DE2030756C2 - Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents
Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen KunststoffenInfo
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Description
35
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen
Kunststoffen mit einer in einem Gehäuse drehbar angeordneten Schnecke mit mindestens einem
in der Ausstoßzone schneckenstegfrei ausgebildeten Abschnitt, dessen Länge jeweils mindestens doppelt so
groß ist wie der Schneckendurchmesser, und der mit radial abstehenden Nocken versehen ist
Schneckenstrangpressen mit Nocken sind bekannt. Je nach dem beabsichtigten Zweck — entweder alleiniges
Durchmischen des Kunststoffes oder Durchmischen in Verbindung mit einer Homogenisierung — sind die
Nocken entweder in der Einzugszone bzw. auch in der Umwandlungszone oder in der Ausstoßzone der
Schneckenstrangpresse vorgesehen. Dabei ist die Ausbildung und Anordnung der Nocken ganz verschieden.
So ist aus der DT-PS 8 58 310 eine Spritzgußmaschine bekannt die eine in einem Gehäuse drehbar angeordnete
Schnecke mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Patentanspruchs aufweist und aHein dem Zweck
dient, im Zusammenwirken mit einer Siebplatte die durch äußere Wärmezufuhr erwärmte und plastifizierte
Spritzgußmasse zu durchmischen, um Temperaturunterschiede in der Masse auszugleichen. Diese bekannte
Vorrichtung ist zum kontinuierlichen Verarbeiten von thermoplastischen Kunststoffen ini Sinn des Strangpressens
nicht geeignet, und darüber hinaus reichen die zum Homogenisieren und Temperaturvergleichmäßigen
der in der Ausstoßzone in laminaren Strömen fließenden Schmelze vorgesehenen Maßnahmen nach
den heutigen Qualitätsansprüchen nicht mehr aus.
Verarbeitung von, d^SnnfJüssigen thermoplastischen
Kunststoffen ra4eE|3Bfüllzoji£ einer Schneckenpresse
zahlreiche schailkant%e Nocken in parallelen Reihen
Sis Schmefe«s»Oipm^5wderetände zwischen den
Schneckenstegen anzuordnen. Sämtliche vorgesehenen Nocken sind untereinander gleich ausgebildet und
haben nur eine geringe Höhe.
Zum Durchmischen fiiner thermoplastischen Kunststoffschmelze
ία einer Schneckenstrangpresse ist es ferner aus der US-PS 34 87 503 bekannt, zwischen den
Schneckenstegen radial bis annähernd an die Zylinderwand reichend« isJocken vorzusehen. Die Nocken sind
m Φ*® odefr -mehreren quer im Schmelzkanal
angeordneten Reihen vorgesehen und können sowohl in der Umwandlungsaune als auch in der Ausstoßzone der
Schneckenstrangpresse angeordnet sein. Die untereinander parallelen Reihen der Nocken sind immer
zwischen benachbarten Schneckenstegen angeordnet und teilen die im Schneckenkanal fließende Kunststoffschmelze
in mehrere Ströme. Die erzielbare Durchmischung der Kunststoffschmelze mit dieser bekannten
V01 richtung ist für eine Reihe strangzupressender thermoplastischer Kunststoffe zufriedenstellend. Die
erreichbare Temperaturvergleichmä8igung zwischen der heften Kemschmelze gegenüber der Randschmelze
liegt bei einer mit 60 Upm umlaufenden Schnecke mit einer Gangtiefe von etwa 5 mm in der Ausstoßzone und
etwa 5 mm über den Schneckenkern radial überstehenden Nocken in einer Größenordnung von 3 bis 5° C vor.
Bei allen insoweit bekannten Nockenanordnungen innerhalb des durch die Schneckenstege seitlich
begrenzten Schneckenkanals wird die geförderte
Schmelze durch die radial hervorstehenden Nocken mehr oder weniger intensiv durchmischt Jedoch
bestimmt nach wie vor der Schneckenkanal die Hauptströmungsn nung; hierdurch wird die beabsichtigte
Mischwirkung wesentlich herabgesetzt.
Es ist ferner aus der DT-AS 12 89 302 und der bereits
erwähnten DT-PS 8 58 310 bekannt die zum Mischen und Temperaturvergleichsmäßigf η vorgesehenen Nokken
in einem schneckenstegfrei ausgebildeten Abschnitt des Schneckenkerns anzuordnen. Bei der Schneckenstrangpresse
nach der DT-AS 12 89 302 sind hierfür warzenartige, abwechselnd auf der Endfläche der
Schnecke sowie auf der dieser gegenüberliegenden Fläche des Mundstückes der Strangpresse sich befindende
Vorsprünge vorgesehen. Diese Vorsprünge, bevorzugt in Form von Schraubenköpfen, sind in
koaxialen und zur Schneckenachse konzentrischen Kreisen angeordnet und werden bei Drehung der
Schnecke kammartig aneinander vorbeibewegt Hierdurch werden die laminar fließenden Schmelzebestandteile
verwirbelt und dabei miteinander vermischt. Infolge dieser Durchmischung wird auch die Temperatur
der Schmelze vergleichmäßigt. Bei empfindlichen Kunststoffen kann die intensive Durchmischung infolge
der dabei entstehenden Reibungswärme aber zu örtlichen Oberhitzungen führen, die das Material
schädigen. So erhält man aufgrund dieser vorgesehenen Mittel zwar eine weitgehend homogene und gut
durchmischte Schmelze, doch läßt sich eine günstige Temperaturverteilung nicht erzielen, da der Schmelze
nach dem Aufschmelzvorgang zu wenig Zeit für eine Vergleichmäßigung bleibt
Die US-PS 31 60 688 zeigt eine Schnecke, die einen schneckenstegfreien Abschnitt mit radial gegen die
Zylinderwand vorstehenden Nocken nach Art von Kratzen aufweist und die zum Dispergieren eines
^jssig Schäummittels iu dem thermoplastischen
Kunststoff dient Die in axialen Rohen umfangsverteih
vorgesehenen und gegeneinander versetzten Kratzen Verhindern lediglich das Verstopfen der Einspritzöffiuingen
für die zu dispergierende Flüssigkeit und üben
auf die Kunststoffsehmelze Scherkräfte aus, die das
Dispergieren des Schänmmittels in der Schmelze unterstützen.
Schließlich ist aus der DT-OS 1922163 eins
Vorrichtung zum P}astifizieren von Kunststoffen! durch
Reibungswärme bekannt, bei der ausschließlich Nocken, auf dem sonst glatten Pbistifizierläufer in achsparafleleE
Reihen angeordnet, die Piasüfizierarbeit verrichten. Es
ist nicht auszuschließen, dafr eine solche PlastiGzieFeinrichtung
das ihr aufgegebene Pulver oder Granulat gut durchmischt und gut homogenisiert; es ist jedoch
ausgeschlossen, daß diese Einrichtung auch noch für TemperaturvergleichniäßigHng in der Schmelze sorgen
kann. Als Strangpresse ist die Einrichtung ohnehin nicht geeignet
Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau und in der Mischwirkung an sich bewährte Schneckenstrangpresse
so weiterzubilden, daß die Schmelze besser als bisher in eine Vielzahl von Schmelzeeinzelströme
unterteilt und immer wieder zusammengeführt wird, damit aus der Ausstoßöffnung der Schneckenstrangpresse
die Schmelze optimal temperaturvergleichmäßigt
austritt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die (radial abstehenden) Nocken mindestens zwei
voneinander unterschiedliche Höhen aufweisen und unterschiedlich weit von der Gehäusewand entfernt
sind, wobei das Verhältnis Nockendurchmesser zu Nockenhöhe 0,25 bis 2,0 beträgt
Es ist hierbei zweckmäßig, daß die langen und kurzen M
Nocken in unregelmäßigem Wechsel im schneckenstegfreien
Abschnitt der Ausstoßzone der Schneckenstrangpresse angeordnet sind.
Die thermoplastische Kunststoffschmelze, die mehr oder weniger gut homogenisiert in im wesentlichen
laminaren Schmelzeschichten in der Ausstoßzone der Presse strömt wird in dem schneckenstegfrei vorgesehenen
Abschnitt der Schnecke aufgrund der gewählten Ausbildung und zur Strömungsrichtung asymmetrischen
Anordnung der Nocken äußerst wirksam durchmischt. 4$
Aufgrund der Vielzahl der langen und kurzen Nocken wird die thermoplastische Kunststoffschmelze in teils
achsparallele, teils diagonale, teils orthogonale und teils
radiale Schmelzeströme aufgeteilt Zugleich werden Ein/elströme um die einzelnen Nocken herumgeleitet
bzw. zusätzlich über die kurzen Nocken hinweggeleitet. Beim Durchströmen der verbleibenden freien Zwischenräume
zwischen benachbarten, im lichten Abstand unterschiedlich angeordneten Nocken werden die
Schmelzeströme unterschiedlich beschleunigt und nach kurzen Wegen um die Nocken herum bzw. über diese
hinweg mit Teileinzelströmen wieder vereinigt bzw. teilweise auch mit anderen Einzelströmen überlagert
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß die Schnecke sowohl bei
niedrigen als auch bei mittleren und hohen Arbeitsgeschwindigkeiten und sowohl für hochviskose als auch
niedrigviskose thermoplastische Kunststoffe gleich gut einsetzbar ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Nocken Nockengruppen, zwischen
denen nockenlose Zonen vorgesehen sind; dies kann nach Art eines Fischgrätenmusters erfolgen. Hierdurch
wird ebenfalls in vorteilhafter Weise eine in Strömungsrichtung asymmetrische Anordnung der Nocken geschaffen, durch die die Schmelze in regelmäßigem
Wechsel aufgeteilt und die Schmelzeteüströme nach dem Durchströmen der Nockengruppen in veränderter
Strömungsform wieder vereinigt werden. Denn sowohl
die Nockengruppen bzw. Nockenreiheji bei Fischgräienmusteranordnung
afc auch die nockenfreien Zonen werden wie in den zuvor angegebenen verschiedenen
Richtungen durchströmt und heißere Kernschmelze wild mit Randschmelze und umgekehrt intensiv
gemischt.
Aufgrund des Schmelzeschleppflusses und des Schmelzedruckflusses ergibt sich ein mittlerer
Strömungswmkel der Schmelze, der nicht mit dem
gewählten Winkel, beispielsweise der achswinkligen Nockenreihe der Fischgrätenmusteranordnung, übereinstimmt
Aufgrund des schneckenstegfrei ausgebildeten Nokkcnabschnitts der Schnecke und wegen des Schmelzeströmungswinkels
werden alle Schmelzebestandteile auf dem gesamten Strömungsweg durch die Mischvorrichtung
mit zahlreichen Nocken in Berührung gebracht Ihre Strömungsrichtung wird dabei nicht durch
Schneckensiege vorgegeben.
Durch das ständige, kurzzeitig sich wiederholende Aufteilen und Vereinigen der Vielzahl von Schmelzeeinzelströmen
aufgrund der vorgesehenen Vielzahl langer und kurzer Nocken über einen bestimmten Längenbereich
wird die thermoplastische Kunststoffschmelze zunehmend homogener und temperaturvergleichmäßigt.
Die Schmelzeteilchen, die die Nocken umströmen bzw. überströmen, fließen mehr oder weniger
regelmäßig gerichtet und die Schmelzeteilchen, die die nockenlosen Zonen durchströmen, fließen im Vergleich
zu den vorgenannten Schmelzeteilchen unregelmäßiger gerichtet Einerseits vereinigen sich dann verschiedene
Schmelzeströme häufig mit anderen, und andere-seits überlagern sich Schmelzeschichten bzw. fließen verschiedene
Schichten ineinander, und zwar in örtlich unterschiedlichen Richtungen und mit örtlich unterschiedlichen
Strömungsgeschwindigkeiten.
Aufgrund der Vielzahl der vorgesehenen Nocken liegt außerdem eine erheblich größere Oberfläche des in
Frage stehenden Schneckenabschnittes vor gegenüber dem einer vergleichbaren bekannten Schnecke. Dies
bedeutet daß bei Verwendung eines gut wärmeleitenden Werkstoffes für die Nocken auch eine relativ große
wärmeübertragende Fläche vorliegt, die die radialen Temperaturgradienten ausgleicht
Eine weitere Maßnahme zur Erzielung einer in Strömungsrichtung asymmetrischen Anordnung oder
Verteilung der Nocken besteht darin, daß die Nocken unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so daß wechselweise
unterschiedlich dicke Nocken vorliegen und die lichten Abstände für die Schmelzeeinzelströme ständig
variieren. Hierdurch und aufgrund der unterschiedlich hohen Nocken wird längs des Fließweges die Fließgeschwindigkeit
ständig verändert, was zu einem ungleichmäßigen und unregelmäßigen Verlauf der Schmelze
durch die Hindernisse des schneckenstegfreien Abschnittes der Ausstoßzone und zu einer Vereinigung
unterschiedlich gerichteter Schmelzeeinzelströme führt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß sich der Anordnungsbereich der Nocken bis in einen dem schneckenstegfreien
Abschnitt benachbarten Schneckengang erstreckt.
Die längeren Nocken sind nach der Erfindung beispielsweise derart ausgebildet, daß der Radialabstand
zwischen der Nockenspitze und der Schnecken-
achse gleich dem Schneckenradius oder bis zu einem Prozent kleiner als der Schneckenradius ist; die
kürzeren Nocken sind beispielsweise so bemessen, daß der Radialabstand zwischen der Nockenspitze und der
Schneckenachse vier bis zwölf Prozent kleiner als der Schneckenradius ist
Versuche haben ergeben, daß aufgrund der neuen
Mischvorrichtung das Δ Tin der Schmelze kleiner als
1°C ist; und zwar wurde die Temperatur zwischen Strömungskern und Randzonenschmelze gemessen. Die
aus der Mischvorrichtung der Schnecke strömende Schmelze war somit an jedem Punkt des Durchflußquerschnittes
annähernd gleich. Außerdem lag die gewünschte Schmelztemperatur in einem derart günstigen
Wert vor, der für den Ausstoß in ein der Strangpresse angeschlossenes Werkzeug gewünscht
wird. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Schmelze nach Verlassen der Schneckenstrangpresse in
ein Verteilersystem gelangen solL
Vergleichsweise aus weiteren Versuchen mit eine Schnecke nach der US-PS 34 87 503, die Nocken
innerhalb eines Schneckenganges zwischen den Schnekkenstegen aufweist, ergaben ein AT im Bereich
zwischen 5 und 80C im vergleichbaren Durchflußquerschnitt
Wenn bei allen vorgenommenen Versuchen die Schmelzen bezüglich des Durchmischungs- und Homogenisierungsgrades
in etwa vergleichbar waren, dann traf dies bezüglich der Temperatarvergleichmäßigung
nicht zu, denn eine optimale Temperaturvergleichmäßigung lag nur bei der Schnecke vor, die mit der neuen
Mischvorrichtung versehen war.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Es zeigt
F i g. 1 eine räumlich dargestellte Teil-Seitenansicht einer Mischvorrichtung an einer Schnecke, die aus
Nocken unterschiedlicher Höhe besteht
Fig.2 die Abwicklung eines mit Nocken nach Art eines Fischgrätenmusters versehenen Abschnittes der
Schnecke,
F i g. 3 einen Schneckenquerschnitt gemäß Schnitt nach Linie 1-1.
Die mit 1 bezeichnete Schnecke einer Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit Schneckengehäuse 2 weist einen Schneckenkern 3 und einem vor einer Mischvorrichtung
endenden Schneckengang 4 auf. Die Mischvorrichtung besteht aus einer Vielzahl von Nocken
unterschiedlicher Höhe, wobei die langen Nocken mit 5 und die kurzen Nocken mit 6 bezeichnet sind. Sie sind
vorzugsweise eingeschrumpft in einem schneckenstegfreien Abschnitt, z.B. dem Schneckenkern 3' eines
beliebig wählbaren Schneckenabschnittes innerhalb der vorgesehenen Schneckenausstoßzone, angeordnet Mit
Schneckenausstoßzone sind alle die Schneckenbereiche bezeichnet, die sich in Preßrichiung an die Umwandlungszone
anschließen. Diese Schnecken unterscheiden sich z. B. durch unterschiedliche Kernquerschnitte
in der Ausfuhrung gemäß Fig. 1 sind kurze und lange
Nocken 5,6 unregelmäßig wechselnd angeordnet Das Verhältnis Nockendurchmesser/Nockenhöhe liegt im
Bereich zwischen 0£5 bis 2,0. Der lichte Abstand von
Nocke zu Nocke ist unregebnäSig gewählt, er ist kleiner
als 13 Nockendurchmesser. Aufgrund der vorgesehenen
Ausbildung der Nocken und der getroffenen willkürlichen Anordnung der Nocken erhält man
mindestens einen scaneckenstegfreien Abschnitt in der Ausstoßzone der Schneckenstrangpresse mit unter
schiedlich hohen und breiten freien Strömungsspalter für die Schmelze.
In der Ausführung nach F i g. 2 und 3 sind die Nocken
teilweise in achsparallelen Reihen 7 und teilweise in achswinkligen Reihen 8 angeordnet Man bezeichnet
eine derartige Anordnung als Fischgrätenmuster.
Vorzugsweise je drei achsparallele Reihen 7, z. B. eine
innere mit kurzen Nocken 6 und zwei äußere mit langen «o Nocken 5, bilden eine Nockengruppe A, und je drei
achswinklige Reihen 8, z.B. eine mittlere mit kurzen Nocken 6 und zwei äußere mit langen Nocken 5, bilden
eine Nockengruppe B.
Die Nockenreihen 8 können die Nockenreihen 7 im ij Winkel schneiden. Die Strangpreßeinrichtung ist durch
Pfeilrichtung in F i g. 2 angegeben. Die Nockengruppen B sind in bestimmten, jedoch wählbaren Seitenabständen
zueinander schräg zur Schneckenachse angeordnet Benachbarte Nockengruppen B bilden unter Mithilfe
*o der beiden Nockengruppen A nockenlose Zonen C
Es ist möglich, daß sich der Anordnungsbereich der Nocken bis in einen durch Schneckenstege begrenzten
Schneckengang erstreckt der einem schneckenstegfreien Abschnitt benachbart ist
ij Allen genannten Ausführungen gemeinsam ist. daß
die Wärmeübertragung im Bereich jedes Nockens durch Wärmeleitung erfolgt da ständig Schmelzeteilchen
verschiedener zusammenfließender Schmelzeteilströme mit Schmelzeteilchen weiterer Schmelzeströme zusam·
mengeführt werden. Außerdem erfolgt während des Umströmens der einzelnen Nocken eine Wärmeübertragung
durch Wärmeströmung, da ein verhältnismäßig großer Teil der Schmelzeteilchen häufig mit einzelner
der vielfach vorhandenen Nocken in Berührung kommt. Die Misch- und Wärmeausgleichvorgänge mit Hilfe
der neuen Mischvorrichtung erfolgen ohne Zwangs einflösse auf die Schmelze. Es sind keine engen Spalte
zwischen den Nocken untereinander und zwischen der Nocken und der Gehäuseinnenwand vorhanden, die
durchströmt bzw. umströmt werden müssen.
Gerichtet sind die Teilschmelzeströme teils diagonal und zwar im wesentlichen die, die zwischen den Nocken
und um die Nocken herumfließen, teils orthogonal, unc zwar im wesentlichen die, die über kurze Nocker
hinwegfließen, und teils achsparallel sowie achswinklig bei der Vereinigung zusammenfließender Einzelströme.
Durch das zyklisch sich wiederholende Aufteilen Vereinigen, Schichtüberlagern und Schichtenvermi
sehen der Schmelzeteile aus verschieden gerichteter Schmelzeströmen bei der vorhandenen großen Ober
Sache der Mischvorrichtung und der Oberfläche des freien Schneckenkerns und aufgrund der vorhandener
Zwischenräume zwischen Schneckenkern und Genau iwandung wird beim Durchströmen der Schmei-
scuinen«
ze durch die Mischvorrichtung sowohl ein intensive) Durchmischen und Homogenisieren als auch eine
äußerst wirksame Temperaturvergleichmäßigung her beigeführt
schrumpft im Schneckenkern angeordnet und an dei
dem Schneckenkern abgewandten Fläche abgerundei
sind Eme derartige Vorrichtung ist nicht nur einfach hr
«5 kann nachträglich ohne Schwierigkeiten an jedei
Claims (5)
- Patentansprüche:' 1. Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung v^n thermoplastischen Kunststoffen mit einer in einem Gehäuse drehbar angeordnetenschneckenstegfrei ausgebildeten Abschnitt, dessen LängejeweilsmindestensdoppeltsogroBistwieder · Schneckendurchmesser, undder mit radial abstehen- ro den Nocken versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (5,5) mindestens zwei voneinandjer unterschiedliche Höhen aufweisen und v unterschiedlich weh von der Gehausewand (2) * entfernt sind, wobei das Verhältnis ^ocfcendurchmesser zu Nockenhöhe 0j25 bis 2,0 beträgt-
- 2. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nockenbestückte Zonen (7A 8B)m\t nockenlosen Zonen ('Qabwechseln.
- 3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Nocken (5,6) nach Art eines Fischgrätenmusters angeordnet sind.
- 4. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Nocken (S, 6) untereinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
- 5. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anordnungsbereich der Nocken (S, 6) bis in einen dem schneckenstegfreien Abschnitt benachbarten Schneckengang erstreckt.
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702030756 DE2030756C2 (de) | 1970-06-23 | Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen | |
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DE19702030756 DE2030756C2 (de) | 1970-06-23 | Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen |
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DE2030756A1 DE2030756A1 (de) | 1971-12-09 |
DE2030756B2 DE2030756B2 (de) | 1971-12-09 |
DE2030756C2 true DE2030756C2 (de) | 1977-04-14 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT405181B (de) * | 1995-12-29 | 1999-06-25 | Greiner & Soehne C A | Verfahren und vorrichtung zum mischen oder thermischen homogenisieren von zumindest einem fluid |
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