Anordnung einer Zen­ tralspindel, die nur in ihrem unteren und oberen Abschnitt eine förderwirksame Schrägverzahnung aufweist, jedoch zwischen beiden Abschnitten eine Welle mit einem geringeren Durchmesser und ohne Verzahnung besitzt, in diesem Bereich ein freier mit­ tiger Entgasungsraum geschaffen. Die Welle hat eine axiale Bohrung, die mit einer einen Unterdruck erzeugenden Einrich­ tung verbunden ist. Weiterhin ist die axiale Wellenbohrung über Querbohrungen mit dem Entgasungsraum verbunden, so daß darin ein Unterdruck erzeugt werden kann.
Um den oberen und unteren Zentralspindelabschnitt und der Wel­ le sind über die gesamte Länge Planetspindeln angeordnet. Die Planetspindeln kämmen mit einer förderwirksamen Innenverzah­ nung des Gehäuses. Zwischen den Planetspindeln sind gleichmäs­ sige Abstände freigelassen, so daß sich kleine Kammern ausbil­ den, die mit Entgasungsraum in Verbindung stehen.
Die Planetspindeln rotieren durch die Drehung der Zentralspin­ delabschnitte und führen gleichzeitig eine kreisförmig umlau­ fende Bewegung in dem Gehäuse durch.
Durch die abrollende Bewegung der über ihre gesamte Länge eine Verzahnung aufweisenden Planetspindeln, wird die unter Druck in das Gehäuse eingespeiste Schmelze zu sehr dünnen Schichten ausgewalzt, aus denen flüchtige Bestandteile dann leicht aus­ diffundieren, weil zusätzlich ein Unterdruck in dem Gehäuse aufgebaut wird.
Die Abdichtung wird im Einspeisebereich durch eine Druckein­ speisung der Schmelze und im Austrittsbereich durch eine an den unteren Zentralspindelabschnitt angeschlossene Austrags­ schnecke erreicht. Die Austragsschnecke baut einen Werkzeug­ druck auf, beispielsweise für einen Granulator, und dichtet so­ mit den Entgasungsraum in diesem Bereich ab, so daß ein hoher Unterdruck gehalten werden kann.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung hat folgende wesent­ lichen Vorteile:
  • - es wird in der Einrichtung in dem Entgasungsraum eine sehr große Entgasungsfläche geschaffen;
  • - es werden sehr dünne Schmelzeschichten durch die Pla­ netspindeln an der Innenwandung des Gehäuses bzw. in dem Zwickelbereich zwischen der verzahnten Spindel und der verzahnten Gehäusewandung geschaffen;
  • - die große Fläche der dünnen Schmelzeschichten wird in einem Raum geschaffen, in dem ein hoher Unterdruck aufgebaut werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung der Unterdruckleitungen und Pumpen befürchtet werden muß;
  • - je nach der axialen Länge bzw. dem Durchmesser des Ge­ häuses und der Zentralspindel sowie der Anzahl der Planetenspindeln kann ein beliebig großer Entgasungs­ raum beschaffen werden, so daß der Durchsatz der Schmelze beliebig steuerbar ist, ohne daß Einbußen hinsichtlich des Entgasungseffektes selbst befürchtet werden müssen;
  • - es werden Entgasungsergebnisse erzielt, wie sie bis­ lang kaum vorstellbar waren hinsichtlich ihres ppm- Gehaltes an z. B. Restmonomeren in einer Polyethylen- bzw. Kunststoffschmelze;
  • - es lassen sich erstmals auch hochviskose Schmelzen ausgezeichnet entgasen, weil alle Schmelzeteile viel­ mals in den Zwickelbereich zwischen den Planetspin­ deln und der Gehäuseinnenwandung gelangen und dort zu dünnen Schichten ausgewalzt werden. Da die Pla­ netspindeln und die Gehäuseinnenwandung eine förder­ wirksame Verzahnung aufweisen, wird auch eine hoch­ viskose Schmelz, die sonst kaum zu entgasen ist, gefördert und gelangt x-mal in den Zwickelbereich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen gezeigt und nachfolgend erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Entgasungs­ einrichtung mit innen liegendem Entgasungs­ raum,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematisiert dargestellte Extrusions­ anlage mit einer Entgasungseinrichtung,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Entgasungsein­ richtung mit außen liegendem Entgasungsraum,
Fig. 5 einen Querschnitt gemäß V-V in Fig. 4.
In einem senkrecht angeordneten Gehäuse 1 mit Temperierboh­ rungen 2 ist eine Zentralspindel 3 angeordnet, die mit einer Antriebswelle 4 verbunden ist.
Die Zentralspindel 3 weist an ihrem unteren Ende eine Welle 5 mit einer axialen Bohrung 6 und damit in Verbindung stehende als Entgasungsöffnungen dienende Querbohrungen 7 auf.
Die Welle 5 verbindet die obere Zentralspindel 3 drehfest mit der unteren Zentralspindel 8, an der in axialer Weiterführung der Welle 5 und der Zentralspindeln 3 und 8 eine Austragsschnecke 9 drehfest befestigt ist.
Um die Zentralspindeln 3 und 8 sind in gleichmäßigen Abständen zueinander Planetspindeln 13 angeordnet, die eine mit der Schrägverzahnung der Zentralspindeln 3 und 8 kämmende Verzahnung aufweisen. Die Innenwandung 10 des Gehäu­ ses 1 weist ebenfalls eine mit den Planetspindeln 13 zusammen­ wirkende Schrägverzahnung auf.
Das Gehäuse 1 wird nach unten mittels eines angeflanschten Ge­ häuseabschlußteiles 11 abgedichtet, auf dem ein Anlaufring 12 für die Planetspindeln 13 angeordnet ist. Nach oben hin wird das Gehäuse 1 durch ein Abschlußteil 14 abgedichtet, in dem die Antriebswelle 4 in einem Lager 15 angeordnet ist.
In dem oberen Abschlußteil 14 ist um die Antriebswelle 4 herum ein Ringkanal 16 ausgebildet, der über Entgasungsbohrungen 17 mit der axialen Bohrung 6 in Verbindung steht. An den Ringkanal 16 wird über den Anschlußflansch 18 eine nicht gezeigte Unter­ druck erzeugende Einrichtung angeschlossen.
In den Schmelzezulaufkanal 19 wird eine unter Druck stehende Schmelze gefördert, die in die Zwischenräume 20 zwischen den Planetspindeln 13 gelangt (Fig. 2).
Die Planetspindeln 13 wälzen sich auf der Innenverzahnung 10 des Gehäuses 1 ab und erzeugen somit dünne Schmelzeschichten, aus denen durch den in dem Entgasungsraum 21 erzeugten Unter­ druck flüchtige Bestandteile ausdiffundieren und durch die Quer­ bohrung 7, die axiale Bohrung 6, die Entgasungsbohrung 17 und den gebohr­ ten Anschlußflansch aus dem Entgasungsraum 21 abgeführt wer­ den.
Die an den Spindeloberflächen entgaste Schmelze wird von den Planetspindeln 13 zur Austragsschnecke 9 gefördert, die einen Werkzeugdruck für die der Be- oder Entgasungseinrichtung nachge­ schalteten Einrichtungen aufbaut.
Fig. 4 zeigt eine Be- oder Entgasungseinrichtung, bei der in dem senkrecht angeordneten Gehäuse 1 eine Zentralspindel 3 an­ geordnet ist, die mit einer Antriebswelle 4 verbunden ist.
Die Zentralspindel 3 weist über ihre volle Länge eine Schräg­ verzahnung auf, in die die Schrägverzahnungen von Planetspin­ deln 13 kämmen. Diese Planetspindeln 13 umlaufen die Zentral­ spindel 3 in gleichmäßigen Abständen zueinander auf einer Kreisbahn rotierend.
Die Innenwandung des Gehäuses 1 weist im oberen und/oder un­ teren Abschnitt ebenfalls eine mit den Planetspindeln 13 zu­ sammenwirkende Schrägverzahnung auf.
In einem mittleren Gehäuseabschnitt springt die Gehäuseinnen­ wandung zurück und bildet durch ihren Abstand zur Zentralspin­ del 3 und zu den Planetspindeln 13 einen Ent- oder Begasungs­ raum 21.
Das Gehäuse 1 wird nach unten mittels eines angeflanschten Ge­ häuseabschlußteiles 11 abgedichtet, auf dem ein Anlaufring 12 für die Planetspindeln 13 angeordnet ist. Nach oben hin wird das Gehäuse 1 durch ein Abschlußteil 14 abgedichtet, in dem die Antriebswelle 4 in einem Lager 15 angeordnet ist.
In den Schmelzezulaufkanal 19 wird eine unter Druck stehende Schmelze gefördert, die in die Zwischenräume 20 zwischen den Planetspindeln 13 gelangt (Fig. 5).
Die Planetspindeln 13 wälzen sich auf der Innenverzahnung 10 des Gehäuses 1 und der Schrägverzahnung der Zentralspindel 3 ab und erzeugen somit dünne Schmelzeschichten, aus denen durch den in dem Entgasungsraum 21 erzeugten Unterdruck flüch­ tige Bestandteile ausdiffundieren und durch den Anschluß­ flansch 26 über eine Vakuumpumpe 24 abgeführt werden.
Auch bei dieser Be- oder Entgasungseinrichtung wird die ent­ gaste Schmelze zu einer Austragsschnecke 9 gefördert, die die Schmelze aus der Einrichtung herausdrückt.
In Fig. 3 ist schematisiert dargestellt, wie die vorgestellten Be- oder Entgasungseinrichtungen in eine Extrusionsanlage je­ weils einbindbar sind.
Der zu extrudierende thermoplastische Kunststoff wird in einem ersten, mit einem Antrieb 27 versehenen Schneckenextruder 23 schmelzflüssig extrudiert, um dann in die Be- oder Entga­ sungseinrichtung 22 eingespeist zu werden. Hier wird die Schmelze entgast und zu einer weiteren Anlage 25 (z. B. einem weiteren Extruder oder einem Granulator) weitergefördert. Das aus der Schmelze diffundierte Gas wird über ein Ventil 28 von einer Vakuumpumpe 24 abgesaugt.
Bezugszeichenliste:
1 =  Gehäuse
2 =  Temperierbohrung
3 =  Zentralspindel
4 =  Antriebswelle
5 =  Hohlwelle
6 =  axiale Bohrung
7 =  Entgasungsöffnung
8 =  Zentralspindel
9 =  Austragsschnecke
10 =  Innenverzahnung, Innenwandung
11 =  Abschlußteil (unten)
12 =  Anlaufring
13 =  Planetspindeln
14 =  Abschlußteil (oben)
15 =  Lager
16 =  Ringkanal
17 =  Entgasungsbohrung
18 =  Anschlußflansch
19 =  Schmelzezulaufkanal
20 =  Zwischenräume zwischen Planetspindeln 13
21 =  Be- oder Entgasungsraum
22 =  Be- oder Entgasungseinrichtung
23 =  Schneckenextruder
24 =  Vakuumpumpe, Be- oder Entgasungspumpe
25 =  weitere Anlage
26 =  Anschlußflansch
27 =  Antrieb
28 =  Ventil

Claims (7)

1. Be- oder Entgasungseinrichtung für thermopla­ stische Kunststoffschmelzen, hochmolekulare Polymere oder andere zu entgasende oder bega­ sende flüssige Massen mit einem runden Gehäuse, in das eine Masseneinlaß- und -auslaßöffnung eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gehäuse (1) koaxial eine nur in ihrem oberen und unteren Bereich eine Verzahnung auf­ weisende Zentralspindel (3) angeordnet ist,
daß der mittlere Teil der Zentralspindel (3) als im Durchmesser reduzierte, verzahnungsfreie, den oberen und/oder unteren Zentralspindelteil miteinander verbindende Welle (5) ausgebildet ist,
daß die Zentralspindel (3) und die Welle (5) eine an eine Über- oder Unterdruckeinrichtung (24) an­ schließbare axiale Bohrung (6) aufweist,
daß die Welle (5) mit radialen in einen Be- oder Entgasungsraum (21) führenden Bohrungen (7) ausge­ bildet ist, und
daß um die Zentralspindel (3) herum in gleichmäs­ sigen Abständen zueinander rotierende und in Kreisform umlaufende, mit der oberen und/oder unteren Verzahnung der Zentralspindel (3) und mit einer verzahnten Gehäuseinnenwandung kämmende Pla­ netspindeln (13) angeordnet sind.
2. Be- oder Entgasungseinrichtung für thermopla­ stische, hochmolekulare Polymere oder andere zu be- oder entgasende flüssige Massen, mit einem runden Gehäuse, an das eine Masseneinlaß- und -auslaßöffnung eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gehäuse (1) koaxial eine Zentralspin­ del (3) angeordnet ist,
daß um die Zentralspindel (3) herum in gleich­ mäßigen Abständen zueinander rotie­ rende und in Kreisform umlaufende sowie über ihre ganze Länge mit der Zentralspindel (3) kämmende Planetspindeln (13) angeordnet sind,
daß die Planetspindeln (13) in einem oberen und/ oder unteren Abschnitt mit einer verzahnten Ge­ häuseinnenwandung (10) kämmen und
daß die Zentralspindel (3) und die Planetspin­ deln (13) in einem mittleren Gehäuseabschnitt von einem Entgasungsraum (21) umgeben sind.
3. Be- oder Entgasungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsraum (21) über einen Anschluß­ flansch (26) mit einer Be- oder Entgasungspumpe (24) verbunden ist.
4. Be- oder Entgasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralspindel (3) über eine Länge von 1 bis 10 D (D = Durchmesser der zu kämmenden Zen­ tralspindel) im Durchmesser reduziert ausgebil­ det ist.
5. Be- oder Entgasungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (6) der Zentralspindel (3) und der Welle (5) oberhalb des Verzahnungsbereiches der Zentralspindel (3) über wenigstens eine ra­ diale Entgasungsbohrung (17) mit einem Ringkanal (16) verbunden ist und
daß der Ringkanal (16) über einen Anschlußflansch (18) an der Über- oder Unterdruckeinrichtung (24) angeschlossen ist.
6. Be- oder Entgasungseinrichtung gemäß den Ansprü­ chen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit Temperierbohrungen (2) versehen ist.
7. Be- oder Entgasungseinrichtung gemäß den Ansprü­ chen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralspindel (3) an ihrem masseaus­ trittsseitigen Ende, dem unteren Verzahnungsbe­ reich nachgeordnet, über eine Austragsschnecke (9) für die zu fördernde Masse verfügt.
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