DE19848537A1 - Extruder mit nachgeschaltetem Kühler - Google Patents

Abstract

Nach der Erfindung werden mehrere Wärmetauscher einem Extruder nachgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder mit nachgeschaltetem Schmelzekühler, insbesondere zum Extrudieren schmelzverflüssigter Kunststoffe und deren Mischungen.

Kunststoffe werden als Rohstoff üblicherweise in Granulatform oder ein ähnliches Schüttgut gehandelt. Um das Granulat bzw. die Schüttgutform in eine bestimmte Produktform zu bringen, bedarf es einer Verarbeitung. Das gilt um so mehr, als zeitgemäße Kunststoffprodukte nicht mehr aus reinen Kunststoffen sondern aus Kunststoffmischungen bestehen. Eine besonders vorteilhafte Umformung läßt sich unter hervorragender Verteilung der Zumischungsteile im Kunststoff in einem Extruder bewirken.

Beim Extrudieren entstehen zumeist strangförmige Produkte. Z. B. wird ein Schmelzestrang in einen Kalanderspalt aufgegeben, um Folie zu erzeugen. Oder es wird mit Hilfe geeigneter Extrusionsdüsen sofort ein Folienschlauch erzeugt, der mit Luft aufgeblasen und gekühlt wird, um im gekühlten Zustand aufgeschnitten und als Folienbahn aufgewickelt zu werden. Oder es wird mit Hilfe geeigneter Düsen ein nach Abkühlung stabiles Profil extrudiert, das aus Gründen begrenzter Transport- und Lagermöglichkeiten in geeigneten Stücken abgelängt wird.

Die beschriebenen Produkte können auch geschäumt werden. Beim Schäumen wird der Schmelze ein Treibmittel zugesetzt. Die gängigen Kunststoffschaumprodukte sind Platten und Schaumstoffbahnen.

Die angesprochenen Anwendungen haben nur beispielhaften Charakter.

Extruder sind in verschiedener Form bekannt, z. B. als Einschneckenextruder, Zweischneckenextruder oder Planetwalzenextruder. Alle Extruder haben bestimmte Arbeitsbereiche/Zonen gemeinsam.

In der Einzugzone wird die Einsatzmischung aus einem Aufgabebehälter abgezogen und mittels einer oder mehrerer Schnecken in Extrusionsrichtung gefördert. Dabei findet eine Verdichtung und in der Plastifizierungszone eine Aufschmelzung des Kunststoffes statt. In dem aufgeschmolzenen Kunststoff können die Zumischungsanteile ideal verteilt, d. h. dispergiert werden. Deshalb trägt diese Zone die Bezeichnung Dispierungszone. Dabei erfährt die Schmelze mit den Zumischungsanteilen im Extruder eine Misch-, Knet- und Scherbewegung, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Bauart mehr oder weniger intensiv ist.

Mit der Dispergierung geht zugleich eine Homogenisierung einher. Deshalb wird an dieser Stelle auch von einer Homogenisierungszone gesprochen.

Der Kunststoff ist im schmelzflüssigen Zustand relativ zäh. Das gilt um so mehr, je näher sich die Kunststofftemperatur am Schmelzpunkt befindet. Das gilt auch in besonderem Umfang für die Herstellung von Kunststoffschaum, weil das der Schmelze zugeführte Treibmittel im Extruder mit der Schmelze fein vermischt bzw. in der Schmelze fein verteilt werden soll. Das Aufschäumen darf erst beim Austritt aus dem Extrusionswerkzeug/Düse stattfinden. In dem Extruder wird das Aufschäumen durch entsprechenden Druck verhindert. Der Druck ist ein Vielfaches des für die Verarbeitung ungeschäumter Kunststoffe erforderlichen Druckes. Der Druck erhöht die Schmelzezähigkeit ganz wesentlich.

Alle Misch-, Knet- und Schervorgänge erfordern eine von der Schmelzezähigkeit abhängige Energie. Die zugeführte Energie setzt sich in der Schmelze in Wärme um. Am Anfang, nämlich beim Aufschmelzen des Kunststoffes, ist die Erwärmung erwünscht. Nach Erreichen einer bestimmten Schmelzetemperatur ist jede weitere Erwärmung unerwünscht, weil die bekannten Kunststoff bei Überschreiten dieser Temperatur Qualitätseinbußen erfahren und sich die weitere Verarbeitung zunehmend erschwert.

Zur notwendiger Einhaltung bestimmter Schmelzetemperaturen ist am Extruder eine Schmelzekühlung erforderlich. Die Kühlstrecke trägt zumeist die Bezeichnung Kühlzone. Nach der Kühlung wird häufig noch eine Behandlung/Vergleichmäßigung der Schmelze vorgenommen. Die der Kühlzone nachgeschaltete Behandlungszone wird als Austragzone bezeichnet.

Zum Teil besteht ein fließender Übergang zwischen den einzelnen Zonen. Zum Teil sind die Zonen so reduziert, daß sie keinen selbständigen Charakter mehr haben.

Über der ganzen Extruderlänge muß eine gezielte Temperaturführung erfolgen. Dem kommt entgegen, daß zeitgemäße Extrudergehäuse aus einzelnen Schüssen bestehen. Die Extrudergehäuse sind mit einer Buchse versehen, in der die bewegten Extruderteile, Schnecken und Spindeln, laufen. Zwischen der Buchse und dem Extrudergehäuse wird ein Heiz/Kühlmittel geführt. Mit dem Heiz/Kühlmittel wird die gewünschte Temperaturführung bewirkt.

Die Temperaturführung entscheidet häufig über die Qualität des Produktes. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Temperaturführung zu verbessern und dadurch die Extrusion insbesondere von Kunststoffschaum zu erleichtern. Zwar ist nach einem älteren Vorschlag vorgesehen, hinter einem Extruder einen Kühler vorzusehen. Das hat sich jedoch nicht bewährt, so daß dieser Kühler wieder außer Betrieb genommen worden ist.

Nach der Erfindung sind hinter dem Extruder und vor der Extrusionsdüse mehrere Wärmetauscher parallel nebeneinander geschaltet. Dazu verzweigt sich die Schmelzeleitung zu den Wärmetauschern. In Strömungsrichtung wird die Schmelze hinter den Wärmetauschern wieder zusammengeführt. Vorzugsweise verläßt die Erfindung dabei den am Extruder vorgeprägten Weg einer Kühlung im Extruder unter Nutzung der im Extruder verursachten intensiven Schmelzebewegung. Die von Schnecken und Spindeln im Extruder verursachte Schmelzebewegung läßt an sich erwarten, daß die Kühlung im Extruder vor dem Schmelzeaustrag einen besonders hohen Wirkungsgrad hat. Überraschenderweise ist der Wirkungsgrad der Kühlung in den nachgeordneten Statik-Kühlern viel einfacher. Ein Statikkühler ist ein Kühler ohne bewegte Teile im Schmelzestrom. Das schließt allerdings Einbauten nicht aus, die den Statikkühler zugleich zu einem Mischer machen.

Mit der erfindungsgemäßen Kühlung kann ohne weiteres ein Temperaturabfall von mindestens 20 Grad Celsius, besser 30 bis 50 Grad Celsius erzeugt und mit einer optimierten Schmelzetemperatur in die Extrusionsdüse gegangen werden.

Der Druck kann mit Hilfe einer den Wärmetauschern nachgeschalteten Schmelzepumpe auf jedes gewünschte Niveau gebracht werden bzw. auf jedem gewünschten Niveau gehalten werden.

Vorteilhaft kann es auch sein, den Wärmetauschern einen Filter vorzuordnen. Das Filter kann durch einen bekannten Siebeinsatz gebildet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
In der Zeichnung ist eine Tandemanlage mit einem Extruder 2 in einer Draufsicht dargestellt. Der Extruder ist als Einschneckenextruder ausgebildet. Am Ende des Extruders 2 ist ein Filter 6 mit einem Sieb vorgesehen. Das Sieb kann zum Filterwechsel in der Richtung 7 zur Seite hin gezogen werden.

An den Filter 6 sind zwei Schmelzeleitungen angeschlossen, die sich zu Wärmetauscher 3 und 4 verzweigen. Die aus den Wärmetauscher 3 und 4 austretende Schmelze wird zu einer Schmelzepumpe 8 zusammengeführt. Die Schmelzepumpe speist die Extrusionsdüse.

Im Betriebsfall wird nicht dargestelltes Polystyrol als Granulat zusammen mit üblichen Zuschlägen zur Herstellung eines Polystyrolschaumes in den Extruder aufgegeben. Die Einsatzmischung wird mit der Schnecke des Extruders in Extrusionsrichtung geschoben und verdichtet. Nach Aufbauen eines ausreichenden Druckes und ausreichender Erwärmung schmilzt der Kunststoff auf. Die Kunststoffschmelze wird durch das Filter hindurchgedrückt und tritt anschließend in die Wärmetauscher 3 und 4. Dort findet eine Abkühlung um im Ausführungsbeispiel 40 Grad Celsius statt, so daß die Schmelze mit einer optimierten Temperatur in die Extrusionsdüse eintritt. Zugleich gewährleistet die Schmelzepumpe 8 einen optimalen Eingangsdruck.

Die Wärmetauscher 3 und 4 sind baugleich und rohrförmig, doppelwandig ausgebildet, so daß ein Hohlmantel besteht. Durch die Wärmetauscher strömen Schmelze und Kühlmittel im Gegenstrom, getrennt durch eine Wärmetauscherwand. Dabei strömt die Schmelze durch die Rohrmitte, während das Kühlmittel durch den Hohlmantel strömt. In den Schmelzestrom ragen Einbauten. Die Einbauten werden durch Leitbleche gebildet, die eine Verwirbelung der Schmelze bewirken und dadurch die Kühlwirkung erhöhen. Das Kühlmittel ist Wasser und dem Kühlkreis entnommen.

Claims (8)

1. Extruder, insbesondere zur Herstellung von Kunststoffschaum, der in eine Extrusionsdüse wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Extruder (2) und der Extrusionsdüse mehrere Wärmetauscher (3, 4) vorgesehen sind.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3, 4) als Statikkühler ausgebildet ist.

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung mit mehreren Wärmetauschern (3, 4).

4. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine den Wärmetauschern (3, 4) nachgeschaltete Schmelzepumpe vor der Extrusionsdüse.

5. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Filter vor den Wärmetauschern (3, 4).

6. Extruder nach einem der Ansprüche 2 bis S. gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Kühler mit einem Hohlmantel, wobei die Schmelze durch die Rohrmitte und das Kühlmittel durch den Hohlmantel strömt.

7. Extruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeströmung der Kühlmittelströmung entgegengerichtet ist.

8. Extruder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Leitschaufeln in den Schmelzestrom ragen.