DE2660371C2

DE2660371C2 - Schneckenextruder

Info

Publication number: DE2660371C2
Application number: DE2660371A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Romanel Kertscher
Original assignee: Maillefer SA
Current assignee: Maillefer SA
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1983-09-22
Also published as: CH591946A5; GB1560797A; DE2645599A1; JPS601175B2; US4135825A; FR2327074A1; DE2645599B2; JPS5247856A; DE2645599C3; FR2327074B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrat einen Schneckenextruder für Kunststoff nach dem üoerbegriff 1 und wie er beispielsweise aus der US-PS 34 84 507 bekannt ist.

Derartige Einrichtungen finden namentlich Verwendung, wenn es sich darum handelt, in kontinuierlichem Vorgang elektrische Leiter, z. B. Kabel, mit einer isolierenden Ummantelung zu versehen. Der Kunststoff wird als Pulver oder als Granulat in den Aufgabetrichter des Schneckenextruders eingegeben, damit dieser kontinuierlich gespeichert wird. Im Inneren des Schneckenextruders wird der Kunststoff geknetet und erhitzt und schließlich als homogene Schmelze an den Extrudierkopf abgegeben. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, dem Schneckenextruder auch gewisse Zusatzstoffe zuzuführen, z. B. Farbstoffe oder Oxidiermittel, wie z. B. gewisse Peroxide oder Blähmittel, die ein Aufblähen des Kunststoffes nach dem Verlassen der Extrudiereinrichtunc bewirken, oder Kristallisierkeime, Silikone, wie z. B. das Silan, Oxidationsmittel usw.

Über viele Jahre hinweg wurden solche Zusatzstoffe dem Kunststoffpulver oder -granulat zugegeben vor dessen Einführung in den Aufgabetrichter; dies machte es erforderlich, vorerst solche Zusatzstoffe vorgängig in wohl dosierter Menge mit dem Kunststoffpulver oder -granulat zu vermischen in von dem Schneckenextruder getrennten Einrichtungsteilen.

Später wurden Dosierapparate geschaffen, die es ermöglichen, gewisse Zusatzstoffe direkt in den Aufgabetrichter einzuführen. Solche Dosierapparate gelangen besonders zur Anwendung für die Beimischung von Farbstoffen oder von Blähmitteln, wobei es i>5 sich in beiden Fällen um Feststoffe handelt. Man kennt auch Dosierapprate, die es ermöglichen, dem Aufgabetrichter flüssige Zusatzstoffe zuzuführen. Es hat sich aber gezeigt, daß wenn dem Aufgabetrichter zugleich kaltes Kunststoffpulver oder -granulat und ein flüssiger Zusatzstoff zugeführt werden, dieser Zusatzstoff dazu neigt, zusammen mit dem sich vom Kunststoffpulver oder -granulat ablösenden Staub Klumpen zu bilden, die gerne an der Trichterwandung anhaften und zuletzt sogar die Trichteröffnung verstopfen. Solche Ablagerungen können dann Unregelmäßigkeiten im Durchsatz des Schneckenextruders verursachen und so zu Betriebsstörungen in der Gesamteinrichtung führen.

Ein anderer Nachteil dieses Zuführens von flüssigen Zusatzstoffen in den Aufgabetrichter liegt darin, daß gewisse der zur Verwendung gelangenden Zusatzstoffe bei atmosphärischem Druck flüchtig sind. Dies gilt namentlich für das Freon, dessen rasche Verflüchtigung eine exakte Dosierung sehr schwierig macht. Außerdem kann die Verflüchtigung gewisser Peroxide Explosionsgefahren heraufbeschwören.

Um den genannten Schwierigkeiten zu begegnen ist bereits vorgeschlagen worden, die Zusatzstoffe direkt in den Zylinder bzw. das Gehäuse der Schneckenpresse zu injizieren, wozu der Zylinder über eine Druckleitung an eine Pumpe angeschlossen wird, die den Zusatzstoff mit geeignetem Druck liefert Dieser Druck muß ungefähr gleich groß sein wie jener, der im Zylinder herrscht, an der Stelle, an welcher das Injizieren erfolgt. Diesbezügliche Vorschläge sind in den US-PS 31 77 272,34 51 103, 34 84 507 und auch in der FR-PS 14 83 052 beschrieben. Die auf diese Weise zugeführten Zusatzstoffe sind entweder flüssige Farbstoffe, Emulsioniermittel oder bitumenhaltige Stoffe.

Nun verlangt aber ein stabiles Funktionieren eines Schneckenextruders Betriebsbedingungen, die mit größter Genauigkeit gesteuert sind, und wenn es darauf ankommt, am Auslaß des Schneckenextruders wirklich konstante Werte der Temperatur, des Druckes und der Homogenität einzuhalten, so ist es erforderlich, jede Störung im Arbeitsablauf des Schneckenextruders zu vermeiden. Der Druck, der sich innerhalb des Gehäuses des Schneckenextruders in jenes Zone einstellt, in welcher der Kunststoff bereits im flüssigen Zustande vorliegt, ergibt sich aus den Bedingungen, unter welchen die Granulat- oder Pulverkörner, die durch den Trichter hindurch aufgegeben wurden, in der Plastifizierzone geknetet und allmählich auf den Schmelzpunkt erhitzt werden. Wie aus der US-PS 34 84 507 hervorgeht, ist man der Ansicht, daß wenn ein flüssiger Zusatzstoff im Bereich der Plastifizierzone in das Innere der Schnekkenpresse eingeführt wird, sich eine Verminderung der Reibung der teilweise geschmolzenen Kunststoffmasse an der Innenwandung des Schneckenzylinders ergibt und demzufolge eine Verminderung des Durchsatzes dos Schneckenextruders, so daß also die Arbeitsbedingung in der letzteren gestört werden.

Es muß deshalb eine längere Homogenisierzone vorgesehen werden, somit eine entsprechend längere Schnecke mit zu großem Verhältnis der Länge zum Durchmesser oder es muß zwischen dem Extrudierkopf und dem Zylinder des Schneckenextruders eine zusätzliche Mischvorrichtung eingesetzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffextrudiereinrichtung der eingangs erwähnten Gattung, also einer solchen mit Mitteln zur Injizierung von flüssigem Zusatzmittel, so auszubilden, daß in der Schneckenpresse eine herkömmliche Schnecke verwendet werden kann, wobei aber die Schneckenpresse einen möglichst großen Durchsatz haben soll, und unter Bedingungen arbeiten soll, welche

die Herstellung von isolierten elektrischen Leitern höchster Qualität ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Pumpe ein Sammler oder Verteiler nachgeschaltet ist, mit welchem mehrere in Nuten in der Innenoberfläche des Zylinders des Schneckenextruders mündende Öffnungen verbunden sind.

Es ist zwar nach der US-PS 28 29 399 an sich bekannt, an der Innenwand des Zylinders gewisser Schneckenpressen im Bereich des Aufgabetrichters eine oder mehrere längsverlaufende oder schraubenlinienförmige Nuten vorzusehen, die sich strömungsabwärts über eine Länge erstrecken, die zwei bis zehn mal so groß ist wie der Durchmesser der Schnecke, wobei diese Länge ausgehend von der Achse des Aufgabetrichters gemessen ist Solche Nuten erleichtern die Einführung des Granulats oder Pulvers in den Schneckenpressenzylinder und bewirken eine Erhöhung des Füllgrades der Schnecke und somit auch eine Erhöhung des Durchsat- 2u zes der Schneckenpresse. Wenn nun der Zusatzstoff beim strornaufwartigen Ende der genuteten Zone der Zylinderinnerioberfläche injiziert wird, so kom;;it dieser Zusatzstoff mit dem Kunststoff an einer Stelle in Berührung, an welcher das Schmelzen des Kunststoffes noch nicht begonnen hat; entgegen dem was zu befürchten war, enthält man durch die Verringerung des Zylinderinnendurchmessers am Ende der genuteten Zone eine Erhöhung des Durchsatzes und auch eine Erhöhung des Füilgrades der Schnecke. Es ist somit » möglich, mit herkömmlichen Schnecken zu arbeiten und einen optimalen Extrusionsdurchsatz aufrecht zu erhalten.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, irgendwelchen Zusatzstoff zuzuführen, also ß wahlweise z. B. einen Farbstoff, ein Emulgiermittel oder eine flüchtige Flüssigkeit

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schneckenextruders gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 4 hervor. *o

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer itxtrudiereinrichtung mit einer Schneckenpresse und einer daran angeschlossenen Pumpe zur Einführung von Zusatzstoffen, und

F i g. 2 einen Längsschnitt des ströniungsaufwärtigen Teils des Zylinders der Schneckenpresse in einem größeren Maßstab.

Die in der Zeichnung dargestellte Kunststoffextrudier- >" einrichtung weist eine zusammenfassend mit 1 bezeichneten Schneckenextruder bekannter Bauart und eine Pumpe 2 aui. Der Zylinder 3 des Schneckenextruders ist bei seinem strömungsaufwärtigen Ende mit einem Aufgabetrichter 4 für das zuzuführende Kunststoffpulver oder -granulat ausgerüstet. An seinem strömungsabwärtigen Auslaßende trägt der Zylinder 3 einen Extrudierkopf 5, der im gezeigten Beispiel ein solcher ist, dessen Achse 6 im rechten Winkel zur Achse des Zylinders verläuft, und der dazu bestimmt ist, einen elektrischen Leiter zu führen, auf den ein isolierender Mantel aus Kunststoff aufgebracht werden soll. Die nicht dargestellte Schnecke ist durch ein Riemengetriebe 7, 8 mit einem Antrieb verbunden. Die Pumpe 2 hat einen Druckstutzen 9, der sich im rechten Winkel zur Achse des Schnecl'enextruderzylinders erstreckt und an diesen an einer Stelle angeschlossen ist, die sich in einen Abstand A stromabwärts von der Achse des Aufgabetrichters befindet. Es kann sich um irgend eine Pumpe bekannter Bauart handeln; vorzugsweise gelangt eine Kolbenpumpe, eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe oder eine sogenannte peristaltische Pumpe (bei welcher Rollen, die an den Enden von Armen eines Rotors gelagert sind, nacheinander über einen elastischen Schlauch laufen und ihn quetschen) zur Verwendung je nach Beschaffenheit des in den Schneckenextruder einzuführenden Zusatzstoffes. Die Pumpe ist im Bereich ihres Druckstutzens mit einem Rückschlagventil versehen und ihr Fördervolumen soll in Funktion desjenigen des Schneckenextruders einstellbar sein. Falls eine Verdrängungspumpe mit Rotor zur Verwendung gelangt, ist also eine Vorrichtung vorgesehen, welche das Drehzahlverhältnis dieses Rotors zu jenem der Schnecke einstellt oder regelt.

In der F i g. 2, in welcher der strömungaufwärtige Teil des Schneckenextruderzylinders in seinen Einzelheiten gezeigt ist, ist mit 10 die Öffnung bezeichnet, durch welche hindurch das Kunststoffpulver oder -granulat in das Innere des Zylinders gelangt Dir Innenoberfläche des Zylinders 3 hat in einer Zone mit dsr Gesamtlänge B, deren hinteres Ende strömungsaufwärts der Öffnung 10 gelegen ist und deren strömungsabwärtiges Ende in einem Abstand L von der Mittellinie dieser öffnung gelegen ist, eine Mehrzahl von schraubenlinienförmigen Nuten 11, die voneinander durch Rippen 11a getrennt sind, die ähnlich denjenigen eines mehrgängigen Gewindes verlaufen; die Nuten haben einen ungefähr rechteckigen Querschnitt, wobei die Übergänge am Nutenboden und an den Kanten der Rippen abgerundet oder scharf sein können. Anstatt dessen könnte ein sägezahnähnliches Längsprofil der Nutung vorgesehen sein. Der Abstand L kann etwa ein bis zehn mal so groß sein wie der Durchmesser der Schnecke. Die Nuten haben über dem größten Teil der Gesamtlänge B der Zone eine konstante Tiefe; diese nimmt aber an den beiden Enden der Zone ab. An das strömungsabwärtige Ende der genuteten Zone schließt sieh eine Zone mit glatter Innenoberfläche an, deren Durchmesser kleiner ist als jener, der am Boden der Nuten 11 gemessen werden kann. Im gezeigten Beispiel ist der Durchmesser der glattwandigen Zone, die sich der Zone mit der Gesamtlänge B strömungsabwärtig anschließt, gleich groß wie derjenige Durchmesser, der an den Rippen 11 a gemessen werden kann. Eine als Gewindeloch ausgeführte Öffnung 12 ist in die Wandung des Zylinders so eingearbeitet, daß es in den Boden einer der Nuten 11 einmündet. Die Achse dieses Gewindeloches befindet sich in einem Abstand vom benachbarten strömungsabwärtigen Ende der Gesamtlänge B, der im gezeigten Beispiel ungefähr gleich dem Radius der Schnecke ist. In das Gewindeloch 12 ist ein Nippel 13 eingeschraubt, der zum Anschluß eines Druckstutzens 9 dient, welche mit der Pumpe 2 in Verbindung steht; der von der Pumpe geförderte flüssige Zusatzstoff wird also durch das Gewindeloch 12 hindurch in die betreffende Nut 11 eingeführt. Bei seiner Einführung hat dieser Zusatzstoff einen Druck der geringfügig größer ist als der Druck, der im Bereich d.3 Gewindeloches im Innern des Zylinders herrscht; somit wird der zugeführte Zusatzstoff mit dem dort befindlichen Kunststoff vermischt, welcher dort bereits teilweise aber noch nicht ganz plastifiziert bzw. geschmolzen ist, dies dank einer nicht gezeigten Beheizung üblicher Art.

Es versteht sich. da3 die Anzahl und Anordnung der Nuten anders sein können, als im dargestellten Beispiel. Insbesondere können sich die Nuten 11 achsparallel

erstrecken. Der Abstand zwischen der Achse der Öffnung 12 und dem strömungsabwärtigen Ende der genuteten Zone kann von dem Radius der Schnecke abweichen. Dieser Abstand soll aber vorzugsweise zwischen Null und einmal dem Durchmesser der Schnecke gelegen sein, weil die Druckverhaltnisse in diesem Bereich des Zylinders sich eignen für das Zurückdrängen der Zusatzstoffe. Es ist festgestellt worden, daß mit der dargestellten Anordnung die Mischung des durch den Druckstutzen 9 zugeführten Zusatzstoffes mit dem schon teilweise plastifiziertcn Kunststoff unter sehr gleichmäßigen Bedingungen erfolgt und die Mischung sehr homogen ist bei ihrem Eintritt in den Extrudierkopf.

Erfindungsgemäß sind mehrere am Umfang des Zylinders verteilte Öffnungen 12 vorgesehen, deren Achse in einer gemeinsamen Querebene des Zylinders gelegen sind, wobei jede solche öffnung durch eine zugehörige Druckleitung hindurch mit Zusatzstoff gespeist wird: die Druckleitungen sind an einen Sammler oder Verteiler angeschlossen, der seinerseits an den Druckstutzen 9 der Pumpe angeschlossen ist. In -, einer Alternativausführung ist jede der Druckleitungen an eine eigene Pumpe angeschlossen, um es zu ermöglichen, in die verschiedenen Nuten verschiedene Zusatzstoffe, z. B. ein Farbstoff, ein Blähmittel und ein Schmiermittel einzuführen. Die beschriebene Ausbildung ermöglicht also das Injizieren des oder der Zusatzstoffe unter den bestmöglichen Bedingungen.

Schließlich sei noch erwähnt,daß der Einrichtung eine kontinuierlich wägende Vorrichtung angeschlossen se.η kann, welche die Zufuhr von Kunststoffpulver oder

ι-, -granulat in den Aufgabetrichter regulieren würde und die beispielsweise eingerichtet sein kann, um die Anhäufung dieses Rohstoffes im Aufgabetrichter konstant zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneckenextruder für Kunststoff, dessen Zylinder an einem Ende mit einem Aufgabetrichter und am Auslaßende mit einem Extrudierkopf ausgerüstet ist, mit einer Pumpe, deren Druckseite mit mindestens einer in der Zylinderwandung des Schneckenextruders vorgesehenen Öffnung zum Einführen eines flüssigen Zusatzstoffes in den Arbeitsraum des Schneckenextruders während des Extrudiervorganges verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (2) ein Sammler oder Verteiler nachgeschaltet ist, mit welchem mehrere in Nuten (11) in der Innenoberfläche des Zylinders (3) des Schneckenextruders (1) mündende Öffnungen (12) verbunden sind.

2. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pumpen (2) vorgesehen sind, die separat mit einzelnen der Nuten (11) im Zylinder (3) verbunden sind.

3. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil zwischen der oder den Pumpen (2) einerseits und der oder den in den Zylinder (3) mündenden Öffnungen (12) andererseits eingeschaltet ist.

4. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine auf die Drehzahl der Schnecke ansprechende Vorrichtung zur Regulierung des Extrusionsdurchlasses und der Pumpe bzw. der Pumpen (2) aufweist.