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DE2910041C2 - Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien - Google Patents

Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien

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DE2910041C2
DE2910041C2 DE2910041A DE2910041A DE2910041C2 DE 2910041 C2 DE2910041 C2 DE 2910041C2 DE 2910041 A DE2910041 A DE 2910041A DE 2910041 A DE2910041 A DE 2910041A DE 2910041 C2 DE2910041 C2 DE 2910041C2
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screw press
feeder
metering device
speed
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Vjačeslav Vasil'evič Šaronov
Semen Il'ič Gdalin
Valerij Anatol'evič Moskva Jakovlev
Vladimir Ivanovič Kločkov
Jurij Rudol'fovič Ozol
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Individual
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien mit einem zylindrischen Gehäuse mit Fülltrichter und Heizelementen, in dessen Hohlraum eine drehbare Schnecke mit axial verlaufenden Bewegungs-, Verdichtungs- und Ausstoßzonen sowie eine Hülse untergebracht sind, die die Schnecke in der Beschickungszone umfaßt und mit Nuten des polymeren Materials zur Schnecke durch den Fülltrichter versehen ist.
Eine solche Schneckenpresse ist z. B. in dem Aufsatz von G. Menges in der Zeitschrift »Plastverarbeiter«, Band 20,1969, Heft 2, beschrieben.
Diese Schneckenpresse mit Längsnuten in der Beschickungszone, welche erlauben, das Gleiten des Polymers in bezug auf den Zylinder in Drehrichtung der Schecke zu vermeiden, hat eine Beschickungszone mit surrer Kennlinie.
Bei einer derartigen Schneckenpresse übt der Reibungskoeffizient keinen Einfluß auf die Leistung in der Beschickungszone aus. Die Verwendung von Hülsen mit Längsnuten führt aber zur Erhöhung des Fördervermögens der Schnecke in der Beschickungszone. Die nachfolgenden Abschnitte der Schnecke befinden sich jedoch im Zylinder mit glatter Innenfläche und bringen demzufolge eine geringere Arbeitsleistung auf, wobei sie einen Widerstand gegen den Materialvorschub darstellen. Infolgedessen wird das feste Ausgangsmaterial in diesen Abschnitten übermäßig verdichtet was eine Überlastung des Schneckenantriebs zur Folge hat Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher die Schaffung einer Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien, bei der die Beschickungs- und die Ausstoßzone eine starre Kennlinie haben, wobei die Leistung dieser Zonen derart abgestimmt ist daß die Länge der Ausstoßzone während der Verarbeitung konstant bleibt
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst daß die die Shnecke umfassende Hülse als drehbarer Dosierer für das Material ausgeführt ist und einen Drehzahlregler für den Dosierer besitzt an dessen Kreisumfang eine Gruppe von öffnungen angebracht ist, die aufeinanderfolgend mit der Austrittsöffnung des Fülltrichters zur Deckung bringbar sind.
Der rotierende Dosierer gestattet es, die Arbeit der Beschickungs- und der Ausstoßzone aufeinander abzustimmen. I der erfindungsgemäßen Schneckenpresse laufen in Verbindung damit daß der Materialdruck im zylindrischen Gehäuse hinter dem Dosierer und die Drehgeschwindigkeit der Schnecke stets konstant sind, alle Wärmevorgänge des Schmelzens und Homogenisierens ohne Wärmeschwankungen ab, und die Schmelze wird mit konstanter Temperatur und Viskosität ausgepreßt. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Schneckenpresse ermöglicht es, die Erzeugnisse von hoher Qualität und geringer Dickendifferenz ohne Wärmeschwankungen zu erhalten.
Die Anbringung von öffnungen des Dosierers am Kreisumfang desselben gestattet es, die Kanäle der Schnecke in der Beschickungszone gleichmäßig mit Material zu füllen, und verhindert das Hängenbleiben des Materials im Bunker. Die Nuten an der Innenfläche des Dosierers, die nach einer Schraubenlinie verlaufen, die zur Richtung des Gewindes an der Schnecke entgegengesetzt ist, macht es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Dosierers herabzusetzen und folglich die Leistung des Antriebs zu vermindern sowie den Energieaufwand zu reduzieren.
Der Drehzahlregler des Dosierers ermöglicht es, den Strangpreßvorgang zu automatisieren und begünstigt die Herstellung eines qualitätsgerechten Erzeugnisses. Zweckmäßigerweise werden Oberflächenabschnitte des Dosierers, die die öffnungen untereinander trennen, unter einem Winke! φ zur Mittelachse der Schnecke angeordnet, der im Bereich arc tg f < φ < 90° gewählt ist, worin fden Reibungskoeffizienten des zu verarbeitenden Materials auf der Schneckenoberfläche bedeutet.
Eine solche Ausführung des Dosierers erlaubt es, das Zerstören (Schroten) der Materialgranulate zwischen dem Gehäuse des Fülltrichters und der Oberfläche des Dosierers zu verhindern und folglich den Energieaufwand zu verringern.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind aus
den weiteren Unteransprüchen ersichtlich.
Die Schneckenpresse nach der Erfindung bietet die Möglichkeit, die Leistung der Beschickungs- und der Ausstoßzone an einer Schnecke bei der Verarbeitung verschiedener polymerer Materialien unabhängig von den Änderungen des Schüttgewichtes des Ausgangspolymers in Obereinstimmung zu bringen. Die erfindungsgemäße Schneckenpresse ist dazu geeignet mit der Schnecke qualitätsgerechte Verarbeitung zu Erzeugnissen praktisch aller schüttbaren polymeren Materialien unabhängig von der Kornzusammensetzung in weitem Änderungsbereich des Schüttgewichts der Polymere durchzuführen.
Die Erfindung wird mit einer eingehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schneckenpresse (Gesamtansicht im Axialschnitt) mit einem Drehzahlregler des Dosierers, mit einem Druckgeber für das zu verarbeitende polymere Material,
F i g. 2 Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1, F i g. 3 Ansicht nach Pfeil D von F i g. 2, F i g. 4 Teil der Schneckenpresse mit einem Drehzahlregler des Dosierers, mit einem Drehmomentgeber der Schnecke,
F i g. 5 Teil der Schneckenpresse mit einem Drehzahlregler des Dosierers mit einem Drehmomentgeber.
Die Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien enthält einen Fülltrichter 1, ein zylindrisches Gehäuse 2 mit (nicht dargestellten) Heizelementen, eine rotierende Hülse, die als Dosierer 3 ausgeführt ist. und eine Schnecke 4 mit Beschickungszone A, Verdichtungszone B und Ausstoßzone C Auf der Innenfläche des Dosierers 3 sind Längsnuten a vorgesehen. Die Tiefe der Nuten a nimmt gleichmäßig in Bewegungsrichtung des Materials ab. Der Dosierer 3 ist im Gehäuse 2 auf Lagern 5 gelagert und mit einem (in der Zeichnung nicht abgebildeten) Regelantrieb zu seiner Drehung («2) in Bezug auf die Schnecke 4 versehen. Der Dosierer 3 besitzt öffnungen b. die an seinem Kreisumfang angebracht sind und mit der Austrittsöffnung des Fülltrichters 1 bei der Drehung (0)2) des Dosierers aufeinanderfolgend zur Deckung gebracht werden. Die Oberflächenabschnitte des Dosierers 3, die die Öffnungen b untereinander tragen (Stege c), liegen unter einem Winkel φ zur Achse der Schnecke 4. Der Winkel soll größer sein als der Reibungswinkel des polymeren Materials mit Stahl und ist durch aen Bereich arc tg/<<p<90o begrenzt, worin f der Reibungskoeffizient des polymeren Materials mit der Oberfläche des Dosierers 3 ist.
Die Schneckenpresse hat einen Drehzahlregler des Dosierers 3 in bezug auf die Schnecke 4. Dieser Regler besteht aus einem Druckgeber 6 für das polymere Material (Fig. 1), der im zylindrischen Gehäuse 2 am Ausgang aus dem Dosierer 3 angebracht ist. Die Nuten a des Dosierers 3 kann man nach einer Schraubenlinie entgegengesetzt zur Richtung des Gewindes an der Schnecke 4 ausführen, wodurch zwangläufiges Gleiten des Polymers in Drehrichtung (ωι) der Schnecke gewährleistet und auf diese Weise die Drehgeschwindigkeit der .ichnecke 3 im Vergleich zum Dosierer mit geraden Nuitn herabgesetzt wird.
In einer änderen Ausführungsvariante enthält der Drehzahlregler des Dosierers 3 einen Drehmomentgeber 6a (Fig-4) für die Schnecke 4 und einen Regler 7, der mit dem Druckgeber 6 und dem Antrieb des Dosierers 3 verbunden ist
Der Drehzahlregler des Dosierers 3 kann einen Drehmomentgeber 66 (Fig.5) des Dosierers 3 und einen Regler 7 enthalten, der mit dem Druckgeber 6 und dein Antrieb des Dosierers 3 verbunden ist Die Schneckenpresse arbeitet folgenderweise. Ein thermoplastisches polymeres Material im granulierten, zerkleinerten oder pulverförmigen Zustand wird durch den Fülltrichter 1 und die Öffnungen b des rotierenden Dosierers 3 dem Gehäuse 2 der Schneckenpresse zugeführt Als Folge davon, daß die Stege c zwischen den öffnungen b des Dosierers 3 unter einem Winkel φ in bezug auf die Achse der Schnecke angeordnet sind, der größer ist als der Reibungswinkel des Polymers mit Stahl (der Winkel φ ist durch den Bereich arc tg f< φ < 90° begrenzt), gleiten die zwischen das Gehäuse 2 und die Stege c gelangenden Polymergranulate durch und werden nicht geschrotet (zerstört). Dieser gestattet einen Antrieb kleiner Leistung für den Dosierer 3 und die gleichmäßige Füllung des Kanals der Schnecke 4 in der Beschickungszone mit Material. Am wirksamsten ist ein Neigungswinkel der Stege, der cp= 15 bis 45° beträgt Bei diesen Werten des Winkels φ zeigen fast alle polymeren Materialien ein gutes Durchgleiten. Über 45° C hinaus verschlechtert sich die Steifigkeit der Konstruktion, weil die Stege als Federn, wirken. Bei φ=90° geht der Sinn der Konstruktion verloren. Des weiteren wird das Polymere Material durch die Schnecke 4 in Richtung der Nuten a des Dosierers 3 vorgeschoben. Der Dosierer 3 mit Längsnuten wird bei der Verarbeitung des granulierten oder zerkleinerten polymeren Materials zwecks Übereinstimmung der Arbeitsleistung der Schnecke in der Beschickungs- und der Ausstoßzone mit einer Drehzahl angetrieben, die 0,6 bis 0,9 der Drehzahl der Schnecke 4 beträgt. Eine derart hohe Drehzahl des Dosierers 3 führt zu einem Antrieb des Dosierers 3 von erhöhter Leistung, da die Antriebsleistung nach der Gleichung
xr Μ· Π
71620X1,36
berechnet wird, worin bedeuten:
M — Drehmoment (kp/cm),
π - Drehzahl des Dosierers (U/min).
so Mit dem Ziel, den Energieaufwand zu reduzieren und die Leistung des Dosierantriebs zu vermindern, kann man die Nuten a des Dosierers 3 gemäß einer Schraubenlinie entgegengesetzt zur Richtung des Gewindes der Schnecke 4 ausführen, d. h. ein zwangläu-
figes Durchgleiten des Polymers in der Drehrichtung der Schnecke 4 herbeiführen und dadurch die Drehgeschwindigkeit des Dosierers 3 im Vergleich mit dem gerade Nuten aufweisenden Dosierer 3 vermindern. Die Senkung der Drehzahl des Dosierers um das Zweifache gestattet es, die Leistung des Dosiererantriebs auf die Hälfte zu verringern, was aus der vorstehend angeführten Gleichung folgt.
Die Leistung in der Beschickungszone der Schnecke 4 hingt von der relativen Drehzahl der Schnecke 4 und des Dosierers 3 ab, die bei der gleichbleibenden Drehzahl der Schnecke 4 durch Änderung der Drehzahl des Dosierers 3 verändert werden kann. Aus dem Dosierer 3 gelangt das polymere Material in das
beheizte Gehäuse 2, in welchem es sich bei seiner Bewegung erwärmt, verdichtet, geschmolzen und homogenisiert wird, sich in eine homogene zähe Masse verwandelt und durch die Schnecke 4 zum Profilieren eines Erzeugnisses geleitet wird.
Die Leistung in der Ausstoßzone hängt von der Drehzahl der Schnecke und der Zuführung des Polymers in der Beschickungszone der Schnecke 4 ab. ·
Bei einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit der Schnecke 4, die in allen Abschnitten der Schneckenpresse konstant ist, ist somit die Stetigkeit der Arbeitsleistung der Schneckenpresse von der Stetigkeit der Materialzuführung in der Beschickungszone der Schnecke 4 abhängig. Zur Stetigkeit der Materialzuführung in der Beschickungszone der Schnecke 4 tragen die Nuten a auf der Innenfläche des Dosierers 3 bei. jedoch kann die Materialzuführung wegen Änderungen des Schüttgewichts des Polymers zeitlich schwanken. Je nach seiner Größe kann die Leistung in der Beschikkungszone der Schnecke 4 bei gleichbleibender Drehzahl der Schnecke größer oder kleiner als die Leistung in der Ausstoßzone der Schnecke 4 sein. Um die Leistung in der Beschickungszone der Schnecke 4 auf die Leistung in der Ausstoßzone der Schnecke 4 abzustimmen, wählt man die Drehrichtung und -geschwindigkeit des Dosierers 3 aus. Wenn sich dabei der Dosierer 3 mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die der Drehgeschwindigkeit der Schnecke 4 gleich ist, so ist in diesem Fall die Leistung in der Beschickungszone der Schnecke 4 gleich Null, weil die relative Geschwindigkeit der Schnecke 4 und des Dosierers 3 gleich Null ist. Die Vergrößerung der Zufuhr des schüttbaren polymeren Materials wird durch Erhöhung der relativen Geschwindigkeit von Schnecke 4 und Dosierer 3 vorgenommen. Über die Übereinstimmung der Arbeitsleistung der Schnecke in der Beschickungsund der Ausstoßzone urteilt man nach den Anzeigen des Druckgebers 6, der im zylindrischen Gehäuse 2 am Ausgang aus dem Dosierer angebracht ist. Wenn der Druck fehit, so bedeutet das, daß die Leistung in der Beschickungszone der Schnecke kleiner als die Leistung in der Ausstoßzone ist und die Schneckenpresse ihren Betriebszustand noch nicht erreicht hat Zur Leistungssteigerung der Beschickungszone der Schnecke erhöht man die relative Drehzahl des Dosierers 3 in bezug auf die Schnecke 4 so lange, bis am Anfang des glatten Abschnitts der Innenfläche des zylindrischen Gehäuse 2, d. h. am Ausgang des Dosierers 3 ein Druck entsteht Der Druck wird auf das geforderte Niveau durch weitere Veränderung der Drehzahl des Dosierers 3 so erhöht
Der vorgegebene Druckpegei wird im weiteren automatisch auf die folgende Weise aufrechterhalten: . Der Druckgeber 6 (F i g. 1) überträgt das Signal zum Regler 7, der die Erhaltung eines konstanten Materialdrucks am Ausgang des Dosierers 3 überwacht Bei Vergrößerung oder Verminderung des Schüttgewichts des Ausgangspolymers vermindert bzw. vergrößert die Regelungseinrichtung, die auf dem Prinzip der Druckstabilisierung im glatten zylindrischen Gehäuse 2 aufgebaut ist, die Materialzuführung in der Beschikkungszone der Schnecke 4 durch stetige Veränderung der Drehzahl des Dosierers 3 in bezug auf die Schnecke 4 und hält auf diese Weise einen ausgeglichenen Betriebszustand des Strangpressens aufrecht.
Falls die Zuführung des polymeren Materials in der Beschickungszone der Schnecke nach dem Drehmoment der Schnecke (Fig.4) geregelt wird, gibt der Drehmomentgeber 6 der Schnecke 4 ein Signal an den Regler 7 ab, der die Erhaltung eines konstanten Drehmoments an der Schnecke 4 überwacht. Bei Änderung des Drehmoments an der Schnecke 4 vermindert oder vergrößert das Regelungssystem, das auf dem Prinzip der Stabilisierung des Drehmoments der Schnecke 4 aufgebaut ist, je nach der Momentänderung die Materialzuführung in der Beschickungszone durch stetige Veränderung der Drehzahl des Dosierers 3 in bezug auf die Schnecke 4 und hält auf diese Weise einen ausgeglichenen Betriebszustand des Strangpressens aufrecht.
Falls die Zuführung des polymeren Materials in der Beschickungszone der Schnecke nach dem Drehmoment des Dosierers (Fig.5) geregelt wird, gibt der Drehmomentgeber 6 des Dosierers 3 ein Signal an den Regler 7 ab, der die Erhaltung eines konstanten Drehmoments des Dosierers 3 überwacht. Bei Änderung des Drehmoments des Dosierers 3 vermindert oder vergrößert das Regelungssystem, das auf dem Prinzip der Stabilisierung des Drehmoments der Schnecke 4 aufgebaut ist, je nach der Momentsänderung die Materialzuführung in der Beschickungszone durch stetige Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Dosierers 3 in bezug auf die Schnecke 4 und hält auf diese Weise einen ausgeglichenen Betriebszustand des Strangpressens aufrecht
Im Zusammenhang damit, daß die Drehzahl der Schnecke 4 und die Leistung in der Beschickungszone der Schnecke konstant sind, laufen in der Schneckenpresse alle Wärmeprozesse und die Homogenisierung der Schmelze oder Wärmeschwankungen ab, und die Schmelze wird mit einer konsianien Temperatur und Viskosität ausgepreßt was zur Herstellung eines qualitätsgerechten Erzeugnisses beiträgt
Dadurch, daß die öffnungen b des Dosierers 3 am Kreisumfang desselben angebracht sind und mit der Austrittsöffnung des Fülltrichters bei der Drehung des Dosierers aufeinanderfolgend zur Deckung gebracht werden, wird es ermöglicht, die Füllung des schraubenförmigen Kanals der Schnecke 4 mit dem Polymer in der Beschickungszone zu stabilisieren. .
Die Anordnung der Oberflächenabschnitte des Dosierers, die die öffnungen b untereinander trennen, unter einem Winkel φ zur Schneckenachse, welcher Winkel iri den Grenzen arc ig ί<φ <90° gewählt ist verhindert das Schroten der Polymergranulate, wodurch die Leistung des Drehantriebs des Dosierers 3 beträchtlich vermindert werden kann.
Die Nuten a des Dosierers 3, ausgeführt gemäß einer Schraubenlinie in Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Gewindes an der Schnecke 4, gestatten es, die Drehzahl des Dosierers 3 herabzusetzen und folglich die Leistung des Antriebs zu verringern sowie den Energieaufwand zu reduzieren.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    !.Schneckenpresse zur Verarbeitung von polymeren Materialien, mit einem zylindrischen Gehäuse S mit Fülltrichter und Heizelementen, in dessen Hohlraum eine drehbare Schnecke mit axial verlaufenden Beschickungs-, Verdichtungs- und Ausstoßzonen sowie eine Hülse untergebracht sind, die die Schnecke in der Beschickungszone umfaßt und mit Nuten an ihrer Innenfläche sowie mit einer öffnung für die Zuführung des polymeren Materials zur Schnecke durch den Fülltrichter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse als drehbarer Dosierer (3) für das Material ausgeführt ist und einen Drehzahlregler für den Dosierer (3) besitzt, an dessen Kreisumfang eine Gruppe von öffnungen (6) angebracht ist, die aufeinanderfolgend mii der Austrittsöffnung des Fülltrichters (1) zur Deckung bringbar sind.
  2. 2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Oberflächenabschnitte des Dosierers (3), die die öffnungen (b) untereinander trennen, unter einem Winkel φ zur Mittelachse der Schnecke (4) angeordnet sind, der im Bereich arc tg f < φ < 90° gewählt ist, worin /den Reibungskoeffizienten des zu verarbeitenden Materials auf der Schneckenoberfläche bedeutet
  3. 3. Schneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß in dem drehbaren μ Dosierer (3) die Nuten (a)an seiner Innenfläche nach einer Schraubenlinie in Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Schneckensteges der Schnecke (4) ausgeführt sind und eine stufenlos abnehmende Tiefe in Bewegungsrichtung des Materials haben.
  4. 4. Schneckenpresse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler des Dosierers (3) mit einem Druckgeber (6) für das zu verarbeitende polymere Material versehen ist der im zylindrischen Gehäuse (2) am Ausgang aus dem Dosierer (3) angeordnet ist.
  5. 5. Schneckenpresse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler des Dosierers (3) mit einem Drehmomentgeber (6a) der Schnecke (4) versehen ist.
  6. 6. Schneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler des Dosierers (3) mit einem Drehmomentgeber {%b) des Dosierers (3) versehen ist.
    50
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