AT400315B

AT400315B - Vorrichtung zum entgasen von thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: AT400315B
Application number: AT0043394A
Authority: AT
Original assignee: Bacher Helmut; Schulz Helmuth; Wendelin Georg
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1995-12-27
Also published as: ATA43394A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entgasen von thermoplastischem Kunststoff, der durch zumindest eine Einbringeröffnung in ein Gehäuse eines ersten Schneckenabschnittes eingebracht wird, von wo er in zumindest einen Verbindungskanal gedrückt wird, in dem zumindest ein Filter für den Kunststoff liegt, nach dessen Passieren der Kunststoff zu einer Einströmöffnung eines Gehäuses eines zweiten Schneckenabschnittes strömt, der den Kunststoff entlang eines mit zumindest einer Entgasungsöffnung versehenen Entgasungsbereiches zu einem Auslass fördert, wobei vorzugsweise im Gehäuse des zweiten Schneckenabschnittes zwischen der Einströmöffnung und der ihr am nächsten liegenden Entgasungsöffnung zumindest ein Staukörper für den Kunststoffstrom vorgesehen ist,

welcher Staukörper den Kunststoffstrom in eine schlauchförmige Gestalt zwingt.

Eine solche Konstruktion ohne Staukörper ist bekannt aus einem älteren Vorschlag der Anmelder (WO 93/04841). Auch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit Staukörper wurde bereits von den Anmeldern in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung vorgeschlagen (österreichische Patentanmeldung A 1111/93). Insbesondere die mit dem Staukörper versehene Konstruktion erzielt eine gute Entgasung des Kunststoffes, da die im schlauchförmigen Kunststoffgebilde eingeschlossenen Gasblasen nur eine kurze Strecke wandern müssen, nämlich maximal die Wandstärke des Schlauches, um aus dem schlauchförmigen Kunststoffgebilde austreten und durch die Entgasungsöffung (en) entweichen zu können.

Probleme können jedoch bei einer solchen Vorrichtung dann auftreten, wenn die Zerkleinerung des dem ersten Schneckenabschnitt zugeführten Kunstoffmaterial nur unvollkommen ist, so dass in diesem Material grössere Kunststoffbrocken bzw. -fetzen verbleiben, die durch den ersten Schneckenabschnitt nur unvollkommen plastifiziert werden, bevor sie in den Verbindungskanal eingedrückt werden. Solche nicht vollständig plastifizierte Kunststoffanteile können den Verbindungskanal verlegen bzw. das in ihm eingebaute Filter blockieren. Dasselbe kann verursacht werden'durch im Kunststoff enthaltene Fremdkörper, z. B. Metaliteil- chen oder Steine, Textilanteile usw.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten überwunden sind und es daher nicht mehr zu einer Verlegung des Verbindungskanales bzw. einer Blockierung des Filters kommen kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass im der Einlassöffnung des Verbindungskanales benachbarten Bereich des ersten Schneckenabschnittes die Schnecke mit das von ihr geführte Material zerkleinernden Zähnen versehen ist. Diese Zähne, welche mit dem ersten Schneckenabschnitt umlaufen, wirken zerkleinernd auf das vor dem Entrittsende des Verbindungskanales befindliche Kunststoffmaterial sowie die in ihm enthaltenen Verunreinigungen, also gerade an der kritischen Stelle.

Durch die Zähne werden die unplastifizierten Kunststoffanteile sowie grössere Fremdstoffanteile des in den Verbindungskanal eintretenden Materiales so zerkleinert, dass eine Verlegung dieses Kanales nicht mehr auftreten kann. Wenn die durch die Zerkleinerung erhaltenen Teilchen nicht so klein sind, dass sie das Filter passieren können, so fangen sie sich im Filter und werden beim Filterwechsel aus der Vorrichtung entfernt.

Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sind die Zähne mit dem Kern des Schneckenabschnittes einstückig. Sie sind also aus dem Material dieses Kernes ausgearbeitet. Herstellungsmässig einfacher ist es jedoch gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Zähne auf einem mit dem Kern des Schneckenabschnittes drehschlüssig verbundenen, gesonderten Trägerstück vorgesehen sind. Dieses Trägerstück kann z. B. mit dem Kern des Schneckenabschnittes verschraubt sein.

Vorzugsweise sind im Rahmen der Erfindung die Zähne als Rippen ausgebildet, die sich bis zur Innenwand des Gehäuses des Schneckenabschnittes erstrecken. Diese Rippen wirken gleichsam mahlend auf das zu zerkleinernde Gut ein. Sie können parallel zur Achsrichtung des Schneckenabschnittes verlaufen. jedoch gegebenenfalls auch entlang von Schraubenlinien od. dgl., wodurch sich ein ziehender Schnitt auf das zu zerkleinernde Material ergibt. Besonders günstige Ergebnisse werden im Rahmen der Erfindung dann erzielt, wenn, in axialer Richtung des Schneckenabschnittes gesehen, die Zähne die Einlassöffnung zur Gänze überlappen, vorzugsweise vorne und hinten mit Übermass.

Die Einlassöffnung ist dann-in der Draufsicht gesehen - völlig durch die Zähne abgedeckt, wobei die Zähne mit der Kante der Einlassöffnung zusammenwirken, welche Kante als Abscherkante wirkt. Um den dort auftretenden Beanspruchungen am besten Rechnung zu tragen, ist im Rahmen der Erfindung in die Wand der Einlassöffnung ein Verschleiss- stück eingesetzt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt. Fig. 2 zeigt in grösserem Massstab ein Detail einer Ausführungsvariante und Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 111 - 111 der Fig. 2.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 hat die Vorrichtung 1 einen topfförmigen Behälter 2, in den das zu behandelnde Kunststoffgut oben eingefüllt wird. Im Bereich des Bodens 3 des Behälters 2 ist ein Werkzeug 4 um eine vertikale, mittig im Behälter 2 angeordnete Achse drehbar gelagert und zur Rotation über eine

den Boden 3 durchsetzende Welle 5 von einem Motor 6 angetrieben. Das Werkzeug 4 hat zumindest zwei radiale Arme 7, die mit Schneidkanten 8 für das Kunststoffmaterial versehen sind. Das zerkleinerte und vermischte Kunststoffmaterial gelangt in einen Einzugstrichter 9 eines Gehäuses 10 eines ersten Schnekkenabschnittes 11, der in die vom Einzugstrichter 9 gebildete Öffnung 12 hineinragt.

Bei der Drehung des Werkzeuges 4 um die Achse der Welle 5 steigt das im Behälter 2 umlaufende Kunststoffmaterial in Form einer Mischthrombe an der Wand des Behälters 2 hoch, diese Mischthrombe ist durch Pfeile 13 angedeutet. Die auf das umlaufende Kunststoffmaterial ausgeübte Fliehkraft unterstützt den Einzug des Kunststoffmateriales durch die Öffnung 12 in das Gehäuse 10 des Schneckenabschnittes 11. Dieser Schneckenabschnitt kann radial, aussermittig oder auch tangential an den Behälter 2 angeschlossen sein.

Der Durchmesser des Kernes 11'des ersten Schneckenabschnittes 11 vergrössert sich in Richtung von der Öffnung 12 weg, wodurch das vom Schneckenabschnitt 11 eingezogene Kunststoffmaterial komprimiert und plastifiziert wird. Das plastifizierte Material tritt aus dem Gehäuse 10 des ersten Schneckenabschnittes 11 durch eine Öffnung 14 in einen Verbindungskanal 15 ein und strömt in diesem zu einem Filter 16, welches die in der Kunststoffschmelze enthaltenen Verunreinigungen herausfiltert. Zweckmässig hat dieses Filter 16 rückspülbare und auswechselbare Filtereinsätze und ist so ausgebildet, dass auch während des Rückspülvorganges bzw. während eines Siebwechsel ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung 1 möglich ist.

Nach Passieren des Filters 16 gelangt das plastifzierte Kunststoffmaterial in einen weiteren Abschnitt des Verbindungskanales 15, welcher über eine Einströmöffnung 17 in das Innere eines weiteren Gehäuses 18 mündet, in welchem ein zweiter Schneckenabschnitt 19 drehbar gelagert ist. Dieser zweite Schneckenabschnitt 19 fördert das plastifizierte Kunststoffmaterial in einem Entgasungsbereich 39 vorbei an zwei Entgasungsöffnungen 20, durch welche die aus dem Kunststoffmaterial ausgetretenen Gase abgeführt werden. Die abgeführten Gase können gesammelt und gegebenenfalls einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Nach Passieren dieser Entgasungsöffnungen 20 gelangt das Kunststoffmaterial zu einem Auslass 21, an den Werkzeuge angeschlossen sein können, z. B. zu Formen oder Granulierungseinrichtungen führende Extruderköpfe 22.

Zweckmässig sind die Kerne 11', 19'der beiden Schneckabschnitte 11,19 zu einem einzigen Baukörper vereinigt, was es ermöglicht, die beiden Schneckenabschnitte 11,19 von der Spitzenseite des zweiten Schneckenabschnittes 19 her gemeinsam anzutreiben, also von der in Fig. 1 rechts liegenden Seite her. Die Umlaufrichtung der beiden Schneckenabschnitte 11,19 ist durch einen Pfeil 23 angedeutet. An einem Stummel 24 greift der nicht dargestellte Antrieb an, z. B. mittels eines Zahnriemens. Zwischen dem Auslass 21 und diesem Stummel 24 liegt ein weiterer Schneckenabschnitt 25 mit Schneckengängen, deren Steigung jener der beiden Schneckabschnitte 11, 19 entegegengesetzt ist, so dass dieser Schneckenabschnitt 25 eine Abdichtung nach aussen bildet.

Eine weitere, von einem Schneckenabschnitt 26 mit Schneckengängen entgegengesetzter Steigung gebildete Abdichtung liegt zwischen den beiden Schnekkenabschnitten 11,19 und verhindert, dass Kunststoffmaterial unter Umgehung des Verbindungskanals 15 aus dem Gehäuse 10 direkt in das Gehäuse 18 gelangen kann.

Um die Entgasung des bearbeiteten Kunststoffmateriales im Gehäuse 18 zu begünstigen, hat der
Schneckenabschnitt 19 im Bereich zwischen der Einströmöffnung 17 und der-in Strömungsrichtung des
Kunststoffmateriales gesehen - letzten Entgasungsöffnung 20 eine Druckloszone 27, die von einem Abschnitt des Kernes 19'mit verringertem Durchmesser gebildet ist. Nach der letzten Entgasungsöffnung
20 geht der Kern 19'wieder auf den vollen Durchmesser der Schnecke über, so dass im Bereich des
Auslasses 21 das Kunststoffmaterial wieder unter Druck und damit genügend plastifiziert gehalten ist.

Eine weitere Begünstigung der Entgasung ergibt sich dadurch, dass der Einströmöffnung 17 benachbart ein Staukörper 28 angeordnet ist, welcher dem aus der Einströmöffnung 17 in das Gehäuse 18 einströmen- den Kunststoffmaterial einen gewissen Widerstand entgegensetzt und dieses Kunststoffmaterial zwingt, am
Beginn des Gehäuses 18 eine schlauchförmige Form anzunehmen. Der Aussendurchmesser dieses Schlau- ches entspricht hiebei dem Innendurchmesser der Bohrung des Gehäuses 18, in welchem der Schnecken- abschnitt 19 gelagert ist. Der Innendurchmesser dieses Schlauches ist vom Aussendurchmesser des zylindrischen Staukörpers 28 gebildet. Die Wandstärke des Schlauches ist somit bestimmt durch die
Differenz der Radien des Staukörpers 28 und des Innendurchmessers des Gehäuses 18 und ist mit R bezeichnet.

Eine Änderung dieses Masses R ist dadurch möglich, dass der Staukörper 28 auswechselbar und gegen Staukörper mit anderen Abmessungen austauschbar ist. Hiezu ist es zweckmässig, die gesamte von den Abschnitten 11,26, 19,25 gebildete Schnecke nach rechts aus dem Gehäuse ausbauen zu können.

Eine Änderung des Masses R ist jedoch auch dadurch möglich, dass der Staukörper 28 zusammen mit den ihn tragenden Schneckenabschnitten in Axialrichtung der Vorrichtung 1 verstellbar ist. Hiezu dient eine am
Stummel 24 angreifende Verstelleinrichtung 29 zweckmässig eine in axialer Richtung unverschiebbare
Schraube 30, welche in ein Gewinde 31 des Stummels 24 einschraubbar ist. Durch Verdrehung der
Schraube relativ zum Stummel 24 wird die gesamte Schneckenkonstruktion in axialer Richtung verstellt.

Dadurch lässt sich die Grösse eines Spaltes S verändern, durch welchem das Material aus dem Verbindungskanal 15 in das Gehäuse 18 strömen kann.

Um eine kontinuierliche Verstellung zu ermöglichen, schliesst ein zylindrischer Abschnitt des Staukörpers 28 an einen konischen Abschnitt desselben an, weicher in den mit verringertem Durchmesser ausgebildeten Abschnitt des Kernes 19'übergeht.

Gegebenenfalls können mehrere Verbindungskanäle 15, jeweils mit einem oder mehreren Filtern 16, vorgesehen sein.

Um zu verhindern, dass der Verbindungskanal 15 zuwächst, insbesondere durch Ablagerung grober Verunreinigungen, z. B. Nägei, Steinchen usw., ist der der Einlassöffnung 14 des Kanales 15 benachbarte Bereich 41 des ersten Schneckenabschnittes 11 als mit diesem Schneckenabschnitt koaxialer Fräser ausgebildet, d. h. mit Zähnen 42 versehen, welche diese groben Verunreinigungen soweit zerkleinern, dass ein Zuwachsen des Kanales 15 nicht mehr zu befürchten ist. Die zerkleinerten Verunreinigungen gelangen vielmehr zum Filter 16, wo sie aus der plastifizierten Kunststoffmasse ausgefiltert werden. Gemäss der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Zähne 42 dieses Fräsers einstückig aus dem Material des Kernes 11' des Schneckenabschnittes 11 gefertigt.

Die Zähne 42 liegen mit ihren Schneiden parallel zur Längsachse des Schneckenabschnittes 11, und diese Schneiden sind länger als der Durchmesser der Einlassöffnung 14, so dass-in axialer Richtung der Schneckenabschnitte 11,19 gesehen-die Zähne 42 die Einlassöffnung 14 überlappen und davor und dahinter vorstehen. Damit wird gesichert, dass auch bei einer axialen Verschiebung des Schneckenabschnittes 11 die Zähne 42 voll wirksam bleiben. Mit diesen Zähnen 42 wirkt der scharfkantige Rand 43 der Einlassöffnung 14 als Gegenschneide zusammen, dieser Rand 43 bildet als gleichsam eine Abscherkante.

Die Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von jener nach Figur 1 vorallem dadurch, dass die in Form von Längsrippen ausgebildeten Zähne 42 (Fig. 3) nicht einstückig aus dem Material des Kernes 11'des Schneckenabschnittes 11 ausgearbeitet sind, sondern auf einem gesonderten Trägerstück 44 sitzen, das mit dem Kern 11'des Schneckenabschnittes 11 bzw. mit dem Kern des mittleren Schneckenabschnittes 26 verschraubt ist. Diese Verschraubung 45 ist so gestaltet, dass sie sich bei der Drehung der Schneckenabschnitte 11,19 im Betrieb nicht lösen kann. Weiters ist, um die Abnützung des die Abscherkante bildenden Randes 43 möglichst gering zu halten, in die Wand 47 der Öffnung 14 ein Verschleissstück 46 eingesetzt, welches den als Abscherkante wirkenden Rand 43 bildet.

Wie Fig. 3 zeigt, können die die Zähne 42 bildenden Rippen verhältnigsmässig breit sein, um die auftretenden Scherkräfte problemlos aufnehmen zu können. Das Verhältnis der Breiten (in Umfangsrichtung gemessen) der Zähne 42 zu den dazwischen liegenden Nuten 48 kann innerhalb weiter Grenzen gewählt werden, im dargestellten Ausführungsfall liegt dieses Verhältnis bei 1 : 2.

Wie bereits erwähnt, gelangen die von den Zähnen 42 des Fräsers zerkleinerten groben Verunreinigungen zum Filter 16, wo sie aufgefangen werden. Enthält das zugeführte Kunststoffmaterial verhältnismässig viele solche Verunreinigungen, so kommt'es bald zu einer Verschmutzung des Filters 16, so dass dieses ausgewechselt oder rückgespült werden muss. Die zunehmende Verschmutzung des Filters 16 macht sich in einem Ansteigen des Druckes im Verbindungskanal 15 bemerkbar, was durch einen Druckfühler 36 überwacht werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Entgasen von thermoplastischem Kunststoff, der durch zumindest eine Einbringeöff- nung in ein Gehäuse eines ersten Schneckenabschnittes eingebracht wird, von wo er in zumindest einen Verbindungskanal gedrückt wird, in dem zumindest ein Filter für den Kunststoff liegt, nach dessen Passieren der Kunststoff zu einer Einströmöffnung eines Gehäuses eines zweiten Schnecken- abschnittes strömt, der den Kunststoff entlang eines mit zumindest einer Entgasungsöffnung versehe- nen Entgasungsbereiches zu einem Auslass fördert, wobei vorzugsweise im Gehäuse des zweiten Schneckenabschnittes zwischen der Einströmöffnung und der ihr am nächsten liegenden Entgasungs- öffnung zumindest ein Staukörper für den Kunststoffstrom vorgesehen ist, welcher Staukörper den Kunststoffstrom in eine schlauchförmige Gestalt zwingt, dadurch gekennzeichnet, dass im der Einlassöffnung (14) des Verbindungskanales (15) benachbarten Bereich (41) des ersten Schneckenab- schnittes (11) die Schnecke mit das von ihr geführte Material zerkleinernden Zähnen (42) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (42) mit dem Kern (11') des Schneckenabschnittes (11) einstückig sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (42) auf einem mit dem Kern (11') des Schneckenabschnittes (11) drehschlüssig verbundenen, gesonderten Trägerstück (44) vorge- <Desc/Clms Page number 4> sehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (42) als Rippen ausgebildet sind, die sich bis zur Innenwand des Gehäuses (10) des Schneckenabschnittes (11) erstrecken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen parallel zur Achsrichtung des Schneckenabschnittes (11) verlaufen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung des Schneckenabschnittes gesehen, die Zähne (42) die Einlassöffnung (14) zur Gänze überlappen, vorzugs- weise vorne und hinten mit Übermass.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wand (47) der Einlassöffnung (14) ein Verschleissstück (46) eingesetzt ist.