Claims (1)
PATENTANSPRUCH
CLAIM
Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizier-barer Massen mit zwei in einem Arbeitszylinder parallel zueinander gelagerten, gegenläufigen Schnecken, der in eine Einzugszone, eine Aufbereitungszone sowie eine Austragszone unterteilt ist und bei dem dicht kämmende Schneckenprofile in der Einzugszone und in der Austragszone angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragszone (A) 0,5 bis 1,5 D lang ist und die ein- oder mehrgängigen Schneckenprofile in der Austragszone Gangsteigungen (H2) zwischen 0,3 und 1 D aufweisen, wobei D der Aussendurchmesser der Schnecken in der Einzugszone (E) ist.Screw extruder for the continuous preparation of plasticizable masses with two counter-rotating screws mounted parallel to one another in a working cylinder, which is divided into a feed zone, a preparation zone and a discharge zone and in which closely intermeshing screw profiles are arranged in the feed zone and in the discharge zone, characterized that the discharge zone (A) is 0.5 to 1.5 D long and the single or multi-flight screw profiles in the discharge zone have pitches (H2) between 0.3 and 1 D, where D is the outer diameter of the screws in the feed zone ( E) is.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen mit zwei in einem Arbeitszylinder parallel zueinander gelagerten, gegenläufigen Schnecken, der in eine Einzugszone, eine Aufbereitungszone sowie eine Austragszone unterteilt ist und bei dem dicht kämmende Schneckenprofile in der Einzugszone und in der Austragszone angeordnet sind.The invention relates to a screw extruder for the continuous processing of plasticizable masses with two counter-rotating screws mounted parallel to one another in a working cylinder, which is divided into a feed zone, a processing zone and a discharge zone and in which closely intermeshing screw profiles are arranged in the feed zone and in the discharge zone are.
Es ist bekannt, dass bei zweiwelligen Schneckenmaschinen gleich- oder gegensinnig rotierende Schnecken und/oder ihre vollständig oder teilweise kämmende oder überhaupt nicht kämmende Anordnung entscheidenden und jeweils unterschiedlichen Einfluss auf das Einzugs-, Förder- und Homogenisierverhalten, auf Selbstreinigung, Energieeinleitung, Höhe und Gleichmässigkeit der Scherbeanspruchung, Druckaufbauvermögen und Verschleissverhalten sowie auf die technisch realisierbaren Betriebsdrehzahlen, den Durchsatz und die Wirtschaftlichkeit hat.It is known that in the case of twin-shaft screw machines, screws rotating in the same or opposite directions and/or their fully or partially meshing or non-mesh arrangement have a decisive and different influence on the intake, conveying and homogenization behavior, on self-cleaning, energy input, height and uniformity the shear stress, pressure build-up capacity and wear behavior as well as the technically feasible operating speeds, the throughput and the economy.
Zweiwellige, kontinuierlich arbeitende Aufbereitungsmaschinen mit gegenläufig dicht kämmenden Schnecken besitzen zwar ein vom Reibwert des Gutes unabhängiges Einzugs- und Förderverhalten, können aber nach Aussagen der Fachwelt nur mit geringen Drehzahlen und damit geringen Durchsätzen betrieben werden, da bei höheren Drehzahlen der Verschleiss nicht mehr beherrschbar ist. Die geringen Drehzahlen erfordern jedoch für schwierige Misch- und Homogenisieraufgaben mehrere hintereinander geschaltete Mischbzw. Aufbereitungszonen. Ausserdem besitzen derartige Maschinen in der Regel eine zu lange energiedissipierende Austragszone, so dass auch aus diesem Grund bei geforderter schonender Aufbereitung die Drehzahlen niedrig geschaltet werden müssen.Twin-shaft, continuously working processing machines with tightly meshing screws in opposite directions have a feed and conveying behavior that is independent of the coefficient of friction of the goods, but according to experts, they can only be operated at low speeds and thus low throughputs, since at higher speeds the wear can no longer be controlled . However, for difficult mixing and homogenizing tasks, the low speeds require several mixing or processing zones. In addition, machines of this type generally have an energy-dissipating discharge zone that is too long, so that for this reason too, the speeds have to be switched to low levels when gentle processing is required.
Höhere Drehzahlen lassen sich nach dem Stand der Technik bei gegenläufig drehenden Doppelschnecken nur mit nicht kämmenden Wellen realisieren. Höhere Drehzahlen gestatten zwar die Verwendung einer einzigen Misch- bzw. Aufbereitungszone, bringen aber den Nachteil mit sich, dass bei dem geringen Druckaufbauvermögen der nicht kämmenden Schnecken zu grosse Rückstaulängen und unerwünschte Energiedissipation vor Druckverbrauchern auftreten, was zu erheblichem Polymerabbau führen kann. Aus diesem Grunde werden solche Anlagen oft zweistufig betrieben, wobei ein langsam laufender separater Austragsextruder den Druckaufbau gegen das Ausformwerkzeug übernimmt. Ausserdem besitzen die nicht kämmenden Schnecken kein vom Reibwert des Gutes unabhängiges Einzugs- und Förderverhalten.According to the prior art, higher speeds can only be achieved with counter-rotating twin screws with non-meshing shafts. Although higher speeds permit the use of a single mixing or processing zone, they have the disadvantage that, given the low pressure build-up capacity of the non-intermeshing screws, backwater lengths are too long and undesirable energy dissipation occurs in front of pressure consumers, which can lead to considerable polymer degradation. For this reason, such systems are often operated in two stages, with a slow-running, separate discharge extruder taking over the pressure build-up against the molding tool. In addition, the non-intermeshing screws have no intake and conveying behavior that is independent of the coefficient of friction of the goods.
Es war Aufgabe der Erfindung, einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen zu schaffen, der von den geschilderten Mängeln frei ist, der bei kurzer Bauweise eine vollständige Aufbereitung und Homogenisierung mit geringem . Energieaufwand erlaubt.It was an object of the invention to provide a screw extruder for the continuous processing of plasticizable masses, which is free of the deficiencies described, with a short design, a complete processing and homogenization with low. energy expenditure allowed.
Diese Aufgabe wird bei einem Schneckenextruder der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Austragszone A 0,5 bis 1,5 D lang ist und die ein- oder mehrgängigen Schneckenprofile in der Austragszone Gangsteigungen H2 zwischen 0,3 und 1 D aufweisen, wobei D der Aussendurchmesser der Schnek-ken in der Einzugszone E ist.In a screw extruder of the type described above, this object is achieved according to the invention in that the discharge zone A is 0.5 to 1.5 D long and the single or multi-flight screw profiles in the discharge zone have pitches H2 between 0.3 and 1 D, with D is the outside diameter of the augers in the feed zone E.
Die erfindungsgemässen Schneckenextruder sind mit Schneckenumfangsgeschwindigkeiten von 1 bis 2,5 m/s antreibbar.The screw extruders according to the invention can be driven with screw peripheral speeds of 1 to 2.5 m/s.
Entgegengesetzt zur Meinung der Fachwelt tritt bei vielen Polymerenwerkstoffen im Einzugs- und Aufbereitungsteil kein nennenswerter Verschleiss auf, wenn die Einzugszone mit dicht kämmenden gegenläufigen Schnecken ausgerüstet ist und die Schnecken mit den genannten Umlaufgeschwindigkeiten betrieben werden. Auch der befürchtete Verschleiss in der dicht kämmenden Austragszone und die dort befürchtete hohe Energiedissipation — verbunden mit unzulässigem Polymerabbau — treten nicht ein, wenn die Geometrie der Austragszone in den oben angeführten Grenzen gehalten wird.Contrary to the opinion of experts, there is no appreciable wear in many polymer materials in the feed and processing section if the feed zone is equipped with tightly meshing counter-rotating screws and the screws are operated at the stated rotational speeds. The feared wear in the closely intermeshing discharge zone and the feared high energy dissipation there — combined with impermissible polymer degradation — do not occur if the geometry of the discharge zone is kept within the limits specified above.
Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Schneckenextruders ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.An exemplary embodiment of the screw extruder according to the invention is shown schematically in the drawing and explained in more detail below.
Der Schneckenextruder ist im Ausführungsbeispiel in drei Zonen unterteilt. Die Einzugszone E hat die Aufgabe, die in das die Schnecken umgebende Gehäuse G geförderten Massen der eigentlichen Misch- bzw. Aufbereitungszone M zuzuführen. Durch den Pfeil X ist die Zugabeeinrichtung angedeutet. Die Schneckenprofile in der Einzugszone sind dicht kämmend zueinander angeordnet und besitzen damit zwangsfördernde Eigenschaften, so dass eine vom Reibwert der Massen und Förderwiderstand weitgehend unabhängige Förderung und daher ein sehr gleichmässiger Produktstrom erzielbar ist. Besonders geeignet sind ein- oder mehrgängige, trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen Hj zwischen 0,5 und 2 D (D=Aussendurchmesser eines Schneckenelements). Ferner hat sich eine Länge der Einzugszone von 2 bis 5 D insgesamt als vorteilhaft erwiesen.In the exemplary embodiment, the screw extruder is divided into three zones. The feed zone E has the task of feeding the masses conveyed into the housing G surrounding the screws to the actual mixing or processing zone M. The addition device is indicated by the arrow X. The screw profiles in the feed zone are arranged closely intermeshing and therefore have positive conveying properties, so that conveying is largely independent of the coefficient of friction of the masses and conveying resistance and therefore a very even product flow can be achieved. Single or multi-flight, trapezoidal screw elements with pitches Hj between 0.5 and 2 D (D=external diameter of a screw element) are particularly suitable. Furthermore, a length of the catchment zone of 2 to 5 D has proven to be advantageous overall.
Auf die Einzugszone E folgt eine einzige Misch- bzw. Aufbereitungszone M, die im allgemeinen nicht dicht kämmende, mehrgängige Schneckenelemente grosser Steigung, und z. T. mit verringerten Schneckendurchmesser und/oder speziell gestalteten Knetscheiben aufweist, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie gemäss Fig. 2 grössere freie Querschnitte A2 als die davor oder danach angeordneten Förderzonen besitzen. Aufch kann sowohl mit konstanter als auch mit kontinuierlich sowie diskontinuierlich veränderlicher Steigung gearbeitet werden.The feed zone E is followed by a single mixing or processing zone M, which generally does not have tightly intermeshing, multi-flight screw elements with a large pitch, and z. T. with a reduced screw diameter and/or specially designed kneading disks, which are characterized in particular by the fact that, according to FIG. 2, they have larger free cross sections A2 than the conveying zones arranged before or after them. Aufch can be used with a constant as well as with a continuously or discontinuously variable gradient.
Die Misch- bzw. Aufbereitungszone M kann an beliebiger Stelle durch eine Vorrichtung abgestaut werden, die aus einem oder mehreren profilierten, radial beweglichen Stempeln besteht und bis auf den Schneckenkern verschoben werden kann. Abhängig von den eingesetzten Misch- und Knetelementen beträgt die Länge der Misch- bzw. Aufbereitungszone etwa 4 bis 12 D.The mixing or processing zone M can be blocked at any point by a device which consists of one or more profiled, radially movable stamps and can be moved down to the screw core. Depending on the mixing and kneading elements used, the length of the mixing or processing zone is around 4 to 12 D.
Die nachfolgende Austragszone A hat die Aufgabe, die plastifi-zierte Masse einem nachgeschalteten, an sich bekannten Formgebungswerkzeug (in der Zeichnung nicht dargestellt) zuzuführen. Erfindungsgemäss ist die Austragszone 0,5 bis 1,5 D lang und besitzt ebenso wie die Einzugszone dicht kämmende, vorzugsweise trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen H2 von 0,3 bis 1 D. Die Schneckenelemente in der Austragszone sind ein- oder mehrgängig ausgebildet und weisen entsprechend kleine freie Querschnitte A3 (Fig. 3) auf. Durch die hohe Schneckenumlaufgeschwindigkeit von 1 bis 2,5 m/s wird bewirkt, dass der Schneckenextruder mit hohen Durchsatzleistungen betrieben werden kann. Die spezielle Schneckengeometrie der Austragszone ermöglicht bei hohen Drehzahlen ein Austragen der plastischen Massen gegen hohe Drücke ohne nennenswerten Verschleiss und ohne unzulässig hohe Energiedissipation und Polymerabbau.The subsequent discharge zone A has the task of feeding the plasticized mass to a downstream, known shaping tool (not shown in the drawing). According to the invention, the discharge zone is 0.5 to 1.5 D long and, like the feed zone, has tightly intermeshing, preferably trapezoidal screw elements with pitches H2 of 0.3 to 1 D. The screw elements in the discharge zone are designed with one or more flights and point accordingly small free cross-sections A3 (Fig. 3). The high screw circulation speed of 1 to 2.5 m/s means that the screw extruder can be operated with high throughput rates. The special screw geometry of the discharge zone enables the plastic masses to be discharged against high pressures at high speeds without significant wear and without impermissibly high energy dissipation and polymer degradation.
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1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings