DE1246223B - Schneckenstrangpresse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B29f

Deutsche Kl.: 39 a4 - 3/02

Nummer: 1 246 223

Aktenzeichen: S 86618 X/39 a4

Anmeldetag: 7. August 1963

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, mit einer in einem mittleren Abschnitt der Schnecke auf dieser angeordneten Einrichtung zum Mastifizieren und Plastifizieren des Werkstoffs.

Der zu verarbeitende Werkstoff muß vor dem Auspressen aus der Schnecke häufig intensiv durchgearbeitet, mastifiziert und homogenisiert werden, damit das stranggepreßte Erzeugnis eine gleichmäßige Güte aufweist. In anderen Fällen muß das auszupressende Material z. B. mit einem Farbstoff innig vermischt werden. Hierzu ist bekannt, die Preßschnecke gewöhnlich mit einem mittleren Abschnitt zum Mastifizieren, Plastifizieren und Mischen zu versehen, der zwischen dem Einlaßabschnitt und dem Lieferende der Strangpresse angeordnet ist. Es sind bereits zahlreiche Konstruktionen von Schneckenstrangpressen mit einer zum Durcharbeiten des Werkstoffs dienenden, in der Mitte oder an anderer Stelle auf der Schnecke angeordneten Einrichtung hierzu bekannt, doch erweist sich in keinem Fall die erzielbare Mischwirkung als ausreichend, solange nicht Schädigungen des Werkstoffes durch Überhitzungen vermieden werden oder solange man sich nicht mit einer minderen Qualität des Produktes zufriedengibt.

Bei einer bekannten Schneckenstrangpresse bestehen die mittleren Einrichtungen zum Mastifizieren und Plastifizieren aus einem Schneckenabschnitt mit zur Mitte hin zunehmendem Kerndurchmesser und kleinerer Schneckensteigung als in dem einlaßseitigen Schneckenabschnitt. Bei einer anderen bekannten Strangpresse sind im mittleren Abschnitt der Schneckenkammer wendeiförmige Rillen vorgesehen, während in diesem Bereich die Schnecke auf dem Kern ausläuft, dessen Durchmesser in Förderrichtung auf den Innendurchmesser des Schneckengehäuses zunimmt. Schließlich ist es bekannt, im mittleren Abschnitt der Schneckenkammer Längsrillen oder eine andere Längsprofilierung vorzusehen und die Schneckengänge des Spindelkerns in diesem Abschnitt durch Zerkleinerungs- und Verdrängungselemente in Form von Längsstegen zu ersetzen. In allen vorgenannten Fällen reicht die Mischwirkung bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffen jedoch nicht aus.

Ferner wurden Versuche unternommen, den Werkstoff mit Hilfe von zwei ineinandergreifenden, in einem Gehäuse umlaufenden Schnecken ausrei- so chend kräftig durchzuarbeiten. Solche Strangpressen mit nicht nur einer, sondern zwei komplizierten Schneckenstrangpresse

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Woldemar Tedder, Den Haag

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 9. August 1962 (30 612) - -

Schnecken, die zudem unter Einhaltung sehr enger Toleranzen hergestellt werden müssen, um einwandfrei ineinanderzugreifen und die sehr aufwendige und empfindliche Lager erfordern, sind jedoch sehr kostspielig und daher oft wirtschaftlich nicht tragbar. . Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der angeführten Nachteile und die Schaffung einer Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, mit der ein sehr kräftiges Durcharbeiten, Mischen, Mastifizieren und Plastifizieren' des Kunststoffs erzielbar ist, ohne daß eine Schädigung des Werkstoffs eintritt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der eingangs genannten Schneckenpresse erfindungsgemäß bei Anwendung von mehreren hintereinander und versetzt zueinander angeordneten Exzenterscheiben als Mastifiziereinrichtung in Strömungsrichtung unmittelbar hinter diesen ein Strömungswiderstand für den Massefluß eingebaut ist.

Die Verwendung mehrerer hintereinander und versetzt zueinander angeordneter Exzenterscheiben ist von einfachen Mischern und Knetern, z. B. für Kautschuk, her als ausreichend bekannt, wenn nur mäßige Anforderung bezüglich der Homogenität und Gleichverteilung der beizumischenden Zusätze in den Werkstoff zu erfüllen sind. Wenn aber eine intensivere Durchmischung erforderlich ist, z. B. eine molekulardisperse Verteilung eines Zusatzes in einer Grundmasse, wie es bei hochwertigen Kunststoffen

709 619/667

häufig erforderlich ist, erweist sich die Wirkung solcher Exzenterscheiben allein als ungenügend.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit gegeneinander versetzten Exzenterscheiben als Mastifizierwerkzeug einer Schnecke eine sehr intensive Durchmischung wärmeempfindlicher Kunststoffe erzielbar ist, daß aber durch Einbau eines Strömungswiderstandes nach dem Exzenterscheibenteil der Schnecke die Plastifizier- und Mastifizierwirkung so entscheidend erhöht werden kann, daß auch bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffen einwandfreie Ergebnisse erreicht werden, ohne daß eine Schädigung des Werkstoffes durch Überhitzungen od. dgl. erfolgt.

Der Strömungswiderstand kann zweckmäßig durch eine zylindrische Verdickung des Schneckenkerns gebildet sein, die zwischen sich und der Gehäuseinnenwand einen nur schmalen Ringspalt frei läßt. Der Strömungswiderstand kann in vorteilhafter Weise auch durch einen kurzen Abschnitt der Schnecke gebildet sein, in dem die Schneckengänge gegenläufig zu denen im Einlaßabschnitt der Schnecke angeordnet sind.

Durch das Nachschalten eines Strömungswiderstandes ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, in einem dem Strömungswiderstand unmittelbar folgenden Entspannungsabschnitt der Schneckenstrangpresse eine Öffnung zum Entfernen der gas- oder dampfförmigen Bestandteile der Masse vorzusehen. Die Masse tritt aus dem Strömungswiderstand in die Entspannungszone zum Entfernen der gasförmigen Bestandteile mit relativ hoher spezifischer Oberfläche ein, so daß alle gas- und dampfförmigen Bestandteile leicht und schnell abgehen. Hierzu ist die Verengung, z. B. der Ringspalt, erforderlich. Die Verengung ist zweckmäßig durch den schon erwähnten Strömungswiderstand gebildet, so daß man den Entspannungsabschnitt unmittelbar hinter dem Strömungswiderstand anordnen kann. Damit ist nur ein einziger Abschnitt vorhanden, der die beiden erwähnten Aufgaben erfüllt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schneckenstrangpresse,

F i g. 2 eine abgeänderte Ausbildungsform des Strömungswiderstandes der Preßschnecke nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung des mittleren Abschnitts zum Mastifizieren und Plastifizieren der Preßschnecke nach F i g. 1 bzw. 2.

Die dargestellten Schneckenpressen umfassen jeweils eine in einem zylindrischen Gehäuse drehbare Preßschnecke 4. Zwischen einer Einlaßöffnung 1 und einer Ausstoßöffnung 5 des Gehäuses 3 weist jede Preßschnecke nacheinander folgende Abschnitte auf:

Einen Einlaßabschnitt A mit konstantem Kerndurchmesser; einen zum Verdichten dienenden Abschnitt B mit sich allmählich vergrößerndem Durchmesser; einen Meßabschnitt C mit einem konstanten großen Kerndurchmesser; einen zum Mastifizieren und Plastifizieren dienenden mittleren Abschnitt £>, mit mehreren hintereinander und versetzt zueinander angeordneten kreiszylinderförmigen Exzenterscheiben 8. Diese sind entlang einer Schraubenlinie gestaffelt, wobei die Richtung der exzentrischen Verlagerung benachbarter Scheiben jeweils um 90° zueinander versetzt ist. Gegebenenfalls kann man jedoch auch eine andere Anordnung wählen. Die Staffelung kann entgegengesetzt zum Schneckengang der Preßschnecke oder in der gleichen Gangrichtung ausgeführt sein. In beiden Fällen setzt diese Mischstrecke dem Massenfluß nur einen relativ kleinen Strömungswiderstand entgegen; der Druckabfall längs der Mischstrecke bzw. Mastifiziereinrichtung ist jedoch im ersteren Fall etwas größer als bei der zweiten An-Ordnung.

Die Mastifizierungseinrichtung kann Scheiben gleicher Dicke (s. F i g. 3) oder Scheiben unterschiedlicher Dicke aufweisen, insbesondere Scheiben, deren Dicke in Strömungsrichtung abnimmt.

Ferner weist jede Preßschnecke einen Abschnitt E mit hohem Strömungswiderstand auf, der durch eine zylindrische Verdickung 6 des Schneckenkerns gebildet ist, die zwischen sich und der Gehäuseinnenwand nur einen schmalen Ringspalt frei läßt (s. Fig. 1) oder durch einen kurzen Abschnitt 7 der· Schnecke gebildet ist (s. F i g. 2), dessen Gangrichtung gegenläufig zur allgemeinen Gangrichtung der Schnecke ist; einen dem Strömungswiderstand unmittelbar folgenden Entspannungsabschnitt F mit einer Öffnung 2 zur Entlüftung im Gehäuse 3, wobei der Rauminhalt dieses Abschnitts der Schnecke genügend groß ist, damit die Masse hier ihre gas- und dampfförmigen Bestandteile, die über die Öffnung 2 abgeführt werden, abgeben kann. An der Öffnung 2 liegt Normal- oder Unterdruck.

Jede Preßschnecke weist ferner einen dem Abschnitt B ähnlichen Verdichtungsabschnitt G sowie einen dem Abschnitt C ähnlichen Abschnitt H auf. Beim Betrieb der Strangpresse wird der Kunststoff als Granulat über die Einlaßöffnung 1 in den Abschnitt A der Preßschnecke 4 eingeleitet. Nachdem das Material in den Abschnitten B und C verdichtet und vorplastifiziert worden ist, gelangt es in den mittleren Abschnitt D zum Plastifizieren und Mastifizieren, in dem die Kunststoffmasse gründlich gemischt und durchgearbeitet wird, und zwar hauptsächlich durch die Kolbenwirkung der mit dem Gehäuse 3 zusammenarbeitenden Exzenterscheiben 8. Die Wirkung des Abschnitts E, in welchem der Strömungswiderstand erheblich höher ist als im Abschnitt D, besteht darin, daß auf die im Mastifizierabschnitt D befindliche Masse ein hoher Gegendruck ausgeübt wird. Hierdurch wird das Mastifiziervolumen zwischen Preßschnecke und Gehäuse 3 von der Masse vollständig ausgefüllt; außerdem trägt der erhöhte Druck zur Verbesserung der Mastifizier- und Plastifizierwirkung bei. Auf diese Weise ist eine sehr feine Verteilung eines Farbstoffs in der Grundmasse und eine homogene Kunststoffmischung gleichmäßiger Qualitat erzielbar. Erreicht wird dieses Ergebnis ohne Erhöhung der Massetemperatur über den maximal zulässigen Wert hinaus.

Bei der Schneckenstrangpresse nach F i g. 1 ergibt sich der auf den Strömungswiderstand im Abschnitt E zurückzuführende Gegendruck aus den auf die Masse wirkenden Reibungskräften im engen Ringspalt zwischen der zylindrischen Verdickung 6 und dem Schneckengehäuse. Bei der Ausbildungsform nach F i g. 2 wird der Gegendruck hauptsächlich durch die im Abschnitt E vorgesehenen gegenläufigen Schneckengänge hervorgerufen. Bei Drehung der Preßschnecke ist der Schneckengang im Abschnitt E bestrebt, die Masse auf die Exzenterscheiben 8 zu zu-

bewegen. Der hierbei entstehende Gegendruck muß im Abschnitt D durch den durch die vorangehenden Abschnitte B und C erzeugten Druck überwunden werden.

Nach Passieren des Strömungswiderstandes im Abschnitt E kann sich die Masse im zum Entfernen der gasförmigen Bestandteile dienenden Abschnitt F entspannen; hier werden die frei werdenden Gase über die Öffnung 2 im Gehäuse 3 abgezogen. Der AbschnittE ist gemäß Fig. 1 und 2 so geformt, daß die Masse mit einer hohen spezifischen volumenbezogenen Oberfläche in den Abschnitt F eintritt, um die völlige Entfernung der gasförmigen Bestandteile sicherzustellen.

Während die Masse den Abschnitt G passiert, wird sie erneut verdichtet und schließlich durch den Schneckenabschnitt H an ein hier nicht gezeigtes Strangpreßwerkzeug abgegeben, das sich an die Ausstoßöffnung 5 anschließt. Der Entspannungsabschnitt F und die Öffnung 2 können entfallen, wenn Kunststoffe verarbeitet werden sollen, die keine flüchtigen Bestandteile enthalten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schneckenstrangpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe mit einer in einem mittleren Abschnitt der Schnecke auf dieser angeordneten Einrichtung zum Mastifizieren und Plastifizieren des Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von mehreren hintereinander und versetzt zueinander angeordneten Exzenterscheiben (8) als Mastifiziereinrichtung in Strömungsrichtung unmittelbar hinter diesen ein Strömungswiderstand (6, 7) für den Massefluß eingebaut ist.

2. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand durch eine zylindrische Verdickung (6) des Schneckenkerns gebildet ist, die zwischen sich und der Gehäuseinnenwand einen nur schmalen Ringspalt frei läßt (F i g. 1).

3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand durch einen kurzen Abschnitt (7) der Schnecke gebildet wird, in dem die Schneckengänge gegenläufig angeordnet sind (F i g. 2).

4. Schneckenstrangpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Strömungswiderstand (6,7) unmittelbar folgenden Entspannungsabschnitt (F) der Schneckenstrangpresse eine Öffnung (2) zum Entfernen der gas- oder dampfförmigen Bestandteile der Masse vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 838 504, 889 069,
585;

USA.-Patentschriften Nr. 2 496 625, 2 765 491.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 619/667 7. 67 © Bundesdruckerei Berlin