DE2032197A1

DE2032197A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von hochviskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschuk-Mischungen, in Einschnecken-Ex trudern

Info

Publication number: DE2032197A1
Application number: DE19702032197
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Ludwig Dr.-Ing. 5105 Laurensberg; Herms Engelbert Gerhard Dipl.-Ing. 5101 Verlautenheide Lehnen Jesef Peter Dipl.-Phys. 5101 Verlautenheide Menges
Original assignee: Uniroyal AG
Current assignee: Uniroyal AG
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: CH540770A; FR2100061A5; CA988667A; GB1340958A; AT317523B; US3946998A

Description

PATENTANWÄLTE ΖΌόά. 15.7

DR.-1NG. VON KREISLER DR.-JNG. SCHDNWALD DR.-BNG. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DiPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

29. Juni 1970 Sch/pa

Uniroyal Englebert Deutschland AG, 51 Aachen, Hüttenstr.7

Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von hochviskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschuk-Mischungen, in Einschnecken-Extrudern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von hochviskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschuk-Mischungen mit beliebigen Anteilen an Naturkautschuk und Füllstoffen in Einschnecken-Extrudern, wobei der Werkstoff einem- Mischeffekt während der Förderung durch die Schnecke unterworfen wird.

Bei der Verarbeitung von Werkstoffen, wie Kautschuk-Mischungen u. dgl., ist es bekannt, die Werkstoffmischung bei Erwärmung während der Förderung durch den Extruder dadurch einer intensiven Vermischung zu unterwerfen, daß sie zunächst eine vorbestimmte Wegstrecke lang gestaut, teils rückwärts gefördert und bei starker Khetung in eine turbulente Strömung übergeführt wird, worauf danach eine Aufteilung der Werkstoffmischung in kommunizierende Teilströme erfolgt. Durch eine solche Zweistufigkeit der Verarbeitung soll zunächst eine Grobmischung hergestellt werden, bei der der Werkstoff bereits weitgehend durchgeknetet, mastiziert und plastiziert ist. Die nachfolgende Verarbeitungszone soll eine Feinmisch-zone sein, in der die Mastizierung und Plastizierung bis zur fertigen Mischung vervollständigt wird. Hierbei ist/

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die Schnecke selbst mit einem Abschnitt mit gegenläufigem Schneckenteil versehen^, wobei die Schneckenstege Unterbrechungen aufweisen«, Bei dem weiteren Abschnitt der Schnecke sind zwei Schneckenstege von unterschiedlicher Steigung vorgesehen* wobei man ein Übertreten der Werkstoffmischung von dem einen Schneckenkanal zu dem anderen durch Nuten in den Schneckenstegen zuläßt.

^ Bei einer solchen Methode der ¥erarbeitung der

Kautschuk-Mischung u. dgl. erhält man zwar einen guten Mischungseffekt, das Zwischenschalten eines rückläufigen Strömungsteiles des Werkstoffes in der Schnecke verlangsamt, jedoch die Durchsatzgeschwindigkeit. Es ist ferner möglich^daB sich zu hohe Teraperatüren in dem Werkstoff einstellen» Die gute Duretimischung findet insbesondere in dem Randgebiet an den Schneckenstegen statt»

Aufgabe der Erfindung ist es, einen guten Misehtmgseffekt für den Werkstoff bei einem erhöhten Durciisatz durch den Extruder zu ermöglichen» Die Mlselrangs-P temperatur soll nicht über einen bestimmten* vom

Werkstoff abhängigen* zulässigen Höchstwert ansteigen, der beispielsweise bei Kautschuken in der Mähe von 120 ° C liegt. Die Verarbeitung von hoohvlskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschuk-Mischungen u.

dgl., in Einsehnecken-Extrudern,, zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus* daß der Strom der Werkstoffmischung während der Förderung durch den Extruder in der Vorwärtsrichtung einem vielfachen

Jo Wechsel des Teilens und Weder -susammenf ührens unterworfen wird.- Die Aufteilung des Werkstoffstromes in mehrere Teilströme und das WiederzusamiBenfuhren saun Ganzen oder in eine geringere Anzahl von. Teilstroeeii geschieht hierbei vorteilhaft in unregelmäßiger Folge.

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Durch eine solche Verarbeitungsweise der Kautschuk-Mischung erzielt man einen hochgradigen Mischungseffekt, ohne die Förderrichtung des Gutes zu stören oder zu beeinträchtigen. Es findet kein Zerreißen des Werkstoffstromes mehr statt. Bei der Aufteilung des Werkstoffstromes in mehrere Teilströme wird eine Steigerung der Geschwindigkeit des Werkstoffstromes in Förderrichtung veranlaßt. Die Unterteilung des Werkstoffstromes in mehrere Teilströme hat zur Folge, daß eine Vielzahl von Randgebieten durch das Vorhandensein mehrerer ■^:j. Schneekenstege entsteht, an denen eine gute Durchmif schung des Werkstoffes gewährleistet ist. Dadurch wird auch das Temperaturgefälle innerhalb der Stromdicke geringer, was für die Erzielung einer Gleichmäßigkeit der Durchmischung von Bedeutung ist. Wenn die Teilströme wieder zu einem breiten, einzigen Werkstoffstrom zusammenfließen, ergibt sieh wieder eine Geschwindigkeitsänderung des Werkstoffstromes mit entsprechender Verdichtung, da sich die Geschwindigkeit des Werkstoffstromes durch den größeren Querschnitt verlangsamt. Danach erfolgt wieder ein Aufteilen des großen Werkstoff stromes. Infolge des stetigen Wechselns der Werkstoffströme von einem breiten Gang in mehrere schmale Gänge und umgekehrt, wobei bei der Aufteilung die Anzahl * der Gänge wieder unterschiedlich ist, erzielt man einen hohen Mischungseffekt bei schnellem und glatten Durchgang der Werkstoffmischung durch den Extruder. Zugleich ist die Schnecke selbstreinigend, da die Stromrichtung nicht geändert wird.

Die Schnecke selbst, die in einem Extruder drehbar gelagert ist und Schneckenabsehnitte unterschiedlicher Gestaltung aufweist, ist vorteilhaft so gestaltet, daß in dem von einem durchlaufenden Schneckensteg gebildeten Gang mindestens ein auf eine vorbestimmte Länge begrenzter Teilschneckensteg angeordnet ist» Hierbei kann zwischen dem Wechsel der Anzahl der Teilschnecken-

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stege, d.h. von dem Ende eines Teilschneckensteges bis zu einem Beginn des nachfolgenden Schneckensteges ein von jeglichem Teilschneckensteg freier Raum vorgesehen sein. In diesem Raum sammelt' sich die Werkstoffen mischung wieder im ganzen mit einer gewissen Verlangsamung der Fördergeschwindigkeit und damit einem Ineinanderschieben der Teilströme bei gleichzeitiger Verdichtung.

Um die Förderschnecke für die verschiedensten Arten der Aufteilung in Teilströme nutzen zu können, können die Teilschneckenstege zweckmäßig auf Schalen angeordnet sein, die in dem Raum zwischen dem durchlaufenden Schneckensteg auf dem Schneckenkörper befestigt werden können. Die Schalen haben vorteilhaft die Form von Teilbogenstücken und sind zweckmäßig in Aussparungen des Schneckenkörpers eingelassen. Auf diese Weise wird erreicht, daß jede gewünschte Aufteilung hinsichtlich des Wechsels der Anzahl der Teilströme u.^gl. schnell und einfach durchgeführt werden kann, wie das beispielsweise erforderlich ist, wenn man die günstigste Art der Aufteilung in bezug auf den zu verarbeitenden Werkstoff ermitteln will. Sobald diese Aufteilung festliegt, wird man bei der späteren, serienmäßigen Herstellung von Schnecken alle Schneckenstege, d.h. auch die Teilschnekkenstege in der üblichen Weise aus dem Vollen drehen und fräsen. Die Erfindung wird anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter AusfUhrungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt die Ausbildung einer Schnecke gemäß der Erfindung in Ansicht.

Fig. 2, 3 und 4 sind Teilschnitte nach den Linien II-II, III-III und3V-IV der Fig. 1 zur Darstellung der Schalenprofile für die Aufteilung des Gutstromes.

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Fig. 5 zeigt einen Querschnitt gemäß der Linie V-V durch die Schnecke zur Veranschaulichung der Lage der Schneckenschalen.

Fig. 6 veranschaulicht, eine Abwicklung des Umfanges der Schnecke der Fig. 1 zur Darstellung der Aufteilung der Werkstoffströme und der Zusammensetzung der die Stege tragenden Schalen:

Die Schnecke 1 des Extruders zur Verarbeitung von hochviskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschukmischungen mit beliebigen Anteilen an Naturkautschuk und Füllstoffen ist mit einem Schneckensteg 2 versehen, der von der Einzugszone 3 bis zu der Ausstoßzone 4 ununterbrochen durchläuft. Innerhalb des Abschnitts 3 der Einzugszone und auch des Abschnittes 4 der Ausstoß- ^ zone kann zusätzlich ein weiterer Schneckensteg 2' vorgesehen sein, zur Erhöhung der Gangzahl der Schnecke 1 in den betreffenden Zonen J5 und/oder 4.

In dem Mittelabschnitt 5 der Schnecke 1 ist der Gang zwischen dem durchgehenden Schneckensteg 2 vielfach und unterschiedlich aufgeteilt, und zwar durch Anordnung von einem Schneckensteg 6 oder zwei Schneckenstegen 7 zur Aufteilung des Werkstoffstromes in zwei oder drei Teilströme. Diese Schneckenstege 6 und 7 habai eine begrenzte Länge. Man kann auch mehr als zwei Schnekkenstege begrenzter Länge dazwischenfügen. Der Wechsel der Zwischenstege begrenzter Länge kann und soll sehr unterschiedlich sein. Zwischen dem Ende eines Zwischensteges und dem Beginn weiterer Zwischenstege begrenzter Länge können Gänge zwischen dem durchlaufenden Schneckensteg 2 vorgesehen werden, die verschieden lang sein können. Diese von Zwischenstegen freien Gänge 8,9,10 tragen dazu bei, einerseits die geteilten Werkstoffströme zusammenzuführen und andererseits dadurch eine Mischung der Masse der Teilströme untereinander zu veranlassen. Je nach der freien Länge der freien Gänge ,

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- in Förderrichtung gesehen - haben die Ströme Gelegenheit ineinander zu dringen und sich zu verdichten, um darauf sogleich wieder in mehrere Unterströme aufgeteilt zu werden. Dieser ständige Wechsel in der Teilung des Werkstoffstromes Über die ganze Länge der Schnecke führt zu einer intensiven Durchmischung des Werkstoffes bei ungehindertem Durchsatz. Die Zwischenstege haben dieselbe Höhe wie der durchlaufende Schneckensteg 2. Sie können dieselbe Stegbreite wie der Steg 2 aufweisen. Sie können aber auch breiter oder weniger breit sein. Die Zwischenstege beginnen und enden zweckmäßig in einer zugespitzten Form 11, die aus einer ein- oder zweiseitigen Abschrägung bestehen kann.

Der Aufbau der Schnecke ist vorteilhaft so vorgesehen, daß der eigentliche Schneckenkörper 12, der eine zentrale Bohrung IjJ zum Durchtritt von Heiz- oder Kühlmedien besitzt,mit dem durchgehenden Schneckensteg 2 ausgestattet ist. Die Zwischenstege 6 oder 7

g_o werden von Schalen 14,15 getragen, die in entsprechende Aussparungen 16 des Schneckenkörpers 12 angeordnet und eingelassen sind. Zur Befestigung dienen Schrauben 17. Auch an den Stellen, wo sich die von Zwischenstegen freien Gänge 8,9*Io befinden, sind zweckmäßigerweise Schalen l8 in den schraubenförmig entsprechend der Steigung des durchgehenden Schneckensteges verlaufenden Aussparungen l6 vorgesehen. Dadurch ist man in der Lage, daß man einen beliebigen Wechsel hinsichtlich der Anzahl der Zwischenstege und

-x_o der Länge der von Zwischenstegen freien Gänge vornehmen kann, und zwar in Abhängigkeit von der zu verarbeitenden Werkstoffmischung. Die Schalen 14,15, 18 stellen dem Radius des Schneckenkörpers 12 angepaßte Bogenstücke dar, die eine gleiche Winkelerstreckung

« von beispielsweise 60 ° aufweisen. Die Bogenstücke mit einem, zwei oder mehr als zwei Zwisohenstegen und auch die Bogenstücke, die von Zwischenstegen frei sind, haben dieselbe Grundfläche und lassen sich gegen-

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,■■■■- 7 - . einander austauschen.

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Claims

- 8 - Ansprüche

Verfahren zur Verarbeitung von hochviskosen Werkstoffen, insbesondere Kautschuk-Mischungen mit beliebigen Anteilen an Naturkautschuk und Füllstoffen in Einschnecken-Extnidern, bei dem der Werkstoff einem Mischeffekt unterworfen wird,, wobei eine Aufteilung der Werkstoffmischung In kommunizierende Teilströme erTolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Werkstoffmischung während der Förderung durch den Extruder in der Vorwärtsrichtung einem vielfachen Wechsel des Teilens und Wiederzusammenführens unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Werkstoffstromes in mehrere Teilströme und das Wiederzusammenführen zum Ganzen oder in eine geringere Anzahl von Teilströmen in unregelmäßiger Folge geschieht.
j5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bei der eine Schnecke in einen Extruder drehbar gelagert ist und Schneckenabschnitte unterschiedlicher Gestaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gang zwischen einem durchgehenden Schneckensteg (2) mindestens ein auf eine vorbestimmte Länge begrenzter Teilschneckensteg (6, 7) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechsel der Anzahl der Teilschneckenstege (6,7)"ein von einem Teilschneckensteg freier Teil des Ganges (8,9,10) vorgesehen ist.

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5· Vorrichtung nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschneckenstege (6,7) in einer zugespitzten Form (11) münden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschneckenstege (6,7) auf Schalen (14,15) angeordnet sind, die in dem Raum zwischen dem durchlaufenden Schneckensteg (2) auf dem Schneckenkörper (12) befestigt sind, wobei von einem Teilschneckensteg freie Schalen (l8) • -zwischengeschaltet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen in Form von Teilbogenstücken in Aussparungen (16) des Schneckenkörpers (12) eingelassen sind.

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