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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einbringung von empfindlichen, insbe- sondere gegen Scherung bzw Knetung empfindlichen, Additiven in thermoplastisches Kunststoff- material, mit einer Plastifizierzone, in welcher eine in einer Gehäusezone gelagerte Plastifizier- schnecke zur Überfuhrung des Kunststoffmateriales in den plastifizierten Zustand vorhanden ist, welche Plastifizierschnecke das plastifizierte Kunststoffmatenal zu einem Schneckenabschnitt einer Entspannungszone fördert, in welcher zumindest ein Additiv dem plastifizierten Kunststoff- matenal über zumindest eine Leitung zugeführt und mit dem plastifizierten Kunststoffmaterial mittels einer Schnecke vermischt wird.
Die bisher üblichen Vorgangsweisen bei der Einbringung von Additiven in plastifiziertes ther- moplastisches Kunststoffmaterial sahen vor, die Additive in der Anfangszone eines Extruders dem plastifizierten Material zuzuführen oder das Additiv mittels einer Mischschnecke in einem Tnchter mit dem Kunststoffmaterial zu vermengen. Es ist auch bekannt, Glasfasern, welche ein besonders heikles Additiv darstellen, in einer Entspannungszone eines Extruders in das plastifizierte Kuns - stoffmatenal einzubringen und mittels einer Schnecke mit diesem Material zu vermengen
Es hat sich gezeigt, dass, insbesondere gegen Scherung und Knetung, empfindliche Additive bei diesen bekannten Vorgangsweisen erheblich leiden.
Dies gilt insbesondere fur Glasfasern, welche einer starken Brechgefahr unterliegen Je mehr die Glasfasern bei ihrer Einbnngung in das Kunststoffmaterial gebrochen werden, desto stärker wird der Elastizitätsmodul des glasfaserver- stärkten Kunststoffmateriales herabgesetzt Untersuchungen haben z.B. gezeigt, dass Glasfasern, deren Länge vor der Einbringung in das Kunststoffmaterial 4 bis 5 mm betrug, in ihrer Länge bei den bekannten Vorgangsweisen auf etwa 1/10 bis 1/15 reduziert wurden.
Weiters hat es sich gezeigt, dass die Benetzung zahlreicher Additive, insbesondere von Glasfasern, durch das plastifizierte Material unbefriedigend war, sodass die Ummantelung der Additive, insbesondere bei Glasfasern, durch den Kunststoff nicht einwandfrei gegeben war
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zumindest zu verringern, wenn nicht zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass die in das Kunststoffmaterial eingebrachten Additive, insbesondere solche, die gegen Scherung bzw Kne- tung empfindlich sind, z.B. Glasfasern, weniger oder nicht geschädigt hingegen durch das Kunst- stoffmaterial besser ummantelt werden.
Die Erfindung lost diese Aufgabe dadurch, dass zwischen der Plastifizierzone und der Entspannungszone ein mit der Plastifizierschnecke drehschlüssig ver- bundener Staukörper in einer Stauzone vorhanden ist, der den Strom des über ihn strömenden plastifizierten Kunststoffmateriales begrenzt und dass, gesehen in Transportrichtung des Kunst- stoffmateriales, vor diesem Staukörper zumindest ein Kanal für plastifiziertes Kunststoffmatenal abzweigt, der den Staukörper umgeht und nach der Mündungsstelle der Leitung fur das Additiv in die Entspannungszone oder in einen darunterliegenden Gehäuseabschnitt mündet Auf diese Weise wird der Gesamtdurchsatz der Plastifizierschnecke aufgeteilt. Ein Teil wird uber den Staukörper gefuhrt und durch die durch ihn hervorgerufene Scherung und erforderlichenfalls eine externe Zusatzheizung, z. B.
Widerstandsheizkorper um das Gehäuse, auf eine höhere Temperatur gebracht als das von der Plastifizierschnecke angelieferte Material. In diesen auf eine höhere Temperatur gebrachten und daher entsprechend niedrigviskosen Materialteil werden das Additiv oder die Additive eingebracht, was eine bessere Benetzung der Additive, insbesondere der Fasern, z. B Glasfasern, und eine raschere Durchtränkung des Fasermateriales zur Folge hat. Mit dieser Vormischung wird dann der Restteil des Gesamtdurchsatzes der Plastifizierschnecke wieder zusammengeführt und vermischt Durch die erwähnte Vorbehandlung ist diese Einmischung des hochviskosen Schmeizeteiles mit dem additivhaltigen Vorgemisch einfacher.
Die thermische Schädigung des Kunststoffmateriales, welches durch den Einfluss des Staukörpers bzw die Zusatz- heizung hervorgerufen wird, ist in solchen Grenzen zu halten, dass der Vorteil der Schonung der Additive, insbesondere der besseren Benetzung und Faserlängeerhaltung und der damit verbun- dene Festigkeitsgewinn des faserverstärkten Kunststoffmateriales überwiegt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Staukörper eine Stauschnek- ke, deren Gangtiefe und/oder Gangsteigung geringer ist als jene der Plastifizierschnecke Diese Stauschnecke bringt auf einfache Weise durch ihre flache Geometrie das Kunststoffmaterial auf die gewünschte höhere Temperatur, die höher liegt als jene des über den Umgehungskanal geführten Kunststoffmatenales Zweckmässig hat hiebei erfindungsgemäss die Stauschnecke dieselbe Richtung ihrer Gänge wie die Plastifizierschnecke, hat also kein Rückfördergewinde Dadurch
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wird das von dieser Stauschnecke einer hohen Scherung unterworfene Kunststoffmaterial in Rich- tung zur Entspannungszone gefördert,
sodass der Scherungseinfluss nur kurzzeitig ist und dadurch Schädigungen des Kunststoffmateriales in akzeptablen Grenzen gehalten werden
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist die Gangtiefe zumindest eines Teiles des Schneckenabschnittes der Entspannungszone grösser als die Gangtiefe der Plastifizierschnecke, um der das Additiv enthaltenden niedrigviskosen Mischung ausreichend Gelegenheit zu geben, sich mit dem über die, Bypässe bildenden, Kanäle zugeführten hochviskosen Kunststoffmasse innig zu vermengen.
Im Rahmen der Erfindung ist es sinnvoll, im Bereich der Einmündung der Leitung für das Additiv einen im Vergleich zur nachfolgenden Entspannungszone mehrgängigen Schneckenab- schnitt anzuordnen, um eine bessere Ausgangsverteilung der Additivstoffe zu erzielen. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung zweckmässig, auf die Entspannungszone einen Schneckenabschnitt folgen zu lassen, dessen Gangtiefe geringer ist als jene in der Entspannungszone. Auf diese Wei- se wird die Vermischung der beiden Teilströme wieder in ähnlicher Weise, wie dies in einem Extru- der der Fall ist, einer höheren Scherung unterworfen, welche jedoch geringer ist als jene, welche durch den Staukörper hervorgerufen wird, dennoch aber einen Zustand des aus der Vorrichtung austretenden Materialgemisches erzielt, der z.
B. für eine Extrusion bzw. eine Einbringung des mit den Additiven versehenen Kunststoffmatenales in Formen erleichtert.
Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt und aus Gründen einer übersichtlichen Bauweise ist es zweckmässig, die Plastifizierschnecke, den Staukörper, den Schneckenabschnitt der Entspan- nungszone und vorzugsweise auch den auf die Entspannungszone folgenden Schneckenabschnitt koaxial anzuordnen und mit einem gemeinsamen Antrieb zu versehen. Hiebei ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform die Anordnung so getroffen, dass die zuvor erwähnten Bauteile ein gemeinsames Gehäuse haben, das einen konstanten Innendurchmesser hat.
Für die Zuführung der Additive empfiehlt sich im Rahmen der Erfindung ein in der das Additiv zuführenden Leitung vorgesehenes Stopf- und Dosierelement, z. B. eine Schnecke, insbesondere eine gleichlaufende Doppelschnecke, welche das Additiv in die Entspannungszone eindrückt, um eine verlässliche Zuführung des Additives zu erzielen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Einbringung zumindest eines empfindlichen, insbeson- dere gegen Scherung bzw. Knetung empfindlichen Additives in thermoplastisches Kunststoff- material, bei welchem das Kunststoffmaterial in den plastifizierten Zustand übergeführt und danach entspannen gelassen wird, wobei das Additiv in das sich entspannende Kunststoffmaterial einge- bracht und damit vermischt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das plastifizierte Kunststoff- material auf zwei Wege aufgeteilt wird, wobei auf dem ersten Weg das Kunststoffmaterial auf eine höhere Temperatur als bei seiner bisherigen Plastifizierung gebracht wird und in dieses stärker erwärmte Kunststoffmaterial das Additiv eingebracht wird, und dass das auf dem zweiten Weg geführte,
plastifizierte Kunststoffmaterial mit dem das Additiv enthaltenden Kunststoffmaterialteil nach der Einbringung des Additivs vereint und gemischt wird. Während sich für den ersten Weg ein einziger, über den Staukörper geführter Gehäuseabschnitt empfiehlt, kann der zweite Weg von einem oder mehreren Kanälen gebildet sein, über welche das höherviskose Kunststoffmaterial geführt ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführung dieses Verfahrens ist die Menge des auf dem ersten Weg geführten Kunststoffmateriales geringer als die Menge des auf dem zweiten Weg geführten Kunststoffmateriales. Dadurch bleibt der Einfluss der thermischen Schädigung des Kunststoffma- teriales gering. Im Sinne der Erfindung ist es zweckmässig, die höhere Temperatur des auf dem ersten Weg geführten Kunststoffmateriales durch Einwirkung einer starken Scherung und erfor- derlichenfalls durch zusätzliche Erwärmung von aussen zu erzielen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch dargestellt.
Fig 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung im Horizontal- schnitt. Fig. 2 zeigt in einem Schnitt ähnlich Fig. 1 eine Ausführungsvariante. Fig. 3 zeigt im Vertikalschnitt eine weitere Ausführungsvariante für ein Detail.
Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 wird das zu verarbeitende thermoplastische Kunst- stoffgut, z.B. in Form von Säcken, Folienresten, Flaschen usw. über ein Förderband 1 von oben in einen Zerreisser 2 eingefüllt. Der Zerreisser 2 hat einen topfförmigen Aufnahmebehälter 3, in dessen
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Bodenbereich Werkzeuge 4 um die vertikale Behälterachse umlaufen.
Diese Werkzeuge 4 zerklei- nern und/oder mischen und/oder erwärmen das eingebrachte Kunststoffgut und drucken es in eine in der Seitenwand des Aufnahmebehälters 3 angeordnete Öffnung 5 Diese Eindruckung des aufbereiteten Kunststoffmateriales in die Öffnung 5 wird einerseits durch auf das Material aufge- brachte Fliehkraftwirkung hervorgerufen, sie wird aber auch dadurch unterstutzt, dass die Arbeits- kanten der, insbesondere von Messern gebildeten, Werkzeuge 4 entgegen der Umlaufrichtung (Pfeile 6) zurückversetzt sind, sodass sich eine spachtelartige Eindrückung des Kunststoffmate- riales in die Öffnung 5 ergibt Die Öffnung 5 bildet zugleich die Einzugsöffnung einer Plastifizier- zone 48,
in welcher eine Plastifizierschnecke 8 in einem Gehäuse 7 drehbar gelagert ist Der Kern 9 dieser Schnecke wird über eine Welle 10 von einem Antrieb 11, insbesondere einem Motor mit Getriebe, angetrieben. Das in die Plastifizierzone 48 eingebrachte Kunststoffmaterial wird in Richtung des Pfeiles 12 durch die Schnecke 8 mitgenommen und allmählich in einen plastifizierten Zustand übergeführt. Dies wird dadurch begünstigt, dass sich der Kerndurchmesser der Schnecke 8 in Transportrichtung vergrössert, sodass der auf das Kunststoffmaterial ausgeübte Druck bzw die ausgeübte Scherung allmählich zunehmen.
Das so in einen hochviskosen Zustand übergeführte plastifizierte Material wird an der Stelle 13 in zwei Teile unterteilt Der erste, volumenmässig kleinere Teil strömt über einen als Schnecke ausgebildeten Staukörper 14, der in einer Gehäuse- zone 15 drehbar gelagert und mit der Plastifizierschnecke 8 drehschlüssig verbunden ist. Der andere, grössere Teile des von der Plastifizierschnecke 8 angelieferten plastifizierten Materiales gelangt in zwei an die Gehäusezone 7 angeschlossene Kanäle 16, in denen das plastifizierte Material somit in Richtung der Pfeile 17 strömt.
Die Kanäle 16 umgehen den Staukörper 14 und führen erst nach diesem (gesehen in Transportrichtung des Kunststoffmateriales) das Kunststoff- material wieder mit dem über den Staukörper 14 geführten Materialteil an der Stelle 18 zusammen An dieser Stelle sind die Kanäle 16 an eine Gehäusezone 19 angeschlossen, in welcher eine mit dem Staukörper 14 drehschlüssig verbundene Schnecke 20 drehbar gelagert ist, deren Kern 21 sich in Transportrichtung (Pfeil 22) des Kunststoffmateriales allmählich verringert, sodass die Gehäusezone 19 eine Entspannungszone 49 für das Kunststoffmaterial bildet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat die den Staukörper 14 bildende Schnecke eine Gangsteigung, die geringer ist als jene der Plastifizierschnecke 8. Alternativ oder zusätzlich hiezu kann die Gangtiefe der den Staukörper 14 bildenden Schnecke geringer sein als die geringste Gangtiefe der Plastifizierschnecke 8. Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass nur ein gewünschter Bruchteil des Gesamtdurchsatzes der Plastifizierschnecke 8 den Staukörper 14 passieren kann. Anderseits bewirkt die beschriebene flache Geometne der den Staukörper 14 bildenden Schnecke, dass das Kunststoffmaterial in der Gehäusezone 15 auf eine gewünschte höhere Temperatur gebracht wird, als dieses Material in den übrigen Zonen der Vorrichtung hat.
Diese höhere Temperatur wird durch die hohe Scherung und erforderlichenfalls durch eine Zusatzheizung 51, z B. mit Widerstands- heizkörpern, erreicht, der dieses Material in der Gehäusezone 15 unterworfen ist Die Stei- gungsrichtung der Gänge der Stauschnecke 14 ist jedoch so gerichtet, wie die Steigungsrichtung der Plastifizierschnecke 8, sodass also auch die Stauschnecke 14 das Material in Richtung des Pfeiles 22 transportiert. Damit wird gewährleistet, dass der Volumenstrom in der Stauzone 50 konstant gehalten wird. Die thermische Schädigung des Kunststoffmatenales, weiche durch die erhöhte Temperatur in der Gehäusezone 15 auftritt, bleibt daher gering und kann bei sinnvollem Betrieb in vorbestimmten Grenzen gehalten werden.
Das von der Stauschnecke 14 und gegebenenfalls der Zusatzheizung 51 auf die höhere Temperatur gebrachte Kunststoffmaterial ist somit flüssiger bzw niedrigviskoser als das von der Plastifizierschnecke 8 angelieferte Material Dieses niedrigviskose Material gelangt aus der Gehäusezone 15 in die Entspannungszone 49 und wird dort mit dem Additiv bzw den Additiven zusammengeführt, welche über eine Leitung 24 in die Entspannungszone 49 eingebracht werden
Die Leitung 24 ist seitlich an die Gehäusezone 19 der Entspannungszone 49 angeschlossen und bildet ein Gehäuse, in welchem ein Stopf- und Dosierelement, insbesondere eine gleichlaufende
Doppelschnecke 23 (zwei parallel zueinander angeordnete Schnecken, die in gleicher Richtung angetrieben sind) vorgesehen ist Der Antrieb dieses Stopf- und Dosierelementes erfolgt durch einen Motor 25 mit Getriebe 26.
Durch eine Drehzahlregelung lässt sich eine Dosierung der einzu- bringenden Additive erreichen. Das von der Doppelschnecke 23 einzubringende Additivmatenal wird von einer Zufuhreinrichtung 27, z. B. einem Tnchter, in die Leitung 24 eingebracht Die
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Doppelschnecke 23 transportiert dieses Material in Richtung des Pfeiles 28 und druckt bzw. stopft es an der Mündungsstelle 29 der Leitung 24 in die Gehäusezone 19 ein. Diese Mündungsstelle 29 liegt, wie Fig. 1 zeigt, in Richtung des Pfeiles 22 (Transportrichtung des Kunststoffmateriales) gesehen, vor der Stelle 18, an welcher der über die, Bypässe bildenden, Kanäle 16 geführte, abgezweigte Materialstrom wieder zurückgeführt wird.
An dieser Eindrückstelle 29 bildet die Schnecke 20 mit ihrem sich dort verringernden Kern 21 bereits eine Entspannungszone, was die innige Vermischung des zugeführten Additives mit dem aus der Gehäusezone 15 kommenden, niedrigviskosen Kunststoffmaterial begünstigt. Dieses verflüssigte Matenal benetzt die eingebrach- ten Additive innig bzw. es ergibt sich eine rasche Durchtränkung von Fasermatenal. Die Ausgangs- verteilung der Zuschlagstoffe bildenden Additive kann dadurch verbessert werden, dass im Bereich der Eindrückstelle 29 die Schnecke 20 der Entspannungszone 49 mehrgängig ist. Dieser mehr- gängige Abschnitt der Schnecke 20 reicht bis etwa zur Stelle 18, an welcher die Umgehungskanäle 16 in die Gehäusezone 19 münden.
Von dort weg hat die Schnecke 20 der Entspannungszone 49 etwa dieselbe Gangsteigung wie die Plastifizierschnecke 8, hat jedoch zur Entspannung des von Ihr geführten Kunststoffmateriales einen verringerten Durchmesser des Kernes 21. In dem der Stelle 18 in Richtung des Pfeiles 22 folgenden Gehäuseabschnitt hat daher die niedrigviskose Kunststoffmenge, welcher die Additive (Verstärkungsfasern und/oder Füllstoffe) beigemischt sind, ausreichend Zeit und Raum, sich mit dem von den Bypass-Kanälen 16 zugeführten hochviskosen Kunststoffstrom zu vermischen. Die erwähnte Vorbehandlung erleichtert die Mischung des von den Kanälen 16 geführten Hauptstromes (hochviskose Schmelze) mit dem additivhaltigen Vorgemisch.
Es ist zweckmässig, in der von der Gehäusezone 19 gebildeten Entspannungszone 49 Entlüf- tungsöffnungen 30 anzubringen, durch welche eine Entgasung des in der Gehäusezone 19 strö- menden Materiales erreicht werden kann
Im Anschluss an die Gehäusezone 19 gelangt das die Additive enthaltende Kunststoffmatenal in eine weitere Gehäusezone 31, in welcher ein Schneckenabschnitt 32 gelagert ist, dessen Kern- durchmesser sich wieder auf einen Wert vergrössert, welcher kleiner ist als der grösste Kerndurch- messer der Plastifizierschnecke 8. Auf diese Weise wird das Kunststoffmaterial in der Gehäuse- zone 31 wieder unter höheren Druck gesetzt und schliesslich durch eine Austragsöffnung 33 in Richtung des Pfeiles 34 ausgestossen.
An diese Öffnung 33 kann eine beliebige Einrichtung zur Weiterverarbeitung des die Additive enthaltenden Kunststoffmateriales angeschlossen sein, z.B. eine Granuliervorrichtung oder eine Vorrichtung zur Einbringung des Kunststoffmateriales in For- men usw.
Der Staukörper 14 muss nicht von eher Stauschnecke gebildet sein Beispielsweise ist es mög- lich, den Staukörper 14 von einer oder mehreren Stauscheiben zu bilden. Im Falle einer Stau- schnecke muss diese nicht einteilig sein, es ist z.B. möglich, den Staukörper 14 durch mehrere hintereinandergeschaltete Schneckenabschnitte zu bilden, deren Ganggeometrien untereinander unterschiedlich sein können.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, haben die Gehäusezonen 7,15, 19 und 31 durchwegs gleichen Aussen- und Innendurchmesser. Dies erleichtert die Herstellung des Gesamtgehäuses wesentlich.
Da auch die Schnecken 8,14, 20 und 32 alle miteinander drehschlüssig verbunden sind, ist nur ein einziger Antrieb 11 erforderlich. Zwecks leichterer Herstellung empfiehlt es sich jedoch, die ein- zelnen Schneckenabschnitte getrennt herzustellen und untereinander drehschlüssig in bekannter Weise zu verbinden.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, dass das von der Plastifizierschnecke 8 plastifizierte Kunststoffmaterial einer Filterung unterworfen wird, bevor es entgast und dann dem Staukörper 14 bzw. den Bypass-Kanälen 16 zugeführt wird. Hiezu ist an die Plastifizierschnecke 8 eine Dichtschnecke 35 drehschlüssig angeschlossen, deren Schneckengänge eine zur Plastifizierschnecke 8 entgegengesetzte Steigungsrichtung haben und somit ein Rückfördergewinde bilden. Dadurch wird das von der Plastifizierschnecke 8 in Richtung des Pfeiles 12 angelieferte Material gezwungen, in einen Kanal 36 in Richtung des Pfeiles 37 einzuströmen, welcher Kanal 36 zu einer Filtereinrichtung 38 führt, aus welcher das gefilterte Material über einen Kanal 39 in Richtung des Pfeiles 40 wieder in einen zusätzlichen Gehäuse- abschnitt 41 zurückströmt.
Die Filtereinrichtung 38 ist zweckmässig als Tandemfilter ausgebildet, wobei zwei Filter einander parallel geschaltet sind und im Normalbetneb zugleich vom zu reini- genden Kunststoffmaterial angeströmt werden. Sobald sich eine Verschmutzung zeigt, kann der
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Materialzustrom zu einem Filter abgesperrt und dieses Filter in eine Reinigungsstellung gebracht bzw. rückgespült werden, während das andere Filter normal weiterarbeitet.
Im Gehäuseabschnitt 41 ist durch einen verringerten Durchmesser des Kernes 42 der in ihm gelagerten Schnecke 43 eine weitere Entspannungszone 52 gebildet, welche zugleich als Ent- gasungszone ausgebildet ist, sodass also die Entlüftungsöffnungen 30 hier angeordnet sind Falls gewünscht, können jedoch Entgasungsöffnungen auch im dem Staukörper 14 folgenden Gehäuse- abschnitt 19 vorgesehen sein
An die die Entspannungszone bildende Schnecke 43 schliesst sich jedoch wieder ein Schneckenabschnitt 44 an, der im Vergleich zur Schnecke 43 der Entspannungszone 52 einen vergrösserten Kerndurchmesser aufweist, um den nötigen Massedruck zur Überwindung der Kanäle 16 zu gewährleisten.
Wie Fig 3 zeigt, kann bei der Verarbeitung von rieselfähigem Kunststoffmatenal auch ein Tnchter 45 für die Zufuhr dieses Matenales in Richtung des Pfeiles 46 von oben in die Öffnung 5 der Gehäusezone 7 vorgesehen sein Dies kann dadurch unterstützt werden, dass im Tnchter 45 eine Eindrückschnecke oder ein anderes Eindrückwerkzeug vorhanden ist
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Vorrichtung zur Einbnngung von empfindlichen, insbesondere gegen Scherung bzw
Knetung empfindlichen, Additiven in thermoplastisches Kunststoffmaterial, mit einer Plasti- fizierzone, in welcher eine in einem Gehäuse gelagerte Plastifizierschnecke zur Über- führung des Kunststoffmatenales in den plastifizierten Zustand vorhanden ist, welche
Plastifizierschnecke das plastifizierte Kunststoffmaterial zu einem Schneckenabschnitt einer Entspannungszone fordert, in welcher zumindest ein Additiv dem plastifizierten Kunststoffmaterial über zumindest eine Leitung zugeführt und mit dem plastifizierten
Kunststoffmaterial mittels einer Schnecke vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Plastifizierzone (48) und der Entspannungszone (49) ein mit der Plastifi- zierschnecke (8) drehschlüssig verbundene Staukörper (14)
in einer Stauzone (50) vorhanden ist, der den Strom des über ihn strömenden plastifizierten Kunststoffmateriales begrenzt, und dass, gesehen in Transportrichtung des Kunststoffmateriales, vor diesem
Staukorper (14) zumindest ein Kanal (16) für plastifiziertes Kunststoffmaterial abzweigt, der den Staukörper (14) umgeht und nach der Mündungsstelle (29) der Leitung (24) für das Additiv in die Entspannungszone (49) oder in eine dahinterliegende Zone (31) mündet.
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The invention relates to a device for introducing sensitive additives, in particular those sensitive to shear or kneading, into thermoplastic material, with a plasticizing zone in which a plasticizing screw mounted in a housing zone for transferring the plastic material into the plasticized state there is which plasticizing screw conveys the plasticized plastic material to a screw section of a relaxation zone in which at least one additive is fed to the plasticized plastic material via at least one line and mixed with the plasticized plastic material by means of a screw.
The previously usual procedures for the introduction of additives into plasticized thermoplastic material provided for the additives to be added to the plasticized material in the starting zone of an extruder or for the additive to be mixed with the plastic material in a daughter using a mixing screw. It is also known to introduce glass fibers, which are a particularly sensitive additive, into the relaxation zone of an extruder into the plasticized plastic material and to mix them with this material by means of a screw
It has been shown that sensitive additives, particularly against shear and kneading, suffer considerably in these known processes.
This applies in particular to glass fibers, which are subject to a high risk of breakage. The more the glass fibers are broken when they are bound into the plastic material, the more the elastic modulus of the glass fiber-reinforced plastic material is reduced. showed that glass fibers, the length of which was 4 to 5 mm before being introduced into the plastic material, were reduced in length in the known procedures to about 1/10 to 1/15.
Furthermore, it has been shown that the wetting of numerous additives, in particular glass fibers, by the plasticized material was unsatisfactory, so that the coating of the additives, in particular in the case of glass fibers, by the plastic was not given properly
The object of the invention is to at least reduce, if not to avoid, these disadvantages and to improve a device of the type described at the outset in such a way that the additives introduced into the plastic material, in particular those which are sensitive to shear or kinking, e.g. Glass fibers, on the other hand, are less or not damaged by the plastic material.
The invention achieves this object in that between the plasticizing zone and the relaxation zone there is a baffle body which is connected to the plasticizing screw in a rotationally locking manner and which limits the flow of the plasticized plastic material flowing over it and that, viewed in the direction of transport of the plastic material, in front of this bluff body at least one duct for plasticized plastic material branches off, which bypasses the bluff body and opens into the relaxation zone or into an underlying housing section after the mouth of the line for the additive. In this way, the total throughput of the plasticizing screw is divided. A part is passed over the bluff body and through the shear caused by it and, if necessary, an external additional heating, e.g. B.
Resistance heater around the housing, brought to a higher temperature than the material supplied by the plasticizing screw. In this brought to a higher temperature and therefore correspondingly low viscosity material part, the additive or additives are introduced, which better wetting of the additives, especially the fibers, for. B glass fibers, and faster impregnation of the fiber material results. With this premixing, the remaining part of the total throughput of the plasticizing screw is then brought together again and mixed. The aforementioned pretreatment makes it easier to mix in the highly viscous melted part with the premix containing additives.
The thermal damage to the plastic material, which is caused by the influence of the bluff body or the additional heating, must be kept within such limits that the advantage of protecting the additives, in particular better wetting and fiber length maintenance, and the associated gain in strength of the fiber-reinforced material Plastic material predominates.
According to a preferred embodiment of the invention, the bluff body is a damming screw, the flight depth and / or pitch of which is less than that of the plasticizing screw. Due to its flat geometry, this damming screw simply brings the plastic material to the desired higher temperature, which is higher than that of the According to the invention, the pusher screw expediently has the same direction of its threads as the plasticizing screw, and therefore has no return thread
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the plastic material subjected to high shear by this pusher screw is conveyed in the direction of the relaxation zone,
so that the shear influence is only brief and damage to the plastic material is kept within acceptable limits
According to a further development of the invention, the flight depth of at least a part of the screw section of the expansion zone is greater than the flight depth of the plasticizing screw in order to give the additive-containing low-viscosity mixture sufficient opportunity to intimately mix with the high-viscosity plastic compound supplied via the bypass-forming channels .
In the context of the invention, it makes sense to arrange a screw section in the region of the opening of the line for the additive in order to achieve a better initial distribution of the additive substances compared to the subsequent relaxation zone. Furthermore, it is expedient within the scope of the invention to have a screw section follow the relaxation zone, the flight depth of which is less than that in the relaxation zone. In this way, the mixing of the two partial flows is again subjected to a higher shear in a manner similar to that in an extruder, which is, however, less than that which is caused by the bluff body, but nevertheless a condition of the material mixture emerging from the device achieved the z.
B. for an extrusion or an introduction of the plastic material provided with the additives in molds.
For economic reasons and for reasons of a clear construction, it is advisable to arrange the plasticizing screw, the bluff body, the screw section of the relaxation zone and preferably also the screw section following the relaxation zone coaxially and to provide it with a common drive. According to a preferred embodiment, the arrangement is such that the aforementioned components have a common housing that has a constant inner diameter.
For the supply of the additives is recommended within the scope of the invention, a stuffing and dosing element provided in the line supplying the additive, for. B. a screw, in particular a co-rotating twin screw, which presses the additive into the relaxation zone in order to achieve a reliable supply of the additive.
The method according to the invention for introducing at least one sensitive additive, particularly one which is sensitive to shear or kneading, into thermoplastic material, in which the plastic material is converted into the plasticized state and then allowed to relax, the additive being incorporated into the relaxing plastic material. is brought and mixed with it, is characterized in that the plasticized plastic material is divided into two ways, whereby the plastic material is brought to a higher temperature than in its previous plastication and the additive is introduced into this more heated plastic material , and that that led to the second way,
plasticized plastic material is combined and mixed with the plastic material part containing the additive after the introduction of the additive. While a single housing section guided over the bluff body is recommended for the first route, the second route can be formed by one or more channels through which the higher-viscosity plastic material is guided.
According to a preferred embodiment of this method, the amount of plastic material carried in the first way is less than the amount of plastic material carried in the second way. As a result, the influence of the thermal damage to the plastic material remains minimal. In the sense of the invention, it is expedient to achieve the higher temperature of the plastic material guided in the first way by the action of strong shear and, if necessary, by additional heating from the outside.
Exemplary embodiments of the device according to the invention are shown schematically in the drawing.
1 shows a first exemplary embodiment of the device according to the invention in horizontal section. Fig. 2 shows in a section similar to Fig. 1 an embodiment. 3 shows a further embodiment variant for a detail in vertical section.
In the embodiment according to FIG. 1, the thermoplastic material to be processed, e.g. in the form of sacks, film remnants, bottles, etc. from above into a tearer 2 via a conveyor belt 1. The ripper 2 has a cup-shaped receptacle 3, in the
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Bottom area of tools 4 revolve around the vertical axis of the container.
These tools 4 comminute and / or mix and / or heat the introduced plastic material and print it into an opening 5 arranged in the side wall of the receptacle 3. This impression of the processed plastic material in the opening 5 is caused on the one hand by the centrifugal force applied to the material It is also supported by the fact that the working edges of the tools 4, in particular those formed by knives, are set back against the direction of rotation (arrows 6), so that the plastic material is pressed into the opening 5 in a spatula-like manner. The opening 5 at the same time forms the feed opening of a plasticizing zone 48,
in which a plasticizing screw 8 is rotatably mounted in a housing 7. The core 9 of this screw is driven by a drive 11, in particular a motor with a gear, via a shaft 10. The plastic material introduced into the plasticizing zone 48 is carried along in the direction of arrow 12 by the screw 8 and gradually brought into a plasticized state. This is favored by the fact that the core diameter of the screw 8 increases in the direction of transport, so that the pressure or shear force exerted on the plastic material gradually increases.
The plasticized material thus converted into a highly viscous state is divided into two parts at point 13. The first, smaller volume part flows over a bluff body 14 designed as a screw, which is rotatably mounted in a housing zone 15 and is connected to the plasticizing screw 8 in a rotationally locking manner . The other, larger part of the plasticized material supplied by the plasticizing screw 8 reaches two channels 16 connected to the housing zone 7, in which the plasticized material thus flows in the direction of the arrows 17.
The channels 16 bypass the bluff body 14 and only after this (seen in the transport direction of the plastic material) guide the plastic material back together with the material part guided over the bluff body 14 at the point 18. At this point, the channels 16 are connected to a housing zone 19, in which a worm 20 rotatably connected to the bluff body 14 is rotatably mounted, the core 21 of which gradually decreases in the transport direction (arrow 22) of the plastic material, so that the housing zone 19 forms a relaxation zone 49 for the plastic material.
As can be seen from FIG. 1, the screw forming the bluff body 14 has a pitch that is less than that of the plasticizing screw 8. As an alternative or in addition to this, the flight depth of the screw forming the bluff body 14 can be less than the lowest flight depth of the plasticizing screw 8. As a result on the one hand, it is ensured that only a desired fraction of the total throughput of the plasticizing screw 8 can pass through the bluff body 14. On the other hand, the described flat geometry of the screw forming the bluff body 14 causes the plastic material in the housing zone 15 to be brought to a desired higher temperature than this material has in the other zones of the device.
This higher temperature is achieved by the high shear and, if necessary, by an additional heater 51, for example with resistance radiators, to which this material in the housing zone 15 is subjected. However, the direction of inclination of the flights of the pusher screw 14 is as directed as that Direction of slope of the plasticizing screw 8, so that the pusher screw 14 also transports the material in the direction of the arrow 22. This ensures that the volume flow in the storage zone 50 is kept constant. The thermal damage to the plastic material, which occurs due to the elevated temperature in the housing zone 15, therefore remains low and can be kept within predetermined limits if it is used properly.
The plastic material brought to the higher temperature by the accumulation screw 14 and possibly the auxiliary heater 51 is therefore more liquid or less viscous than the material supplied by the plasticizing screw 8. This low-viscosity material passes from the housing zone 15 into the relaxation zone 49 and is there with the additive or additives brought together, which are introduced via a line 24 into the relaxation zone 49
The line 24 is laterally connected to the housing zone 19 of the expansion zone 49 and forms a housing in which a stuffing and dosing element, in particular a synchronous one
Double screw 23 (two screws arranged parallel to one another, which are driven in the same direction) is provided. This stuffing and metering element is driven by a motor 25 with a gear 26.
Dosing of the additives to be introduced can be achieved by means of a speed control. The additive material to be introduced by the twin screw 23 is fed by a feed device 27, e.g. B. a daughter, introduced into line 24
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Twin screw 23 transports this material in the direction of arrow 28 and presses or stuffs it into the housing zone 19 at the mouth 29 of the line 24. 1, seen in the direction of arrow 22 (transport direction of the plastic material), in front of the point 18, at which the branched-off material flow guided over the bypass-forming channels 16 is returned.
At this indentation point 29, the screw 20 with its core 21, which decreases there, already forms a relaxation zone, which favors the intimate mixing of the additive with the low-viscosity plastic material coming from the housing zone 15. This liquefied material wets the added additives intimately or there is a rapid impregnation of fiber material. The initial distribution of the additives forming additives can be improved in that the worm 20 of the relaxation zone 49 has multiple threads in the region of the indentation point 29. This multi-start section of the screw 20 extends approximately to the point 18 at which the bypass channels 16 open into the housing zone 19.
From there, the screw 20 of the relaxation zone 49 has approximately the same pitch as the plasticizing screw 8, but has a reduced diameter of the core 21 for relaxing the plastic material it guides. In the housing section following the point 18 in the direction of the arrow 22, therefore, has the low-viscosity The amount of plastic to which the additives (reinforcing fibers and / or fillers) are mixed, sufficient time and space to mix with the highly viscous plastic stream supplied by the bypass channels 16. The pretreatment mentioned facilitates the mixing of the main stream (highly viscous melt) carried by the channels 16 with the additive-containing premix.
It is expedient to provide ventilation openings 30 in the relaxation zone 49 formed by the housing zone 19, through which venting of the material flowing in the housing zone 19 can be achieved
Following the housing zone 19, the plastic material containing the additives arrives in a further housing zone 31, in which a screw section 32 is mounted, the core diameter of which increases again to a value which is smaller than the largest core diameter of the plasticizing screw 8. In this way, the plastic material in the housing zone 31 is again put under higher pressure and finally ejected through a discharge opening 33 in the direction of the arrow 34.
Any device for further processing of the plastic material containing the additives can be connected to this opening 33, e.g. a granulating device or a device for introducing the plastic material into molds etc.
The bluff body 14 does not have to be formed by a damming screw, for example, it is possible to form the bluff body 14 by one or more baffle plates. In the case of an accumulation screw, this does not have to be in one piece, e.g. possible to form the bluff body 14 by a plurality of screw sections connected in series, the course geometries of which may differ from one another.
As can be seen from FIG. 1, the housing zones 7, 15, 19 and 31 have the same outside and inside diameters throughout. This significantly simplifies the manufacture of the entire housing.
Since the screws 8, 14, 20 and 32 are all connected to one another in a rotationally locking manner, only a single drive 11 is required. However, for ease of manufacture, it is advisable to manufacture the individual screw sections separately and to connect them to one another in a known manner in a rotationally locking manner.
The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the plastic material plasticized by the plasticizing screw 8 is subjected to filtering before it is degassed and then fed to the bluff body 14 or the bypass channels 16. For this purpose, a sealing screw 35 is connected to the plasticizing screw 8 in a rotationally locking manner, the screw flights of which have a direction of inclination opposite to the plasticizing screw 8 and thus form a return thread. As a result, the material supplied by the plasticizing screw 8 in the direction of arrow 12 is forced to flow into a channel 36 in the direction of arrow 37, which channel 36 leads to a filter device 38, from which the filtered material is channeled in the direction of arrow 40 flows back into an additional housing section 41.
The filter device 38 is expediently designed as a tandem filter, two filters being connected in parallel and, in normal operation, the plastic material to be cleaned flows against them at the same time. As soon as contamination appears, the
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Material flow to a filter is shut off and this filter is brought into a cleaning position or backwashed while the other filter continues to operate normally.
A further relaxation zone 52 is formed in the housing section 41 by a reduced diameter of the core 42 of the worm 43 mounted in it, which is at the same time designed as a degassing zone, so that the vent openings 30 are arranged here. If desired, however, degassing openings can also be in the bluff body 14 following housing section 19 may be provided
However, the screw 43 forming the relaxation zone is followed by a screw section 44 which, compared to the screw 43 of the relaxation zone 52, has an enlarged core diameter in order to ensure the necessary mass pressure to overcome the channels 16.
As FIG. 3 shows, when processing free-flowing plastic material, a daughter 45 can also be provided for feeding this material in the direction of arrow 46 from above into the opening 5 of the housing zone 7. This can be supported by the fact that an impression screw or another insertion tool is available
PATENT CLAIMS:
1.
Device for attaching sensitive, especially against shear or
Kneading sensitive, additives in thermoplastic material, with a plasticizing zone in which there is a plasticizing screw mounted in a housing for converting the plastic material into the plasticized state
Plasticizing screw requests the plasticized plastic material to a screw section of a relaxation zone, in which at least one additive is supplied to the plasticized plastic material via at least one line and with the plasticized
Plastic material is mixed by means of a screw, characterized in that between the plasticizing zone (48) and the relaxation zone (49), a bluff body (14) connected to the plasticizing screw (8) in a rotationally locking manner
is present in a storage zone (50) which limits the flow of the plasticized plastic material flowing over it, and that, viewed in the direction of transport of the plastic material, in front of the latter
Damming body (14) branches off at least one channel (16) for plasticized plastic material, which bypasses the damming body (14) and, after the outlet point (29) of the line (24) for the additive, into the relaxation zone (49) or into a zone (31 ) flows out.