DE2019522A1 - Schneckenpresse - Google Patents

Description

14757 S/ls Windmöller & Kölscher, Lengerich i.W.

Schneckenpresse

Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse für die Verarbeitung thermoplastischer Massen, insbesondere thermoplastischer Kunststoffe und und unvernetzter Elastomere, mit einer Förderschnecke, die eine Aufschmelzzone, eine Homogenisierzone und eine nachfolgende Mischzone aufweist.

Beim Verarbeiten von thermoplastischen Massen auf derartigen Schneckenpressen ist es schwierig, eine völlig gleichmäßige Erwärmung und Homogenisierung der Schmelze, insbesondere bei hohen Schneckendrehzahlen, die wegen der höheren Ausstoßleistung und ^ damit besseren Ausnutzung der Schneckenpresse angestrebt werden, zu gewährleisten. Da beim Einsatz einer herkömmlichen Förderschnecke ohne besondere Homogenisier-Elemente bei Drehzahlsteigerungen sehr bald eine Qualitätsgrenze erreicht wird, d.h. unaufgeschlossene Materialteilchon ausgetragen werden, durch die das extrudierte Strangerzeugnis unbrauchbar wird, sind schon viele Schneckenformen vorgeschlagen worden, die die erwähnte Qualitätsgrenze zu höheren Schneckendrehzahlbereichen hin verschieben sollen.

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Bei verschiedenen bekannten Lösungsversuchen werden am Schneckenende Stauelemente, beispielsweise quer zum Fördergang angeordnete Stauwulste oder auch sich um den Schneckenkern in Umfangsrichtung erstreckende Ringwulste vorgesehen, die eine längere Verweilzeit des Materials in der Schnecke und damit eine bessere AufSchließung des Materials ermöglichen sollen.

Andere Ausführungen sehen entweder am Schneckenende oder im Mittel bereich der Förderschnecke sogenannte Torpedo-Mischteile vor, die entweder im einfachsten Fall über eine etwa dem 3-fachen Schneckendurchmesser (3 D) entsprechende Länge einen glatten zylindrischen oder leicht konischen Schneckenabschnitt ohne Fördergänge mit definierter Spaltweite zur /3ylinderbohrung aufweisen oder die auf dem zylindrischen Torpedcabschnitt mit zusätzlichen, vielfach mit einem geringen Drall versehenen parallelen Nuten ausgestattet sind. Bei noch weiteren bekannten Ausführungen sind Unterbrechungen in den Schneckenstegen oder am Schneckenkern exzentrische Knetabschnitte angeordnet.

Allen erwähnten bekannten Lösungsvorschlägen ist gemeinsam, daß zwar eine gewisse Verbesserung der Homogenisier¹- oder Mischwirkung erreicht wird, daß jedoch auch eine zusätzliche Drosselung der Ausstoßleistung und bei Drehzahlerhöhungen eine überhitzung des geförderten Materials verursacht werden kann. Auf derartige- Schnecken können beispielsweise scherempfindliche Kunststoffe, wie etwa Kart-PVC oder vernetzende Elastomere nicht oder nur mit kurzen Laufzeiten verarbeitet werden, da die strömungsungünstigen Homogenisierelemente örtliche Sersetzungen oder Anvulkanisationen. hervorrufen.

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Bekannt ist auch schon eine Förderschnecke, bei welcher in der Homogenisierzone in Achsrichtung verlaufende Kanäle mit zwischen ihnen vorgesehenen, mit der Zylinderbchrung schmale Spalte bildendeb Scherstegen vorgesehen sind, wobei das vorwärts bewegte Material jeweils aus ainem der axial verlaufenden Kanäle über den Scherspalt in den benachbarten Kanal gelangen muß, aus dem es dann in die Mischzone weitergefördert wird. Bei dieser Schnecke führt die Tatsache, daß das Material in den axial verlaufenden Kanälen ständig gerollt wird> zu nachteiligen Einwirkungen auf ä die Schmelze.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenform zu vermitteln, die die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet und bei hohen Schneckendrehzahlen und Ausstoßleistungen ein gleichmäßig homogenes Material fördert. Bei der Lösung dieser Aufgabenstellung geht die Erfindung aus von der Grundform einer sogenannten Fünfzonen-Schnecke, die je eine Zone zum Einziehen des Materials, zum Verdichten, Aufschmelzen, Homogenisieren oder Scheren und zum Mischen aufweist. Bei einer derartigen Schnecke soll die Scharzone das inhomogen aufgeschmolzene bzw. erwärmte Material auf einem möglichst kurzen Bereich der Schnecke durch eine genau definierte Scherung kurzfristig intensiv homo- f genisieren. Die Gestaltung des Scherteils muß dabei gewährleisten, daß jedes Materialteilchen nur einmal dieser Scherung unterworfen und dann aus dem Scherteil herausgefördert wird. Die folgende Mischzone zur Vergleichmäßigung von Massetemperaturunterschieden sowie einer eventuellen Pigment-Einmischung ist vorzugsweise nach dem bekannten Prinzip der Stromteilung und -Vermischung auszuführen, wofür mehrere bekannte Mischsysteme geeignet sind.

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Bei der Lösung äer erfindungsgemäßen Aufgabe wird von dem Grundprinzip des bekannten_F einfach herzustellenden Ringwulstes ausgegangen. Zur Lösung der Aufgabe wird bei einer Schneckenpresse für thermoplastische Massen und unvernetsste Elastomere, deren Förderschnecke mit einer zwischen Aufschmelz- und Mischzone vorgesehenen Schersone zur Homogenisierung der Schmelze ausgerüstet ist, wobei in der Scherzone sich in Umfangsrichtung um den Schneckenkern erstreckende Ringwulste von solcher Höhe vorgesehen sind, daß zwischen den Ringwulsten und der Zylinderbohrung je ein schmaler Durchtrittsspalt für die Schmelze verbleibt, vorgeschlagen, daß zwischen zwei axial hintereinander angeordneten, Scherspalte bildenden Ringwulsten ein gegen die Zylinderwand dichtender weiterer Ringwulst angeordnet wird, daß zwischen die Ringwulste in Umfangsrichtung verlaufende Schmelzenkanäle eingearbeitet werden unö daß der in Längsrichtung der Schnecke erste Schmelzenkanal über ein mindestens einen Ableitungskanl mit der Mischzone und der in Längsrichtung der Schmelze zweite Schmelzenkanal über mindestens einen Zuleitungskanal mit der Aufschmelzzone verbunden wird» Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Teil des Materials aus der Aufschmelzzone über den Scherspalt des ersten Schmelzenkanals in diesen eingeführt und dabei homogenisiert, worauf dieser Teilstrom durch die Ableitung ohne erneute Scherbeanspruchung in die Mischzone gelangt, während ein anderer Teil der Schmelze über den Zuleitungskanal ohne Scherung in den hinter dem dichtenden Ringwulst liegenden zweiten Schmelzenkanal gefördert wird und von dort aus über den vom hinteren Ringwulst mit der Zylinderbohrung gebildeten Scherspalt unmittelbar in die Mischzone gelangt.> Beide Teilströme werden also nur einmal einer Scherung unterzogen. Gleichwohl ist die Gesamtlänge

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der Scherspalten gegenüber dem Umfang eines einfachen Ringwulstes erheblich vergrößert«. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung des Strömungswiderstandes bei gleichen Scherspaltabmessungen, so daß die nachteilige übermäßige Drosselung der Ausstoßlsistung und eine überhitzung des geförderten Materials vermieden werdeni Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Scherteiles ist es aläo möglich, bei kurzer Baulänge dieses Teiles das geförderte Material einer intensiven Scherung bei niedrigem Strömungswiderstand zu unterwerfen, so daß hohe Durchsatzleistun- ä gen mit gleichmäßiger Homogenisierung erreicht werden. Durch die Intensität der Scherung ist es möglich, die Gangsteigung der Förde; schnecke gegenüber der üblichen Gangsteigung von etwa 1 D zu vergrößern oder auch die Fördergangtiefe gegenüber üblichen Fördergangschnecken zu vergrößern, so daß das Fördervolumen der Schnecke vergrößert und die Leistung der Schneckenpresse erhöht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Schmelzenkanäle mit ihren Zu- bzw. Ableitungen im wesentlichen L-förmig ausgebildet sind, wobei der in Achsrichtung verlaufende L-Schenkel von den mit der anderen Schneckenzone verbundenen Kanälen, also beispielsweise der das Material dem hinteren, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanal zuführende L-Schenkel von dem vorderen Schmelzenkanal und dem die Schmelze aus diesem Kanal ableitenden L-Schenkel, durch Wände getrennt ist, die gegen die Zylinderbohrung abdichten oder mit der Zylinderbohrung Scher epalten von gleichr Größe wie die spaltbildenden Ringwulste bilden. Die in ümfangsrichtung verlaufenden Teile der L-förmigen Kanäle können sich erfindungsgemäß in Richtung zu den axial verlaufenden Teilen hin erweitern, vorzugsweise radial vertiefen,

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um dem infolge der Scherspalt-Durchströmung zu- bzw. abnehmenden Materialstrom angepaßt zu werden. Ferner sind die axial verlaufenden Zu- und Abführteile der L-förmigen Kanäle vorzugsweise förderwirksam gegen den Schneckenumfang geneigt. Aus strömungstechnischen Gründen ist es ferner zweckmäßig, wenn die die Scherspalte bildenden Ringwulste an ihren den benachbarten Schneckenabschnitten zugewandten Flanken deichförmig profiliert sind.

Um die Länge der wirksamen ccherspalte noch weiter zu vergrößern und damit den Ströiriühgswiderstand weiter her abs zusetzen bzw. die erzielbare Durchsatzleistung weiter zu erhöhen, können zwei oder mehr aus spaltbildenden und dazwischen angeordneten abdichtenden Ringwulsten bestehende Schereinheiten hintereinander geschaltet sein, wobei die an die Zuführ- und die Abführleitungen angeschlossenen, Ln ümfangsrichtung ν erlaufenden Schmelzenkanäle miteinander abwechselnο Ss argibt sich hierdurch anstelle der beschriebenen L-förmigen eine F-förmige oder bei mehr als zwei an die eine Zu- und Ableitung angeschlossenen Schmelzenkanälen eine kammartige Gestaltung mit jeweils zwischeneinander greifenden, an die Zu- bzw. Ableitungen angeschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanälen, wobei die Scherspalte nicht nur zwischen dem vordersten und dem hintersten Ringwulst und der jeweils anschließenden Schneckenzone,' sondern auch zwischen denjenigen einander benachbarten Schmelzenkanälen vorgesehen sind, zwischen denen sich leine abdichtende Ringwulste befinden. Die abdichtenden Ringwulste hinter jeweils einem an eine Zuleitung und einem an eine Ableitung angeschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanal sind erforderlich, damit das Material nach der Scherung im Scherspalt mit Sicherheit ohne erneute Scherung in die Mischzone geführt wird.

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Die Scherzone kann auswechselbar an der Schnecke befestigt sein, um im Falle einer Beschädigung der empfindlichen Scherspalte durch versehentlich in das Granulat gelangte, mitgeförderte Metallpartikel für sich allein erneuert werden zu können, ohne daß es einer Auswechselung der ganzen Schnecke bedarf.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an- I

hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In der Zeichnung zeigens

Fig. 1 schematisch die Förderschnecke einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse,

Fig. 2 eine Teilansicht auf die Scherzone der Förderschnecke nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt in gestreckter Darstellung entlang der Linie IH-III in λ Fig. 2, »

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2, und

Fig. 5 eine Teilansicht auf eine Scherzone eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse.

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Die Förderschnecke nach Fig. 1 weist die Einzugszone A, die !Compress ions zone B„ die Auf schmelz- und Förderzone C, die

Scherspaltzone D und die Mischzone E auf. Die als auswechselbarer Ring ausgebildete Scherzone D besitzt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 axial hintereinander liegend den Ringwulst 1, der mit der 2ylinderbohrung 2 den Scherspalt X₁ bildet,, den gegen die Sylinderbohrung abdichtenden Ringwulst 3 (durch Längsschraffur hervorgehoben) und den den Scherspalt X₂ bildenden Ringwulst 4. Die Scherspalte x, und X₂ sind vorzugsweise gleich weit. Die Stirnflächen der Scherspalt-Ringwulste 1 und 4 sind mit einer strömungsgünstigen Deichprofil-Neigung 5 bzw. 6 ausgeführt»

In das derart gestaltete Ringpfofil sind nun paarweise einander gegenüberliegende, L-förmige Kanäle 8,9 und 1,12 eingearbeitet, so daß eine erste Hälfte 7 von sich daraus ergebenden Teilströmen 7,10 über die verbleibenden Abschnitte des Scherspaltes x. in die Sammelkanäle 8 eintritt, aus denen das plastifizierte Material durch die mit vorzugsweise in Flußrichtung entgegen der Schneckendrehrichtung 15 förderwirksam geneigter Flanke 9¹ ausgebildeten Verbindungskanäle 9 in die anschließende Mischzone E geleitet wird. Die zweite Hälfte 10 der Teilströme 7,10 fließt zunächst durcfySie Verbindungskanäle 11 in die Verteilerkanäle 12, aus denen heraus das noch inhomogene Material 10 über die stehengebliebenen Abschnitte des Scherspaltes X₂ direkt in die Mischzone E eintritt, wobei die Homogenisierung erfolgt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann das inhomogene Material 10

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auch unmittelbar aus dem Zuführungskanal 11 in den Ableitungskanal 9 übertreten, wobei es ebenfalls einen Scherspalt von der Größe der Scherspaltc X₁, x- zu passieren hat.

Die Schmelze wird in den Kanalabschnitten 8 und 12, die vorzugsweise dem Materialstrom entsprechend mit zunehmender Tiefe 13 (Fig. 3) bzw. abnehmender Tiefe ausgeführt werden, ohne nennenswerte weitere, unkontrollierte Scherung in der Scherspaltzone weitergefördert, wobei eine zügige Förderung durch die Lage der Kanalabschnitte 8 und 12 genau in Umfangsrichtung wirkungsvoll unterstützt wird. Zu beachten ist bei der Anordnung und der Neigung der Kanäle 8,9 und 11,12 bzw. der Kanalwand 9¹ die Drehrichtung der Schnecke, die durch den Drehpfeil 15 angegeben ist. Bei entgegengesetzter Drehrichtung wären die Zu- und Abführungskanäle spiegelbildlich zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel schräg anzuordnen.

Die Scherzone kann als auswechselbarer Ring ausgeführt sein, um bei Beschädigungen durch Metallpartikel für slctj&llein; erneuert werden zu können. Ferner ist die dargestellte Ausbildung der Schnecke für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens nicht wesentlich· Die Scherzone ρ kann auch Im Verlauf der Fördergänge der Aufschmolzzone C angeordnet werden, wenn die auf die Scherzone ρ folgenden Fördergänge genügend tief geschnitten sind, ίο i^B ale dine ausreichende Mischfunktion Übernehmen köiinen.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind, um den Strömungswiderstand bei gleicher Scherspaltweite noch weiter reduzieren zu können, zwei Schereinheiten gemäß den Fig. 1 und 2 miteinander kombiniert worden. An den abdichtehden Ringwulst 3 schließt sich hierbei ein weiterer Scherspalt~^T/?ulst 1· und ein weiterer dichtender Ringwulst 3" an. An den Zuführkanal 11 sind zwei in Umfangsrichtung verlaufende Schmelzenkanäle 12 und 12* und an den Abführungsk?~>.al 9 zwei in Umfangsrichtung verlaufende Schmelzenkanäle 8 und 8¹ angeschlossen. Es ergibt sich- also in Abwandlung der L-förmigen Kanalanordnung nach Fig. 2 eine F-förmlge Anordnung mit ineinandergreifenden F-Stegen. Es ist offensichtlich, daß zur Erzielung einer noch größeren Scherspalt-Gesamtlänge weitere Schereiaheiten angefügt werden können, wobei danijflie in umfangsrichtung verlaufenden Schmelzenkanäle kammartig ineinander greifen.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung ergibt sich eine axial sehr kurzbauende Scherzone, die verhältnismäßig einfach durch Drehen und Fräsen, beispielsweise mittels eines Teilkopfes, hergestellt werden kann. Hervorzuheben ist die große Freiheit der Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Scherzone. So genügt bei kleinen Schnecken-Durchmessern nur ein Paar Kanäle 8,9 und 11,12, während mit steigendem Schneckendurchmesser die Zahl der Kanalpaare entsprechend erhöht werden kann, so daß sich alle Verhältnisse, bezogen auf ein Kanalpaar, für alle Schneckengrößen weitgehend gleichen. Ferner kann, wie schon erwähnt, die Zahl der Ringwulste praktisch beliebig groß gewählt werden.

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Claims (5)

JS VtT" - 11 - P a t er η t a η s ρ r ü c h e

1.) Schneckenpresse für thermoplastische Massen und unvernetzte Elastomere, deren Förderschnecke mit einer zwischen Aufschmelzzone und Mischzone vorgesehenen Scherzone zur Homogenisierung der Schmelze ausgerüstet ist, wobei in der Scherzone sich in ümfangsrichtung um den Schneckenkern erstreckende Ringwulste von solcher Höhe vorgesehen sind, daß zwischen den Ringwulsten und der Zylinderboh:, ang je ein schmaler Durchtrittsspalt für die Schmelze verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei axial hintereinander angeordneten, Scherspalte (x., x~) bildenden Ringwulsten (1,4) ein gegen die Zylinderwand (2) abdichtender Ringwulst _t(3) angeordnet ist, daß zwischen ^ die Ringwulste (1,3* bzw. 3,4) in Ümfangsrichtung verlaufende Schmelzenkanäle (8,12) eingearbeitet sind und daß der in Längsrichtung der Schnecke erste Schmelzenkanal (8) über mindestens einen Ableitungskanal (9) mit der ilischzone (E) und der in Längsrichtung der Schnecke zvreite Schmelzenkanal (12) über mindestens einen Zuleitungskanal (11) mit der Aufschmelzzone (C) verbunden ist.

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2. Schneckenpresse nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenkanäle (8.12) mit ihren Zu- bzwο Ableitungen ^9#li) im wesentlichen L-f or sr. ig ausgebildet sind;» wobei der in Achsrichtung verlaufende L-Sehenkel (9 bäwt 11) von den mit der anderen Schneckenzone (C bzw* E) verbundenen Kanälen (11, 12 bzw. 8,9) durch Wände getrennt ist, die gegen die Zylinderbohrung (2) abdichten oder mit der Zylinderführung Scherspalte von gleicher Größe (x) wie die spaltbildenden Ringwulste (1,4) bilden.

3. Schneckenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile (8,12) der L-förmigen Kanäle sich in Richtung zu den axial vorlaufenden Teilen (9 bzw. 11) erweitern, vorzugsweise radial vertiefen.

4. Schneckenpresse nach Anspruch^ oder 3, dadurch gekennzeichnet s daß die axial verlaufenden Zu- und Abführteile (11 bzw. 9) der L-förmigen Kanäle förderwirksam gegen den Schneckenumfang geneigt sind.

5. Schnackenpresse nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Scherspalte (χ., X₂) bildenden Ringwulste (1,4) an ihren den benachbarten Schneckenabschnitten (C, E) zugewandten Flanken (5,6) deichförmig profiliert sind.

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6« Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr aus spaltbildenden (1,I¹, 4) und dazwischen angeordneten abdichtenden (3,3'} Ringwulsten bestehende Einheiten hintereinandergeschaltet sind, wobei die an die Zufuhr- und die Abführleitungen (11 bzw. 9) angeschlossenen, in Umfangsrichtüng verlaufenden Schmelzenkahäle (12,12' bzw« 8> 8') miteinander abwechseln.

7, Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherzone (D) auswechselbar an der Schnecke befestigt ist.

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