Schneckenpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, der das Grundmaterial in plastifiziertem Zustand über eine Speiseeinrichtung zugeführt wird.
Zur Erzielung bzw. Verbesserung bestimmter physikalischer oder auch chemischer Eigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe ist es bekannt, dem Grundstoff während seiner Verarbeitung im Extruder Zusatzmaterialien, wie zum Beispiel Stabilisatoren oder Weichmacher, zuzusetzen. Stabilisatoren haben im wesentlichen die Aufgabe, Abbaureaktionen durch Licht, Wärme, Luftsauerstoff, Wasser, UV-Strahlung, Ozon oder andere Umweltfaktoren zu verhindern. Sie sollen also die Beständigkeit des Thermoplastes gegen Alterung erhöhen. Man wendet in der Regel viel Mühe auf, um den geeigneten Stabilisator zu finden, da neben einer ausgezeichneten Lichtbeständigkeit häufig Geruchlosigkeit und Geschmacklosigkeit sowie Sicherheit gegen nachteilige Veränderung der Eigenschaften des Hochpolymeren und meist auch physiologische Unbedenklichkeit verlangt werden.
Allgemein wird ein Stabilisator oder die Kombination von mehreren Stabilisatoren in geringer Menge, vorzugsweise in Dosierungen bis etwa 5 %, der Schmelze beigemischt. Um seine Wirksamkeit zu gewährleisten, ist eine feine Verteilung in der Schmelze erforderlich.
Das Beimischen bereits vortemperierter Stabilisatoren in der Einzugszone oder gar schon in der Speiseeinrichtung hat sich als unzulänglich erwiesen. Unterschiede in physikalischen Eigenschaften, z. B. in der Viskosität, zwischen der Schmelze des Grundmaterials und der des Stabilisators sind unter anderem Gründe für deren unbefriedigende Durchmischung.
Bisher wird das Zusetzen von Stabilisatoren und Weichmachern in zusätzlichen, vorbereitenden Arbeitsgängen vorgenommen, die dann besondere, gegebenenfalls kostspielige, Mischvorrichtungen erfordern. Zudem wirkt sich die Zwischenschaltung eines solchen Mischprozesses in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf, der beispielsweise mit der Polymerisation des Grundmaterials beginnen und mit dem Aufwickeln des fertig verstreckten Fadens enden kann, störend auf die Kontinuität des Gesamtverfahrens aus.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorstehende Nachteile so abzustellen, dass der kontinuierliche Arbeitsprozess nicht gestört wird und das richtige Mengenverhältnis der Zusätze zum Grundmaterial jederzeit gewährleistet werden kann.
Die Schneckenpresse nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Zuspeisung von Materialzusätzen mindestens ein zusätzlicher Zuführungskanal vorgesehen ist, der in Förderrichtung gesehen, im Abstand von mindestens einem Schneckendurchmesser hinter der Einzugszone in den Schneckenkanal mündet.
Dadurch können die Zusätze während eines solchen Verfahrensabschnittes zugeführt werden, in dem die Schmelze bereits einer definierten Zwangsförderung unterworfen ist. Das bedeutet, dass das Zusatzmaterial hier vom Grundmaterial auch sicher mitgenommen wird.
Anderseits baut sich der Schmelzedruck im Schneckenkanal in der Förderrichtung erst allmählich auf und kann zunächst noch so niedrig sein, dass eine Pumpe, welche die Zusätze fördert, nicht gegen einen zu hohen Druck arbeiten muss, und gewöhnliche Förderpumpen ausreichen. Ebenso ist es aber auch denkbar, die Zuführungskanäle in den übrigen Teil der Verdichtungszone oder in Förderrichtung gesehen hinter dieser in den Schneckenkanal münden zu lassen. Man kann in diesem Fall eine qualifiziertere Druckpumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe, oder eine Schneckenpresse für die Zuspeisung der Materialzusätze verwenden. In je dem Fall kann der Weg der Schmelze von der Einmündung der Zusätze bis zum Austritt der Schmelze aus der Schneckenpresse lang genug sein, um auf dieser Strecke noch eine gute Durchmischung der Materialien zu erreichen.
Aus demselben Grunde kann es auch vorteilhaft sein, die Zusätze an mehreren Punkten auf dem Umfang des Schneckenkanals zuzuspeisen. Der entsprechende Schneckenpressenabschnitt kann daher so ausgebildet sein, dass der zusätzlich, Zufühningskanal bzw. die zusätzlichen Zuführungskanäle in mindestens einen den Schneckenkanal umfassenden Ringkanal münden, von dem aus mehrere Durchtritte in den Schneckenkanal führen. Hierdurch können die Zusätze bereits gleichmässig verteilt in den Thermoplast eingespeist und so die besten Voraussetzungen für eine einwandfreie Vermischung geschaffen werden.
Um in der Schneckenpresse alle gebräuchlichen Grundmaterialien verarbeiten und je nach Bedarf ein oder mehrere Zusatzmaterialien zusetzen zu können, kann der Schneckenkanal abschnittsweise, insbesondere im Mündungsabschnitt der Zuführungskanäle, mittels einer oder mehrerer auswechselbarer Büchsen gefüttert sein und können der Ringkanal bzw. die Ringkanäle, in die mindestens ein Zuführungskanal mündet, in einer auswechselbaren Büchse angeordnet sein. Diese Büchse kann beispielsweise als Einzugsbüchse ausgebildet sein, welche die Schnecke zumindest in der Einzugszone und daran anschliessenden Verdichtungszone umgibt und in die an ihrem einen Ende eine konisch zulaufende Einnugstasche eingearbeitet ist. Ein Einzugsabschnitt der Schneckenpresse, der auch die Verdichtungszone mit umfassen und die Speiseeinrichtung tragen kann, kann z.
B. durch eine Flanschverbindung mit dem übrigen Zylinderteil der Schneckenpresse lösbar verbunden sein.
Da das Mischungsverhältnis von Grundmaterial und Zusatzmaterial von Fall zu Fall verschieden sein kann, kann sich dementsprechend auch die Zufuhrmenge der
Stabilisatoren oder Weichmacher ändern. Deshalb kann im Zuführungskanal eine Dosierpumpe angeordnet sein, die in ihrer Drehzahl veränderbar eingerichtet sein kann. Zur Anpassung der Drehzahl an den verfahrens gemässen Ablauf zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Arbeitsprozesses kann eine im Zuführungskanal ange ordnete Dosierpumpe in Abhängigkeit entweder von dem am Zylinderaustritt gemessenen Schmelzdruck oder von der Förderleistung oder der Drehzahl einer Speisepumpe, welche das Grundmaterial dem Extruder zuführt, mittels bekannter Steuermittel regelbar sein. Diese Vorkehrungen sind für solche I : Fälle vorteilhaft, in denen irgendwelche Störungen im Verfahrensablauf auftreten, z.
B. wenn beim Extruderspinnen Düsen verstopft sind,
Spinnpumpen ausfallen oder auch nur routinemässig Fil- ter oder Spinndüsen ausgewechselt werden müssen.
Um die Zusätze bis zum Eintritt in den Extruderzylinder möglichst auf die hier vorhandene Temperatur des Grundmaterials zu bringen bzw. auf einer solchen zuvor erteilten Temperatur zu halten, können der oder die Zuführungskanäle sowie allfällige Pumpen und de ren Saugleitung mit Heizeinrichtungen versehen sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Schneckenpresse nach der Erfindung schematisch dargestellt.
In der Einzugs- und Verdichtungszone 1 der gezeichneten Schneckenpresse mit ihrer Speiseöffnung 2 ist die Buchse 3 angeordnet, in deren koaxialer Längsbohrung 4 sich die Schnecke 5 dreht. Von ihrer rechten Stirnseite her weist die Buchse 3 eine Einzugstasche 6 auf. Eine Rille im Umfang der Buchse 3 dient als
Ringkanal 7 für die Zuführung des Stabilisators oder
Weichmachers, der über den Zuführungskanal 8 von der Zahnradpumpe 9 herangeführt wird. Die Einspei sung des Zusatzmaterials in das Grundmaterial erfolgt vom Ringkanal 7 aus über radiale Bohrungen 10, die auf den Umfang des Schneckenkanais 4 gleichmässig ver teilt in diesen münden. Die Bohrungen 10 liegen in Förderrichtung der Schmelze gesehen im Abstand von etwa einem Schneckendurchmesser hinter der Verdichtungszone.
Dichtungsringe 11 sind in die äussere Mantelfläche der Buchse 3 eingelassen, um das Eindringen von Zusatzmaterial in den Ringspalt zwischen der Buchse 3 und der Zylinderwand 12 zu verhindern. Die Zylinderwand 12 und ein äusserer Mantel 13 bilden gemeinsam einen Hohlraum 14, der von einem flüssigen oder gasförmigen Heizmittel durchströmt wird. Der in der Zeichnung dargestellte Zylinderabschnitt kann als selbständiges Bauelement der Schneckenpresse ausgebildet und an seiner linken Stirnseite mit einem Flansch versehen sein, der über einen entsprechenden Gegenflnusch am anschliessenden Zylinderteil befestigt wird. Bei dieser Ausführung liegt die linke Stirnseite der Buchse 3 in der Flanschebene. Es ist ohne weiteres möglich, die dargestellte Buchse 3 gegen eine andere mit zwei oder auch mehreren Ringkanälen 7 auszutauschen.
Von einem zweiten Ringkanal 7 aus können auch parallel zur Schneckenachse verlaufende Bohrungen bis in die Durchmesserebene des ersten Ringkanals 7 geführt sein, die dann über radiale Durchtritte, welche ihrerseits zwi schen den Bohrungen 10 des ersten Ringkanals 7 eingeordnet sind, in den Schneckenkanal 4 münden.
Der Antrieb für die Pumpe 9 kann beispielsweise ein nicht dargestelltes, stufenlos regelbares Getriebe sein, dessen Abtriebsdrehzahl entsprechend dem geforderten Mengenverhältnis von Grundmaterial und Zusatzmaterial in bestimmter Relation zur Schneckendrehzahl steht.
Von bisher verwendeten Schneckenpressen sind bereits Einrichtungen bekannt, welche die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit von dem am Schneckenkanalaustritt gemessenen Schmelzedruck steuern. Mit Hilfe derselben Einrichtung lässt sich gleichzeitig und auf die gleiche Weise auch die Pumpendrehzahl verändern.
Beim Spinnen von Fäden aus Thermoplasten mittels Schneckenpressen müssen bekanntlich die Spinndüsenfilter von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die betreffende Spinnstelle ausser Betrieb zu setzen. Je kleiner die Anzahl der von einer Schneckenpresse gespeisten Spinnstellen ist, desto stärker steigt der Schmelzdruck am Zylinder austritt beim Ausfall einer Spinnstelle bzw. beim routinenmässigen Reinigen der Filter, und um so wünschenswerter erscheint eine Regelung von Schnecken- und Pumpendrehzahl.
Wenn auch die Zuführungskanäle 8 mit ihren zuge übrigen Pumpen 9 oberhalb oder seitlich des Schneckenpressenzylinders liegen bzw. angeschlossen sein können, so hat die in der Zeichnung dargestellte Anordhung auf der Unterseite des Zylinders gewisse Vorzüge. Das gewünschte Mengenverhältnis von Zusatzmaterial zum Grundmaterial soll möglichst gleich zu Beginn des Arbeitsprozesses erreicht werden. Würden beispielsweise die Grundmaterial- und die Zusatzmaterialzuführung gleichzeitig in Gang gesetzt, so würde zweifelsohne trotz richtigen Drehzahlverbältnisses von Schnecke und Pumpe zu viel Zusatzmaterial zugespeist.
Anderseits bestünde bei späterem Einschalten der Pumpe die Gefahr, dass das Grundmaterial bald nach dem Anfahren der Schnecke 5 vom Schneckenkanal 4 aus unter Druck in den Zusatzmaterialzufiihrungskanal 7 in Richtung zur Pumpe hin gepresst würde und diesen dann unter Umständen verstopft. Bei Anordnung der Pumpe 9 unterhalb der Schneckenpresse und beim Anschluss des Zuführungskanals g an der Unterseite des Zylinders aber kann dieser Kanal 8 zwischen der Pumpe 9 und seinem Eintritt in den Ringkanal 7 mit Zusatzmatefial gefüllt werden, ohne dass das von der Schnecke 5 geförderte Grundmaterial in den Zuführungskanal 8 eindringen kann.
Zuführungskanal 8, die Pumpe 9 und deren Saugleitung 15 sind gegebenenfalls beheizbar, damit die Zusätze bis zum Eintritt in den Extruderzylinder möglichst auf die hier vorhandene Temperatur des Grundmaterials gebracht werden können.