DE4227018C2

DE4227018C2 -

Info

Publication number: DE4227018C2
Application number: DE4227018A
Authority: DE
Inventors: Juergen 5630 Remscheid De Hessenbruch; Thomas 5800 Hagen De Schuetz; Sandor 5630 Remscheid De Toth
Original assignee: Barmag AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1993-09-23
Also published as: DE4227018A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Einschneckenextruder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Extruder ist durch die FR-PS 15 56 877 bekannt.

Es ist vielfach üblich, bei der kontinuierlichen Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe die Schnecke zum verbesserten Durchmischen und Homogenisieren der zu verarbeitenden Kunst stoffe mit einem Misch- und Scherteil zu versehen. Derartige Misch- und Scherteile sind in unterschiedlicher Form zum Bei spiel in "Kunststoffe, Band 63/1973, Seiten 355 bis 361: Schie drum, Erfahrungen mit Mischteilen beim Extrudieren von Polyole finen" beschrieben.

Das bei dem Extruder der eingangs genannten FR-PS 15 56 877 beschriebene Mischteil hat sich an sich bewährt. Insbesondere bei Extrudern mit Schnecken mit einer förderwirksamen Einzugs zone hat sich jedoch gezeigt, daß die Wirkung dieses Mischteils oft nicht ausreicht und weitere Mischorgane nachgeschaltet werden müssen, um die gewünschte Homogenität der den Extruder verlassenden Schmelze zu erreichen.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, die Schnecke eines Extru ders mit einem Mischteil auszustatten, das gegenüber dem Stand der Technik zu einer erheblich verbesserten Durchmischung der Kunststoffschmelze führt. Diese Aufgabe wird bei einem Extruder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde gefunden, daß die mäanderförmige Gestaltung der ein zelnen Taschenränder mit ausgeprägten Einfräsungen und Misch körpern in den durch die einander im wesentlichen gegenüberlie genden Einfräsungen gebildeten Mischkammern Querströmungen ver ursacht, die sich der axial gerichteten Strömung überlagern und so gegenüber dem Stand der Technik zu einer erheblich verbes serten Durchmischung der Schmelze führen.

Dabei hat sich zwar gezeigt, daß bereits einige auf dem Umfang des schneckenstegfreien Abschnitts gleichmäßig verteilt an geordnete, erfindungsgemäß ausgebildete Taschen zu einer spürbar verbesserten Durchmischung führen. Bevorzugt wird jedoch, daß mindestens alle Einlauftaschen oder Auslauftaschen, vorzugsweise alle Taschen des schneckenstegfreien Abschnitts erfindungsgemäß gestaltet sind.

Bei einer beispielsweisen Ausführungsform sind die zwei längs laufenden Begrenzungen einer Tasche spiegelbildlich geformt. Die Einfräsungen haben im wesentlichen symmetrische Form. Die Verlaufsrichtung ihrer gedachten Mittellinie bildet mit der sie schneidenden Mantellinie des Hüllzylinders des schneckensteg freien Abschnitts der Schnecke einen Winkel, der von 90° ab weicht. Die Abweichung liegt vorteilhaft zwischen 1° und ca. 10°, vorzugsweise zwischen 2° und ca. 6°.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung bilden die sich in Um fangsrichtung gegenüberliegenden, durch die Mischkörper be grenzten Einfräsungen gemeinsame, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Mischkammern. Durch in dem schmalen mittleren Gang liegende, gangbreite Öffnungen zu den benachbar ten Mischkammern sind diese untereinander verbunden.

Der Boden der Taschen kann unterschiedlich gestaltet sein. Er kann über die gesamte Länge der Tasche eben oder auch konzen trisch zur Oberfläche des schneckenstegfreien Abschnitts gewölbt sein. Die Seitenbegrenzungen der Taschen können radial verlaufen. Bevorzugt sind sie jedoch zueinander und zu einem Radius parallel, der die Mittellinie der Tasche schneidet.

Die Tiefe der einzelnen Tasche kann über die Taschenlänge gleich sein. Bei einer bevorzugten Ausführung nimmt die Tiefe der einzelnen Taschen von dem Tascheneinlauf zum geschlossenen Taschenende hin ab. Die Tiefe kann zusätzlich in Umfangsrich tung, vorzugsweise in Schneckendrehrichtung zunehmen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine durch die ein zelnen Taschen gelegte Mittellinie aus den Ebenen durch die Schneckenachse, welche die Mittellinien in den Tascheneinläufen in der jeweiligen Einlaufmitte schneidet, herausgedreht. Bevor zugt sind die Mittellinien entgegen der Schneckendrehrichtung aus den in den Tascheneinläufen durch die Schneckenachse geleg ten Ebenen gedreht. Geeignete Werte für den Winkel zwischen der durch die Schneckenachse gelegten Ebene und der Mittellinie liegen zwischen 1° und 8°, vorzugsweise zwischen 1° und 5°.

Die mäanderförmigen Taschenbegrenzungen können unterschiedliche Formen haben. So können bei allen Taschen Anzahl, Anordnung und Größe der Mischkörper und Einfräsungen gleich sein. Es können aber auch einerseits Anzahl, Anordnung und Größenverlauf der Mischkörper und Einfräsungen jeweils der gleichen Seite gleich, andererseits die der einander gegenüberliegenden Seiten unter schiedlich sein. Im letzteren Fall können die Längsseiten mit den kleineren Mischkörpern und Einfräsungen oder die Längssei ten mit den größeren Mischkörpern und Einfräsungen in Schnecken drehrichtung vorne liegen. Ebenso kann die Größe der Misch körper und Einfräsungen vom Tascheneinlauf zum Taschenende hin abnehmen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Schneckenabschnitt, bei dem erfindungsgemäße Einlauf taschen mit Auslauftaschen nach dem Stand der Technik abwechseln;

Fig. 2 Ausführung eines schneckenstegfreien Abschnitts, bei dem alle Taschen erfindungsgemäß gestaltet sind;

Fig. 3 bis Fig. 5 verschiedene Ausführungen der Taschenränder;

Fig. 6 Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schneckenab schnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten schneckenstegfreien Schnecken abschnitt 1 wechseln erfindungsgemäße Einlauftaschen mit Auslauftaschen nach dem Stand der Technik ab. Benachbarte Taschen 2 sind durch Längsstege 3 getrennt. Zwischen den Scher stegen 3a und der nicht dargestellten Zylinderwand ist in be kannter Weise ein geringer Scherspalt gelassen. Die Längsseiten 7 der Längsstege 3 bzw. der Scherstege 3a bilden die seitlichen Begrenzungen der Taschen 2.

Erfindungsgemäß sind nun (Fig. 1) von einem schmalen mittleren Gang aus in die Längsseiten 7 der als Einlauftaschen 5 vorgese henen Taschen in Umfangsrichtung Einfräsungen 9 eingebracht, zwischen denen Mischkörper 8 stehenbleiben. Die auf diese Weise entstehenden Längsseiten 20, 21 der Einlauftaschen 5 haben Mäander form. Je zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Ein fräsungen 9 bilden hier zusammen Mischkammern 11 mit jeweils gemeinsamer Verlaufsrichtung 10. Die Mischkammern 11 sind durch Öffnungen 12, die Abschnitte des Längsganges sind, untereinan der verbunden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verlaufsrichtung 10 der Einfräsungen 9 mit einer sie schneidenden Mantellinie des Hüllzylinders des schneckenstegfreien Abschnitts 1 einen von 90° abweichenden Winkel bildet, wobei die Abweichung 1° bis ca. 10°, vorzugsweise 2° bis ca. 6° betragen kann.

Die Fig. 2 zeigt ein als Schneckenspitze ausgebildetes Misch- und Scherteil, bei dem alle Taschen erfindungsgemäße Form haben. Abweichend von der Ausführung der Fig. 1, bei der die Mittellinie 16 der Einlauftasche 5 parallel zu der Schnecken achse 17 verläuft, sind die Mittellinien 16 der Taschen 4, 5 in Fig. 2 aus den die Mittellinien 16 in der jeweiligen Einlaufmitte 19 (bzw. im Auslauf) der Taschen 5 (4) schneidenden Axialebenen (bzw. den Mantellinien des Hüllzylinders des schneckenstegfreien Ab schnitts 1) entgegen der Drehrichtung 15 der Schnecke um einen Winkel 18 herausgedreht. Erfindungsgemäß kann dieser Winkel 18 zwischen 1° und ca. 8°, vorzugsweise zwischen 1° und ca. 5° liegen.

Die Kunststoffschmelze tritt auf der in der Zeichnung rechten Seite in die obere erfindungsgemäße Einlauftasche 5 durch den Taschen einlauf 6 ein. Die mäanderförmigen Begrenzungen der Seiten 20, 21 (s. Fig. 3) wirken dabei derart auf die durchströmende Schmelze ein, daß im wesentlichen entlang der Verlaufsrichtung 10 Quer strömungen entstehen, die die Hauptströmungsrichtung 22 überla gern und so zur Verbesserung der Mischwirkung führen. Infolge des durch die nachgeförderte Schmelze aufgebauten Druckes wird die Schmelze durch die Scherspalte zwischen den Scherstegen 3a und der Innenwand des Extruderzylinders hindurch in die benach barten Auslauftaschen 4 gepreßt.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Formen der erfindungs gemäßen Taschen 4, 5. So ist bei der Fig. 3 die Taschenlängs seite 20 mit größer bemessenen Einfräsungen 9 und Mischkörpern 8 ausgestattet als die gegenüberliegende Taschenlängsseite 21. Dabei ist es von der jeweiligen Situation abhängig, welche der Längsseiten 20, 21 in Schneckendrehrichtung 15 vorne liegt.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind die Einfräsungen 9 und die Mischkörper 8 der Längsseite 20 untereinander gleich, während bei der Längsseite 21 die Einfräsungen 9 an dem Tascheneinlauf 6 der Einlauftasche 5 erheblich tiefer sind als am Taschenende 14; die Tiefe der Taschen nimmt vom Tascheneinlauf 6 zum Taschenende 14 hin in etwa gleichmäßigen Schritten ab. Die Anzahl der Mischkörper 8 ist auf beiden Längsseiten 20, 21 gleich.

Die Fig. 5 zeigt eine gegenüber der Fig. 4 dadurch abgewandelte Anordnung der Mischkörper 8, daß die Einfräsungen 9 einer Längsseite 20; 21 den Mischkörpern 8 der anderen Längsseite 21; 20 gegenüber liegen. Dies führt zu gegenüber den vorhergehend beschriebenen Ausführungen veränderten Strömungsverhältnissen.

Die Fig. 6 schließlich zeigt einen Querschnitt des Schneckenab schnitts 1 entlang Schnittlinie VI-VI, Fig. 2. Die Taschenböden 13 liegen auf einer zu dem Hüllzylinder des Schneckenabschnitts 1 konzen trischen Zylinderfläche, die Seitenwände der Taschen verlaufen radial. Bevorzugt werden ebene Taschenböden 13 mit im Quer schnitt zueinander und zu einem die Mittellinie 16 schneidenden Radius parallelen Seitenwänden.

Bezugszeichenaufstellung

1 Abschnitt, Schneckenabschnitt
2 Tasche
3 Steg, Längssteg
3a Schersteg
4 Auslauftasche
5 Einlauftasche
6 Tascheneinlauf
7 Längsseite
8 Mischkörper
9 Einfräsung
10 Verlaufsrichtung
11 Mischkammer
12 Öffnung
13 Boden, Taschenboden
14 Taschenende
15 Drehrichtung, Schneckendrehrichtung
16 Mittellinie
17 Schneckenachse
18 Winkel
19 (Schnittpunkt in) Einlaufmitte
20 Taschenseite, Längsseite
21 Taschenseite, Längsseite
22 Hauptströmungsrichtung
23 Schnecke

Claims

1. Einschneckenextruder zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen mit einer im Gehäuse drehbar angeordneten Schnecke, die einen Scher- und Mischabschnitt (1) aufweist, welcher Abschnitt (1) auf dem Umfang mehrere, an einem Ende offene längslaufende Taschen (2, 4, 5) besitzt, die in Umfangs richtung durch längs laufende Scherstege (3, 3a) voneinander getrennt sind und abwechselnd an dem in Förderrichtung weisenden Ende (Auslauftaschen 4) und an dem einfüllseiti gen Ende (Einlauftaschen 5) offen und an dem anderen Ende durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden Steg geschlos sen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherstege (3a) von der Tasche (2) ausgehend im wesent lichen in Umfangsrichtung ausgerichtete Einfräsungen (9) aufweisen, zwischen denen zungenförmige Mischkörper (8) stehenbleiben.

2. Einschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einfräsungen (9) bei allen Taschen (2) vorgesehen sind.

3. Einschneckenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Verlaufsrichtung (10) der Einfrä sungen (9) und einer sie schneidenden Mantellinie des Hüll zylinders des schneckenstegfreien Abschnitts (1) der Schnecke (23) ungleich 90° ist, insbesondere um 1° bis ca. 10°, vorzugsweise um 2° bis ca. 6°, von 90° abweicht.

4. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden, durch die Mischkörper (8) axial begrenzten Einfräsungen (9) gemeinsame, im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Mischkammern (11) mit Öffnungen (12) zu den benachbarten Mischkammern (11) bilden.

5. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (13) der Taschen (2) über die gesamte Länge der Tasche (2) eben ist.

6. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (13) der Taschen (2) konzentrisch zum Hüllzylin der des schneckenstegfreien Abschnitts (1) gewölbt ist.

7. Einschneckenextruder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der einzelnen Tasche (2) über die Taschenlänge gleich ist.

8. Einschneckenextruder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der einzelnen Tasche (2) von der Taschenöffnung (6) zum geschlossenen Taschenende (14) hin abnimmt.

9. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der einzelnen Mischkammern (11) in Umfangsrich tung, vorzugsweise in Schneckendrehrichtung (15) zunimmt.

10. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die einzelnen Taschen (2) verlaufenden Mittelli nien (16) aus den jeweiligen Ebenen durch die Schnecken achse (17), welche die Mittellinien (16) in den Taschenein läufen (6) in den Einlaufmitten (19) schneiden, herausge dreht sind.

11. Einschneckenextruder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien (16) entgegen der Schneckendrehrichtung (15) aus den in den Tascheneinläufen (6) durch die Schneckenachse (17) gelegten Ebenen herausgedreht sind.

12. Einschneckenextruder nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien (16) um einen zwischen 1° und 8°, vorzugs weise zwischen 1° und 5°, liegenden, für alle Taschen (2) gleichen Winkel (18) aus den in den Tascheneinläufen (6) durch die Schneckenachse (17) gelegten Ebenen herausgedreht sind.

13. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Taschen (2) eines schneckenstegfreien Abschnitts (1) Anzahl, Anordnung und Größe der Mischkörper (8) und Einfräsungen (9) gleich sind.

14. Einschneckenextruder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Taschen (2) Anzahl, Anordnung und Größenverlauf der Mischkörper (8) und Einfräsungen (9) jeweils der glei chen Längsseite (20; 21) gleich sind, daß jedoch die Größe der Mischkörper (8) und Einfräsungen (9) vom Tascheneinlauf (6) zum Taschenende (14) hin ab nimmt.

15. Einschneckenextruder nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Taschen (2) Anzahl, Anordnung und Größe bzw. Größenverlauf der Mischkörper (8) und Einfräsungen (9) jeweils der in die gleiche Umfangsrichtung weisenden Längs seiten (20; 21) gleich, der einander gegenüberliegenden Längsseiten (20) und (21) einer Tasche (2) jedoch unterschiedlich sind.

16. Einschneckenextruder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseiten (20; 21) mit den kleineren Mischkörpern (8) und Einfräsungen (9) in Schneckendrehrichtung (15) vorne liegen.

17. Einschneckenextruder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseiten (20; 21) mit den größeren Mischkörpern (8) und Einfräsungen (9) in Schneckendrehrichtung (15) vorne liegen.