DE4137969C1

DE4137969C1 -

Info

Publication number: DE4137969C1
Application number: DE4137969A
Authority: DE
Inventors: Gerd Capelle; Guenther Meier
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1992-10-15
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH05124085A; US5221504A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum opti malen Betrieb eines Extruders zur Verarbeitung und Herstellung von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 sowie dem Hauptpatent 40 39 942.

Im Bereich der Extrudertechnologie ist es seit langem bekannt, einen Extruder derart auszubilden, daß in Mischabschnitten durch sein Ge häuse Metallstifte in den Verarbeitungsraum für das Extrudat hinein ragen. Zudem sind die Stege der Extruderschnecke an den Stellen un terbrochen, an denen die Stifte in das Extrudergehäuse hineinragen. Derartige Extruder sind beispielsweise durch die DE-OS 30 03 615 der Anmelderin oder die DE-OS 22 35 784 bekannt.

Diese Extruder zeichnen sich durch eine sehr gute Misch- und Homoge nisierwirkung auf das zu verarbeitende Material aus und ermöglichen außerdem bei gleichbleibender Schneckendrehzahl einen vergrößerten Materialdurchsatz pro Zeiteinheit durch den Extruder. Diese Vorzüge haben dazu geführt, daß Stiftzylinderextruder in den letzten 15 Jah ren (nicht zuletzt durch ständige Verbesserung) zu den am häufigsten eingesetzten Misch- und Homogenisierungsextrudern wurden.

Unabhängig davon wurde ein Mischteil für einen Extruder entwickelt, das als Transfermix-Mischteil bekannt geworden ist (DE-PS 11 42 839). Dieses Mischteil ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß so wohl die Extruderschnecke als auch die Innenwand des Extrudergehäuses über eine bestimmte Länge mit Nuten und Stegen versehen ist, wobei in Längsrichtung des Extrudergehäuses die Gangtiefe der Extruderschnecke in dem gleichen Maß bis auf Null abnimmt und anschließend wieder an wächst, wie die Gangtiefe der Gehäusenuten zunimmt bzw. wieder ab nimmt. Durch diese Ausbildung von Extruderschnecke und -gehäuse wird ein bei rotierendem Mischteil vollständiger Extrudattransport von den Schneckennuten in die Gehäusenuten möglich, was eine gute Mischwir kung auf das Extrudat hat.

Der Transfermix-Extruder konnte gegenüber dem Stiftzylinderextruder einen gewissen Marktanteil für sich beanspruchen, insbesondere dann, wenn die Baulänge des Extruders klein gehalten werden sollte. Nach teilig an dieser Mischteilkonstruktion ist aber der vergleichsweise hohe Fertigungsaufwand.

Da sich die Technologie der Extrudermischteile, abgesehen von Detail verbesserungen, in den letzten 15 bis 20 Jahren nicht verändert hat, lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ausgehend von bekannten Vor richtungen, eine neue Generation von Misch- und Homogenisierungsex trudern zu schaffen, die bei verbesserter Misch- und Homogenisie rungsleistung und kürzerer Bauweise einen erhöhten Extrudatausstoß ermöglicht.

Durch die Kombination der beiden bekannten Mischteil(basis)technolo gien konnte ein Extruder mit den Merkmalen des Hauptanspruchs des Hauptpatentes 40 39 942 geschaffen werden, der gegenüber den Misch- und Homogenisierungsextrudern nach dem Stand der Technik über erheb liche Vorteile verfügt.

So konnte mit einem über einen Stiftzylinderbereich und einen Trans fermixbereich verfügenden Laborextruder festgestellt werden, daß bei gleicher Mischqualität und gleicher Schneckendrehzahl die Antriebs leistung des Extruders um 50% verringert und der Massedurchsatz um 60% bis 100% erhöht werden konnte.

Diese ausgezeichneten Ergebnisse bewirken ferner eine 50%ige Redu zierung des Antriebsdrehmomentes, was zu einer starken Verminderung der Getriebekosten führt. Zudem läßt sich durch die erfindungsgemäße Kombination des Stiftzylindermischteils und des Transfermixmischteils die für die gleiche Mischqualität notwendige Bauteillänge des Misch bereiches um ca. 50% gegenüber einem Extruder verringern, der nur nach dem Stiftzylinderprinzip arbeitet.

Die Weiterentwicklung dieses Extrudertyps hat nun gezeigt, daß die Ausstoßleistung eines solchen Extruders weiter gesteigert werden kann, wenn im Bereich des Transfermixabschnittes ein statischer Ex trudatdruck von 150-300 bar vorherrscht, der abhängig vom jewei ligen Extrudat vorzugsweise 200-250 bar beträgt.

Um unabhängig vom Öffnungsquerschnitt des Ausformwerkzeuges des Ex truders und den Eigenschaften des Extrudates diesen statischen Druck einstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, am stromabwär tigen Ende des Extrudergehäuses und noch vor dem Ausformwerkzeug eine Vorrichtung zur Erzeugung und Einstellung dieses statischen Druckes vorzusehen.

Die Erfindung läßt sich anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung erläutern. Sie zeigt in schematischer Darstellung einen längsseitig aufgeschnittenen Einschneckenextruder 1.

Innerhalb des Extrudergehäuses 2 ist eine Extruderschnecke 6 angeord net, die von einer Antriebseinheit 5 um ihre Längsachse antreibbar ist. Das Extrudergehäuse 2 hat im Bereich seines stromabwärtigen Endes eine Einfüllöffnung 3 für das zu extrudierende Material, welches den Ex truder fertig gemischt durch die Auslaßöffnung 4 verläßt.

Die Extruderschnecke 6 weist im Einzugsbereich 9 eine Schneckengeome trie auf, die dazu geeignet ist, in an sich bekannter Weise das durch die Einfüllöffnung 3 zugeführte Material in den Extruder einzuziehen und zu plastifizieren.

Stromabwärts dieses Einzugsbereiches 9 ist ein Stiftzylinderbereich 7 vorgesehen, in dem zwei Reihen von Stiften 11 radial durch das Extru dergehäuse 2 in Richtung Schneckenachse in den Verarbeitungsraum 14 des Extruders hineinragen. In diesen Stiftzylinderbereich 7 sind die Schneckenste ge 12 in bekannter Weise in der Stiftebene durchbrochen, um ein Kol lidieren mit den Stiften 11 zu vermeiden.

Stromab des Stiftzylinderbereiches 7 ist ein Transfermixbereich 8 an geordnet, bei dem in diesem Ausführungsbeispiel die Winkel zwischen den Stegen 12 der Extruderschnecke 6 und den Stegen 13 des Extruder gehäuses 2 größer oder gleich 105° sind und untereinander keine zu 90° komplementären Winkel bilden.

Im Druckerhöhungsbereich 10 der Extruderschnecke 6 ist die Schneckengeome trie so gewählt, daß in bekannter Weise der statische Schmelzedruck auf den notwendigen Werkzeugdruck anhebbar ist.

Stromab der Extruderschnecke 6 ist vor der Auslaßöffnung 4 eine Vor richtung zur Erzeugung des gewünschten statischen Extrudatdruckes im Extrudergehäuse vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht in der ein fachsten Ausführungsform aus einer Scheibe 15, die über wenigstens eine Durchlaßöffnung 17 für das Extrudat verfügt und in den Verarbei tungsraum 14 des Extruders 1 derart hineinragt, daß der Durchlaßquer schnitt des Extrudergehäuses 2 verringerbar und damit der Extrudat druck erhöhbar ist.

Wie der Zeichnung entnehmbar ist, ist die Scheibe 15 um eine Dreh achse 20 drehbar gelagert und kann mit Hilfe eines Motors 16 sowie eines auf eine Außenverzahnung der Scheibe 15 wirkenden Ritzels 18 so verstellt werden, daß Durchlaßöffnungen 17 unterschiedlicher Weite in den Extruder einfahrbar sind. Auf diese Weise kann der Durchlaß querschnitt einfach und schnell auf unterschiedliche Extrudate oder Extrusionsbedingungen eingestellt werden.

Die mit einem solchen Extruder durchgeführten Extrusionsversuche haben insbesondere bei der Verarbeitung von Kautschuk die Ausstoß leistung um weitere bis zu 20% erhöht, was vor allem dadurch zu er klären ist, daß der Stiftzylinderbereich in Verbindung mit dem Trans fermixbereich zum optimalen Betrieb offenbar einen vergleichsweise hohen statischen Extrudatdruck benötigt.

Neben diesem Ausführungsbeispiel sind auch andere Realisierungsmög lichkeiten für diesen Hochleistungsextruder denkbar. So könnte bei spielsweise der Transfermixbereich 8 auch stromaufwärts vom Stift zylinderbereich 7 angeordnet sein, wenngleich die oben vorgestellte Variante die besseren Misch- und Homogenisierungsresultate erbringt. Außerdem sei hier angemerkt, daß der Stiftzylinderbereich auch mit mehr als zwei Stiftreihen seine Misch- und Homogenisierungsaufgabe erfüllt. In bezug auf das Kosten-Mischungsgüte-Verhältnis ist der Stiftzylinderbereich am günstigsten mit ein bis fünf Stiftreihen auszustatten.

Die bevorzugte Länge der einzelnen Extruderbereiche beträgt bei einer Extruderlänge von 10 Schneckendurchmessern (D) etwa 3 D für den Ein zugsbereich, 1,5 bis 2 D für den Stiftzylinderbereich, 2 bis 2,5 D für den Transfermixbereich und ca. 3 D für den Druckaufbaubereich.

Unabhängig von diesen Angaben können aber auch noch je nach Bedarf zusätzliche Verfahrensbereiche vor, nach oder zwischen den Stiftzy linder- und Transfermixbereichen angeordnet werden, so z. B. Entga sungs- oder Knetbereiche.

Bezugszeichenliste

1 Extruder
2 Extrudergehäuse
3 Einlaßöffnung
4 Auslaßöffnung
5 Antriebseinheit
6 Extruderschnecke
7 Stiftzylinderbereich
8 Transfermixbereich
9 Einzugsbereich
10 Druckerhöhungsbereich
11 Stifte
12 Schneckensteg
13 Gehäusesteg
14 Verarbeitungsraum
15 Scheibe
16 Motor
17 Durchlaßöffnung
18 Ritzel
20 Scheibendrehachse

Claims

1. Verfahren zum optimalen Betrieb eines Hochleistungs extruders, welcher zur Verarbeitung und Herstellung von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen dient und bei dem ein Stiftzylinderbereich und ein Transfer mixbereich hintereinander gemäß dem Hauptpatent 40 39 942 angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,

- Einfüllen des Extrudates in den Extruder,
- Einziehen, Plastifizieren, Mischen und/oder Homo genisieren des Extrudates in einer Einzugszone und in dem Stiftzylinderbereich des Extruders,
- Homogenisieren des Extrudates in dem Transfermix bereich des Extruders,
- Aufbauen des Werkzeugdruckes in einem Druckerhö hungsbereich des Extruders
- sowie Ausgeben des Extrudates,
- wobei der statische Extrudatdruck im gesamten Stift zylinder- und Transfermixbereich zwischen 150 und 300 bar, vorzugsweise zwischen 200 bis 250 bar, be trägt.

2. Extruder zur Verarbeitung und Herstellung von Kaut schuk und thermoplastischen Kunststoffen, bestehend aus einem Extruderhäuse (2) mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung (3, 4), einer Antriebseinheit (5) für eine in dem Extrudergehäuse (2) um ihre Längsachse drehbar angeord nete Extruderschnecke (6), gemäß dem Hauptpatent 40 39 942, dadurch gekennzeichnet,
daß der Extruder (1) über zwei hintereinander angeord nete Misch- und Homogenisierbereiche (7, 8) verfügt, von denen der Bereich (7) als Stiftzylinderbereich und der andere als Transfermixbereich (8) ausgebildet ist, und
daß stromab der Extruderschnecke (6) eine Vorrichtung zur Verringerung des Durchlaßquerschnittes des Verar beitungsraumes (14) des Extruders (1) vorhanden ist.

3. Extruder gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftzylinderbereich (7) stromaufwärts vor dem Transfermixbereich (8) angeordnet ist.

4. Extruder gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder stromauf der Misch- und Homogenisie rungsbereiche (7, 8) über einen Einzugsbereich (9) und stromab über einen Bereich (10) verfügt, in dem das Extrudat auf den notwendigen Werkzeugdruck extrudier bar ist.

5. Extruder gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorzugsweisen Extruderlänge von 10 Schneckendurchmessern (D) der Einzugsbereich (9) 3 D, der Stiftzylinderbereich (7) 1,5 bis 2 D, der Transfer mixbereich (8) 2 bis 2,5 D und der Druckerhöhungsbe reich (10) etwa 3 D lang ist.

6. Extruder gemäß den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Stiftzylinderbereich (7) 1 bis 5, vorzugsweise ein bis fünf Reihen Stifte (11) angeordnet sind, die in den Verarbeitungsraum des Extrudergehäuses (2) ra dial hineinragen, wobei an diesen Stellen die Schnec kenstege (12) unterbrochen sind.

7. Extruder gemäß den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transfermixbereich (8) des Extruders derart ausgebildet ist, daß die Winkel zwischen den Stegen (12) der Extruderschnecke (6) und den Stegen (13) des Extrudergehäuses (2) größer oder gleich 105° sind und keine zu 90° komplementären Winkel bilden.

8. Extruder gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zur Verringerung des Durchlaßquer schnittes aus einer außenverzahnten Scheibe (15) be steht, die über wenigstens eine in den Verarbeitungs raum (14) des Extruders (1) hineinragenden Durchlaß öffnung (17) verfügt, und
daß diese Scheibe (15) mit Hilfe eines Motors (16) über ein Ritzel (18) um ihre Drehachse (20) antreibbar ist.