DE6802092U - Vorrichtung zum verarbeiten thermoplastischer massen, insbesondere zum strangpressen von kunststoffen - Google Patents

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

Unser Zeichens GM uj6 F/zm

67OO Ludwigshafen, den H.10.1968

Vorrichtung zum Verarbeiten thermoplastischer Massen, insbesondere zum Strangpressen von Kunststoffen

Es ist bekannt, pulverförmige oder granulierte thermoplastische Stoffe in den Schneckengängen einer Schneckenmaschine fortlaufend zu mischen, zu verflüssigen, zu homogenisieren und durch die gegebenenfalls profilierte Düse an der Stirnseite des die Schnecke umgebenden Gehäuses der Maschine einen Strang fortlaufend zu extrudieren. Die zur Verflüssigung erforderliche Wärme wird dabei teilweise über die Wand des zylindrischen Schneckengehäuses zugeführt und zum anderen Teil als Knet- und Reibungswärme durch die an der Schneckenwelle eingesetzte mechanische Energie erzeugt.

Ferner ist es bekannt, den sogenannten Normalspannungseffekt oder Weißenberg-Effekt zum Strangpressen thermoplastischer Massen zu benutzen. Dieser Effekt tritt in einem Spalt zwischen zwei etwa parallel gegenüberliegenden Flächen auf, die zueinander eine rotierende Relativbewegung ausführen. Bei Vorrichtungen, die diesen Effekt ausnutzen, wird der pulverförmige oder granulierte thermoplastische Werkstoff in einen Spalt eingeführt, der zwischen der Stirnfläche einer rotierenden Scheibe und einer dazu parallel angeordneten feststehenden Fläche gebildet ist. In diesem Spalte wird der Werkstoff überwiegend durch Reibungswärme sowohl verflüssigt als auch aufgrund der Zentripedalwirkung des Normalspannungseffektes fortlaufend in das Zentrum der Drehbewegung gefördert, d.h. vor die Mitte der rotierenden Scheibe. Im Spalt einer solchen Vorrichtung ist vom Rand der rotierenden Scheibe ausgehend zur Mitte hin ein zunehmender Druckanstieg nachweisbar. Im Zentrum der feststehenden Fläche befindet sie eine öffnung, aus der verflüssigter Werkstoff bei fortdauernder R station der Scheibe austritt., ohne daß im Einzugsbereich am Rand der Scheibe ein Vordruck wirksam ist.

Derartige Vorrichtungen sind zwar sehr einfach in ihrem Aufbau und lassen sich gegenüber Schneckenpressen bekannter Art in axialer Richtung mit wesentlich kürzerer Baulänge ausführen; der Druck im 600/68 λ rk Λ Ο "Λ O ¹J - 2 -

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Massefüllraum vor der den Strang formenden Düse ist aber verhältnismäßig gering. Bisher bekannte unter Ausnutzung des Normalspannungs- bzw. Weißenberg-Effekts arbeitende Vorrichtungen eignen sich daher nur für kleine Strangquerschnitte und verhältnismäßig geringe Ausst-oßleistungen. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die Einfüllöffnung für die pulverförmige oder granulierte \ thermoplastische Masse verhältnismäßig nahe beim Druckraum liegt j und daß sich dazwischen keine ventilartigen mechanisch oder dynamisch wirkenden Sperrmittel befinden. >

Es wurde nun gefunden, daß man unter Beibehaltung der Vorzüge der bekannten einfachen Vorrichtung zum Strangpressen die Verarbeitungsleistung wesentlich erhöht und den Druckaufbau im Normalspannungsfeld an der rotierenden Fläche wesentlich verbessert, wenn dem Normalspannungsfeld im Spalt mindestens ein mit Hilfe spiralförmiger Förderwendel gebildetes Scher- oder Fließfeld überlagert und bzw. oder vorgeschaltet ist. Im äußersten Einzugsbereich der das Normalspannungsfeld erzeugenden rotierenden Fläche wirkt ein spiralförmig angeordneter Scher- oder Förderwendel ventilähnlich wie eine hydrodynamische Dichtung.

Die Figur 1 zeigt einen Längsquerschnitt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung. Den entsprechenden Querschnitt durch den Raurr,, in dem der Normalspannungseffekt auftritt, zeigt die Figur la. Ein in den Hauptabmessungen zylindrischer Körper 1 ist in dem Gehäuse 2 drenbar gelagert. Das Normalspannungsfeld, in dem als ausnutzbarer Effekt ein Druckanstieg zur Achse der Drehbewegung hin verbunden mit einer zentripedalen Fließbewegung thermoplastischer Teilchen gegeben ist, liegt in dem Spalt 3 vor. Dieser Spalt wird von der stirnseitigen Fläche 1' des rotierenden Körpers 1 und von der feststehenden inneren Fläche der Platte k begrenzt, die das zylindrische Gehäuse 2 an seinem Ende abschließt. Die Platte 4- läßt sich regelbar beheizen. Befindet sich in der Platte 4 in der Achse der Drehbewegung des Körpers 1 als Strangpreßdüse eine Bohrung 5, so tritt aufgrund des Normalspannung^seffektes bei fortgesetzter Drehbewegung des Zylinders und hinreichender Verflüssigung des in den Spalt J> eingetragenen thermoplastischen Werkstoffes aus dieser Bohrung die Masse fortlaufend aus. Die Strangpresswirkung de.s in der Vorrichtung gerchaffenen Normalspannungsfeldes ist bei voi'/repebenen Abmessungen des Spaltes unclvdMi. Größe de ° wirksa-

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men Kreisfläche von der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung abhängig. Zur ventilartigen Abtrennung des Einzugsbereiches am Umfang des Spaltes 3, also der Randzone des Normalspannungsfeldes von dessen zentralem Bereich vor der Bohrung 5, 1st an dem Körper eine ein- oder mehrgängige Spirale in Form eines aus der Fläche 1' hervortretenden Steges 6 angeordnet. Es genügt für diese Förderspirale zwischen dem Einzugsraum und dem Druckraum eine geringe Gangtiefe zwischen benachbarten Stegabschnitten. Die Schubwirkung des spiralförmigen Steges 6 ist dem Normalspannungsfeld im Spalt 5 überlagert. Es wird, anders ausgedrückt, der zentripedale Fördereffekt im Spalt 3 durch die Schubwirkung der erhabenen Förderspirale unterstützt. Dadurch werden der Druckaufbau im zentralen Bereich des Spaltes 3 und die Ausstoßleistung der Vorrichtung in gleicher Weise verbessert.

Zur Erhöhung des Drucks im Spalt vor der Bohrung 5 und zur Leistung^- erhöhung der Vorrichtung allgemein kann statt der Überlagerung eines durch den spiralförmigen Steg β geschaffenen Schubfeldes dem Normalspannungsfeld im Spalt 3 auch ein Schubfeld vorgeschaltet bzw. zusätzlich vorgeschaltet sein. Zur Erzeugung eines vor dem Einzugsbereich des Spaltes 3 wirkenden Schubfeldes trägt die Mantelfläche des rotierenden zylindrischen Körpers 1 ein vorzugsweise flach beschnittenes Schneckengewiride 7. Dieses .Schneckengewinde 7 bringt die zu verarbeitende pulverförmige oder granulierte thermoplastische Masse mit geringem Vordruck in die Randzone des Normalspannungsfeldes. Die Einfüllöffnung 8 im Gehäuse 2 der Vorrichtung befindet sich in diesem Fall über dem äußeren Einzugsbereich des Schneckengewindes 7. Die Schubwirkung des Schneckengewindes 7 auf der Mantelfläche des Zylinders 1 läßt sich durch unterschiedliche Bemessung der Weite des Spalts 9 gegenüber dem Gehäuse 2 begrenzen und variieren. Gegenüber Schneckenmaschinen bekannter Bauart besitzt der Körper 1 ein wesentlich kleineres Längen/Durchmesser-Verhältnis, z.B. ein solches von 1:1 bis 1:3. Es kann ferner das Schubfeld des spiralförmigen Steges 6 auf der Fläche I¹ des Zylinders 1 und das Schubfeld des Schneckengewindes 7 gleichzeitig den zentripedalen Fördereffekt des Normalspannungsfeldes unterstützen. Dabei soll jedoch das Schneckengewinde 7 im wesentlichen nur einen intensiven Einzug des Werkstoffes gewährleisten.

Die Verflüssigung des Werkstoffes d^rc^ jftiefo ψ^ά /me '«hungs wärme und

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der Druckaufbau zur Düsenbohrung 5 hin erfolgen überwiegend im Spalt 3.- Bei der Inbetriebnahme der noch kalten Vorrichtung mit den erfindungsmäßcn Merkmalen wird die den Spalt 3 begrenzende Platte 4 vorübergehend stärker beheizt, bis die in der Masse selbst erzeugte Knet- und Reibungswärme die notwendige Verflüssigungsleistung des Werkstoffs vollständig oder zum überwiegenden Teil sicherstellt.

Für verhältnismäßig kleine Förderleistungen genügt es, den zu verarbeitenden thermoplastischen Werkstoff durch eine schräge geschnittene öffnung 10 in der Platte 4 in den Einzugsbereich des Spaltes einzubringen. Eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung 1st in Figur 2 wiedergegeben. Die schräge geschnittene öffnung 10 mit dem aufgesetzten Zuführungskanal 10' befindet sich in diesem Falle nicht im oberen Bereich des Gehäuses 2, sondern seitlich versetzt in der Höhe der Drehachse χ des Zylinders 1. Für den rotierenden Zylinder 1 kann in diesem Fall ein kurzer spiralförmiger Steg 6, der eine gesamte Länge von weniger als 36Ο Winkelweg besitzt, die fortlaufende Trennung des Einzugsbereiches des Spaltes 3 von dem vor der Düsenbohrung 5 liegenden Druckbereich übernehmen.

Zur Herstellung von Profilen größerer Querschnitte bzw. größerer Abmessungen, z.B. zum Strangpressen von Platten aus thermoplastischen Kunststoff ι, ist es zweckmäßig, mehrere Vorrichtungen mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgerichtet nebeneinander anzuordnen. Diese parallel geschalteten Vorrichtungen fördern dabei über ihre Bohrungen 5 in einen gemeinsamen unter dem Förderdruck aller Einzelvorrichtungen stehenden Vorratsbehälter, an dem an einer anderen Stelle eine Breitschlitzdüse angeordnet ist.

Claims (4)

- 5 - GM β5β Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Verarbeiten von thermoplastischen Massen unter Ausnutzung des Normalspannungseffekte (sogen. Weißenberg-Effekt) in einem Spalt zwischen zwei etwa parallelen Flächen, die zueinander eine rotierende Relativbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Normalspannungsfeld im Spalt vor der Außenfläche eines rotierenden Elements mindestens ein durch spiralförmige Förderwendel gebildetes Schubfeld überlagert und bzw. oder vorgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spalt (3) begrenzende Fläche (l') eines rotierenden Elements (l) mit einem ein- oder mehrgängigen spiralförmigen Steg (6) besetzt ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Steg (6) in der Randzone der Stirnfläche (l^!) eines rotierenden Elements (l) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Randzone der Stirnfläche (l') des rotierenden Elements (l) angeordnete Fördersteg (6) eine Länge von weniger als 360⁰ Winke lweg aufweist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Gehäuse (2) rotierende Element ein walzenförmiger Körper (l) eines Längen/Durchmesser-Verhältnisses von 1:1 bis etwa 1:3 ist, an dessen Stirnfläche 1' das Normalspannungsfeld grenzt und dessen Mantelfläche einen zum Spalt hin fördernden, kurzen, vorzugsweise flachen Schneckenschnitt (7) aufweist, in dessen Einzugsbereich sich die Einfüllöffnung (8) befindet.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG Zelehn.