DE68912642T2

DE68912642T2 - Extruder mit Vorrichtung zum Einstellen des Knetgrades.

Info

Publication number: DE68912642T2
Application number: DE68912642T
Authority: DE
Inventors: Hideki Mizuguchi; Toru Shirato; Minoru Yoshida
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1989-05-08
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2009-05-09
Also published as: CA1306838C; EP0342839A2; DE68912642D1; US5145251A; BR8902270A; EP0342839B1; EP0342839A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extruder mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Knetgrads bzw. einer Knetgradeinstellvorrichtung.
Allgemein sind zwei Extruderarten bekannt und im praktischen Einsatz; dabei handelt es sich einmal um einen Einzelschneckenextruder und zum anderen um einen Doppelschneckenextruder.
Bei einem Beispiel der herkömmlichen Knetgradeinstellvorrichtung, wie sie in der ungeprüften JP-Patentanmeldung JP-A-50 5450 beschrieben ist, ist in einem Teil des Gewinde- oder Schneckengangs der Schnecke ein Ausschnitt geformt. In dem so gebildeten Ausschnitt ist ein in die Innenfläche des Extruderzylinders, in welchem die Schnecke aufgenommen ist, vorstehendes Einsatzelement positioniert, wobei der Spalt zwischen dem Endabschnitt des Einsatzelements und der Schnecke damit eingestellt wird.
Bei einem Beispiel einer herkömmlichen Knetgradeinstellvorrichtung für einen Doppelschneckenextruder, wie in der JP-Patentanmeldung JP-A-61 233408 beschrieben, wird ebenfalls der Spalt (oder Zwischenraum) zwischen dem Schlitz der Schnecke und dem Schlitz des Zylinders zur Steuerung der Strömung des Ausgangsmaterials im Betrieb benutzt und damit der Knetgrad eingestellt.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung nach der JP-A-61 233408 ist es auch nötig, zur Einstellung des Spalts zwischen den Schlitzen den Extruderzylinder (oder die Schnecke) in seiner (ihrer) Gesamtheit zu verschieben. Dabei ist es beispielsweise erforderlich, den gesamten Zylinder auf Schienen anzuordnen, so daß demzufolge der Aufbau des Extruders unvermeidlich komplex wird und sich die Zahl der Extruderbauteile vergrößert. Außerdem verändert sich der Spalt zwischen den Schlitzen mit Temperaturänderungen aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungsgrade von Zylinder und Schnecke. Mit der herkömmlichen Vorrichtung gestaltet sich mithin die effektive Einstellung des Knetgrads schwierig.
Die herkömmliche Vorrichtung nach der JP-A-50 5450 ist andererseits von den obengenannten Schwierigkeiten frei; nachteilig bei ihr ist jedoch, daß die Knetgrad-Steuer- oder -Einstelleistung nicht ausreichend ist. Genauer gesagt: auch wenn der Spalt zwischen dem Einsatzelement und der Schnecke zweckmäßig eingestellt ist, fließt (dennoch) Harz über vom Spalt verschiedene Strecken, und es ist daher schwierig, den Gesamtstrom des Harzes auf vorgesehene Weise zu steuern. Dies bedeutet, daß es schwierig ist, den Knetgrad auf eine gewünschte oder Soll-Größe entsprechend den physikalischen und Temperatur-Eigenschaften des Harzes einzustellen.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist damit die Ausschaltung oben geschilderter Schwierigkeiten bei einer herkömmlichen Knetgradeinstellvorrichtung bei einem Extruder.
Die JP-A-61 241123, auf welcher der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart einen Schnecken(typ)-Extruder mit einer oder mehreren, mit Gewinde- bzw. Schnekkengängen versehenen Schnecken, die in einem Extruderzylinder angeordnet sind, in welchem Ausgangsmaterial erwärmt und geknetet wird, während es aufgrund der Drehung der oder feder Schnecke zum Extrudieren des Materials längs des Zylinders gefördert wird, wobei der Extruder eine Vorrichtung zum Einstellen des Knetgrads aufweist,
wobei die oder jede Schnecke einen zylindrischen Abschnitt eines kleineren Durchmessers als der Schneckengang der Schnecke(n) aufweist,
mit einer um den zylindrischen Abschnitt der oder jeder Schnecke herum angeordneten und den Zylinder in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilenden Sperr- oder Blockierwand,
mit mindestens einer (einem) Vebindungsstrecke oder -durchgang zum Verbinden des stromaufseitigen Endes der oder jeder Blockierwand mit dem stromabseitigen Ende und
mit einer in der oder jeder Verbindungsstrecke angeordneten Ventileinheit zum Steuern oder Einstellen der Querschnittsfläche der Verbindungsstrecke zwecks Änderung der Strömung des Materials durch diese und zum Einstellen des Knetgrads des Materials.
Die vorliegende Erfindung ist gegenüber der JP-A-61 241123 dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Verbindungsstrecke im wesentlichen dem Schneckengang ihrer jeweiligen Schnecke folgt.
Die oben geschilderten Probleme werden mithin durch Schaffung eines Ein(zel)schneckenextruders mit einer Knetgradeinstellvorrichtung gelöst, bei der gemäß der Erfindung eine Blockierwand in der Zylinderbohrung des Extruders angeordnet ist und der Öffnungsgrad einer Verbindungsstrecke zur Verbindung der Stromaufseite der Blockierwand mit der Stromabseite mittels eines Ventils gesteuert wird. Insbesondere ist beim Extruder gemäß der Erfindung der Mittelbereich der Schnecke zu einem zylindrischen Abschnitt eines kleineren Durchmessers als dem ihres Schneckengangs (flight) geformt, wobei eine Blockierwand eines kleineren Durchmessers als dem der Zylinderbohrung, so daß sie dem zylindrischen Abschnitt der Schnecke mit einem kleinen Spalt (Zwischenraum) dazwischen gegenüberliegt, in der Position, in der Axialrichtung gesehen, entsprechend dem zylindrischen Abschnit der Schnecke in der Bohrung des Zylinders, in welche die Schnecke eingesetzt ist, mit einer Verbindungsstrecke zum Führen des Harzstroms von der Stromaufseite der Blockierwand zur Stromabseite vorgesehen ist und ferner in der Verbindungsstrecke ein Ventil zum Steuern oder Regeln des Öffnungsgrads der Verbindungsstrecke vorgesehen ist. Die Blockierwand kann in Form eines fortlaufenden Gewindegangs mit zwei Endabschnitten, die - in Axialrichtung gesehen - einander überlappend erscheinen, vorliegen. In diesem Fall ist das Ventil zwischen den beiden Endabschnitten des fortlaufenden Gewindegangs vorgesehen.
Das stromauf der Blockierwand befindliche aufgeschmolzene Ausgangsmaterial kann nur über de mit dem Ventil versehene Verbindungsstrecke stromab strömen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit die Fläche der Verbindungsstrecke (oder des -durchgangs) für alle Öffnungsgrade vom vollständigen Schließzustand der Strecke bis zum voll offenen Zustand eingestellt werden; dies bedeutet, daß der Knetgrad durch Steuerung oder Einstellung des Ventilöffnungsgrads auf eine gewünschte Größe eingestellt werden kann. Wenn die Verbindungsstrecke durch Einstellung des Steuerventils verengt (worden) ist, ist das zugespeiste Harz auf eine Strömung über die Verbindungsstrecke begrenzt. Infolgedessen sind das Füllungsverhältnis und die Verweilzeit des Speiseharzes an bzw. in der Knetsektion der Schnecke erhöht bzw. verlängert und der Knetgrad vergrößert.
Die oben geschilderten Probleme sind auch durch Schaffung einer Knetgradeinstellvorrichtung für einen Doppelschneckenextruder gelöst worden, bei welcher erfindungsgemäß Blockierwände in den Doppelschneckenbohrungen im Zylinder geformt sind und in den Blockierwänden ausgebildete Verbindungsstrecken oder -durchgänge in ihrer Querschnittsfläche gesteuert bzw. eingestellt werden. Insbesondere ist die oben angegebene Aufgabe der Erfindung durch Schaffung einer Knetgradeinstellvorrichtung für einen Doppelschneckenextruder gelöst worden, bei welcher das in die Doppelschneckenbohrungen im Zylinder, in welche die Schnecken eingesetzt sind, zugespeiste Ausgangsmaterial erwärmt und geknetet wird, während es durch die beiden Schnecken gefördert wird, welche ihrerseits gleichsinnig oder gegenläufig rotieren und welche zum Extrudieren des Harzes ineinander eingreifen. Im Querschnitt des Zylinders gesehen, bewegt sich das in die Schneckengänge eingespeiste Ausgangsmaterial, während es zur Stromabseite überführt wird, längs der Innenflächen des Zylinders herum. Das typische Strömungsmuster oder -schema des Ausgangsmaterials ist flaschenkürbisförmig (gourd-shaped) bei einem Extruder mit gleichsinnig rotierender Doppelschnecke und 8-förmig bei einem Extruder mit gegenläufig rotierender Doppelschnecke. Zur Steuerung des unterschiedlichen Strömungsmusters des Ausgangsmaterials im Zylinder ist die in der Blockierwand geformte Verbindungsstrecke natürlicherweise bei gleichsinnig und gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextrudern verschieden (ausgebildet), um ein wirksames Kneten zu erzielen. Beim gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruder gemäß der Erfindung weist jede der Schnecken nahe der Stromabseite einer Knetsektion einen zylindrischen Abschnitt auf, der einen kleineren Durchmesser als der Schneckengang der Schnecke besitzt; Blockierwände eines kleineren Durchmessers als der andere (restliche) Zylinder, so daß die Blockierwände mit kleinen Spalten dazwischen den zylindrischen Abschnitten gegenüberliegen, sind in der Axialrichtung in einer Position entsprechend den zylindrischen Abschnitten in den Doppelschneckenbohrungen vorgesehen und so angeordnet, daß sie die Doppelschneckenbohrungen in stromauf- und stromabseitige Hälften unterteilen, wobei die Blockierwände in Form eines fortlaufenden Wendel- oder Schraubengangs (thread) vorliegen, dessen Windungsrichtung 50 bestimmt ist, daß das Ausgangsmaterial bei der Drehung der Schnecken vorwärtsgefördert wird; in Abschnitten der Blockierwände sind Verbindungsstrecken oder -durchgänge geformt, welche Abschnitte zwischen den Doppelschneckenbohrungen unter Unterteilung derselben positioniert sind, derart, daß eine der Verbindungsstrecken die Stromaufseite der Blockierwand an der Seite einer der Doppelschneckenbohrungen mit der Stromabseite der Blockierwand an der Seite der anderen der Doppelschneckenbohrungen verbindet, während die andere Verbindungsstrecke die Stromaufseite der Blockierwand an der Seite der anderen der Doppelschneckenbohrungen mit der Stromabseite der Blockierwand an der Seite der einen der Doppelschneckenbohrungen verbindet; und in den jeweiligen der Verbindungsstrecken sind Ventileinheiten zur Steuerung oder Einstellung der Querschnittsflächen der Verbindungsstrekken vorgesehen.
Die Blockierwände können, anstatt als fortlaufende Schraubengänge vorzuliegen, einfache lotrechte Wände sein. In diesem Fall weist bei der Knetgradeinstellvorrichtung gemäß der Erfindung jede der Schnecken an einem Teil ihres Gewinde- oder Schraubengangs (flight) an der Stromabseite einer Knetsektion einen zylindrischen Abschnitt auf, der einen kleineren Durchmesser als der Schneckengang aufweist; Blockierwände eines kleineren Durchmessers als die anderen Wände, so daß die Blockierwände mit kleinen Spalten dazwischen den zylindrischen Abschnitten der Schnecken gegenüberliegen, sind in der Axialrichtung in einer Position entsprechend den zylindrischen Abschnitten in den Doppelschnekkenbohrungen vorgesehen und so angeordnet, daß sie die Doppelschneckenbohrungen in Stromauf- und Stromabseiten unterteilen, wobei sich die Blockierwände über die Gesamtlänge der zylindrischen Abschnitte der Schnecken erstrecken; in den Blockierwänden sind Verbindungsstrekken oder -durchgänge in der Weise geformt, daß eine der Verbindungsstrecken die Stromaufseite der Blockierwand an der Seite einer der Doppelschneckenbohrungen mit der Stromabseite der Blockierwand an der Seite der anderen der Doppelschneckenbohrungen verbindet, während die andere Verbindungsstrecke die Stromaufseite der Blockierwand an der Seite der anderen Doppelschneckenbohrungen mit der Stromabseite der Blockierwand an der Seite der einen der Doppelschneckenbohrungen verbindet; und in den jeweiligen der Verbindungsstrecken sind Ventileinheiten zur Steuerung oder Einstellung der Querschnittsteilchen der Verbindungsstrecken vorgesehen.
Beim gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextruder gemäß der Erfindung sind die Verbindungsstrecken in Blockierwand-Abschnitten, die an den oberen Teilen der jeweiligen Schnecken positioniert sind, in der Weise geformt daß das längs der Innenwand des Zylinders zu der die Doppelschneckenbohrungen trennenden Blockierwand zu bewegende Ausgangsmaterial zwangsweise dazu gebracht wird, in die Verbindungsstrecke zu strömen und zur Stromabseite der Blockierwand auszuströmen. Die Verbindungsstrecken können in der Blockierwand an den oberen und unteren Seiten jeder Schnecke geformt sein, um im Zylinder die Stromaufseite der Blockierwand mit ihrer Stromabseite zu verbinden.
Das zur Stromaufseite der Blockierwände überführte Ausgangsmaterial kann in Stromabrichtung nur über die mit den Ventilen versehenen Verbindungsstrecken strömen. Die Fläche der Verbindungsstrecke ist mittels des Steuerventils veränderbar. Wenn die Verbindungsstrecke durch das Steuerventil verengt ist, ist der Harzstrom durch die Verbindungsstrecke so begrenzt oder gedrosselt, daß Füllungsverhältnis und Verweilzeit des Ausgangsmaterials an der Knetsektion erhöht bzw. verlängert sind und demzufolge der Knetgrad erhöht ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, namlich eines Doppelschnekkenextruders, auf den der technische Grundgedanke dieser Erfindung angewandt ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Knetgradeinstellsektion beim gleichsinnig rotierenden Doppelschnekkenextruder nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Knetgradeinstellsektion beim Extruder nach Fig. 1,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer Knetgradeinstellsektion bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 eine Schnittansicht eines gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Ein(zel)schneckenextruders, im Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 11,
Fig. 11 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform, in der Axialrichtung der Schnecke gesehen,
Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 11,
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Knetgradeinstellsektion beim gegenläufig rotierenden Doppelschnekkenextruder nach Fig. 1,
Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie XIV(-XIV) in Fig. 13,
Fig. 15 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung für den gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextruder,
Fig. 16 einen Schnitt längs der Linie XVI(-XVI) in Fig. 15,
Fig. 17 ein Strömungsmuster oder -schema des Ausgangsmaterials im Querschnitt des gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruders und
Fig. 18 ein Strömungsmuster oder -schema des Ausgangsmaterials im Querschnitt des gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextruders.
In Fig. 1 ist ein gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung ausgestalteter Doppelschneckenextruder dargestellt.
Dieser Doppelschneckenextruder umfaßt einen durch Verbindung einer Anzahl von Zylindereinheiten geformten Zylinder 10 sowie zwei in dessen Doppelschneckenbohrungen eingesetzte Schnecken 12 und 13 (wobei die Schnecke 13 in Fig. 1 nicht sichtbar ist). Der Doppelschneckenextruder umfaßt ferner eine erste Fördersektion 14, eine Knetsektion 16, eine Knetgradeinstellsektion 18, eine zweite Fördersektion 20, eine Harzeinschließsektion 22, eine Entgasungssektion 24, eine dritte Fördersektion 26 und eine Zumeß- bzw. Dosiersektion 28, die in der Strömungsrichtung des zu handhabenden Ausgangsmaterials in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind.
Gemäß den Fig. 2 und 3 weist die Knetgradeinstellsektion 18 Sperr- oder Blockierwände 32 und 34 auf, die in den Doppelschneckenbohrungen in einem aus oberen und unteren Hälften bestehenden Zylinder 30 angeordnet sind. Die Innendurchmesser der Blockierwände 32 und 34 sind geringfügig größer als die Durchmesser der zylindrischen Abschnitte 12a und 13a (ohne Schneckengang und mit dem gleichen Durchmesser wie die Sohle der Schnekke) der Schnecken 12 bzw. 13. Die Blockierwände 32 und 34 liegen in Form eines kontinuierlichen wendelförmigen Gangs bzw. fortlaufenden Gewindegangs vor. Die Windungsrichtung des fortlaufenden Gewindegangs ist derart, daß dann, wenn die Schnecken 12 und 13 gemäß Fig. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, das Ausgangsmaterial stromab der Blockierwände gleichmäßig (oder effektiv bzw. wirksam) in Stromabrichtung bewegt wird. Die Blokkierwände 32 und 34 verlaufen über etwa 360º. Verbindungsstrecken oder -durchgänge 38 und 40 sind in Trennwänden 36 bzw. 37 geformt, welche die Doppelschneckenbohrungen in den Blockierwänden 32 bzw. 34 unterteilen. Gemäß Fig. 5 ist die Verbindungsstrecke 38 so ausgebildet, daß sie die Stromaufseite der Blockierwand 32 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 12 mit der Stromabseite der Blockierwand 34 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 13 verbindet, während die Verbindungsstrekke 40 so ausgebildet ist, daß sie die Stromaufseite der Blockierwand 34 in der Bohrung an der Seite der Schnekke 13 mit der Stromabseite der Blockierwand 32 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 12 verbindet. Die Verbindungsstrecken 38 und 40 sind insbesondere Bohrungen, die gemäß Fig. 2 von oben und unten her im Zylinder ausgebildet sind.
Ventile (eine Art Flügelventil) 42 und 44 sind auf Drehzapfen 46 bzw. 48 drehbar angeordnet. Fig. 2 veranschaulicht Ventile 42 und 44, welche die Doppelschneckenbohrungen miteinander verbinden. Wenn die Ventile 42 und 44 aus dem in Fig. 2 gezeigten Zustand um 90º gedreht werden, sind die Doppelschneckenbohrungen nicht miteinander verbunden. Die Ventile 42 und 44 werden mittels eines in Fig. 4 gezeigten Mechanismus in entgegengesetzten Richtungen gedreht, wie dies nachstehend noch näher erläutert werden wird.
Gemäß Fig. 4 ist ein sektorförmiges Zahnrad 52 mit einer Welle 50, die sich mit dem unteren Ventil 44 mitdreht, mitdrehbar angeordnet. Das Zahnrad 52 steht mit einem Zahnrand 54 in Eingriff, das über eine Welle 56 mit einem Kegelrad 58 gekoppelt ist. Das Kegelrad 58 kämmt mit einem Zahnrad 62, das seinerseits mittels eines Handgriffs bzw. einer Kurbel 60 drehbar ist. Auf ähnliche Weise ist das obere Ventil 42 über ein sektorförmiges Zahnrad 64, ein Zahnrad 65 und ein Kegelrad 66 mit dem Kegelrad 62 gekoppelt. Beim Drehen der Kurbel 60 werden somit die Ventile 42 und 44 in entgegengesetzten Richtungen gedreht.
Im folgenden ist die Arbeitsweise des gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruders (d.h. Extruder mit zwei gleichsinnig rotierenden Schnecken) mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Das in den Zylinder 10 des Extruders eingegebene Ausgangsmaterial wird durch die Schnecken 12 und 13 vom Stromaufende zum stromabseitigen Ende bzw. rechten Ende gemäß Fig. 1 bewegt bzw. gefördert. Da die Schnecken 12 und 13 in gleicher Richtung rotieren, ist das Strömungsmuster und -schema des Ausgangsmaterials gemäß Fig. 17 längs der Innenwände der Doppelschneckenbohrungen, im Querschnitt der Schnekken gesehen, in nur einer Richtung flaschenkürbisförmig, d.h. das Harz strömt nicht kreuzweise. Die Knetgradeinstellsektion 18 begrenzt die Strömung des Ausgangsmaterials in der Weise, daß das Ausgangsmaterial in der Knetsektion 16 zweckmäßig geknetet wird. Insbesondere wird die Kurbel 60 betätigt, um die Ventile 42 und 44 zur Einstellung der Querschnittsflächen der Verbindungsstrecken 38 und 40 zwischen den Doppelschneckenbohrungen auf gewünschte Größen oder Werte zu verstellen und damit die Strömungsfläche des Ausgangsmaterials zu steuern bzw. einzustellen.
Die Verbindungsstrecken 38 und 40 sind ausgelegt zur Führung des oben beschriebenen Ausgangsmaterialstroms längs der Innenwände. In Fig. 3 ist das Ventil 42 in der Stellung gezeigt, in welcher die Verbindungsstrekken die größte Querschnittsfläche aufweisen. Wenn unter diesen Bedingungen die Ventile 42 sind 44 gedreht werden, können die Querschnittsflächen verkleinert werden. Wenn die Ventile aus der Stellung gemäß Fig. 3 um 90º gedreht werden, werden die Verbindungsstrecken 38 und 40 im wesentlichen vollständig geschlossen. Da bzw. wenn die Querschnittsflächen der Verbindungsstrekken 38 und 40 auf oben beschriebene Weise verkleinert werden, wird das Harz in der Knetsektion 16 aufgespeichert, wobei es im Schmelzzustand geknetet und dabei einer großen Scherwirkung unterworfen wird. Der Knetgrad des Harzes hängt davon ab, wie lange das Harz in der Knetsektion 16 gehalten wird. Praktisch das gesamte Harz muß die Verbindungsstrecken 38 und 40 passieren. Durch Einstellung der Öffnungsgrade der Verbindungsstrecken kann somit der Knetgrad auf eine gewünschte Größe eingestellt werden. Wie erwähnt, liegen die Blockierwände in Form eines fortlaufenden Gewindegangs vor, längs welchem das Harz zügig bzw. gleichmäßig strömt. Infolgedessen sammelt sich das Harz nicht örtlich an.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Ventile 42 und 44 zur Einstellung der Querschnittsflächen der Verbindungsstrecken gedreht. Sie können jedoch auch so abgewandelt sein, daß sie gemäß Fig. 4 lotrecht bewegbar sind. Mit derart abgewandelten Ventilen können die Querschnittsflächen der Verbindungsstrecken zwischen den Doppelschneckenbohrungen ebenfalls wirksam gesteuert bzw. eingestellt werden.
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 6 bis 9 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform weist lotrecht verlaufende Blockierwände 33 und 35 auf. Die Blockierwände 33 und 35 sind über die Gesamtlänge der zylindrischen Abschnitte 12a und 13a der Schnecken 12 bzw. 13 angeordnet; mit anderen Worten: die zylindrischen Abschnitte 12a und 13a ohne Schneckengang sind über ihre Gesamtlänge in die Blockierwände 33 und 35 so eingepaßt, daß die Stirnflächen 12b und 13b an den Seiten der zylindrischen Abschnitte der Schneckengänge den betreffenden Blockierwänden 33 bzw. 35 mit kleinen, dazwischen festgelegten Spalten bzw. Zwischenräumen zugewandt sind.
In den Blockierwänden 33 und 35 sind Verbindungsstrekken 39 bzw. 41 ausgebildet. Gemäß Fig. 9 ist die Verbindungsstrecke 39 so geformt, daß sie die Stromaufseite der Blockierwand 33 der Bohrung an der Seite der Schnekke 12 mit der Stromabseite der Blockierwand 35 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 13 verbindet, während die Verbindungsstrecke 41 die Stromaufseite der Blockierwand 35 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 13 mit der Stromabseite der Blockierwand 33 in der Bohrung an der Seite der Schnecke 12 verbindet. Gemäß Fig. 4 bzw. 8 sind in den Verbindungsstrecken 39 und 41 jeweils Ventile 43 bzw. 45 vorgesehen (das nicht dargestellte Ventil 45 ist ähnlich aufgebaut wie das Ventil 43). Wenn die Ventile 43 (und 45) auf die in Fig. 8 gezeigte Weise positioniert sind, stehen die Doppelschneckenbohrungen miteinander in Verbindung. Wenn sie aus diesem Zustand über 90º gedreht werden, wird eine Verbindung zwischen den Doppelschneckenbohrungen verhindert. Die Ventile 43 und 45 werden mittels eines Mechanismus, ähnlich dem gemäß Fig. 4 bei der ersten Ausführungsform, in entgegengesetzten Richtungen gedreht.
Bei der zweiten Ausführungsform passiert ebenfalls das gesamte Harz die Verbindungsstrecken oder -durchgänge 39 und 41. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann daher der Knetgrad durch Einstellung der Öffnungsgrade der Ventile 43 und 45 genau gesteuert bzw. eingestellt werden. Auch wenn bei der zweiten Ausführungsform das Harz eine ziemlich niedrige Fließfähigkeit besitzt, stagniert es in keinem Fall um die Sperrwände 33 und 35 herum. Dies ist deshalb der Fall, weil die Schnecken rotieren, während die Gang-Stirnflächen 12b und 13b (dicht) neben den Blockierwänden 33 bzw. 35 gehalten sind und daher das Harz nahe der Blockierwände 33 und 35 gerührt bzw. umgewälzt und gefördert wird. Bei diesem Vorgang erfährt das Harz in den kleinen Spalten zwischen den Gang-Stirnflächen 12b und 13b sowie den Blockierwänden 33 und 35 eine weitere Scherkrafteinwirkung.
In den Fig. 10 bis 12 ist eine dritte Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher der Grundgedanke der Erfindung auf einen Einschneckenextruder angewandt ist. Bei der dritten Ausführungsform liegt eine Blockierwand 33 in Form eines fortlaufenden Gewindegangs vor. Dessen Windungsrichtung ist so bestimmt, daß bei der Drehung der Schnecke 12 das Ausgangsmaterial vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende (d.h. gemäß Fig. 12 abwärts) bewegt oder gefördert wird. Der fortlaufende Gewindegang verläuft wendelförmig über 360º um die zylindrischen Teile der Schnecken, wobei seine Umfangsendabschnitte beide Seitenwände der Verbindungsstrecke bilden. Zwischen den Umfangsendabschnitten des fortlaufenden Gewindegangs ist eine bohrungsförmige Verbindungsstrecke 39 vorgesehen. In der Verbindungsstrecke 39 ist ein lotrecht verschiebbares Ventil 43 (ein Schieber) vorgesehen.
Bei der Drehung der Schnecke 12 wird bei dieser Ausführungsform das Harz ebenfalls zwangsweise zur Strömung vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende des Gewindegangs gebracht. Bei diesem Vorgang passiert praktisch das gesamte Harz die Verbindungsstrecke 39. Die Querschnittsfläche der Verbindungsstrecke 39 kann mittels des Ventils 43 eingestellt werden, so daß der Knetgrad genau auf eine gewünschte Größe eingestellt werden kann. Wie oben beschrieben, liegt die Blockierwand 33 in Form eines fortlaufenden Gewindegangs vor, wobei das Harz zügig bzw. gleichmäßig längs der Blockierwand strömt; dies bedeutet, daß sich das Harz in keinem Fall örtlich ansammelt.
Die Fig. 13 bis 16 veranschaulichen andere Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Grundgedankens in Anwendung auf einen gegenläufigen Doppelschneckenextruder (d.h. einen Extruder mit zwei gegenläufig rotierenden Schnecken). Da die Schnecken 12 und 13 gegenläufig rotieren, ist das Strömungsmuster oder -schema des Ausgangsmaterials gemäß Fig. 18, im Querschnitt des Zylinders 10, längs der Innenwände der Doppelschneckenbohrungen 8-förmig. Die Blockierwände und die Verbindungsstrecken oder -durchgänge sind daher von denen bei den Ausführungsformen des gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruders verschieden. Dies bedeutet, daß beim gegenläufig rotierenden Extruder das Harz kreuzweise strömt. Dementsprechend sind die Ventile effektiv angeordnet, um aus diesen Eigenschaften den besten Nutzen zu ziehen. Gemäß Fig. 13 sind vier Ventile 102, 104, 106 und 108 vorgesehen, um möglichst den Widerstand an den Blockierwänden zu verringern. Beim gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextruder gemäß den Fig. 13 und 14 sind die Verbindungsstrecken 112, 114, 116 und 118 zur Verbindung der Stromaufseite der Blockierwand mit deren Stromabseite im Zylinder in den Blockierwänden 122, 124, 126 und 128 an den Ober- bzw. Unterseiten jeder Schnecke geformt.
Beim gegenläufig rotierenden Doppelschneckenextruder gemäß den Fig. 15 und 16 sind ein Ventil 102 und zwei Verbindungsstrecken 112 und 116 vorgesehen. Die Verbindungsstrecken 112 und 116 sind in den Abschnitten der Blockierwände 122 und 126, die an den oberen Teilen der betreffenden Schnecken positioniert oder angeordnet sind, in der Weise geformt, daß das längs der Innenwand des Zylinders zu den die Doppelschneckenbohrungen trennenden Blockierwänden zu bewegende bzw. zu fördernde Ausgangsmaterial gezwungen wird, in die Verbindungsstrecken einzuströmen und zur Stromabseite der Blockierwände auszuströmen.
Wie vorstehend erläutert, sind gemäß der Erfindung Verbindungsstrecken oder -durchgänge in den Blockierwänden zwiscben den Doppelschneckenbohrungen ausgebildet; die Querschnittsfläche dieser Strecken wird mit Hilfe von Ventilen eingestellt, mit dem Ergebnis, daß der Knetgrad auf gewünschte Weise eingestellt werden kann.

Zusammenfassung:

Beschrieben ist ein Harz-Extruder, bei dem der Knetgrad des Harzes effektiv oder wirksam eingestellt werden kann. Entweder ein Einschneckenextruder oder ein Doppelschneckenextruder weist Blockierwände (32, 34) auf, die um einen zylindrischen Abschnitt (12a, 13a) der Schnekke oder Schnecken (12, 13) unmittelbar stromauf der Knetsektion (16) ausgebildet sind. In den Wänden ist eine Ventilanordnung (42, 44) zum Steuern bzw. Einstellen des Knetens des Harzes in der Knetsektion vorgesehen.

Claims

1. Schnecken(typ)-Extruder mit einer oder mehreren, mit Gewinde- bzw. Schneckengängen versehenen Schnecken (12, 13), die in einem Extruderzylinder (10) angeordnet sind, in welchem Ausgangsmaterial erwärmt und geknetet wird, während es aufgrund der Drehung der oder jeder Schnecke zum Extrudieren des Materials längs des Zylinders gefördert wird, wobei der Extruder eine Vorrichtung zum Einstellen des Knetgrads aufweist,

wobei die oder jede Schnecke einen zylindrischen Abschnitt (12a, 13a) eines kleineren Durchmessers als der Schneckengang der Schnecke(n) aufweist,

mit einer um den zylindrischen Abschnitt der oder jeder Schnecke herum angeordneten und den Zylinder in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilenden Sperr- oder Blockierwand (32, 34),

mit mindestens einer (einem) Vebindungsstrecke oder -durchgang (38, 40) zum Verbinden des stromaufseitigen Endes der oder jeder Blockierwand mit dem stromabseitigen Ende und

mit einer in der oder jeder Verbindungsstrecke angeordneten Ventileinheit (42, 44) zum Steuern oder Einstellen der Querschnittsfläche der Verbindungsstrecke (38, 40) zwecks Änderung der Strömung des Materials durch diese und zum Einstellen des Knetgrads des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Verbindungsstrecke im wesentlichen dem Schneckengang ihrer jeweiligen Schnecke folgt.

2. Extruder nach Anspruch 1, wobei der Extruder ein gleichsinnig rotierender Doppelschneckenextruder mit zwei in Bohrungen des Extruderzylinders angeordneten Schnecken (12, 13) ist, die beiden Schnecken in gleicher Richtung rotieren, der zylindrische Abschnitt (12a, 13a) jeder Schnecke (dicht) neben einer Stromabseite einer Knetsektion (16) angeordnet ist, der Extruder eine Blockierwand aufweist, die den zylindrischen Abschnitten jeder Schnecke mit kleinen Spalten oder Zwischenräumen dazwischen gegenüberliegt und so angeordnet ist, daß sie jede der Doppelschneckenbohrungen in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilt, die Blockierwände (32, 34) in Form eines fortlaufenden Wendel- oder Schraubengangs vorliegen, dessen Windungsrichtung so bestimmt ist, daß das Ausgangsmaterial bei der Drehung der Schnecken in Vorwärtsrichtung zu Verbindungsstrecken gefördert wird, die zwischen den Doppel(schnecken)bohrungen in den Blockierwänden angeordnet sind,

wobei eine der Verbindungsstrecken das stromaufseitige Ende der Blockierwand in einer der Doppelschneckenbohrungen mit dem stromabseitigen Ende der Blockierwand in der anderen der Doppelschneckenbohrungen verbindet und die andere Verbindungsstrecke das stromaufseitige Ende der Blockierwand in der anderen Doppelschneckenbohrung mit dem stromabseitigen Ende der Blockierwand in der einen Schneckenbohrung verbindet.

3. Extruder nach Anspruch 1, wobei der Extruder ein gleichsinnig rotierender Doppelschnecken(typ)-Extruder mit zwei Schnecken (12, 13) in Bohrungen im Extruderzylinder ist, die beiden Schnecken in gleicher Richtung bzw. gleichsinnig rotieren, der zylindrische Abschnitt (12a, 13a) jeder Schnecke (dicht) neben einer Stromabseite einer Knetsektion (16) angeordnet ist, der Extruder eine Blockierwand aufweist, die den zylindrischen Abschnitten jeder Schnecke mit kleinen Spalten oder Zwischenräumen dazwischen gegenüberliegt und so angeordnet ist, daß sie jede der Doppelschneckenbohrungen in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilt, die Blockierwände sich über die Gesamtlänge der zylindrischen Abschnitte der Schnecken erstrecken,

(und) wobei die Verbindungsstrecken (38, 40) in den Blockierwänden derart geformt sind, daß eine der Verbindungsstrecken das stromaufseitige Ende der Blockierwand in einer der Doppelschneckenbohrungen mit dem stromabseitigen Ende der Blockierwand der anderen der Doppelschneckenbohrungen verbindet und die andere Verbindungsstrecke das stromaufseitige Ende der Blockierwand in der anderen Doppelschnekkenbohrung mit dem stromabseitigen Ende der Blokkierwand in der einen Schneckenbohrung verbindet.

4. Extruder nach Anspruch 1, wobei der Extruder ein Ein(zel)schneckenextruder ist.

5. Extruder nach Anspruch 4, bei dem die Blockierwand in Form eines fortlaufenden Gewinde- oder Schraubengangs vorliegt, dessen Windungsrichtung so bestimmt ist, daß das Ausgangsmaterial bei der Drehung der Schnecke vorwärtsgefördert wird, der fortlaufende Gewindegang sich umfangsmäßig um die Schnecke über 360º erstreckt, derart, daß seine beiden Endabschnitte, in der Axialrichtung der Schnecke gesehen, einander überlappen, (und) die Ventileinheit zwischen den beiden Endabschnitten des fortlaufenden Gewindegangs angeordnet ist.

6. Extruder nach Anspruch 1, wobei der Extruder ein Doppelschneckenextruder vom gegenläufigen Typ ist, der zwei Schnecken (12, 13) in Bohrungen des Extruderzylinders aufweist, die beiden Schnecken zum Extrudieren des Materials in entgegengesetzten Richtungen rotieren, der zylindrische Abschnitt (12a, 13a) jeder Schnecke (dicht) neben einer Stromabseite der Knetsektion (16) angeordnet ist, der Extruder eine Blockierwand aufweist, die den zylindrischen Abschnitten jeder Schnecke mit kleinen Spalten oder Zwischenräumen dazwischen gegenüberliegt und so angeordnet ist, daß sie jede der Doppelschneckenbohrungen in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilt, (und) der Extruder Verbindungsstrecken zur Verbindung des stromaufseitigen Endes dem Blockierwände mit ihrem stromabseitigen Ende an jeder Seite der Schnecke aufweist.

7. Extruder nach Anspruch 1, wobei der Extruder ein Doppelschneckenextruder des gegenläufigen Typs ist, der zwei Schnecken (12, 13) in Bohrungen des Extruderzylinders aufweist, die beiden Schnecken zum Extrudieren des Materials in entgegengesetzten Richtungen rotieren, der zylindrische Abschnitt (12a, 13a) jeder Schnecke (dicht) neben einer Stromabseite der Knetsektion (16) angeordnet ist, der Extruder eine Blockierwand aufweist, die den zylindrischen Abschnitten jeder Schnecke mit kleinen Spalter oder Zwischenräumen dazwischen gegenüberliegt und so angeordnet ist, daß sie jede der Doppelschneckenbohrungen in stromauf- und stromabseitige Enden unterteilt, (und) der Extruder Verbindungsstrecken zur Verbindung des stromaufseitigen Endes dein Blockierwände mit ihrem stromabseitigen Ende nur an einer Seite der beiden Schnecken aufweist.