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DE20080290U1 - Device for introducing sensitive additives into thermoplastic material - Google Patents

Device for introducing sensitive additives into thermoplastic material

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DE20080290U1
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plasticizing
relaxation zone
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DE20080290U
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Schulz Helmuth Paul At
Wendelin Georg At
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Description

Vorrichtung zur Einbringung von empfindlichen Additiven in thermoplastischesDevice for introducing sensitive additives into thermoplastic

KunststoffmaterialPlastic material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einbringung von empfindlichen, insbesondere gegen Scherung bzw. Knetung empfindlichen, Additiven in thermoplastisches Kunststoffmaterial, mit einer Plastifizierzone, in welcher eine in einer Gehäusezone gelagerte Plastifizierschnecke zur Überführung des Kunststoffmateriales in den plastifizierten Zustand vorhanden ist, welche Plastifizierschnecke das plastifizierte Kunststoffmaterial zu einem Schneckenabschnitt einer Entspannungszone fördert, in welcher zumindest ein Additiv dem plastifizierten Kunststoffmaterial über zumindest eine Leitung zugeführt und mit dem plastifizierten Kunststoffmaterial mittels einer Schnecke vermischt wird.The invention relates to a device for introducing sensitive additives, in particular those sensitive to shearing or kneading, into thermoplastic plastic material, with a plasticizing zone in which a plasticizing screw mounted in a housing zone is present for converting the plastic material into the plasticized state, 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.

Die bisher üblichen Vorgangsweisen bei der Einbringung von Additiven in plastifiziertes thermoplastisches Kunststoffmaterial sahen vor, die Additive in der Anfangszone eines Extruders dem plastifizierten Material zuzuführen oder das Additiv mittels einer Mischschnecke in einem Trichter mit dem Kunststoffmaterial zu vermengen. Es ist auch bekannt, Glasfasern, welche ein besonders heikles Additiv darstellen, in einer Entspannungszone eines Extruders in das plastifizierte Kunststoffmaterial einzubringen und mittels einer Schnecke mit diesem Material zu vermengen.The usual procedures for introducing additives into plasticized thermoplastic material have been to add the additives to the plasticized material in the initial zone of an extruder or to mix the additive with the plastic material in a funnel using a mixing screw. It is also known to introduce glass fibers, which are a particularly delicate additive, into the plasticized plastic material in a relaxation zone of an extruder and to mix them with this material using a screw.

Es hat sich gezeigt, dass, insbesondere gegen Scherung und Knetung, empfindliche Additive bei diesen bekannten Vorgangsweisen erheblich leiden. Dies gilt insbesondere für Glasfasern, welche einer starken Bruchgefahr unterliegen. Je mehr die Glasfasern bei ihrer Einbringung in das Kunststoffmaterial gebrochen werden, desto stärker wird der Elastizitätsmodul des glasfaserverstärkten Kunststoffmateriales herabgesetzt. Untersuchungen haben z.B. gezeigt, dass Glasfasern, deren Länge vorder Einbringung in das Kunststoffmaterial 4 bis 5 mm betrug, in ihrer Länge bei den bekannten Vorgangsweisen auf etwa V10 bis V15 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.It has been shown that additives that are sensitive to shearing and kneading in particular suffer considerably when subjected to 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 introduced into the plastic material, the more the elastic modulus of the glass fiber reinforced plastic material is reduced. Studies have shown, for example, that glass fibers that were 4 to 5 mm long before being introduced into the plastic material were reduced in length to around V 10 to V 15 when subjected to the known processes. It has also been shown that the wetting of numerous additives, particularly glass fibers, by the plasticized material was unsatisfactory, so that the coating of the additives, particularly glass fibers, by the plastic was not perfect.

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. Knetung empfindlich sind, z.B. Glasfasern, weniger oder nicht geschädigt, hingegen durch das Kunststoffmaterial besser ummantelt werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass zwischen der Plastifizierzone und der Entspannungszone ein mit der Plastifizierschnecke mitdrehender und das Kunststoffmaterial scherender Staukörper in einer Stauzone vorhanden ist, der den StromThe invention aims to at least reduce, if not avoid, these disadvantages and to improve a device of the type described at the outset so that the additives introduced into the plastic material, in particular those that are sensitive to shearing or kneading, e.g. glass fibers, are less or not damaged, but are better coated by the plastic material. The invention solves this problem by providing a dam body in a dam zone between the plasticizing zone and the relaxation zone, which dam body rotates with the plasticizing screw and shears the plastic material and which directs the flow

des über ihn strömenden plastifizierten Kunststoffmateriales begrenzt und dass, gesehen in Transportrichtung des Kunststoffmateriales, vor diesem Staukörper zumindest ein Kanal für plastifiziertes Kunststoffmaterial abzweigt, der den Staukörper umgeht und nach der Mündungsstelle der Leitung für das Additiv in den Schneckenabschnitt der Entspannungszone oder in einen dahinterliegenden Gehäuseabschnitt mündet. Auf diese Weise wird der Gesamtdurchsatz der Plastifizierschnecke aufgeteilt. Ein Teil wird über den Staukörper geführt und durch die durch ihn hervorgerufene Scherung und erforderlichenfalls eine externe Zusatzheizung, z.B. Widerstandsheizkörper um das Gehäuse, auf eine höhere Temperatur gebracht als das von der Plastifizierschnecke angelieferte Material. In diesen auf eine höhere Temperatur gebrachte 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 Schmelzeteiles mit dem additivhaltigen Vorgemisch einfacher. Die thermische Schädigung des Kunststoffmateriales, welches durch den Einfluß des Staukörpers bzw. die Zusatzheizung hervorgerufen wird, ist in solchen Grenzen zu halten, dass der Vorteil der Schonung der Additive, insbesondere der besseren Benetzung und Faserlängeerhaltung und der damit verbundene Festigkeitsgewinn des faserverstärkten Kunststoffmateriales überwiegt.of the plasticized plastic material flowing over it and that, viewed in the direction of transport of the plastic material, at least one channel for plasticized plastic material branches off in front of this dam, which bypasses the dam and, after the outlet point of the line for the additive, opens into the screw section of the relaxation zone or into a housing section behind it. In this way, the total throughput of the plasticizing screw is divided. A portion is guided over the dam and, by the shearing caused by it and, if necessary, external additional heating, e.g. resistance heaters around the housing, is brought to a higher temperature than the material supplied by the plasticizing screw. The additive or additives are introduced into this material portion, which is brought to a higher temperature and therefore has a correspondingly low viscosity, which results in better wetting of the additives, in particular the fibers, e.g. glass fibers, and faster impregnation of the fiber material. The remainder of the total throughput of the plasticizing screw is then brought together and mixed with this premix. The pretreatment mentioned above makes it easier to mix the highly viscous melt with the additive-containing premix. The thermal damage to the plastic material 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 the better wetting and fiber length retention and the associated increase in strength of the fiber-reinforced plastic material, outweighs this.

Es ist bekannt (US 5 190 706 A), bei einer Vorrichtung zur Extrusion thermoplastischen Schaummaterials den Strom des geschmolzenen Kunststoffmateriales auf zwei Wege aufzuteilen, wobei hinter der Abzweigungsstelle des zweiten Weges (gesehen in Strömungsrichtung des Materiales) ein Schieberventil angeordnet ist, das von zwei gegeneinander verschiebbaren Lochplatten gebildet ist, durch welche der Kunststoffstrom im ersten Strömungsweg verändert werden kann. Hinter diesem Ventil, gesehen in Strömungsrichtung, werden Zusätze in das Kunststoffmaterial eingebracht, mit diesem vermischt und schließlich mit dem über den zweiten Weg geführten Materialanteil wieder vereinigt. Für die Einbringung empfindlicher Additive ist eine solche Vorrichtung nicht geeignet.It is known (US 5 190 706 A) to divide the flow of molten plastic material into two paths in a device for extruding thermoplastic foam material, with a slide valve arranged behind the branching point of the second path (seen in the flow direction of the material), which is formed by two perforated plates that can be moved relative to one another, by means of which the plastic flow in the first flow path can be changed. Behind this valve, seen in the flow direction, additives are introduced into the plastic material, mixed with it and finally recombined with the portion of material fed via the second path. Such a device is not suitable for the introduction of sensitive additives.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Staukörper eine Stauschnecke, 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 Kunststoffmateriales. Zweckmäßig hat hiebei erfindungsgemäß die Stauschnecke dieselbe Richtung ihrer Gänge wie die Plastifizierschnecke, hat also kein Rückfördergewinde. Dadurch wird das von dieser Stauschnecke einer hohen Scherung unterworfene Kunststoffmaterial in Richtung zurAccording to a preferred embodiment of the invention, the damming body is a damming screw whose flight depth and/or flight pitch is smaller than that of the plasticizing screw. This damming screw brings the plastic material to the desired higher temperature in a simple manner due to its flat geometry, which is higher than that of the plastic material fed via the bypass channel. According to the invention, the damming screw expediently has the same direction of its flights as the plasticizing screw, i.e. it has no return thread. As a result, the plastic material subjected to high shear by this damming screw is fed in the direction of the

Entspannungszone gefördert, sodass der Scherungseinfluss nur kurzzeitig ist und dadurch Schädigungen des Kunststoffmateriales in akzeptablen Grenzen gehalten werden.A relaxation zone is promoted so that the shearing effect is only short-term and damage to the plastic material is kept within acceptable limits.

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.According to a further development of the invention, the flight depth of at least part of the screw section of the relaxation zone is greater than the flight depth of the plasticizing screw in order to give the low-viscosity mixture containing the additive sufficient opportunity to mix intimately with the high-viscosity plastic mass fed via the channels forming bypasses.

Im Rahmen der Erfindung ist es sinnvoll, im Bereich der Einmündung der Leitung für das Additiv einen im Vergleich zur nachfolgenden Entspannungszone mehrgängigen Schneckenabschnitt 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 Weise wird die Mischung der beiden Teilströme wieder in ähnlicher Weise, wie dies in einem Extruder der Fall ist, einer höheren Scherung unterworfen, welche jedoch geringer ist als jene, welche durch den Staukörper hervorgerufen wird, dennoch aber das aus der Vorrichtung austretende Materialgemisch, welches mit den Additiven versehen ist, genügend plastifiziert, sodass der Widerstand des nachgeschalteten Werkzeuges überwunden wird.Within the scope of the invention, it is sensible to arrange a screw section with multiple flights in the area of the inlet of the line for the additive compared to the subsequent relaxation zone in order to achieve a better initial distribution of the additive substances. Furthermore, within the scope of the invention, it is expedient to have the relaxation zone followed by a screw section whose flight depth is smaller than that in the relaxation zone. In this way, the mixture of the two partial flows is again subjected to a higher shear in a similar way to that in an extruder, which is, however, less than that caused by the bluff body, but the material mixture emerging from the device, which is provided with the additives, is sufficiently plasticized so that the resistance of the downstream tool is overcome.

Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt es sich und aus Gründen einer übersichtlichen Bauweise ist es zweckmäßig, die Plastifizierschnecke, den Staukörper, den Schneckenabschnitt der Entspannungszone 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.For economic reasons and for reasons of a clear design, it is advisable to arrange the plasticizing screw, the dam body, the screw section of the relaxation zone and preferably also the screw section following the relaxation zone coaxially and to provide them with a common drive. According to a preferred embodiment, the arrangement is such that the previously mentioned components have a common housing which has a constant inner diameter.

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.For the supply of the additives, a stuffing and dosing element provided in the line supplying the additive is recommended within the scope of the invention, e.g. 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.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einbringung zumindest eines empfindlichen, insbesondere gegen Scherung bzw. Knetung empfindlichen Additives in thermoplastisches Kunststoffmaterial, bei welchem das Kunststoffmaterial in den plastifizierten Zustand übergeführt und danach entspannen gelassen wird, wobei das Additiv in das sich entspannende Kunststoffmaterial eingebracht und damit vermischt wird, wird so vorgegangen, dass das plastifizierte Kunststoffmaterial auf zwei Wege aufgeteilt wird, wobei auf dem ersten Weg das Kunststoffmaterial durch Einwirkung einer, vorzugsweise kurzzeitigen, Scherung auf eine höhere Temperatur als bei seiner bisherigen Plastifizierung gebracht wird und in dieses stärker erwärmte KunststoffmaterialWhen operating the device according to the invention for introducing at least one sensitive additive, particularly one sensitive to shearing or kneading, into thermoplastic plastic material, in which the plastic material is brought into the plasticized state and then allowed to relax, whereby the additive is introduced into the relaxing plastic material and mixed with it, the procedure is such that the plasticized plastic material is divided into two paths, whereby in the first path the plastic material is brought to a higher temperature than during its previous plasticization by the action of a preferably short-term shear and into this more strongly heated plastic material

-A--A-

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.the additive is introduced, and that the plasticized plastic material guided on the second path is combined and mixed with the plastic material part containing the additive after the additive has been introduced. While a single housing section guided over the bluff body is recommended for the first path, the second path can be formed by one or more channels through which the higher-viscosity plastic material is guided.

Zweckmäßig hält man hierbei 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 Kunststoffmateriales gering. Hierbei ist es auch zweckmäßig, die höhere Temperatur des auf dem ersten Weg geführten Kunststoffmateriales, zusätzlich zur Einwirkung einer starken Scherung, erforderlichenfalls durch Erwärmung von außen zu erzielen.It is advisable to keep the amount of plastic material fed along the first path lower than the amount of plastic material fed along the second path. This keeps the influence of thermal damage to the plastic material to a minimum. It is also advisable to achieve the higher temperature of the plastic material fed along the first path by heating it from the outside if necessary, in addition to the effect of strong shearing.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.In the drawing, embodiments of the device according to the invention are shown schematically.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Horizontalschnitt. Fig. 2 zeigt in einem Schnitt ähnlich Fig. 1 eine Ausführungsvariante. Fig. 3 zeigt im Vertikalschnitt eine weitere Ausführungsvariante für ein Detail.Fig. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention in horizontal section. Fig. 2 shows a variant embodiment in a section similar to Fig. 1. Fig. 3 shows a further variant embodiment for a detail in vertical section.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das zu verarbeitende thermoplastische Kunststoffgut, 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 Bodenbereich Werkzeuge 4 um die vertikale Behälterachse umlaufen. Diese Werkzeuge 4 zerkleinern und/oder mischen und/oder erwärmen das eingebrachte Kunststoffgut und drücken es in eine in der Seitenwand des Aufnahmebehälters 3 angeordnete Öffnung 5. Diese Eindrückung des aufbereiteten Kunststoffmateriales in die Öffnung 5 wird einerseits durch auf das Material aufgebrachte Fliehkraftwirkung hervorgerufen, sie wird aber auch dadurch unterstützt, dass die Arbeitskanten der, insbesondere von Messern gebildeten, Werkzeuge 4 entgegen der Umlaufrichtung (Pfeile 6) zurückversetzt sind, sodass sich eine spachtelartige Eindrückung des Kunststoffmateriales in die Öffnung 5 ergibt. Die Öffnung 5 bildet zugleich die Einzugsöffnung einer Plastifizierzone 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 1 !,.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 ausgebildetenIn the embodiment according to Fig. 1, the thermoplastic material to be processed, e.g. in the form of bags, film residues, bottles, etc., is filled into a shredder 2 from above via a conveyor belt 1. The shredder 2 has a pot-shaped receiving container 3, in the bottom area of which tools 4 rotate around the vertical container axis. These tools 4 chop and/or mix and/or heat the introduced plastic material and press it into an opening 5 arranged in the side wall of the receiving container 3. This pressing of the processed plastic material into the opening 5 is caused on the one hand by the centrifugal force applied to the material, but it is also supported by the fact that the working edges of the tools 4, which are formed in particular by knives, are set back against the direction of rotation (arrows 6), so that a spatula-like pressing of the plastic material into the opening 5 results. The opening 5 also forms the intake 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 by the screw 8 in the direction of the arrow 12 and gradually converted into a plasticized state. This is facilitated by the fact that the core diameter of the screw 8 increases in the transport direction, so that the pressure or shear 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 part in terms of volume flows over a screw-shaped

Staukörper 14, der in einer Gehäusezone 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 Kunststoffmaterial 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.Baffle body 14, which is rotatably mounted in a housing zone 15 and is rotationally connected to the plasticizing screw 8. The other, larger part of the plasticized material supplied by the plasticizing screw 8 enters two channels 16 connected to the housing zone 7, in which the plasticized material flows in the direction of the arrows 17. The channels 16 bypass the baffle body 14 and only after this (seen in the transport direction of the plastic material) do the plastic material rejoin the part of the material guided over the baffle body 14 at point 18. At this point, the channels 16 are connected to a housing zone 19, in which a screw 20, which is rotationally connected to the baffle body 14, is rotatably mounted, the core 21 of which gradually reduces 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.

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 Geometrie 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 Widerstandsheizkörpern, erreicht, der dieses Material in der Gehäusezone 15 unterworfen ist. Die Steigungsrichtung 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 Kunststoffmateriales, welche durch die erhöhte Temperatur in der Gehäusezone 15 auftritt, bleibt daher gering und kann bei sinnvollem Betrieb in vorbestimmten Grenzen gehalten werden.As can be seen from Fig. 1, the screw forming the bluff body 14 has a flight pitch that is smaller than that of the plasticizing screw 8. Alternatively or additionally, the flight depth of the screw forming the bluff body 14 can be smaller than the smallest flight depth of the plasticizing screw 8. This ensures, on the one hand, 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 means that the plastic material in the housing zone 15 is 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 additional heating 51, e.g. with resistance heaters, to which this material is subjected in the housing zone 15. However, the direction of the pitch of the flights of the accumulation screw 14 is directed in the same way as the pitch of the plasticizing screw 8, so that the accumulation screw 14 also transports the material in the direction of the arrow 22. This ensures that the volume flow in the accumulation zone 50 is kept constant. The thermal damage to the plastic material, which occurs due to the increased temperature in the housing zone 15, therefore remains low and can be kept within predetermined limits with sensible operation.

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 gleicherThe plastic material brought to the higher temperature by the blocking screw 14 and, if applicable, the additional heating 51 is thus more liquid or has a lower viscosity 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 combined with the additive or additives, which are introduced into the relaxation zone 49 via a line 24. The line 24 is connected laterally to the housing zone 19 of the relaxation zone 49 and forms a housing in which a stuffing and dosing element, in particular a co-rotating double screw 23 (two screws arranged parallel to one another, which rotate in the same

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 einzubringenden Additive erreichen. Das von der Doppelschnecke 23 einzubringende Additivmaterial wird von einer Zufuhreinrichtung 27, z.B. einem Trichter, in die Leitung 24 eingebracht. Die Doppelschnecke 23 transportiert dieses Material in Richtung des Pfeiles 28 und drückt 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 Material benetzt die eingebrachten Additive innig bzw. es ergibt sich eine rasche Durchtränkung von Fasermaterial. Die Ausgangsverteilung der die Zuschlagstoffe bildenden Additive kann dadurch verbessert werden, dass im Bereich der Eindrückstelle 29 die Schnecke 20 der Entspannungszone 49 mehrgängig ist. Dieser mehrgängige 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.direction). This stuffing and dosing element is driven by a motor 25 with gear 26. The additives to be introduced can be dosed by means of speed control. The additive material to be introduced by the double screw 23 is introduced into the line 24 by a feed device 27, e.g. a funnel. The double screw 23 transports this material in the direction of arrow 28 and presses or stuffs it into the housing zone 19 at the outlet point 29 of the line 24. This outlet point 29 is located, as Fig. 1 shows, in the direction of arrow 22 (transport direction of the plastic material), in front of the point 18 at which the branched material flow guided via the channels 16 forming bypasses is fed back again. At this impression point 29, the screw 20 with its core 21 which decreases there already forms a relaxation zone, which promotes the intimate mixing of the additive supplied with the low-viscosity plastic material coming from the housing zone 15. This liquefied material wets the introduced additives intimately and results in rapid saturation of fiber material. The initial distribution of the additives forming the additives can be improved by the screw 20 of the relaxation zone 49 being multi-threaded in the area of the impression point 29. This multi-threaded section of the screw 20 extends to approximately 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 to relax the plastic material it carries. In the housing section following point 18 in the direction of arrow 22, the low-viscosity plastic quantity to which the additives (reinforcing fibers and/or fillers) are added therefore has sufficient time and space to mix with the high-viscosity plastic flow supplied by the bypass channels 16. The aforementioned pretreatment facilitates the mixing of the main flow (high-viscosity melt) carried by the channels 16 with the additive-containing premix.

Es ist zweckmäßig, in der von der Gehäusezone 19 gebildeten Entspannungszone 49 Entlüftungsöffnungen 30 anzubringen, durch welche eine Entgasung des in der Gehäusezone 19 strömenden Materiales erreicht werden kann.It is expedient to provide vent openings 30 in the relaxation zone 49 formed by the housing zone 19, through which a degassing of the material flowing in the housing zone 19 can be achieved.

Im Anschluß an die Gehäusezone 19 gelangt das die Additive enthaltende Kunststoffmaterial in eine weitere Gehäusezone 31, in welcher ein Schneckenabschnitt 32 gelagert ist, dessen Kerndurchmesser sich wieder auf einen Wert vergrößert, welcher kleiner ist als der größte Kerndurchmesser der Plastifizierschnecke 8. Auf diese Weise wird das Kunststoffmaterial in der Gehäusezone 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. eineFollowing the housing zone 19, the plastic material containing the additives passes into 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 placed under higher pressure and finally ejected through a discharge opening 33 in the direction of the arrow 34. Any device for further processing the plastic material containing the additives can be connected to this opening 33, e.g. a

Granuliervorrichtung oder eine Vorrichtung zur Einbringung des Kunststoffmateriales in Formen usw.Granulating device or a device for introducing the plastic material into molds, etc.

Der Staukörper 14 muß nicht von einer Stauschnecke gebildet sein.The bluff body 14 does not have to be formed by a bluff neck.

Beispielsweise ist es möglich, den Staukörper 14 von einer oder mehreren Stauscheiben zu bilden. Im Falle einer Stauschnecke 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.For example, it is possible to form the bluff body 14 from one or more bluff disks. In the case of a bluff screw, this does not have to be a single piece; it is possible, for example, to form the bluff body 14 from several screw sections connected in series, the flight geometries of which can be different from one another.

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 einzelnen Schneckenabschnitte getrennt herzustellen und untereinander drehschlüssig in bekannter Weise zu verbinden.As can be seen from Fig. 1, the housing zones 7, 15, 19 and 31 have the same outer and inner diameter. This makes the manufacture of the entire housing much easier. Since the screws 8, 14, 20 and 32 are all connected to one another in a rotationally locked manner, only a single drive 11 is required. However, to simplify manufacture, it is recommended that the individual screw sections be manufactured separately and connected to one another in a rotationally locked manner in a known manner.

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 Filterein richtung 38 führt, aus welcher das gefilterte Material über einen Kanal 39 in Richtung des Pfeiles 40 wieder in einen zusätzlichen Gehäuseabschnitt 41 zurückströmt. Die Filtereinrichtung 38 ist zweckmäßig als Tandemfilter ausgebildet, wobei zwei Filter einander parallel geschaltet sind und im Normalbetrieb zugleich vom zu reinigenden Kunststoffmaterial angeströmt werden. Sobald sich eine Verschmutzung zeigt, kann der Materialzustrom zu einem Filter abgesperrt und dieses Filter in eine Reinigungsstellung gebracht bzw. rückgespült werden, während das andere Filter normal weiterarbeitet.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 locked manner, the screw flights of which have a pitch direction opposite to that of 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 flows back into an additional housing section 41 via a channel 39 in the direction of arrow 40. The filter device 38 is expediently designed as a tandem filter, with two filters connected in parallel and, during normal operation, being simultaneously flown against by the plastic material to be cleaned. As soon as contamination appears, the material flow to one filter can be shut off and this filter can be brought into a cleaning position or backwashed, while the other filter continues to operate normally.

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 Entgasungszone ausgebildet ist, sodass also die Entlüftungsöffnungen 30 hier angeordnet sind. Falls gewünscht, können jedoch Entgasungsöffnungen auch im dem Staukörper 14 folgenden Gehäuseabschnitt 19 vorgesehen sein.In the housing section 41, a further relaxation zone 52 is formed by a reduced diameter of the core 42 of the screw 43 mounted in it, which is also designed as a degassing zone, so that the vent openings 30 are arranged here. If desired, however, degassing openings can also be provided in the housing section 19 following the bluff body 14.

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.However, the screw 43 forming the relaxation zone is followed by a screw section 44 which, in comparison to the screw 43 of the relaxation zone 52, has an enlarged core diameter in order to ensure the necessary melt pressure to overcome the channels 16.

Wie Fig. 3 zeigt, kann bei der Verarbeitung von rieselfähigem KunststoffmaterialAs Fig. 3 shows, when processing free-flowing plastic material

auch ein Trichter 45 für die Zufuhr dieses Materiales in Richtung des Pfeiles 46 von oben in die Öffnung 5 der Gehäusezone 7 vorgesehen sein. Dies kann dadurch unterstützt werden, dass im Trichter 45 eine Eindrückschnecke oder ein anderes Eindrückwerkzeug vorhanden ist.A funnel 45 may 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 assisted by having an indentation screw or another indentation tool in the funnel 45.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Einbringung von empfindlichen, insbesondere gegen Scherung bzw. Knetung empfindlichen, Additiven in thermoplastisches Kunststoffmaterial, mit einer Plastifizierzone (48), in welcher eine in einem Gehäuse (7) gelagerte Plastifizierschnecke (8) zur Überführung des Kunststoffmateriales in den plastifizierten Zustand vorhanden ist, welche Plastifizierschnecke (8) das plastifizierte Kunststoffmaterial zu einem Schneckenabschnitt (20) einer Entspannungszone (49) fördert, in welcher zumindest ein Additiv dem plastifizierten Kunststoffmaterial über zumindest eine Leitung (24) zugeführt und mit dem plastifizierten Kunststoffmaterial mittels einer Schnecke (20) vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Plastifizierzone (48) und der Entspannungszone (49) ein mit der Plastifizierschnecke (8) mitdrehender und das Kunststoffmaterial scherender 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 Staukörper (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 den Schneckenabschnitt (20) der Entspannungszone (49) oder in eine dahinterliegende Zone (31) mündet. 1. Device for introducing sensitive additives, in particular those sensitive to shearing or kneading, into thermoplastic plastic material, with a plasticizing zone ( 48 ) in which a plasticizing screw ( 8 ) mounted in a housing ( 7 ) is present for converting the plastic material into the plasticized state, which plasticizing screw ( 8 ) conveys the plasticized plastic material to a screw section ( 20 ) of a relaxation zone ( 49 ) in which at least one additive is fed to the plasticized plastic material via at least one line ( 24 ) and is mixed with the plasticized plastic material by means of a screw ( 20 ), characterized in that between the plasticizing zone ( 48 ) and the relaxation zone ( 49 ) a bluff body ( 14 ) rotating with the plasticizing screw ( 8 ) and shearing the plastic material is arranged in a A damming zone ( 50 ) is present which limits the flow of the plasticized plastic material flowing over it, and that, viewed in the transport direction of the plastic material, at least one channel ( 16 ) for plasticized plastic material branches off in front of this damming body ( 14 ), which bypasses the damming body ( 14 ) and, after the opening point ( 29 ) of the line ( 24 ) for the additive, opens into the screw section ( 20 ) of the relaxation zone ( 49 ) or into a zone ( 31 ) located behind it. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Staukörper (14) eine Stauschnecke ist, deren Gangtiefe und/oder Gangsteigung geringer ist als jene der Plastifizierschnecke (8). 2. Device according to claim 1, characterized in that the damming body ( 14 ) is a damming screw whose flight depth and/or flight pitch is less than that of the plasticizing screw ( 8 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauschnecke (14) dieselbe Richtung ihrer Gänge hat, wie die Plastifizierschnecke (8). 3. Device according to claim 2, characterized in that the damming screw ( 14 ) has the same direction of its flights as the plasticizing screw ( 8 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangtiefe zumindest eines Teiles des Schneckenabschnittes (20) der Entspannungszone (49) größer ist als die Gangtiefe der Plastifizierschnecke (8). 4. Device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the flight depth of at least a part of the screw section ( 20 ) of the relaxation zone ( 49 ) is greater than the flight depth of the plasticizing screw ( 8 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündungsstelle (29) der Leitung (24) für das Additiv ein im Vergleich zur nachfolgenden Entspannungszone (49) mehrgängiger Schneckenabschnitt (20) vorliegt. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the region of the outlet point ( 29 ) of the line ( 24 ) for the additive there is a screw section ( 20 ) with multiple flights compared to the subsequent relaxation zone ( 49 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Entspannungszone (49) ein Schneckenabschnitt (32) folgt, dessen Gangtiefe geringer ist als jene in der Entspannungszone (49). 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the relaxation zone ( 49 ) is followed by a screw section ( 32 ) whose flight depth is smaller than that in the relaxation zone ( 49 ). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (8), der Staukörper (14), der Schneckenabschnitt (20) der Entspannungszone (49) und vorzugsweise auch der auf die Entspannungszone (49) folgende Schneckenabschnitt (32) koaxial angeordnet sind und einen gemeinsamen Antrieb (11) haben. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plasticizing screw ( 8 ), the dam body ( 14 ), the screw section ( 20 ) of the relaxation zone ( 49 ) and preferably also the screw section ( 32 ) following the relaxation zone ( 49 ) are arranged coaxially and have a common drive ( 11 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plastifizierschnecke (8), den Staukörper (14) den Schneckenabschnitt (20) der Entspannungszone (49) und vorzugsweise auch für den auf die Entspannungszone (49) folgenden Schneckenabschnitt (32) ein gemeinsames Gehäuse konstanten Innendurchmessers vorgesehen ist. 8. Device according to claim 7, characterized in that a common housing of constant inner diameter is provided for the plasticizing screw ( 8 ), the bluff body ( 14 ), the screw section ( 20 ) of the relaxation zone ( 49 ) and preferably also for the screw section ( 32 ) following the relaxation zone ( 49 ). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der das Additiv zuführenden Leitung (24) ein Stopf- und Dosierelement, z. B. eine Schnecke, insbesondere eine gleichlaufende Doppelschnecke (23), vorgesehen ist, welche das Additiv in die Entspannungszone (49) eindrückt. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a stuffing and dosing element, e.g. a screw, in particular a co-rotating twin screw ( 23 ), is provided in the line feeding the additive ( 24 ), which presses the additive into the relaxation zone ( 49 ). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (49) länger ist als die Stauzone (50). 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the relaxation zone ( 49 ) is longer than the accumulation zone ( 50 ).
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