DE1529774A1 - Vorrichtung zum Regeln des Rueckdrucks an zweispindeligen Extrudern - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Regeln desrc rucks an zweispindeligen Extrudern Die Bauarten von Schneckenpressen oder Extrudern, deren wesentliche Arbeitswerkzeuge gewöhnlich ein- oder mehrspindelige., im Eingriff mitelnanderstehende Schnecken sind, die in einem Zylinder axial mehr oder weniger dicht schließen und gleichsinnig oder entgegengesetzt rotieren, sind heute recht mannigfaltig. Man bedient sich dieser Arbeitsmaschinen hauptsächlich in der chemischen Technologie im steigenden Umfange für vielfältige Zwecke, z.B. zum stetigen Aufbereiten hochviskoser Massen, zum Abscheiden. von flüssigen oder gasförmigen Medien aus plastischem Gut oder zum Kneten und/oder Mischen von zähflüssigen, pulverförmigen oder körnigen Kunststoffen. Schneckenpressen haben im Vergleich zu den üblichen Plastifiziervorrichtungen in der kunststoffverarbeitenden Technik insofern ein starkes Interesse auf sich gelenkt, als sie bei relativ einfachem Aufbau einen ununterbrochenen Arbeitsfluß und zuverlässige Betriebssicherheit gewährleisten. Während die Schneckenpressen gewöhnlicher Art nur eine mehr fördernde und allenfalls pressende Wirkung habeng sind in der kunststoffverarbeitenden Technik zur Erzielung von einwandfreien Misch-: und/oder Kneteffekten Sonderkonstruktionen der Rotorkörper erforderlich:.
• Für die Güte der extrudierten Zwischenerzeugnisse ist eine gute Knetung und Mischung :der Kunststoffmasse neben einer gleichmässigen Erwärmung durch von aussen her zugeführte Premdwärme und eine durch Reibung im Kunststoff erzeugte Wärme ausschlaggebend. Die zwangsläufige Förderung der Kunststoffmischung bedingt einen regelmäseigen Ausstoß und die gemeinsame Knetarbeit der Schnecken liefert eine gute Plastifizierleistung. Die Dichtigkeit des gezogenen.: Kunststoffstranges wird dadurch :erzielt, daß das Material.
• im Inneren des Extruders stufenweise so großen Drucken wie nur möglich ausgesetzt wird. Der Gesamtaufbau der gängigen mehrspindeligen Extruder ist im allgemeinen so getroffen, daß die im Zylinder rotierbaren Bearbeitungsschnecken sich im Oberteil des Maschinengestells befinden, während in dessen Unterteil der dazugehörige Antrieb aus Motor, Getriebe und Kupplung montiert ist. Die Längenbemessung der Freßsehnecken steht-mit der physikalischen Eigenschaft der Kunststoffe als schlechte Wärmeleiter im ursächlichen Zusammenhang. Man ist daher gezwungen, die Schnecken relativ lang auszuführen, obgleich eine kurze Baulänge für die Festigkeits-und Antriebsgestaltung der Maschine vorteilhafter ist. Bei der Berechnung der Schneeken an sich wird praktisch eine durchschnittliche Materialsorte zugrunde gelegt. Je nach Art der aufzubereitenden Masse muß'ein mehr oder weniger starker Kneteffekt erzielt: werden, um eine einwandfreie Homogenisierung zu erzielen. Eine Änderung des Knet- und/oder Mischeffekts läßt sich: durch den Austausch der Schnecken bzw:. Schneckenbüchsen gegen solche mit einem anderen Fördervolumen ihrer Gänge bei gleicher Drehzahl der Schneckenwelle erreichen. Darüber hinaus läßt sich eine hohe Knet- und Mischwirkung .n. der Weise erzielen, daß die zu verarbeitende Mas e beim Durchgang durch den Extruder durch bremsende Gewindeteile entgegen deren Drall in der Uauptförderrichtung gedrückt wird® Die Gewindeteile' erhöhen als Drosselorgane die Verweilzeit der Masse in dem Extrudär, womit eine -Verbesserung des Knet- und Mschafekte -einhergeht:` @ . Die Intensität dieser Wirkung auf das Preßgut steigt m- . zunehmendem Rückdruck vor dem Mundstück an. Durüh ein vor der . Engangsoffnung des Mundstücks angeordnetes ruckflußreguler= . . ventil hat man schon versucht, einen vorbestimmten Masserückdnu.ck nach Überwindung eines bestimmten Förderdruckes sicherzustellen. Der gleichmässige hohe Rückdruck gor dem Mundstück soll ein einwandfreies Erzeugnis begünstigen: Ein anderer Vorschlag für die Erzielung einer hohen stufenweisen Verdichtung zielt darauf ab, daB die Schnecken oder Rotorkörper einen oder mehrere Stauabschnitte aufweisen, die aus einem die Schneckengänge unterbrechenden ringförmigen Bund und einer im Bereich dieses Bundes vorgesehenen Ringnut im Zylinder bestehen. Infolge der durch die Querschnittseinschnürung-verursachten Stauung wird die Kunststoffmasse verdichtet. Bei Einschnecken-Bxtrudern kann durch zusätzliche axiale Verschiebung des Rotorkörpers gegenüber dem Zylinder der Durchflußquerschnitt zwischen Bund und Ringnut geändert werden. Eine einfache DurchfluBmengenregulierung bei einwandfreiem Kneteffekt kann ferner dadurch erreicht werden, daß zwischen der Hochdruckzone nach der Füllöffnung und der Niederdruckzone nachdem Ausstoßende an Extrudern eine Drosselstelle angebracht ist, die einen ringförmigen Durchgangaraum für die Masse freiläßt, der von einander gegenüberliegenden konischen Flächen auf der Schnecke und einem Zylinder begrenzt ist. Der Querschnitt des ringförmigen Durchgangsraumes"ist auch in diesem Falle durch axiale Verschiebung der Schnecke veränderbar. Bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffmassen reichen jedoch die bekennten Drosselmöglichkeiten nicht aus, um ein qualitativ einwandfreies Erzeugnis zu erzielen: Deshalb hat man auch schon. eine zweite Drosselstelle im Förderweg der Kunststoffmasse vorgesehen, so daß der Massedruck in einem weiteren Bereich auf den-jeweils zu verarbeitenden Kunststoff abgestimmt werden kann. Beide Drosselstellen sind zentral vom Ende der Schnecke aus durch den Bedienungsmann einstellbar und an allen Durchgangsverengungen ist der-Anschluß von Druckmeßvorrichtungen vorgesehen, die mit einer Antriebsvorrichtung beliebiger Art derart ih. Verbindung stehen, daß in Abhängigkeit von den Druckmeßwerten die Drosselstellen steuerbar sind. Es sind auch schon Extruder bekannt, die im Bereich der Schneckenspitze einen im Querschnitt verstellbaren Ringspalt aufweisen, so daß durch axiale Verschiebung der Schnecken die Drosselwirkung zur Erzielung des erforderlichen Massedrucks eingestellt werden kann. Bei schwierig zu verarbeitenden Kunststoffen reichen jedoch diese bekannten Drosselmöglichkeiten nicht aus, um ein einwandfreies Erzeugnis zu erzielen. Trotz genauer Kontrolle der Druckverhältnisse bei der Verarbeitung der gebräuchlichen Kunststoffe sind die gängigen Extruder für eine einwandfreie Homogenisierung von Materialien mit stark streuenden und wechselnden Einflußgrößen, wie z.B. Schüttgewicht, Rieselfähigkeit, K-Wert, Wärmestabilität, mit Gleitmittel- und Stabilisatorzusatz nebst sonstigen Beimengungen, noch nicht universell verwendbar. Hieran ändert auch nichts die Anwendung mehrerer Extruder, die hintereinander oder im Winkel zueinander angeordnet sind und für sich getrennt oder von einer einzigen Stelle aus gemeinsam angetrieben werden. Bei solchen Duplexmaschinen schiebt gewöhnlich die eine Maschine ihre Arbeitsmasse über einen Verbindungsstutzen in die nachgeschaltete Maschine gleicher Art. Dieser Verbindungskanal zwischen zwei Aggregaten wird in der allgemeinen Fördertechnik schon seit langem für , Sonderzwecke mitherangezogen. So weist er z.B. zur Beschleunigung von Trennvorgängen einen Anschluß zu einer Vakuum- oder Kondensatorleitung auf oder ist selbst als Vakuumbehälter ausgebildet. In der einschlägigen Technik der Verarbeitung plastischer Massen hat man auch schon im Übergang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extrudern ein gesteuertes Durchlaßorgan, und zwar einen Drehschieber vorgesehen, durch den ein Voreilen von Mischungsbestandteilen aus der ersten Maschine unterbunden werden soll, so daß die Mischung nur im gebundenen Zustand in die zweite Maschine gelangt. Durch den in Abhängigkeit vom Füllvolumen der zweiten Maschine gesteuerten Drehschieber wird die Bearbeitungsstufe in dieser Maschine so gespeist, daß die Stetigkeit des Masseflusses zu den Rotorkörpern der zweiten Maschine gewährleistet ist. Langjährige Beobachtungen, ausgiebige Versuche und Untersuchungen haben ergeben, daß der Rückdruck im Arbeitszylinder weitgehendst die Plastifizierung und Homogenisierung der Kunststoffmassen beeinflußt, jedoch dem Ausstoß der Schnecke entgegenwirkt. Hier eeäzt nun die Erfindung ein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Anwendung von zwei Mehrfachextrudern den Rückdruck auf mechanische= Wege zu regeln. Gelöst wird diese Aufgabe in der Weise, daß im Umlenkkopf ein Drosseldorn vorgesehen ist, dessen Drosselkegel den Rück- druck im Arbeitszylinder des ersten Extruders reguliert, der die Masse zu plastifizieren hat, so daß dem zweiten Extruder lediglich die Aufgabe zukommt, das empfindliche plastifizierte Material auf kurzem Wege auszustoßen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Drosseldorns in Schnitt dargestellt. Man erkennt die beiden mehrspindeligen Extruder, und zwar Extruder A für die Plastifizierung der Kunststoffmasse und Extruder B für den Ausstoß des plastifizierten Prellgutes. Die beiden Bxtruder sind in der Weise hintereinander angeordnet, daß der rückwärtige Teil des Arbeitszylinders des Extrudera A sich über den vorderen Teil des Arbeitszylinders der zweiten Maschine B befindet. Beide Arbeitszylinder sind nit einen Verteilgetriebe bekannter Bauart (nicht dargestellt) fest verbunden. Die beiden Schneckenpaare sind - wie üblich - direkt an das Getriebe gekuppelt und vorzugsweise voneinander drehzahlabhängig. Zwischen den beiden Extrudern befindet eich der Uslenkkopf 1 mit den Naterialausstoßkanal 1 a. Am Umlenkkopf ist der Drosselkopf durch einen Flansch 8 befestigt. Der Drosselkopf zergliedert sich im wesentlichen in eine schneidenförmig ausgebilde- te Hülse 3, in der ein Drosseldorn 2 geführt ist, dessen Spitze .den Materialkanal 1 a je nach den vorherrschenden Betriebsbedingun- gen absperrt. Die Verstellbarkeit des Drosseldorns 2 erfolgt durch die Mutter 4, die gegen Tellerfedern 5 anliegt. Die MeB-vorrichtung 6 zeigt den vorhandenen Druck am Drosseldorn an, während die Skala 7 das Maß der Spaltbreite anzeigt. Im Bereich uns Förderkanals 9 ist ein Vakuumanschluß vorgesehen.
• Die auf den Rückdruck sich auswirkenden Größen setzen sich im wesentlichen zusammen aus der Ausstoßmenge, der Viskosität und dem Reibungskoeffizient der Masse. Durch die mechanische Regelung des Rückdrucks mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgebildeten Drosselkopfes, dessen Dorn in den ersten, als Plastifiziereinheit wirkenden Extruder A eindringt, wird der Vorteil technischer Art erzielt, daß die Regulierung des Rückdrucks innerhalb des Extruders gleichzeitig die Plastifizierleistung der Maschine optimal beeinflußt. Bei der Verarbeitung von z.B. Poly-vinylchlorid ist erfahrungsgemäß die Schmelze nach ihrem Austritt aus dem Extruder sehr empfindlich. Jedwede Drosselung würde bei diesem Aggregatzustand zu Ausscheidungen oder Verbrennungen führen.
• Ferner ist der Rückdruck in jedem Stadium des Knet- oder Mischvorganges leicht meßbar und infolge der Federanordnung automatisch regelbar. Die Möglichkeit der Ablesung der Spalteinstellung stellt für die Bedienung der gesamten Maschine eine wesentliche Arbeitserleichterung dar. Die Einflußgrößen der Materialchargen können durch die leichte mechanische Bedienung des Drosseldorns gemäß der Erfindung nunmehr weitgehendst eliminiert werden, womit eine größere Arbeitsleistung sowie die Erzielung einen einwand-freien plaatifizierten Materials einhergeht.

Claims (1)

1. F a t o n t a xi e p r U e h o AII#Ais##.1#s#a@s s#s:a=t#ills@fitiAS# 19Yorrlohturw, zum l.ogeln des . üokäruokg an welircipiiideligen Lxti-udei#n, dadu:uh joksnnseioiirtet, deli w UmleiikkoyZ#,ehäuee (1) zwischen cwex t@intoioiru@ iV@@ cmgeordnoteu @;.xtruderei (A, 1i) ein lir oueelblibai: un6cb£-ualit :.ut. daduen "1u1 beweglich gelagortei# Dx-ouseldoiii (?) tait aeinea goaua in deu ::uoatobka:udl (la) des , ernten :;xtrudei#u uitielnragt und mit einer @latak@e@;eligeu frweiteru:@;@ im @al.eakkopfgeaidwe einen konir,eher r.egelupalt fei lest. .".. YorriehtwaL, »ach :.abpruol@ 1, dadurch gekennzeichnet, dsß der Droaseldoim (0 in einer oc:@uEid@nttix#arig ausgebildeten Holst (3) l@i*rbeweglicu goftuirt und! mit Hilfe einer Mutter (4) o.dgl. in aeinur iw:ik;ariei:tunä verstellbar ist, woduroll die breite den koniacudu i;egelepulte verändert wird. . Vorriohtuue twcli mwpruori 1 und ?, drduralt gekennzeichnet, daß die Mutter (4) o.dßl. eich gegen follerfedern (5) ubettitst. 4. Vorrichtung tmon Anepruoh 1 bis s, dadurch gekennzeichnet, daD eine Nekdoeo (6) den poderweg anzeigt. 5. Vorrichtung nach Anapruoh 1 bis 4, dadurch gekennaeieiinet. dald eine Skala (?) die Breite den konimohen eegelepalta anzeigt. 6. vorriotitung aohlinspruoh 1 bis 5, dsduroh gekennzeichnet, dab #er Drosselblock luroh eigen Planwort (i3) o . dgl. am Unlenk- kopfgetäuse (1) wnaebraoht iwt.