DE2145095C3 - Misch- und Knetorgan fur Schneckenpressen - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft ein Misch- und Knetorgan für Schneckenpressen zum Plastifizieren von gekörnten thermoplastischen Materialien, bestehend aus längs einer gemeinsamen Achse angeordneten, scheibenförmigen Knetelementen.

Ein derartiges Misch- und Knetorgan ist durch die US-PS 31 46 493 bekanntgeworden. Die Knetelemente sind dort so ausgebildet, daß der bereits plastifizierte Kunststoff zusammen mit den Kunststoff-Materialkörnern in den Knetabschnitt der Schneckenpresse gelangt. Damit ist aber der Nachteil verbunden, daß eine relativ hohe Antriebsleistung für ein bestimmtes Durchsatzvolumen vorgesehen sein muß, weil auch der bereits plastifizierte Kunststoff ständig mit den Materialkörnern bearbeitet wird.

Eine ähnliche Schneckenpresse zeigt die CH-PS 4 80 938, bei der das Misch- und Knetorgan an seinem Umfang eine Vielzahl von durch Erhebungen voneinander getrennte, im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende, Einschnitte aufweist. Auch dort wird das bereits plastifizierte Material zusammen mit den Materialkörnern beim Betrieb der Presse von einem Einschnitt zum nächsten gefördert, und zwar über die die Einschnitte voneinander trennenden Erhebungen.

Durch die DT-AS 12 07 074 ist zwar eine Schneckenpresse bekanntgeworden, bei der im Betrieb das bereits plastifizierte Kunststoffmaterial von den Materialkörnern getrennt wird, jedoch erfolgt dies dort über eine Vielzahl von in radialer Richtung verlaufenden Bohrungen, die in den Erhebungen des Misch- und Knetorgans vorgesehen sind, und die in eine axiale Bohrung dieses Organs einmünden. Es wird dann durch diese Bohrunj zum Förderende des Organs transportiert. Damit is jedoch der Nachteil verbunden, daß die Vielzahl der ii radialer Richtung verlaufenden Bohrungen einen hoher Drosselwiderstand für das bereits plastifizierte Materia darstellen, so daß auch diese bekannte Schneckenpressi eine relativ hohe Antriebsleistung benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Misch und Knetorgan für Schneckenpressen zum Plastifizierei von gekörnten thermoplastischen Materialien vorzu schlagen, mit dem die bereits plastifizierten Anteile dei thermoplastischen Masse von den noch zu plastifizie renden Teilchen getrennt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Misch- und Knetorgar der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Knetelemente an ihrem Umfang eine Vielzahl von in Umfangsrichtung unterbrochenen im wesentlichen radial verlaufenden, Ausnehmunger aufweisen, deren Breite kleiner ist als die kleinste Abmessung der Materialkörner.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die erwähnten Anteile der Kunststoffmasse im Betrieb dei Schneckenpresse voneinander getrennt werden. Der bereits plastifizierte Anteil der Kunststoffmasse kann nämlich durch die Aussparungen hindurchtreten, so daß der Knetvorgang auf diejenigen Bestandteile der Masse konzentriert wird, die noch zu plastifizieren sind nämlich die Materialkörner. Dies erfolgt vor der Mischung der Materialkörner mit den bereits geschmolzenen Anteilen der zu behandelnden Masse. Durch den beschriebenen Trennungsvorgang erfolgt das Kneten der teilchenförmigen Bestandteile schneller und auch in einem kürzeren Zeitabstand zum Mischungsvorgang der plastifizierten Teilchen mit der übrigen, bereits plastifizierten, Masse. Der hohe Druck, der zwischen der ein derartiges Organ umgebenden Wand und dem Organ beim Betrieb der Presse entsteht, zwingt die geschmolzene Masse durch die Vielzahl der intermittierenden Aussparungen, während ein Durchfließen der Materialkörner durch entsprechende Bemessung der Breite der Aussparungen verhindert wird. Die Materialkörner verbleiben somit im Bereich einer hohen Scherspannung, indem der Knetvorgang stattfindet, Durch das geschilderte Trennen der Komponenten einschließlich dem Konzentrieren der Knetwirkung auf die Materialkörner werden die Länge des Organs, Preßtemperatur und die Verweilzeit des Materials in der Schneckenpresse verringert.

Ein derartiges Misch- und Knetorgan kann sowohl bei einwelligen als auch bei mehrwelligen Schneckenpressen verwendet werden. Deren Querschnitte können jede beliebige Form aufweisen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 5

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 schematisch eine Doppelschneckenpresse mit einem Misch- und Knetorgan nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch zwei achsparallel zueinander angeordnete, gleich ausgebildete Misch- und Knetorgane nach der Erfindung entsprechend der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 ein Misch- und Knetorgan in perspektivischer Ansicht,

• Fig.4 bis 9 die zeitliche Aufeinanderfolge verschiedener Siellungen bei Drehung der in F i g. 2 gezeigten Organe.

Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen besitzt eine Doppelschneckenpresse 10 Schnckken 12 bzw. 14 und Schneckenantriebe 16 bzw. 18. Zu plastifizierender Kunststoff wird durch einen Trichter 20 an der Eingangsseite der Doppelschneckenpresse eingegeben und von dort durch die Doppelschneckenpresse geleitet.

Ein zweiter Einlaßstrom, z. B. für Farbzusätze, wird durch einen seitlich angeordneten Extruder 22 mit einer Schneckenanordnung 24 und einem Antrieb 26 eingeführt.

Normalerweise ist der Kunststoff noch kaum plastifiziert, wenn er den Punkt erreicht, an dem der seitlich eingeführte Zustrom in die Doppelschneckenpresse 10 gelangt. Dieser Punkt liegt stromauf des Knetabschnitts der Doppelschneckenpresse 10; auf ihn folgt das Kneten des kombinierten Stroms, wodurch die beiden Stromkomponenten gemischt und plastifiziert werden.

Nach dem Passieren des Knetabschnitts der Doppelschneckenpresse 10 wird die nunmehr völlig geschmolzene und plastifizierte Masse aus Kunststoff und Zusatzstoff aus der Doppelschneckenpresse 10 durch eine Auslaßöffnung 28 abgeführt.

Jede der Schnecken der Doppelschneckenpresse 10 weist jeweils Knetelemente 32 und 34 auf, die eng beieinander sowie drehbar im Gehäuse 30 der Doppelschneckenpresse angeordnet sind (vgl. F i g. 2). Die Knetelemente besitzen eine Vielzahl von gleich profilierten, im wesentlichen dreieckigen Scheiben, die axial aufeinanderfolgend und radial orientiert längs einer jeden Schnecke angeordnet sind. Die Positionierung ist derart, daß die miteinander rotierenden Knetelemente jeder Schnecke sich gegenseitig abstreifen, was insofern wünschenswert ist, als damit ein Selbstreinigungsvorgang zwischen den Doppelschnekken erreicht wird, wie dies auch bei herkömmlichen Doppelschneckenpressen, die sich miteinander drehen, anzutreffen ist.

Jedes Knetelement besitzt eine miteinander fluchtende Gruppe intermittierender, im wesentlichen radialer Ausnehmungen 36, von denen jede eine Breite besitzt, die kleiner ist als das kleinste Teilchen der thermoplastischen Masse, welche plastifiziert und gemischt werden soll. In den Figuren sind drei dieser Gruppen gezeigt. Die geringe Breite der Aussparungen 3G verhindert das Eintreten von Festteilchen 38 der thermoplastischen Masse in die Aussparungen und hält diese Teilchen im Bereich 39 zwischen den rotierenden Knetelementen 32 und 34 und den Wänden des Extrudergehäuses 30. Durch die Anordnung intermittierender Aussparungen strömt die geschmolzene Masse in Pfeilrichtung 40

(Fig. 2).

F i g. 3 zeigt die einzelnen, auf den Doppelschnecken befestigten Knetelemente 32, 32', 32", 32'", 32"", die in herkömmlicher Weise radial ausgerichtet sind. Jede Knetvorrichtung besitzt drei axial fluchtende Gruppen von Aussparungen.

Die Vielzahl der intermittierenden Aussparungen der Knetelemente variiert in der radialen Tiefe von einer gebogenen Dreiecksseite des Knetelements zu einem Maximum und von dort zur nächsten gebogenen Dreiecksseite des Knetelements. Die maximale Tiefe der Aussparungen steuert den Grad des Schmelzflusses durch die Aussparungen und nicht so sehr durch den Bereich 39 zwischen den Wänden der Knetelemente und der Wand des Gehäuses 30.

Die Reihenfolge der Darstellung der F i g. 4 bis 9 zeigt den Fluß der Masse durch den Knetabschnitt, der durch das Rotieren der Knetelemente 32 und 34 erzeugt wird, wodurch die Masse durch den sich bewegenden Bereich 39 gefördert wird, der bewirkt, daß die Masse nach und nach durch den Knetabschnitt nach vorwärts bewegt wird, wie es im einzelnen in den Fig.4 bis 9 in der Beziehung der zusammenwirkenden Flächen einer gebogenen Dreiecksseite des Knetelements 32 mit der gebogenen Dreiecksseite des Knetelements 34 in jeder dieser Figuren gezeigt ist.

In einem Versuch wurde in eine Vorrichtung nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel 226,8 kg/h Polystyrol in eine ineinandergreifende Doppelschnecke von 50,8 mm Durchmesser geführt, und zwar unter Verwendung eines 30,5 mm langen Knetabschnitts, der aus zwanzig einzelnen Knetelementen zusammengesetzt war. Jede Scheibe besaß drei Gruppen mit fünf 1,58 mm breiten Aussparungen. Die Doppelschnecken wurden mit einer Geschwindigkeit von 300 U/min bewegt und die zylinderförmigen Polystyrol-Harzteilchen, die der Presse zugeführt wurden, hatten einen Durchmesser von 3,175 mm und 3,175 mm Zylinderlänge. Eine geschmolzene Farbgrundmischung wurde durch eine Seitenöffnung der Doppelschneckenpresse 10 eingeführt, die eine Länge von insgesamt 1270 mm hatte. Da: homogene Endprodukt, das durch die Auslaßöffnung 2f aus der Doppelschneckenpresse 10 austrat, war eir gleichmäßig eingefärbtes, geschmolzenes Polystyrol.

Ein VergleLhsversuch wurde mit einer im übriger identischen Schneckenpresse durchgeführt, wobei her kömmliche Knetelemente verwendet wurden, jedoch sonst dieselben Versuchsbedingungen bestanden. Da: hieraus resultierende Produkt zeigte in der Analyse, dal 75% seiner Kunststoffteilchen ungeschmolzen aus den Extruder austraten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Misch- und Knetorgan für Schneckenpressen zum Plastifizieren von gekörnten thermoplastischen Materialien, bestehend aus längs einer gemeinsamen Achse angeordneten, scheibenförmigen Knetelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Knetelemente (32 bzw. 34) an ihrem Umfang eine Vielzahl von in.Umfangsrichtung unterbrochenen, im wesentlichen radial verlaufenden Ausnehmungen (36) aufweisen, deren Breite kleiner ist als die kleinste Abmessung der Materialkörner.

2. Misch- und Knetorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es achsparallel zu einem zweiten, gleich ausgebildeten Misch- und Knetorgan angeordnet ist.

3. Misch- und Knetorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Knetelemente (32', 32", 32'", 32"") einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit konvex gebogenen Seitenflächen aufweisen.

4. Misch- und Knetorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radiale Tiefe der Ausnehmungen (36) ausgehend von einem Maximum in ihrer Mitte in Umfangsrichtung verkleinert.

5. Misch- und Knetorgan nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der scheibenförmigen Knetelemente über den Umfang verteilt drei axial fluchtende Gruppen von Ausnehmungen (36) aufweist.