DE1729364C3 - Extruderschnecke für Einschneckenextruder zum Verarbeiten von Thermoplasten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extruderschnecke für Einschneckenextruder zum Verarbeiten von Thermoplasten, die drei in der Extrusionsrichtung hintereinander angeordnete Zonen aufweist, nämlich eine Beschickungszone, eine daran anschließende Umwandlungszone und eine Ausstoßzone, und bei der in der Umwandlungszone achsparallel verlaufende Stege und ein mehrgängiger Homogenisierbereich vorgesehen sind.

Dabei sind unter Thermoplasten Stoffe verstanden, die ihre viskosen Eigenschaften unter dem Einfluß der Temperatur ändern, wie z. B. polymere Kunststoffe sowie Natur- und Synthese-Kautschuk.

Bei der Aufbereitung von Thermoplasten in Einichnecken-Extrudern stellt die Mischung und Homogenisierung des Fördergutes ein besonderes Problem dar, in denen isotrope Eigenschaften des Extrudates ebenso erwünscht sind wie die homogene Verteilung von Farbpigmenten. Stabilisatoren, Weichmachern. Schäummittel etc, wenn solche zugesetzt sind

Eine Extruderschnecke ,der eingangs genannten Art ist aus der US^PS 27 65 491 bekannt. In der Umwandlungszone weist diese Extruderschnecke einen oder mehrere Bereiche auf, in denen achsparallele Stege angeordnet sind. In diesen Bereichen findet eine Förderung nicht statt, da lediglich Schneckenstege das zu extrudierende Material fördern können. Diese achsparallelen Stege sollen einer Verbesserung der Homogenisierwirkung dienen. Hier ist es auch bekannt, vor dem Bereich mit den achsparallelen Stegen einen zweiten Schneckensteg in dem Schneckengang des ersten Schneckensteges anzuordnen, so daß vor den achsparallelen Stegen ein zweigängiger Schneckenstegbereich vorhanden ist. Die US-PS 33 00 810 weist in der Umwandlungszone einen mehrgängigen Bereich auf,

ίο dessen Steigung der Steigung des eingängige/: Bereiches entgegengesetzt ist Durch derartige Bereiche soll erreicht werden, daß Partikel von niedrigerer Viskosität mit größerer Geschwindigkeit als Partikel mit höherer Viskosität durch diesen Bereich hindurchlaufen, wo-

S5 durch Partikel mit höherer Viskosität in diesem Bereich längere Zeit aufgeschlossen werden können. Die hierdurch erreichbaren Ergebnisse sind aber nur gering. Aus diesem Grunde hat man den Stegen teilweise auch Zickzackform gegeben, um an den Stegen Taschen zu bilden, in denen Teile mit höherer Viskosität sich festsetzen können, wodurch sie längere Zeit in diesem Bereich verweilen und dadurch besser aufgeschlossen werden. Die Schnecken dieser beiden letztgenannten Druckschriften nehmen für das Erreichen des Zieles einer verbesserten Homogenisierung den Nachteil in Kauf, daß mit diesen Schnecken ausgestattete Extruder sich am Arbeitsende bzw. vor einem Chargenwechsel nicht selbsttätig entleeren können, so daß sie bei jedem Arbeitsende oder bei jedem Chargenwechsel geöffnet, auseinandergenommen und gereinigt werden müssen. Dabei wird mit diesen Extruderschnecken noch keine einwandfreie Homogenisierung erreicht, weil feste Partikel bzw. Partikel mit einer höheren Viskosität noch durch die Kanäle zwischen den Stegen bis zum Ende der Extruderschnecke durch deren Gänge hindurchwandern können.

Bekannt sind auch Extruderschnecken, bei weichen die Gänge in mehrgängigen Schneckenteilen durch Querstege unterteilt sind. Diese Querstege stellen aber ganz erhebliche Widerstände dar. insbesondere wenn sie wie bei der deutschen Patentschrift 8 07 186 in einer großen Anzahl hintereinander angeordnet sind. Damit nun die Antriebskraft für den Schneckenextruder nicht zu groß wird und damit ein Materialdurchfluß durch die Maschine gesichert ist. weisen diese Querstege nur eine relativ geringe Höhe auf. so daß sie weniger eine sperrende Wirkung als eine Veränderung der Strömungseigenschaften durch Wirbelbildung hervorrufen.
Es sind auch Extruderschnecken bekannt, bei denen das Material im Bepj-beitungsbereich aus einem ersten Gang in einen zweiten Gang dann strömen kann, wenn das Material einer Bearbeitung unterworfen worden ist, so daß im zweiten Schneckengang nur bearbeitetes Mjterial vorhanden ist. Um in den zweiten Schneckengang zu gelangen, muß das Material über einen Schneckenrücken herübertreten. Derartige Extruderschnecken sind durch die deutsche Patentschrift 9 10 218 und in ganz ähnlicher Art der Schneckenstegführung durch den älteren Vorschlag nach der deutschen Patentschrift 12 07074 bekannt. Besonders wirkungsvoll arbeiten derartige Extruderschnecken, wenn der Schneckenrücken, über den das Material aus dem ersten Gang in den zweiten Gang herüberslrömen muß, gerundet ist. Durch diesen Schneckenröcken wird nicht nur unaufgeschmolzenes bzw. unbearbeitetes Material zurückgehalten, es wird durch die runde Schrteckenrücfcenform auch das Material, bevor es in den zweiten Schneckengang eintreten kann, relativ

lange durch den engen Spalt zwischen dem Schneckenrflcken und der Zylinderinnenwand an der im allgemeinen beheizten Zylinderinnenwand in Berührung mit dieser Zylinderinnenwand gehalten, wodurch ein erheblicher Wärmeübergang in das Material erzielt wird und somit in der Schneckenpresse bearbeiteter Kunststoff intensiv aufgeschmolzen wird. Unbearbeitetes, nicht aufgeschmolzenes Material wird in dem ersten Schnekkengang so lange zurückgehalten, bis es ebenfalls bearbeitet und aufgeschmolzen ist Dieses unbearbeitete Material schiebt sich parallel zu dem zweiten Schnekkengang, über dem das bearbeitete, aufgeschmolzene Material nach vorne zur Ausstoßzone abgeführt wird, ebenfalls in Richtung nach vorne. Mit dieser Schneckenpresse sind erstaunlich gute Resultate zu erreichen. Aus dieser Schneckenpresse wird das Material in sehr guter Homogenität erhalten. Die Temperatur der Teile des Extrudates ist völlig einheitlich. Jedoch ist es als ein Nachteil dieser Schneckenpresse anzusehen, daß die Bearbeitung des zu extrudierenden Gutes lediglich auf einem Teil des Umfanges der Extruderschnecke stattfindet, nämlich im ersten Gang, während der zweite Gang lediglich der Abführung des bearbeiteten Materials dient Denn lediglich der erste Gang verringert seinen Querschnitt von einem Maximalwert auf den Nullwert während der zweite Gang seinen Querschnitt von Null auf einen Maximalwert erweitert In diesem sich erweiternden Teil ist nicht mehr mit einer Bearbeitung des Materials zu rechnen, auch dann nicht wenn sich diese Bearbeitungszonen wiederholen.

Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein sehr kurzes Scherteil zu bauen, welches das gesamte durch den Schneckenextruder hindurchgehende Material am Ende der Bearbeitung einmal ganz dicht an die Innenwand des Zylinders heranbringt und somit ein Extrudat mit isotropen Eigenschaften liefert welches auch die dem Thermoplasten eventuell zugefügten Farbpigmente. Stabilisatoren. Weichmacher. Schäummittel etc. homogen verteilt enthält

Die Erfindung besteht darin, daß die Schneckenstege im mehrgängigen Homogenisierbereich steiler als in den eingängigen Schneckenbereichen verlaufen, daß die zwischen den Schneckenstegen des mehrgängigen Homogenisierbereiches liegenden Schneckengänge von je einem im wesentlichen achsparallelen im Radialquer schnitt keilförmigen Steg durchzogen sind, daß das keilförmige Querschnittsprofil jedes achsparallelen Steges mit dem die Schnecke umgebenden Euruderzylinder einen Keilspalt bildet und daß jeder achsparallele Steg an dem einen Ende -™t dem einen Schneckensteg und an dem anderen Ende mit dem anderen Schneckensteg verbunden ist

Die Erfindung ermöglicht ein Extrudat welches völlig isotrop ist. Dabei nimmt der mehrgängige Teil der Extruderschnecke r.ar wenig Raum ein, da er zu einem sehr kurzen Scherteil ausgebildet ist Hierdurch erhäh man im Bereich vor diesem Scherteil in der Bearbeitungszone erheblichen Raum für eine Schneckenausbildung bekannter Art, bei der der gesamte Schneckenumfang für die Bearbeitung des Materials zur Verfügung steht. Durch dieses Seherteil ist der aus einem Schneckengang kommende Massestrom in eine große Anzahl von Massentrömen aufgeteilt Durch diese Anzahl der Masseströme wird erreicht, daß die erforderliche Antriebsleistung nur sehr gering ist Gleichzeitig wird aber erreicht, daß sämtliches Material vor dem Erreichen der Ausstoßzone in unmittelbarer Nähe der Zylinderwandung gewesen ist und durch den engen Scherspalt hindurchgetreten ist, wodurch eine intensive Mischwirkung erreicht ist Festes Material kann bei einem so kurzen Scherteil nicht zurückgehalten ίο werden, wie das bei der Extruderschnecke nach der deutschen Patentschrift 9 10 218 der Fall ist An dieser Stelle noch festes Material wird aber durch die innige Berührung mit der Zylinderinnenwand in dem Keilspalt einer Bearbeitung unterworfen, so daß kern unbearbeitetes Material, also auch kein festes Material, über die achsparallelen Stege mit keilförmigem Querschnitt herübertritt

Es läßt sich eine volle Homogenisierwirkung schon dann erreichen, wenn der Homogenisierbereich eine zwei- bis dreifache Länge des Schneckendurchmessers hat Hierdurch wird eine sehr kur*e Bauform des Homogenisierbereiches bei einer hervorragend guten Leistung erreicht

Vorteilhaft ist es, wenn die Scheitelhöhe der achsparallelen Stege etwas kleiner als die Scheitelhöhe der Schneckenstege ist

Im besonderen wird vorausgesetzt, daß der sich an den Misch- und Homogenisierungsabschnitt anschließende Austragabschnitt tiefer geschnitten wird ais der Meteringzonenabschnitt bei herkömmlichen Extruderschnecken, denn dieser Austragsabschnitt braucht keine Misch- und Homogenisierungsscherung mehr aufzubringen. Hier ist es vorteilhaft wenn die Ausstoßzone der Schnecke tiefer als die Gangtiefen der Umwand-Iungszone geschnitten ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. I die seitliche Ansicht der Misch- und Homogenisierungszone,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. I, F'g. 3 die Ansicht einer Extruderschnecke zur Verarbeitung von Kunststoffen,

F i g. 4 die Ansicht einer Extruderschnecke zur Verarbeitung von Kautschukmischungen.

An die Einzugszone E' schließt die Urrwandlungszone und daran die Ausstoßzone A an. Die gesamte Beschickungszone ist mit £ bezeichnet und besteht aus der Einzugszone fund dem Umwandlungsabschnitt K'. Die Umwandlungszone enthält den Kompressions- und Umwandlungsabschnitt K' sowie den daran anschließenden HomogenisL'rbereich M. Im Homogenisierbereich sind die benachbarten Schneckenstege Γ und Γ durch den im wesentlichen achsparallelen keilförmigen St.'g k miteinander verbunden. Der keilförmige Steg 2 quert dabei den Schneckengang. Das rechte Ende des keilförmigen Stegs 2 ist mit der linken Flanke des Schneckenganges und das linke Ende des keilförmigen Stegs ist mit der rechten Flanke des Schneckengangs verbunden. Die Scheitelhöhe rdes keilförmigen Stegs 2 ist, wie F i g. 4 zeigt, etwas niedriger als die Scheitelhöhe R der Schneckenstege.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Extruderschnecke für Einschneckenextruder zum Verarbeiten von Thermoplasten, die drei in der Extrusionsrichtung hintereinander angeordnete Zonen aufweist, nämlich eine Beschickungszone, eine daran anschließende Umwandlungszone und eine Ausstoßzone, und bei der in der Umwandlungszone achsparallel verlaufende Stege und ein mehrgängiger Homogenisierbereich vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenstege (V, l") im mehrgängigen Homogenisierbereich (M) steiler als in den eingängigen Schneckenbereichen verlaufen, daß die zwischen den Schnekkenstegen (1', 1") des mehrgängigen Homogenisierbereiches liegenden Schneckengänge von je einem im wesentlichen achsparallelen im Radialquerschnitt keilförmigen Steg (2) durchzogen sind, daß das keilförmige Querschnittsprofil jedes achsparallelen Steges (2) mit dem die Schnecke umgebenden Extruderzylrader einen Keilspalt bildet und daß jeder achsparallele Steg (2) an dem einen Ende mit dem einen Schneckensteg (V) und an dem anderen Ende mit dem anderen Schneckensteg (1") verbunden ist.

2. Extruderschnecke nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Honr«ugenisierbereich (M) eine zwei- bis dreifache Länge (L) des Schneckendurchmessers (D)ha.t.

3. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelhöhe (r) der achsparaiiei&L Stege (2) etwas kleiner als die Scheitelhöhe (R)derSchnecke Stege(V, 1") ist

4. Extruderschnecke räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aur loßzone (A) der Schnecke tiefer als die Gangtiefen der Umwandlungszone geschnitten ist.