DE1778605C - Misch und Reaktionsextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse zur kontinuierlichen Durchführung von Misch-, Homogenisier- und Reaktionsvorgängen von fließfähigen, insbesondere zähflüssigen Stoffen oder Stoffgemischen, mit mindestens einer Schnecke mit einer Förder- und einer in Exirusionsrichtung anschließenden Mischzone in einem im wesentlichen hnhlzvlindrischeii Gehäuse sowie einer drehbaren, mit Durchbrechungen versehenen Trennwand.

Bei der Aufbereitung thermoplastischer Kunststoffe wie z. B. beim Einmischen von Farben und Additiven sowie beim Mischen mehrerer Komponenten eines fließfähigen bzw. zähflüssigen Stoffes ist deren intensive Durchmischung und Homogenisic-ung erforderlich. Die unzureichende Mischung beispielsweise einer Schnecke t g'bt bei der Extrusion Dickenunterschiede und Qualitätsschwankungcn des Extrudatc, verbunden mit einer rauhen uneinheitlichen Oberfläche. Demzufolge wird sowohl das Fesiip.keitsverhulten als auch das Aussehen des Endproduktes in nicht zu'.ässigem Grade beeinträchtigt.

'Die Mischung und Homogenisierung eines zähflüssigen Stoffgemisches kinn bekanntlich in Schneckenpressen mit besonderen Misch- und Homogenisierur';zs2onen zwischen Schneckencin- und -ausgang erfolgen. So sind zu diesem Zweck z. B. Schnecken mil vv'chielnder Cuigsteigung oder mit Abschnitten c^pen. inniger Gangsteigung bekannt oder auch solche mit Abschnitten ohne Schneckengang. Weitcrhir wurden auch Schnecken verwendet mit einander überlagerten Schneckengängen mit kleiner jnd großer Cangsteigun« im gleichen Abschnitt oder mit Rudimenten entsprechender Schneckengänge wie z. B. Staukörper oder Knetnocken. Neben diesen Mischeinrichtungen, bei denen die Verweilzeit des Gutes wesentlich von der Fördergeschwindigkeit in der Mischeinrichtung bzw. Mischzonc abhängt, erfolgen in der Mischvorrichtung gemäß deutsche Patentschrift 1200 788 Misch- und Fördervorgang unabhängig voneinander.

Es ist ferner bekannt, in Strangpreßwerkzeugen gemäß deutsche Auslegeschrilt 1 217 59') zur Beseitigung oder Verhinderung von Fließnähten hinter Halteeinrichtungen für Spritzdorne, Toipedos u. dgl. durchlochte Hohlzylinderwände zwischen zwei koaxialen Ringkammern drehbar abzuordnen, durch die die aufgeschmolzene und schon homogenisierte Masse von außen nach innen hindurchfließt, wodurch

die Fließnaht- oder Längsmarkierungsbezirke im Schmelzefluß zerschnitten und auf einen breiten Bereich verteilt werden sollen. Ein mehrfacher Richtungswechsel im Durchtritt der Masse durch den Lochzylinder findet nicht statt. Eine intensive Durchmischung und Homogenisierung ist weder beabsichtigt noch erzielbar.

Es ist weiterhin bekannt, in Entgasungsschneckenstrangpreisen gemäß deutsche Ausleoeschrift 1251943 zwei Schnecken koaxial anzuordnen, wobei eier Schneckengang der ersten als Hohischnecke ausgebildeten Schnecke vor einer konischen bis an die "nnenwand des Schneckengehäuses dichtend heranreichenden, mit Radialbohrungen (Düsen) versehenen Aufweitung ihres Schnecken kernes endet, bevor der Schneckengang der zweiten, im Entgasungsbezirk gelegenen Schnecke beginnt. Diese Düsen bilden i-^;";c WiderstandsbarrieTe zwischen dem Hoch dniLKLObiet links und dem Entgasungsunterdruckgeb: : ^rechts vom Düsenfeld. Auch bei dieser Ausbild.. ·.·. erfolgt der Massedurchtritt ,;ets nur in einer Ric . ig. Ein intensiver Mi"heffekt ist mit dieser An· Hing nicht erzielbar.

]·: infacher Weise erhält man eine zufriedensiel-Jeru:. Durchmischung des geförderten Gutes, indem Biar iuf kleinere Gangtiefen unter entspi gehender Ver ißerung des Kemdurchmessers übergeht. Kleine Cu".:^;efen bewirken eine starke Scherung und damit ein.· intensive Mischung des zu homogenisierenden Storvv Bei kleinen Gangliefen ist jedoch die F orderme ■.· begrenzt, wenn man nicht auf zu große Sei '.ckeniiurchmesser übergehen will.

l'.r Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde. e;:- Homogenisierung des geförderten Gutes bei verhii! Amäbig großer Fördermenge und kleinem Sc¹ eckenkerndurchmesscr zu erzielen. Es wurde se fur Vn. daß es. da die Strömung zähflüssiger Stoffe im ,iilgemeinen laminar verläuft, zur Lösung der gestellter. Aufgabe im wesentlichen darauf ankommt. Ui' Hauptströmungsrichtung des Materials eine hier zu senkrechte Materialbewegung durch besondere Einrichtungen zu überlagern, um der laminaren Strö- !1"!Hl: turbulente Eigenschaften zu verleihen und auf da Weise eine intensive Durchmischunc zu gewährleisten.

Hrfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Trennwand in der Mischzone zwischen den Schneckenstegen mindestens einer Schnecke angecminct ist, deren radialer Abstand vom zugeordneten Schneckenkern einerseits und von der Zylinderinnen- .-,0 v, and des Gehäuses andererseits in Längsrichtung und'oder in Drehrichtung des Schneckensieges veränderbar ist und die den Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug mit jeweils veränderbarem Durchgangsquerschnitt fur die Stoffe aufteilt.

Die Züge sind durch die Durchbrechungen, wie Locher bzw. Schlitze, in der Trennwand verbunden. Man erreicht damit, daß das zu homogenisierende Gut beim Durchfließen der Mischzone gezwungen wird, durch die Öffnungen in der Trennwand in klei-η en Teilströmen abwechselnd vom inneren in den äußeren und vom äußeren in den inneren Zug zu fließen, wobei du Förderung in der Hauptliießrichtung nur wenig verzögert wird. Die radiale Austauschbewegung des fließfähigen bzw. zähflüssigen 0$ Stoffes führt zu der angestrebten intensiven Durchmischung.

Da der Zug zwischen Trennwand und Schneckenkern, also der innere Zug, lediglich am Anfang und am Ende der Mischzone in Richtung der Stegwendel für feste Gegenstände wie z. B. Reinigungsgeräte und selbst dort nur unter Schwierigkeiten zugänglich ist, ist es vorteilhaft, daß im Bereich der Mischzone der Schneckenkern und der Schneckensteg mit der Trennwand voneinander getrennt sind, und daß der Schneckenkern oder/und der Schneckensteg mit dem entsprechenden Schneckenkern bzw. dem Schneckensteg der Förderzone lösbar verbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht die leichte Reinigung des Schneckenkerns und der Innenseite der Trennwand in der Mischzone.

Solange das eingebrachte Gut noch nicht zähflüssig ist, ist die Anbringung der Trennwände wenig sinnvoll, zumal sie den Druckaufbau ungünstig beeinflussen wurden. Am Schneckenanfang wird man daiii." die Stege zunächst ohne Trennwand ausführen, um hier den Druck aufz> ' auen. In der anschließenden, mit der Trennwand ver?;henen Mischzone wird das zähflüssige bis flüssige Gut weiterbefördert und durchmischt, im allgemeinen ohne weiteren Druckaufbau.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der sowohl vom Schneckenkern der Förderzone als auch der vom Schneckensteg der Mischzone getrennte Schneckenkern der Mischzone austrittsseitig unabhängig drehbar gelagert und antreibbar ist. Durch die Relativbewegung zwischen Schneckenkern und Stegwendel wird eine zusätzliche Durchmischung des zu homogenisierenden Gutes erreicht.

Einen noch intensiveren Durchmischungs- und Homogenisierungseffekt erreicht man dadurch, daß die Schnecke im Bereich der Mischzone von einer kernlosen Stegwendel mit eine,· der Wendelsteigung dieser zentralen Schnecke gleich oder entgegengesetzt gerichteten Steigung umgeben ist. zwischen deren Stegwindungen die entsprechend wendeiförmige Trennwand mit Löchern. Schulzen oder ähnlichen Durchbrechungen angeordnet ist wobei der radiale Abstand der Trennwand vom ihr zugeordneten Schneckenkern der zentralen Schnecke einerseits und der Zylinderinnenwand des Gehäuses andererseits in Längsrichtung der Schnecke veränderbar ist. und daß die kernlose Stegwendel zusammen mit der wendeiförmigen, durchbrochenen Trennwand eintritts- oder austrittsseitig drehbar gelagert und antreibbar ist. Bei eintrit'sseitigem Antrieb wird die Stegwentiel mit der dazwischenliegenden Trennwand als Verlängerung eines rohrförmigen Mantels ausgebildet, der die zentiale Schnecke im Bereich der Förderzone ähnlich einem üblichen Extruderzylinder umgibt, um den notwendigen Förderdruck in der plastifizieren Masse erzeugen zu können. Im Bereich des Finfiilltrichters der Schneckenpresse weist der rohrförmige Mantel fensterartige Durchbrechungen auf, welche dem Rohmaterial den Weg zur Förderschnecke freigeben. Über die Rippen zwischen den fostcrartigen Durchbrechungen wird das Antriebsdrehmoment auf den rohrförmigen Mantel und die sich daran anschließende Stegwendel übertragen. Bei austrittsseitigem Antrieb der Stegwendel kann der rohrförmige Mantel vor Beginn der Einfüllzonc enden.

deich gute Ergebnisse erzielt man dadurch, daß der Schneckenkern am Beginn der Mischzonc endet, und daß die Stegwendel der Mischzone mittels der durchbrochenen Trennwand, die den von der Steg-

wendel gebildeten Schneckengang in einen inneren umgekehrt gepreßt wird. Diese zur Förderbewegung

und einen äußeren Zug teilt, mit dem Schneckenkern der Schmelze quer verlaufende Bewegung wird durch

der Förderzonc verbunden ist, wobei sowohl Innen- die in Fig. 4 erkennbare exzentrische Anordnung

als auch Außendurchmesser des Steges gegenüber der Trennwand 12 erzwungen. Gleichermaßen würde

denen des Steges der Förderzone vergrößert sind, 5 auf die F i g. 3 angewandt auch die Trennwand-

und die durchbrochene Trennwand eine trichter-oder anordnung gemäß Fig. 6 den gleichen Effekt her-

glockenförmigc Erweiterung bildet, in die eine zur vorrufen.

Förderschnecke koaxiale oder nahezu koaxiale zweite Bei der Einrichtung gemäß F i g. 5 sind Schnecken-Schnecke hineinragt, deren Schneckensteg mit dem kern 14 und Schncckenstcg 15 im Bereich der Misch-Steg des inneren Zuges der im Durchmesser vergrö- 10 zone voneinander getrennt. Der Schneckensteg 15 der Berten Stegwendel der Förderschnecke zusammen- Mischzone und der Schneckensteg 16 der Förderwirkt. Es ist dabei besonders vorteilhaft, daß die in zone können aus einem Stuck gefertigt oder aber die trichterförmige Erweiterung der Förderschnecke auch lösbar miteinander verbunden sein (nicht darhineinragende zweite Schnecke austrittsseiüg dreh- gestellt). Der Schneckenkern 14 der Mischzone kann, bar gelagert und antreibbar ist, wobei der Drehsinn 15 wie in F i g. S dargestellt, mit dem Schneckenkern 17 sowohl ihrer Rotationsbewegung als auch ihrer der Förderzone beispielsweise mittels eines Gewinde-Gangsteigung dem der Förderschnecke entgegenge- Zapfens 19 und eines entsprechenden Innengewindes richtet ist. 20 lösbar verbunden sein. In der vorbeschriebenen

In der Zeichnung sind einige Ausfuhrungsbeispiele und in F i p. 5 angedeuteten Ausführung kann der

der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt so Schneckenkern 14 rechts gemeinsam mit der Misch-

F i g. 1 die Gesamtansicht einer Schneckenpresse zone enden. Diese Ausführung kann aber auch damit nur eintrittsseitigem Antrieb, hingehend abgewandelt sein, daß statt des Gewinde-

Fig. 2 die Gesamtansicht einer Schneckenpresse zapfens 19 ein Lagerzapfen am Schneckenkern 14

mit eintritts- und austrittsseitigem Antrieb. sitzt und die zugehörige Bohrung im Schneckenkern

F i g. 3 den Schnitt durch eine Schneckenpresse, as *⁷ der Förderzone als Gleitlager ausgebildet ist. In

die eine Schnecke mit üblichem Förderabschnitt und diesem Fall kann dann der Schneckenkern 14 aus-

einer Mischzone gemäß dem Ausführungsbeispiel trittsseitig im Gehäuse 3 in üblicher Weise gelagert

aufweist, und angetrieben sein.

F s g. 4 des Schnitt IV-IV durch F i g. 3, Der Schnitt VI-VI gemäß F i g. 6 läßt die Anord- Fig. 5 den Schnitt durch den Zylinder einer 30 nung der 1 rennwand im GucrschüiU der Schnecke Schneckenpresse mit einer Schnecke, deren Steg in erkennen. Durch diese nahezu elliptische bzw. ovale

der Mischzone vom Schneckenkern getrennt ist, Anbringung der Trennwand 12 um den Schnecken-

Fig. 6 den Schnitt Vt-VI durch Fig. S, kern 14 herum wird das aufgeschmolzene Förder- F i g. 7 eine Teilansicht der Trennwand, bzw. Mischgut auf seinem Weg durch den Schnecken- Fig. 8 die gleiche Teilansicht wie in Fig. 7, je- 35 gang der Mischzone abwechselnd vom inneren in

doch in anderer Ausführung, den äußeren Zug und umgekehrt gepreßt Hierdurch

F i g. 9 einen Teilschnitt durch eine andere Aus- wird der bereits in Verbindung mit F i g. 4 geschil-

führung, derte Durchmischungseffekt erzielt. Die Trennwand-

Fig. 10 einen Teilschnitt durch eine weitere Aus- anordnung nach Fig.4 würde, angewandt auf die

führung. 40 Anordnung gemäß Fig. 5, den gleichen Erfolg er-

Die Obersichtszeichnungen gemäß den Fig. I bringen.

und 2 stellen den Aufbau zweier Ausführungsbei- Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Durchspiele von Schneckenpressen im ganzen dar. Die brechungen 13 und 21 sind nur als Beispiel zu wer-Schneckenpresse nach Fig. 1 besteht im wesent- ten. Anordnung, Anzahl und Durchmesser der in liehen aus dem Gestell 1, dem Antrieb2, dem Ge- 45 Fig. 7 dargestellten Durchbrechungen 13 können häuse 3 mit Stütze 4, dem Einfülltrichter 5 und dem variieren. Breite, Form und Winkelstellung der Befestigungsflansch 6 für ein nicht dargestelltes be- Durchbrechungen 21 zum Schnecken, teg IO sollen liebiges Strang- bzw. Düsenwerkzeug. Der Extruder durch die Darstellung in Fi g. 8 nicht festgelegt sein, gemäß Fig. 2 unterscheidet sich im wesentlichen Als Querschnitt durch die Fig. 7 und 8 können jevon dem nach Fig. 1 durch ehren zweiten, austritt*- s* weils beide Trennwandanordnungen gemäß den seitig angeordneten Antrieb 7, der gegebenenfalls Fig. 4 und 6 in Frage kommen, eine zweite Schnecke antreibt und auf einem HiI' > Eine andere Ausführung der Einrichtung zeigt die gestell 8 ruht **-i die Schmelze hier radial aus dem Fig. 9. Die Maße der zentralen Schnecke22, wie Gehäuse 3 austr.tt, sitzt der Befestigungsflansch 6 z. B. Außendurchmesser, Gangsteigung, Gangtiefe, am Umfang des Gehäuses 3 entweder, wie in Fig.2 55 Stegbreite usw. können in Forder- und Mischzone dargestellt, an der Unterseite des Gehäuses oder aber gleich sein. Die Aufteilung in einen inneren und auch auf der Oberseite oder seitlich am Gehäuse 3. einen äußeren Zug durch die Trennwand 12 erfolgt

In der Teflansicht gemäß F i g. 3 ist der Schnecken- hier nicht an der zentralen Schnecke 22, sondern an steg längs der Schnecke in der vertikalen Mittelebene einer Hilfsschnecke 23, die im wesentlichen aus der geschnitten und auf der dem Betrachter zugewandten 60 Stegwendel 24, den Verbindungsrippen 25 und der Seite der Übersichtlichkeit wegen weggelassen; Lager- bzw. Antriebswelle 26 besteht und gewisser-Schneckenkern 9 und Schneckensteg 10 sind aus maßen die Verlängerung eines rohrförmigen Mantels einem Stuck gefertigt. An der mil dem Pfeil 11 be- 34 darstellt. Der Mantel 34 umschließt die zentrale zeichneten Stelle beginnen Mischzone und Trenn- Schnecke 22 hn Bereich der Förderzone derart, daß wand 12. letztere weist eine große Zahl von Durch- 65 in der plastifizierten Masse der notwendige Förderbrechungen 13 auf, durch welche das aufgeschmol- druck erzeugt werden kann. Der von der Stegwendel zene Material auf seinem Weg durch die Mischzone 24 gebildete Gang ist wiederum mittels der durchafcwcctecind vosn inncn-n in den äußeren Zug und brochencn Trennwand 12 in einen inneren und einen

äußeren Zug geteilt. Die Stegwendel 24 ist so ausgebildet, daß sie sich lediglich Über den Bereich der Mischzone erstreckt und gemäß F i g. 2 austrittsseitig angetrieben werden kann. Andererseits kann die Stegwendel 24 auch eintrittsseitig über den rohrförmigcu Mantel 34 angetrieben werden. Im letzteren Fall weist der Mantel 34 im Bereich des Einfülltrichters fensterartige Durchbrechungen auf, welche dem Rohmaterial den Weg zur Förderschnecke freigeben. Über die Rippen zwischen den fensterartigen Durchbrechungen wird das Antriebsdrehmoment auf den rohrförmigen Mantel und die sich daran anschließende Stegwendel 24 übertragen. Bei austrittssettigem Antrieb der Stegwendel 24 kann der Mantel 34 vor Beginn der Einfüllzone enden. Der mit dieser Ausführung erzielbare Durchmischungseffekt ist außerordentlich gut.

Eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels,, mit der ein ähnlich guter Durchrnischuagseffekt erreicht wurde, stellt die Fig. 10 dar. Der

Schneckenkern 27 der Förderschnecke 28 endet am Beginn der Mischzone, in die er dann als durchbrochene Trennwand 12 trichter- oder glockenförmig mit wechselndem Abstand von der Innenwand des Schneckengehäuses sich erweitert. Die Trennwand 12 teilt hier den Gang der Stegwendel 29 in einen inneren und einen äußeren Zug und kann gegebenenfalls den Schnitten gemäß den Fig. 4 und 6 entsprechen. Die Querbewegung des Schmelzematerials erfolgt

χο hier ebenfalls in beiden Richtungen durch die Durch brechungen 13. Außerdem wird die Schmelze dann vom Schneckensteg 30 der zweiten Schnecke 31 erfaßt und verwirbelt bzw. intensiv durchgemischt. Die Verlängerung des Schneckenkernes 32 der zweiten

is Schnecke 31 ist gemäß den Fig. 2 und 10 austrittsseitig im Gehäuse 3 gelagert und angetrieben. Drehsinn und Drehzahlen der Schnecken 28 und 31 kön nen verschieden sein, ebenso der Drehsinn ihrer Gangsteigungen. Der angedeutete radiale Austritt ist

ao mit 33 bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   !.Schneckenpresse zur kontinuierlichen Durchführung von Misch-, Homogenisier- und Reaktionsvorgängen von fließfähigen, insbesondere zähflüssigen Stoffen oder Stoffgemischen, mit mindestens einer Schnecke mit einer Förder- und einer in Extrusionsrichtung anschließenden Mischzone in einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuse sowie einer drehbaren, mit Durchbrechungen versehenen Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) in der Mischzone zwischen den Schneckenstegen (10) mindestens einer Schnecke angeordnet ist, deren radialer Abstand vom zugeordneten Schneckenkern (9) einerseits und von der Zylindern nenwand des Gehäuses (3) andererseits in Längsrichtung und oder in Drehrichtung des Schneckenstegs (10) veränderbar ist und to die den Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug mit jeweils veränderbarem Durchgangsquerschnitt für die Stoffe aufteilt.
2. 2. Schneckenpresse nach Auspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mischzone der Schneckenkern (14) und der Schneckensteg (15) mit der Trennwand (12) voneinander getrennt sind, uni daß der Schneckenkern oder/und der Schneckensteg mit dem entsprechenden Schneckenkern (17) bzw. dem Schneckensteg (16) der Förderzone lösbar verbunden sind (F i g. 5).
3. 3. Schneckenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sowohl vom Schn.c^nkern (17) der Förderzone als auch der vom Schneckensteg (15) der Mischzone getrennte Schneckenkern (14) der Mischzone austrittsseitig unabhängig drehbar gelagert und antreibbar ist.
4. 4. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (22) im Bereich der Mischzone von einer kernlosen Stegwendel (24) mit einer der Wendelsteigung dieser zentralen Schnecke (22) gleich oder entgegengesetzt gerichteten Steigung umgeben ist, zwischen deren Stegwindungen die entsprechend wcndelförmige Trennwand (12) mit Löchern, Schlitzen oder ähnlichen Durchbrechungen (13) angeordnet ist, wobei der radiale Abstand der Trennwand (12) vom ihr zugeordneten Schnekkenkern der zentralen Schnecke (22) einerseits und von der Zylinderinnenwand des Gehäuses (3) andererseits in Längsrichtung der Schnecke (22) veränderbar ist, und daß die kernlose Stegwendel (24) zusammen mit der wendelförmigen, durchbrochenen Trennwand (12) eintritts- oder austrittsseitig drehbar eelagert und antreibbar ist (Fig. 9).
5. 5. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenkern am Besinn der Mischzone endet, und daß die Stegwendel (24) der Mischzone mittels der durchbrochenen Trennwand (12), die den von der Stegwende! (24) gebildeten Schneckengang in einen inneren und einen äußeren Zug teilt, mit dem Schneckenkern (27) der Förderzone verbunden ist, wobei sowohl Innen- als auch Außendurchmesser des Steges gegenüber denen des Steges der Förderzoric vergrößert sind, und die durchbrochene Trennwand (112) eine trichter- oder glockenförmige Erweiterung bildet, in die eine zur Förderschnecke (28) nahezu koaxiale zweite Schnecke (31) hineinragt, deren Schneckensteg (30) mit dem Steg des inneren Zugfeder im Durchmesser vergrößerten Stegwendel (29) der Förderschnecke (28) zusammenwirkt (Fig 10) 6 Schneckenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die trichterförmige E-Weiterung der Förderschnecke (28) hineinragende zweite Schnecke (31) austrittsseitig drehbar gelagert und antreibbar ist, wobei der Drehsinn sowohl ihrer Rotationsbewegung als auch ihrer Gangsteigung dem der Förderschnecke (28) entgegengerichtet ist.