DE2558238A1

DE2558238A1 - Schneckenpresse zur bearbeitung von kunststoffen oder kautschuk

Info

Publication number: DE2558238A1
Application number: DE19752558238
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Berstorff GmbH
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1977-07-07

Description

Schneckenpresse zur Bearbeitung von
Kunststoffen oder Kautschuk Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse zur Bearbeitung von Kunststoffen oder Kautschuk mit in Achsrichtung der Presse verlaufenden rillenförmigen Ausnehmungen in der mit der Schnecke zusammenarbeitenden Zylinderinnenmantelfläche Es sind Schneckenpresse bekannt mit in Achsrichtung der Schnekkenpresse bzw. der Schnecke verlaufenden feinen rillenartigen Ausnehmungen in der mit der Schnecke zusammenarbeitenden Zylindermantelfläche. Hierdurch soll es ermöglicht werden, das Druckaufbauvermögen der Schnecke und somit die Strangpresse zu verbessern. Mit einer Strangpresse mit axial im Zylindermantel eingebrachten Rillen und einem normalen Fördergewinde, läßt sich eine erhebliche Verbesserung der Misch- und Homogenisierwirkung jedoch nicht erzielen, es soll vielmehr das Material einzugsverhalten verbessert werden. Es tritt wegen der kleinen Materialmenge, die sich in den Rillen befindet, eine gewisse Mischwirkung ein. Die in den rillenförmigen Ausnehmungen des Zylinders befindliche Materialmenge wird wegen des Festhaftens in den Rillen üblicherweise möglichst klein gehalten. Das Material wird zu einem sehr geringen Teil durch die Schneckenstege beim Abschervorgang vom Zylinder aus den Rillen herausgezogen. Das in den Rillen verbleibende Material wird thermisch überbelastet und verunreinigt das zu verarbeitende Material.
Es sind weiterhin Extruderschnecken bekannt mit teilweisen Rückfördergewinden auf dem Schneckenschaft, wobei das Gewinde in regelmäßigen Abständen eingekerbt wurde. Das Material erfährt jedoch nur eine begrenzte Durchmischung. Ein derartig gestaltetes Mischteil arbeitet in keiner Weise zufriedenstellend, weil die Längs- und Quermischung nicht ausreichend ist und die Fördermenge rapide absinkt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Misch- und Homogenisierwirkung eines Extruders erheblich zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegte Lehre gelöst.
Die hervorragende Mischwirkung gemäß der Erfindung wird insbesondere deshalb erzielt, weil das Fördergewinde des Einzugsschneckenteils das Material in die axialen Nuten des Zylinders hereindrückt und in axialer Richtung auf die Schneokenspitze zu bewegen versucht. Das mehrgängige Rückfördergewinde versucht aber gleichzeitig das Material in die Gegenrichtung zurückzutransportieren. Das Rückfördergewinde wird dabei aber durch das Fördergewinde der Schnecke überfördert, d. h., das zu verarbeitende Material erfährt durch das Rückfördergewinde des Mischabschnittes zwar eine gewisse Bewegung in Richtung auf die Einfüllöffnung des Extruders, aber eine stärkere Bewegung durch das Fördergewinde des Extruders auf die Schnekkenspitze zu.
Das Material wird also von dem Fördergewinde der Schnecke zum Teil durch die axialen Transportnuten des Zylinders, zum Teil durch Überförderung des Rückfördergewindes in Richtung auf die Schneckenspitze gepreßt.
Das steilgängige Mehrfachgewinde schabt wie ein Walzenfräser dünne Materialschichten von dem Material in den Längsnuten ab.
Das abgeschabte Material wird in den Gängen des Gegenfördergewindes zum Teil in Gegenrichtung, zum Teil in radialer Richtung transportiert.
Dadurch entstehen die beiden sich schräg, wie in einem Diagonalgitter überkreuzenden Strömungsrichtungen, der Strömung des Materials aus den Schneckengängen in schräger Gegenrichtung zu der axialen Strömung des Materials, das sich in den axialen Längsnuten in Richtung auf die Schneckenspitze zu bewegt.
Der Rückstrom der abgeschabten dünnen Schichten in den Schnekkengängen und nach einem bestimmten Rückförderweg das erneute Einpressen dieses Materials in andere axiale Längsnuten bewirkt die groljräumlge Umwälzung, Durchmischung und Knetung bei jedem Schaben eines Schneckenganges über eine Längsnut. Dieser örtliche Kreislauf des Materials, der den intensiven Homogenisiereffekt bringt, nimmt am Einlauf kontinuierlich neues, inhomogenes Material auf und gibt es nach dem Passieren dieser Zone in homogener Form ab.
Durch die Anordnung eines Mischteiles mit rückläufigem Gewinde in Verbindung mit einem längsgenuteten Extruderzylinder wird eine hervorragende Mischwirkung erzielt.
Die Erfindung kann in verschiedener Form abgewandelt werden.
Zum Beispiel durch das Einbringen von gleichläufigen, d. h., in Förderrichtung sich erstreckende, scharfkantige Nuten in Wendelform in den Zylinderinnenmantel anstelle der scharfkantigen, axialen Nuten und durch einen Schneckenabschnitt in diesem Teil mit wendelförmigen, gegenläufigen, vorzugsweise 450 Steigung aufweisenden Sohneckengängen (Fig. 3). Dadurch werden ebenfalls hervorragende Misch- und Homogenisierwirkungen erreicht, die in ihrer Qualität weit über der Misch- und Homogenisierwirkung bekannter Mischteile liegen.
Auch in einem weiteren Ausführungsbeispiel durch die Anordnung von wendelförmigen, gegenläufigen, scharfkantigen Nuten in der Zylinderinnenmantelfläche mit einer Steigung von vorzugsweise 45° in Verbindung mit einem Schneckenabschnitt mit wendelförmigen, gegenläufigen Stegen mit einer Steigung von vorzugsweise 450 (Fig. 4) wird der hervorragende Misch- und Homogenisiereffekt erzielt, weil durch die Relativgeschwindigkeit auch in diesem Fall zwei sich schräg, wie im Diagonalgitter, überkreuzende Strömungsrichtungen entstehen, die den Effekt verursachen.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung der Diagonalgitterströmungen zwecks Homogenisierung besteht darin, daß die wendelförmigen, scharfkantigen Nuten in der Zylinderinnenmantelfläche gegenläufig zur Förderrichtung verlaufen und vorzugsweise eine Steigung von 450 aufweisen, und daß der Schneckenabschnitt mehrere axiale Gänge aufweist (Fig. 5). Auch mittels dieser Möglichkeit werden durch sich überkreuzende Strömungen des Materials weit über den üblichen Misch- und Homogenisierwirkungen liegende gute Qualitätsverbesserungen erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Extruder mit Schnecke in schematischer Form im Längsschnitt.
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Extruder mit Misch- und Homogenisierteil gemäß Anspruch 2.
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Extruder mit Misch- und Homogenisierteil gemäß Anspruch 3.
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Extruder mit Misch- und Homogenisierteil gemäß Anspruch 4.
Fig. 6 zeigt schematisch die geometrische - Umfang -Abwicklung eines Ausschnitts der Zylinderinnenmantelfläche mit sechs Axialnuten und darüber gezeichnet die Umfangs abwicklung der Schneckenfläche mit den steilgängigen Schnekkengangste gen.
Fig. 7 einen ausschnittweisen, flachgelegten Querschnitt durch die Zylinderinnenwand und der Schnecke gemäß den Linien 7-7 in Fig. 2.
Der Extruder besteht aus dem Gehäuse 1, der Schnecke 2 sowie dem Fördergewinde 3. Das Mischteil 15 des Extruders wird aus einem Gegenfördergewinde 4 und aus den axialen Nuten 5 gebildet. Aus Fig. 2 der Zeichnung wird ersichtlich, daß es sich in diesem Beispiel um eine viergängige Schnecke handelt mit 6 axialen Nuten im Zylinder.
In Fig. 3 wird ein Extruder mit einer tinfüllzone 12, einer Kompressionszone 13 und einer Meteringzone 14 gezeigt mit gleichläufigen, wendelförmigen Fördermuten 16, die eine Steigung von 450 aufweisen und Schneckenstege 17 mit gegenläufiger Steigung.
Fig. 4 zeigt einen Extruder mit in der #ylinderinnenmantelfläche eingebrachten, gegenläufig zur Förderrichtung verlaufenden scharfkantigen Nuten 18 in Wendelform mit einer Steigung von mindestens 30 - 550, vorzugsweise 450. Die Schnecke ist mit Stegen 19 versehen, die gegenläufig zur Förderrichtung verlaufen und ebenfalls eine Steigung von etwas weniger als 450 aufweisen.
In Fig. 5 wird ein Extruder mit einem Mischteil gezeigt mit axialen Nuten 21 in der Schnecke und gegenläufigen, vorzugsweise 450 Steigung aufweisende Nuten in der Zylinderinnenmantelfläche.
In Fig. 6 wird schematisch der Durchfluß des Materials von dem Fördergewinde 3 ausgehend durch die sechs Axialnuten 5 gezeigt und durch Fließrichtungspfeile 8 angedeutet.
Die Schneckendrehrichtung wird durch Pfeil 11 dargestellt.
Das Material dringt über den Schneckensteg an den Stellen 9 axial in Richtung auf die Schneckenspitze vor. Beim Austritt im Bereich des Gangquerschnitts wird vom Schneckensteg 4 ein Anteil abgeschabt. Dieser Anteil gerät in die Gegenstromrichtung des Ganges 10. Es wird abgelenkt und von der Druck- und Schabkante des Steges 4 zum Teil in die folgende, zum anderen Teil in die später folgenden Axialnuten 5 gepreßt.
Die Rückförderung eines Materialteilchens wird damit zunächst beendet, weil es erneut von der axialen Druckströmung in den Zylindernuten 5 erfaßt wird.
Es entsteht aus der axialen Druckströmung in den Zylindernuten 5 und dem teilweisen Rückstrom im Schneckengang 10 eine erzwungene großräumige radialgeschichtete Rotationsströmung.
Außerdem ändert sich durch den Zufluß die Schichtung im Gangquerschnitt von innen nach auT3en und in der Axialnut 5 von außen nach innen. Dabei erfolgt eine weitere großräumige Materialverwirbelung in axialer Richtung.
In einem Beispiel hatte die Schnecke einen Durchmesser von 45 mm und eine Länge von 16 D (D = Durchmesser der Schnecke).
Die Gangtiefe des Fördergewindes 3 betrug sechs mm, die Gangtiefe des Gegenfördergewindes 4 betrug vier mm, die Tiefe der 6 Axialnuten 5 betrug zwei mm. Es wurde ein flaches Band von 30 x 2 mm extrudiert. Die Drehzahl der Schnecke betrug 30, 60, 100 und 130.
Die Mischwirkung eines derartig gestalteten Mischteiles ubertraf alle bisher erprobten Systeme und muß als hervorragend bezeichnet werden. Es wurden bei allen Drehzahlen hervorragende Mischwirkungen ohne unzulässige Temperaturerhöhungen durch Friktion festgestellt, so daß gesagt werden kann, daß ein derartiges Mischteil drehzahlunabhängig von 30 bis 130 Umdrehungen stets eine hervorragende Mischwirkung garantiert.
Für die Durchfuhrung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Zylindernuten zur Schneckenachse hin scharfkantig ausgestaltet sind. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stege des Mischteiles der Schnecke doppelt so breit sind wie die axialen Nuten im Zylinder. Die Mehrgängigkeit des Mischteiles der Schnecke ist eine Voraussetzung für eine gute Mischwirkung. Bei dem oben erwähnten Beispiel wurde mit einem viergängigen Schneckenmischteil gearbeitet.
Die Steigung des Gegenfördergewindes 4 muß sich deutlich von der üblichen Schneckensteigung von ~170 abheben und soll zwischen 30 und 550, vorzugsweise 450, betragen, damit ein ziehender Schab- oder Scherenschnitt in Kombination mit der scharfkantigen Längsnut entsteht. Die axiale Nutung in der Zylinderinnenmantelfläche ist eine bevorzugte Form der Längskanäle. Die gleiche oder eine ähnliche Wirkung läßt sich erzielen, wenn die axiale Nutung#in der Zylinderinnenmantelfläche zu einem gegenläufigen Mehrgangprofil umgestaltet wird, dabei kann dann die Schnecke eine axiale Mehrfaohnutung, ein gegen- oder ein gleichläufiges Mehrgangprofil erhalten.
Die Volumenverteilung in der Maschine, die zur Bearbeitung des zu verarbeitenden Materials zur Verfügung steht, sollte sich wie folgt verteilen, 1/3 bis 1/2 des freien Volumens des Misohabsohnittes sollte durch das Volumen in den axialen Nuten im Zylinder ausgefüllt werden, während 2/3 bis 1/2 des Volumens durch das Volumen in den Gängen des gegenläufigen Mischteiles ausgefüllt werden sollte.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schnecke des Mischteiles 15 eine solche Kernprogression aufweist, daß zusammen mit der Tiefe der Ausnehmungen in der Zylinderinnenmantelfläche vom Einlauf bis zum Auslauf des Misch- und Homogenisierteiles ein gleichmäßiger Durohflußquerscnnitt erhalten bleibt.
- SCHUTZANSPRÜCHE - BEZUGS ZEIG HENLI 5 TE 1 = Extruderzylinder 2 = Schnecke 3 = Fördergewinde 4 = Gegenfördergewinde 5 = Nuten 6 = Aufgabetrichter 7 = Werkzeug 8 = Fließrichtungspfeile 9 = Ort 10 = Schneckengang 11 = Schneckendrehrichtung 12 = Einzugszone 13 = Kompressionszone 14 = Meteringzone 15 = Misch- und Homogenisierteil 16 = Nut 17 = Steg 18 = Nut 19 = Steg 20 = Nut 21 = Steg L e e r s e i t e te

Claims

SCHUTZANSP2tJOHE Schneckenpresse zur Bearbeitung von Kunststoffen oder Kautschuk mit in Achsrichtung der Schneckenpresse verlaufende rillenförmige Ausnehmungen in der mit der Schnecke zusammenarbeitenden Zylinderinnenmantelfläche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Längsabschnitt der Zylinderinnenmantelfläche scharfkantige, nutenförmige, axiale Ausnehmungen (5) eingearbeitet sind und daß der in diesem Abschnitt angeordnete Schneckenteil Stege (4) mit einer gegenläufigen Steigung von mindestens 30 bis 550, vorzugsweise 450 aufweist.
2. Schneckenpresse zur Bearbeitung von Kunststoffen oder Kautschuk, dadurch gekenn z ei ohne t daß in einem Längsabschnitt der Zylinderinnenmantelfläche gleichläufige, wendelförmige, scharfkantige Fördernuten (16) mit einer Steigung von 450 eingearbeitet sind und daß der sich in diesem Abschnitt befindliche Schneckenteil Stege (17) mit einer gegenläufigen Steigung von mindestens 30 bis 550, vorzugsweise 450, aufweist.
3. Schneckenpresse zur Bearbeitung von Kunststoffen oder Kautschuk, dadurch gekennz ei ohne t daß in einem Längsabschnitt der Zylinderinnenmantelfläche gegenläufig zur Förderrichtung verlaufende, scharfkantige, wendelförinige Nuten (18) mit einer Steigung von mindestens 30 bis 550, vorzugsweise 450, eingebracht sind. und daß die Schnecke in diesem Abschnitt gegenläufig zur Förderrichtung verlaufende, wendelförmige Stege (19) mit einer Steigung von 30 bis 550, vorzugsweise 450, aufweist.
4. Schneckenpresse zur Bearbeitung von Kunststoffen oder Kautschuk, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Längsabschnitt der Zylinderimienmantelfläche wendelförmige, gegenläufig zur Förderrichtung verlaufende, eine Steigung von 30 bis 550, vorzugsweise 450, aufweisende scharfkantige Nuten(20) eingearbeitet sind, und daß die Schnecke in diesem Abschnitt mehrere axiale Stege (21) aufweist.
5. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen oder axialen Stege auf der Schnecke mindestens doppelt so breit sind wie die wendelförmigen oder axialen Nuten in der Zylinderinnenmantelfläche.
6. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenabschnitt des Nischteiles mehrgängig, vorzugsweise viergängig, gestaltet ist.
7. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Volumen im Mischteil (13) der Schneckenpresse derart aufgeteilt wird, daß ein Drittel bis ein Halb des freien Volumens durch das Volumen der axialen Nuten (5, 21) in der Zylinderinnenmantelfläche bzw. in der Schnecke und zwei Drittel bis ein Halb des freien Volumens durch das Volumen der Gänge des Rückfördergewindes der Schnecke, des Fördergewindes der Schnecke oder des Rückfordergewindes in der Zylinderinnenmantelfläche ausgefüllt wird.
8. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch- und Homogenisierteil (15) im Bereich der Meteringzon (14) angeordnet ist.
9. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n nxz e i c h n e t , daß das Misch- und Homogenisierteil (15) zwischen der Kompressionszone (13) und der Meteringzone (14) angeordnet ist.
10. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch- und Homogenisierteil (15) zwischen der Einfüllzone (12) und der Kompressionszone (13) angeordnet ist.
11. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke des Misch- und Homogenisierteiles eine solche Kernprogression aufweist, daß zusammen mit der Tiefe der Ausnehmungen in der Zylinderinnenmantelfläche vom Einlauf bis zum Auslauf des Misch-und Homogenisierteils (15) ein gleichmäßiger Durchflußquerschnitt erhalten bleibt.