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DE3336179A1 - Einrichtung zum herstellen von aufgeschaeumten thermoplastischen kunststoffen, wie polystyrol, polyaethylen oder dergleichen - Google Patents

Einrichtung zum herstellen von aufgeschaeumten thermoplastischen kunststoffen, wie polystyrol, polyaethylen oder dergleichen

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Publication number
DE3336179A1
DE3336179A1 DE19833336179 DE3336179A DE3336179A1 DE 3336179 A1 DE3336179 A1 DE 3336179A1 DE 19833336179 DE19833336179 DE 19833336179 DE 3336179 A DE3336179 A DE 3336179A DE 3336179 A1 DE3336179 A1 DE 3336179A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
extruder
cooling
melting
cooling device
homogenizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19833336179
Other languages
English (en)
Other versions
DE3336179C2 (de
Inventor
Klaus-Dieter 3101 Hambüren Kolossow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KraussMaffei Extrusion GmbH
Original Assignee
Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH filed Critical Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Priority to DE3336179A priority Critical patent/DE3336179C2/de
Priority to GB08423268A priority patent/GB2148781B/en
Priority to US06/652,491 priority patent/US4615664A/en
Priority to CA000463861A priority patent/CA1224309A/en
Priority to IT22972/84A priority patent/IT1178554B/it
Priority to JP59207205A priority patent/JPS6097822A/ja
Publication of DE3336179A1 publication Critical patent/DE3336179A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3336179C2 publication Critical patent/DE3336179C2/de
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Description

Einrichtung zum Herstellen von aufgeschäumten thermoplastischen Kunststoffen wie Polystyrol, Polyäthylen oder dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung wie erwähnt im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der DE-PS 11 35 652 ist eine derartige Einrichtung bekannt. In dem Aufschmelz- und Homogenisierextruder wird das mit einem Treibmittel vermischte thermoplastische Material aufbereitet und danach über eine lange Rohrleitung in eine statische Kühleinheit gefördert.
Das zu kühlende Material muß aufgrund des Förderdruckes des Aufschmelz- und Homogenisierextruders durch die einen relativ kleinen Durchmesser aufweisende Rohrleitung und durch die Kühleinheit gepreßt werden. Zusätzlich ist noch der Werkzeugdruck am Austritt der Kühleinheit, beispielsweise . ein Blaskopf, zu überwinden.
Das homogenisierte mit Treibmittel vermischte Material muß also unter einen hohen Druck gesetzt werden, wodurch Fr iktionsenergie freigesetzt wird, die zu einer Aufheizung des thermoplastischen Materials führt. Aufgrund dieses Sachverhaltes wird der größte Teil der Kühlleistung der nachgeschalteten Kühleinheit verbraucht, um die in das Material eingebrachte Friktionswärme wieder zu vernichten, so daß der eigentliche Zweck der Kühleinheit, nämlich die Herun-
mm /T mm
-Ί terkühlung des Material/Treibmittelgemisches unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, nur unzureichend unc völlig unwirtschaftlich erreicht wird.
Jegliche Umlenkung des Stromes des Material/Treibmittelgemisches führt bereits zu einer gewissen Einleitung von Friktionswarme in das Gemisch, die danach(spätestens jedoch vor dem Austritt des Gemisches aus dem Strangpreßwerkzeug) mühevoll wieder durch die Installierung einer entsprechend großen Kühlleistung vernichtet werden muß.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die sehr exakt an eine optimale Herstellungsweise eine aufgeschäumten Material/Treibmittelgemisches und des aufgeschäumten Produktes anpaßbar ist.
Es soll mittels der Einrichtung unter geringstmöglicher EnergieaufWendung eine optimale Temperaturführung in der Kühleinheit durchführbar sein.
Die Einrichtung soll leicht gereinigt und umgerüstet werden können, wobei der Material/Treibmittelstrom einer Fremdpartikel abhaltenden Filterwirkung unterworfen werden soll, ohr(e daß die dabei auftretende Friktionsenergieeinleitung in das Gemisch eine schädliche Wirkung hervorruft.
Die Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs niedergelegten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens werden in den Unteransprüchen niedergelegt.
Durch die Anordnung des Aufschmelz- und Homogenisierextruders und der Kühleinheit auf einer gemeinsamen Längsachse wird jegliche, Friktionswärme verursachende Umlenkung ver-
mieden.
Nur durch die Anordnung von zwei Antriebseinheiten, die mit unterschiedlich einstellbarer Drehzahl betrieben werden kön-5nen, wird eine optimale Behandlung und Temperaturanpassung des Material/Treibmittelgemisches gewährleistet.
Für eine gute Homogenisierung des Materials selbst und für eine gleichmäßige Verteilung des Treibmittels im aufgeschmollOzenen Material muß die Drehzahl der Schnecke unabhängig von der Drehzahl der Schnecke in der Kühleinrichtung beeinflußbar sein, weil beispielsweise die relativ hohe Drehzahl der Schnecke in dem Extruder sich äußerst schädlich in der Kühleinrichtung auswirken würde.
Da der Aufschmelz- und Homogenisierextruder mit einer relativ hohen Temperatur von beispielsweise 180 - 220° C betrieben werden muß und die Kühleinrichtung bei Temperaturen von - 40° C betrieben wird, entstehen erhebliche Wärmeausdeh-2onungen. Um derartige Wärmeausdehnungen bzw. Spannungen besser bewältigen zu können, ist der Extruder verfahrbar ausgebildet, wodurch gleichzeitig eine schnelle Demontage und Reinigung sowohl des Extruders, der Siebwechseleinheit und der Kühleinheit sichergestellt wird.
Eine exakte Anpassung an ein optimales Herstellungsverfahren für ein Material/Treibmittelgemisch wird insbesondere durch die Anordnung der .Siebwechseleinheit zwischen dem Extruder und der Kühleinheit erreicht.
Das Material/Treibmittelgemisch wird im Verfahrensablauf an
einer Stelle einem Filtervorgang unterworfen, an der eine Beeinträchtigung hinsichtlich der Temperatur, des Druckes und der Einleitung von Fr ikt ions war me ohne Belang ist,, weil es in ze diesem Stadium unempfindlich gegen derartige Einflüsse ist.
üblicherweise wird das Gemisch am Ende der Kühleinrichtung durch eine Siebwechseleinrichtung geführt. Eine derartige Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß wiederum ein Rückdruck aufgebaut wird, der zu einer Temperaturerhöhung des Gemisches in der Kühleinheit führt, was wiederum nur durch | eine erheblich gesteigerte Kühlleistung ausgeglichen werden |
i kann, da Kunststoffe sehr schlechte Wärmeleiter sind. I
Da jede Filtereinrichtung einen gewissen Rückdruck und so- § mit auch eine gewisse Temperaturerhöhung verursacht, wurde erfindungsgemäß der Materialfließkanal vor und hinter dem Filter konisch sich erweiternd ausgebildet, wodurch aufgruncj der größeren Filterfläche eine evtl. Temperaturerhöhung im j Filterbereich vermindert wird.
In vorteilhafter Weise wird die dynamische Kühleinheit mit einer Förderschnecke oder anderen auf einem Kern förderwirksam angeordneten Elementen und einem eigenen Antrieb ,, ausgebildet, so daß sie entsprechend der gewünschten. Ma- j! terial/Treibmittelgemischtemperatur betrieben werden kann, d.h.,daß insbesondere eine erheblich geringere Drehzahl des dynamischen Förderelementes eingestellt werden kann.
Um eine einfache und funktionsgerechte Aufstellung der Ge-samtaggregate, d.h. der jeweiligen Antriebseinheiten des . Extruders und der Kühleinrichtung zu erreichen, wird eine Aufstellung gewählt, wie in Anspruch 3 beansprucht wird.
Zweckmäßigerweise wird der Extruder in Axialrichtung ver-JO fahrbar ausgebildet und an der Siebwechseleinheit Wärmespannungen aufnehmende Flansche angebracht. Durch derartige Maßnahmen wird erreicht, daß geringe Wärmeausdehnungen durch die Flansche aufgefangen werden. Treten größere Wärmeausdehnungen auf, so verschiebt sich der Extruder einschl der Antriebseinheit in Axialrichtung um einen geringen Ab-
stand, wodurch derartige Ausdehnungen ohne Schäden zu verursachen kompensiert werden.
In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Aufschmelz- und Homogenisierextruder als Doppelschneckenextruder auszubilden, um eine Zwangsförderung und Selbstreinigung des Extruders zu erreichen. Der Aufschmelz- und Homogenisierextruder kann auch als Planetwalzenextruder ausgebildet sein, wenn hochviskose Thermoplaste, beispielsweise PVC, aufgeschäumt werden sollen. Planetwalzenextruder ermöglichen eine sehr schonende, d.h. wenig Scherenergie einleitende Homogenisierarbeit. In einem solchen Fall, muß dem Planetwalzenextruder ein in die Siebwechseleinheit förderndes Austragsteil nachgeschaltet werden.
-
Um bei einer bestimmten Durchsatzgeschwindigkeit des Extruders die geförderte Materialmenge bei einer langsameren Fördergeschwindigkeit in der Kühleinheit abkühlen zu können ist es zweckmäßig, den Innendurchmesser des Hohlzylinders der Kühleinrichtung größer auszubilden als den Innendurchmesser des ExtruderZylinders.
Auf diese Weise" kann der Auf schmelz- und Homogenisiervorgarn bei einer dafür optimalen hohen Drehzahl durchgeführt wer-.
den, so daß sich eine äußerst gleichmäßige und feine Verteilung des Treibmittels im Material ergibt. Die hohe Drehzahl hat jedoch eine große Förderleistung zur Folge. In der Kühleinrichtung muß das .Gemisch jedoch relativ lange verweilen, um den Kühlvorgang wirtschaftlich durchführen zu
können.
Es ist daher vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser des Kühlzylinders wesentlich größer (bis 100 %) gewählt wird, wodurch bei gleicher DurchsatzIeistung der Gesamtanlage die Verweilzeit des Gemisches in der Kühleinrichtung sich ver-
- ίο-
doppeln läßt. In diesem Fall muß die Leistung des Förderelementes in der Kühleinrichtung ebenfalls um das Doppelte verringert werden bzw. leicht darüber liegen, um eine Frikt ion se η er giee in leitung in die Mischung zu vermeiden. Da die Kühleinrichtung einen separaten stufenlosen Antrieb aufweist, kann die Drehzahl des Förderelements leicht derartigen Bedingungen angepaßt werden.
Eine optimale Kühlung des Material/Treibmittelgemisches in der Kühleinrichtung wird erzielt durch eine Führung des Kühlmediums durch den Zylinder und der Schnecke entgegen der For der richtung des Gemisches. Die Kühlleistung ist in de|i Anfangsbereichen der Kühlbohrungen am größten und verringert sich zu den Endbereichen hin. Die größte Kühlleistung wird somit in den Anfangsbereich, d.h. kurz vor dem Austritt des Gemisches aus der Kühleinrichtung, aufgebracht, wodurch die Austrittstemperatur des Gemisches aus der Kühleinrichtung sehr genau gesteuert werden kann.
Eine möglichst genaue Temperatursteuerung am Austritt, d.h. beispielsweise im Blaskopf, ist von ausschlaggebender Bedeutung für den Aufschäumgrad und die Oberfläche der aufgeschäumten Folie.
Eine weitere äußerst vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in der Anordnung einer Zahnradpumpe zwischen der Austrittsöffnung der Kühleinrichtung und dem Werkzeug, beispielsweise einem Blaskopf. Eine Zahnradpumpe ermöglicht eine konstante Förderung des Gemisches, d.h. an einem nachgeschalteten Blaskopf herrscht ständig ein gleichmäßiger Druck und somit ein völlig gleichmäßiger Materialaustritt.
Insbesondere hat eine Zahnradpumpe jedoch den großen Vorteil, daß sie jeglichen Rückdruck bzw. Stau des Gemisches
-πι vor dem Werkzeug leicht bei geringem Energieeinsatz überwindet, der sonst zu einer Temperaturerhöhung des Gemisches führt bzw. eine noch größere Kühlleistung erforderlich macht, um eine optimale Gemischaustrittstemperatur aus dem Werkzeug sicherzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisierte Einrichtung.
Fig. 2 einen Teil der Siebwechseleinrichtung.
Fig. 3 eine Draufischt auf eine schematisierte weitere Ausführungsform.
Mit 1- wird der Auf schmelz- und Homogenisier extruder mit seiner Antriebseinheit 2, Aufnahmetrichter 3, Treibmitteleinspritzleitung 4 und Förderschnecke 5 bezeichnet.
Extruder 1 wird mittels der Siebwechseleinheit 6, die aus . einem Extruderflansch 7, einem Kühleinrichtungsflansch 8, , einer Filteraufnähme 9 und Sieben 10 besteht, mit der Kühleinrichtung 11 verbunden.
Kühleinrichtung 11 besteht aus einem Hohlzylinder 12 mit Temperierbohrungen 13, einer Förderschnecke 14 mit Temperierbohrungen 15, einer stufenlos regelbaren Antriebseinheit 16 sowie einer Auslaßöffnung 17, an die eine Zahnradpumpe 18 angeschlossen ist. Zahnradpumpe 18 fördert in einen Blaskopf 19.
33"3fi179
Bei der in Fig. 3 als Draufischt gezeigten Einrichtung ist an die Auslaßöffnung 17 ein kurzer Umlenkungskanal 20 angeordnet, der in eine Zahnradpumpe 21 führt.
Die Zahnradpumpe fördert das Gemisch in den Blaskopf 22,aus dem es in aufgeschäumten Zustand als Blase 23 austritt, die in einem Walzenpaar 24 flachgelegt und auf die Wickelhülse 25 aufgewickelt wird.
Die Funktionsweise der Einrichtung ist wie folgt:
In Trichter 1 wird beispielsweise Polystyrol in Granulatform eindosiert und durch die TreibmitteleinspeiseIeitung 4 das Treibmittel, beispielsweise ein Kohlenwasserstoff.
Das Gemisch wird in Extruder 1 homogenisiert' und gelangt in die Siebwechseleinheit 6, um von evtl. Verunreinigungen befreit zu werden. Flansch 7 weist Wärmespannungskompensatoren auf, die ein gewisses Maß der Wärmespannungen aufnehmen. Wenn die Wärmeausdehnungen ein bestimmtes Maß übersteigen, verschiebt sich der Extruder 1 einschließlich der Antriebseinheit 2, weil beide auf Rädern 26 in Schienen angeordnet sind.
In der Siebwechseleinheit läßt sich die Filteraufnahme 9 quer zur Forderrrichtung verschieben, wodurch jeweils eines der Siebe 10 von dem Material/Treibmittelgemisch durchflossen wird, während das andere Sieb gereinigt werden kann. Die Siebe können somit ohne Produktionsunterbrechung gewechselt werden.
Nach dem Passieren des Siebes 10 gelangt die Mischung in die Kühleinrichtung 11 durch Kanal 29, der sich konisch auf den Durchmesser des Zylinders 12 erweitert. 35
333R173
Der Zulauf- und Ablaufteil des Kanales 2 9 erweitert sich konisch, so daß die Schmelze ungehemmter in die Kühleinrichtung 11 gelangt.
In der Kühleinrichtung wird das Material durch die im Gegenstrom gekühlte Förderschnecke 14 und den Zylinder 12 intensiv gekühlt und durch eine Anpassung der Drehzahl der Sehnekjjke 14 durch die Antriebseinheit 16 der Auslaßöffnung 17-zugeführt.
10
Zahnradpumpe 18 wird ebenfalls auf die Förderleistung der Kühleinrichtung eingestellt und stößt das Material/Treibmittelgemisch aus dem Blaskopf 19 aus.
Die aufgeschäumte, schlauchförmige Materialbahn 23 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, in einem Walzenspalt zwischen zwei übereinander angeordneten Walzen 24 flachgelegt und auf eine Wickelhülse 25 aufgewickelt.
1 ο ο ο c ι 7 Q BEZUGSZEICHENLISTE
1 2 Aufschmelz- und Homogenisierextruder
5 3 Antriebseinheit
4 Aufnahme tr ichter
5 Treibmitteleinspritzleitung
6 Förder schnecke
7 Siebwechsele inheit
10 8 Flansch
9 Flansch
10 Filteraufnahme
11 Siebe
12 Kühle inr ichtung
15 13 Hohlzylinder
14 Temperierbohrung (Zylinder)
15 . = Förderschnecke
16 Temperierbohrungen (Schnecke)
17 An tr ie bs e inhe it
20 18 Auslaßöffnung
19 Z ahnr adpumpe
20 Blaskopf
21 Umlenkkanal
22 Zahnradpumpe
25 23 Blaskopf
24 Blase
25 = Walzenpaar
26 Aufwickelhülse
27 Räder
30 28 Schienen
29 gemeinsame Längsachse
30 Kanal in der Siebwechseleinheit
31 Innendurchmesser Extruder
Innendurchmesser Kühleinrichtung
35
-/15-
- Leerseite -

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Einrichtung zum Herstellen von aufgeschäumten thermoplastischen Kunststoffen wie Polystyrol, Polyäthylen oder dergleichen, bestehend aus einem Aufschmelz- und Homogenisierextruder und einer Kühleinheit, die miteinander kaskadenförmit verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1) und die dynamische Kühleinrichtung (2) separate Antriebe (2, 16) aufweisen und auf einer gemeinsamen Längsachse (28) angeordnet sind, daß das Austrittsteil (7) des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (1) und das Einlaßteil (8) der Kühleinrichtung (11) an einer Siebwechseleinheit (6) angeflanscht sind, daß der Durchmesser des Kanals (29) in der Siebwechseleinheit (6) in Materialflußrichtung hinter dem Filter konisch sich erweiternd ausgebildet ist, und
    daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1)
    333R-|7
    auf seiner Längsachse (28) verfahrbar ausgebildet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, ·■
    daß die Kühleinrichtung (2) als dynamische Einrichtung mit einer Förderschnecke (14) oder anderen auf einem Kern förderwirksam angeordneten Elementen und einem eigenen Antrieb (16) ausgebildet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch ί und 2 ,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Antriebseinheit (2) des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (1) auf der, der Förderrichtung abgewandten Seite des Extruders (1)
    und die Antriebseinheit (16) der Kühleinrichtung (11) in Förderrichtung hinter der Kühleinrich-
    tung (11) angeordnet ist, wobei der Extruder (1), die Kühleinrichtung (11) und beide Antriebseinheiten (2, 16) auf einer gemeinsamen Längsachse (28) angeordnet sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    xc daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1)
    ** 3 ~
    axial verfahrbar ausgebildet ist, und
    daß an der Siebwechseleinheit (6) Wärmespannun
    gen aufnehmende Flansche (7, 8) angeordnet sind.         5
    5.     Einrichtung nach Anspruch 1,     dadurch gekennzeichn.et, 10 daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1)
    als Doppelschneckenextruder oder als Planetwal
    zenextruder ausgebildet ist.         15 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20 daß der Innendurchmesser (30) des Hohlzylinders
    des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (1) ge
    ringer bemessen ist, als der Innendurchmesser
    (31) des Hohlzylinders (12) der Kühleinrichtung
    (11).         25
    7.     Einrichtung nach Anspruch 1,     dadurch gekennzeichnet, 50
    I
    i     daß die Förderschnecke (14) und der Hohlzylinder
    (12) der Kühleinrichtung (1-1) mit einem flüssigen
    oder gasförmigen Kühlmedium entgegen der Förder
    richtung der Schnecke (14) durchströmt werden.         35
    Einrichtung 3336179 ) eine Runddüse (19) angeschlossen d a d u r c WWW V T1T"^*
    - 4 -         1 8. nach Anspruch 1, nach Anspruch 1 und 8, h gekennzeichnet, h gekennzeichnet, 5 daß an die Austrittsoffnung (17) der Kühlein- der Austrittsoffnung (17) der Kühl- r ichtung (11 (11) und dem Werkzeug (19, 22) eine ist. (18, 21) angeordnet ist. 10 9. Einrichtung d a d u r c daß zwischen 15 einrichtung Z ahnr adpumpe 20 25 30 35
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