DE2654774C3 - Screw machine for homogenizing melted polymers - Google Patents

Screw machine for homogenizing melted polymers

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DE2654774C3 DE2654774A DE2654774A DE2654774C3 DE 2654774 C3 DE2654774 C3 DE 2654774C3 DE 2654774 A DE2654774 A DE 2654774A DE 2654774 A DE2654774 A DE 2654774A DE 2654774 C3 DE2654774 C3 DE 2654774C3
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Description

a) Mindestens eine Zuführleitung (20, 32) für Kühlwasser mündet — in Förderrichtung (16) gesehen — vor der Homogenisierzone (d) in die Gehäusebohrung (12,13).a) At least one supply line (20, 32) for cooling water opens - viewed in the conveying direction (16) - into the housing bore (12, 13) in front of the homogenizing zone (d).

b) In Förderrichtung gesehen vor dem Materialaufgabestutzen (17) ist ein Abzug (30) für das Wasser bzw. dessen Dampf vorgesehen.b) Seen in the conveying direction in front of the material feed nozzle (17) a vent (30) is provided for the water or its steam.

c) Es sind Einrichtungen vorgesehen, mittels derer die Schneckenmaschine im Bereich zwischen der mindestens einen Zuführleitung (20, 32) für Kühlwasser und dem Abzug (30) mit Teilfüllung betreibbar ist.c) There are devices provided by means of which the screw machine in the area between the at least one supply line (20, 32) for cooling water and the vent (30) with partial filling is operable.

2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung (16) gesehen unmittelbar hinter der Kühlzone (f) und vor der Homogenisierzone (d) eine Staueinrichtung (Schneckenwindungsstück 21) angeordnet ist.2. Screw machine according to claim 1, characterized in that seen in the conveying direction (16) immediately behind the cooling zone (f) and in front of the homogenizing zone (d) a damming device (screw winding piece 21) is arranged.

3. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Materialaufgabestutzen (17) ein Dosierventil (19) vorgesehen ist.3. Screw machine according to claim 1, characterized in that the material feed nozzle (17) a metering valve (19) is provided.

4. Schneckenmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Materialaufgabestutzen (17) und dem Abzug (30) bei/mindestens d» einen Schnecke (10, 11) ein Schneckensteg (29) mit erheblich geringerer Steigung als in der Einzugszone (a) vorgesehen ist.4. Screw machine according to claim 1, characterized in that between the material feed nozzle (17) and the trigger (30) at / at least d »a screw (10, 11) has a screw flight (29) with a significantly lower slope than in the feed zone (a ) is provided.

Die Erfindung betrifft eine Schneckenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a screw machine according to the preamble of claim 1.

Bei der Herstellung von Polymeren, insbesondere Hochdruck-Polyäthylen, entstehen durch unterschiedliehe Verweilzeiten im Reaktor, sowie durch unterschiedliche Temperaturen und unterschiedliche Katalysatorkonzentrationen im Reaktionsraum des Reaktors Polymere, die sich aus Anteilen mit sehr unterschiedlichem Molekulargewicht und unterschiedlicher Moleku- ^gewichtsverteilung zusammensetzen. Die Folge sind Polymerisate mit sehr heterogenen Theologischen, optischen, mechanischen und anwendungstechnischen Eigenschaften. Eine Weiterverarbeitung derartiger Polymere ist nur schwes möglich und hat nach ihrer f>o Verarbeitung Fertigteile mit geringer Qualität zur Folge, Versuche, diese Mängel bereits im Herstellungsprozeß zu verhindern oder zu beseitigen, sind bisher fehlgeschlagen.In the production of polymers, especially high-pressure polyethylene, are created by different Residence times in the reactor, as well as due to different temperatures and different catalyst concentrations in the reaction chamber of the reactor polymers, which are made up of proportions with very different Molecular weight and different molecular weight distribution. The consequences are Polymers with very heterogeneous theological, optical, mechanical and application technology Properties. Further processing of such polymers is difficult and, according to their f> o Processing of finished parts with low quality result, attempts to prevent or eliminate these defects in the manufacturing process have been made so far failed.

Es ist bereits bekannt, diese unterschiedliche Eigenschäften aufweisenden Polymere durch eine nachträgliche Homogenisierung zu vergleichmäßigen, so daß Material mit einheitlichen Eigenschaften erhalten wird,It is already known these different properties having polymers to uniformize by a subsequent homogenization, so that Material with uniform properties is obtained,

1010

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4U aus dem sich wiederum Produkte mit optimalen Eigenschaften herstellen lassen. Die Homogenisierung erfolgt dadurch, daß die aufgeschmolzenen Polymere unterhalb einer bestimmten, für das jeweilige Polymer festgelegten Maximaltemperatur einem definierten Scherprozeß unterworfen werden. Ein Problem besteht darin, mindestens die durch den Scherprozeß in dem Polymer entstehende Wärme durch eine äußere Kühlung wieder abzuführen. Ein weiteres Problem besteht darin, noch mehr Wärme als die bei der Scherung entstehende abzuführen, da die Polymerschmelze normalerweise den Reaktionsraum des Reaktors mit einer Temperatur verläßt, die oberhalb der für den Homogenisierprozeß zulässigen Maximaltemperatur liegt und daher erst verringert werden muß. Es ist ein Erfahrungssatz, daß das Verhältnis der bei der Scherung entstehenden Wärme zu der durch Kühlung abgeführten Wärme im wesentlichen proportional der Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke ist. Wenn keine Erwärmung der Schmelze über die zulässige Maximaltemperatur eintreten sol!, dann muß das Verhältnis von bei der Scherung entstehender Wärme zu der durch Kühlung abgeführten Wärme kleiner 1 sein. Bei zu verarbeitenden Materialien mit üblichen Viskositäten kann dieses Verhä'tnis eingehalten werden, solange die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke unter ca. 1 m/s bleibt. Problematisch wird es bei größeren Schncckendurchmessern, hei denen mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten gearbeitet wird. Es wäre zwar möglich, mit steigendem Schneckendurchmesser die Drehzahl zu verringern, um eine gleichbleibende Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke zu erreichen; dies würde aber dazu führen, daß die Durchsatzleistung der Schneckenmaschinen nur linear mit dem Durchmesser der Schnecken steigen würde, was wirtschaftlich untragbar wäre. 4U , which in turn can be used to manufacture products with optimal properties. The homogenization takes place in that the melted polymers are subjected to a defined shear process below a certain maximum temperature established for the respective polymer. One problem is to dissipate at least the heat generated in the polymer by the shear process by means of external cooling. Another problem is to dissipate even more heat than that generated by the shear, since the polymer melt normally leaves the reaction space of the reactor at a temperature which is above the maximum temperature permissible for the homogenization process and must therefore first be reduced. It is empirical theorem that the ratio of the heat generated by the shear to the heat dissipated by cooling is essentially proportional to the circumferential speed of the screw. If the melt is not to be heated above the maximum permissible temperature, then the ratio of the heat generated by the shear to the heat dissipated by cooling must be less than 1. In the case of materials to be processed with the usual viscosities, this ratio can be maintained as long as the peripheral speed of the screw remains below approx. 1 m / s. It becomes problematic with larger screw diameters, where work is carried out with higher circumferential speeds. It would be possible to reduce the speed with increasing screw diameter in order to achieve a constant peripheral speed of the screw; However, this would mean that the throughput of the screw machines would only increase linearly with the diameter of the screws, which would be economically unacceptable.

Versuche, die Wärmeübergangsbedingungen zu verbessern, indem mit möglichst kaltem Kühlmedium gearbeitet wird und durch Einsatz einer sogenannten nassen Büchse besonders intensiv gekühlt wird, bringen nur eine graduelle Verbesserung, können das Problem grundsätzlich jedoch nicht lösen.Try to improve the heat transfer conditions by using the coldest possible cooling medium is worked and is cooled particularly intensively by using a so-called wet can only a gradual improvement, but basically cannot solve the problem.

Aus der DE-AS 11 74 054 ist eine Schneckenstrangpresse bekannt, die im Anschluß an einen Materialaufgabetrichter eine Hochdruckzone und hieran anschließend eine Niederdruckzone aufweist. Zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckzone ist eine als Ventil dienende Staueinrichtung vorgesehen, durch die die Durchflußgeschwindigkeit des zu behandelnden Materials in der Maschine gesteuert wird. Diese bekannte Schneckenmaschine weist im Bereich der Hochdruckzone und im Bereich der Niederdruckzone Kühlkanäle auf, wobei das Gehäuse auch im Bereich des Materialaufgabestutzens gekühlt ist. Die Kühleinrichtungen dienen dazu, überschüssige Reibungswärme abzuführen, die infolge der Bearbeitung des Materials durch die Schnecke erzeugt wird. Die Kühleinrichtungen im Bereich des Materialaufgabestutzens dienen dazu zu verhindern, daß das in das Gehäuse aufgegebene Material klebrig wird und an der Schnecke anklebt.From DE-AS 11 74 054 a screw extruder is known, the connection to a material hopper, a high pressure zone and adjoining this has a low pressure zone. Between the high pressure and the low pressure zone there is a valve Serving damming device is provided, through which the flow rate of the material to be treated is controlled in the machine. This known screw machine has in the area of the high pressure zone and cooling channels in the area of the low-pressure zone, the housing also in the area of the material feed nozzle is cooled. The cooling devices serve to dissipate excess frictional heat that is generated as a result of the processing of the material by the screw. The cooling devices in the The area of the material feed nozzle is used to prevent that which is fed into the housing Material becomes sticky and sticks to the screw.

Aus der DE-AS 18 03 896 ist eine Strangpresse bekannt, bei der einem einem Materialaufgabestutzen nachgeordneten Förderubschnitt noch ein Mischabschnitt nachgeschaltet ist. An diesen Mischabschnitt schließt sich ein Wärmetauscher an. Bei dieser bekannten Strangpresse wird das zu behandelnde Kunstharz als Granulat aufgegeben und im Förderabschnitt auf eine Temperatur von 130 bis 1500C erwärmt und dabei geschmolzen. Im Mischabschnitt wird einFrom DE-AS 18 03 896 an extruder is known in which a conveying section downstream of a material feed nozzle is followed by a mixing section. A heat exchanger connects to this mixing section. In this known extrusion press, the synthetic resin to be treated is fed in as granules and heated to a temperature of 130 to 150 ° C. in the conveying section and melted in the process. In the mixing section, a

inzwischen zugeführtes Blähmittel gründlich mit dem Kunstharz vermischt, währenddessen eine Erwärmung des Gemisches auf 1700C erfolgt. Im Anschluß daran wird die gründlich vermischte Kunstharzschmelze in dem Wärmetauscher auf etwa 100° C abgekühltmeanwhile supplied blowing agent mixed thoroughly with the plastic resin, during which heating of the mixture is carried out at 170 0 C. The thoroughly mixed synthetic resin melt is then cooled to about 100 ° C. in the heat exchanger

Aus dem DE-GM 72 36 396 ist es bekannt, auf Schneckenwellen von Schneckenknetmischern Schnekkenwindungen mit unterschiedlicher Steigung, also auch Schneckenwindungen vorzusehen, die eine geringere Steigung aufweisen als andere Schneckenwindungsstükke. From DE-GM 72 36 396 it is known to screw turns on screw shafts of screw kneading mixers with a different slope, so also to provide screw windings that have a lower one Have a slope than other screw windings.

Aus der US-PS 37 99 234 ist eine Schneckenmaschine mit Einrichtungen zum Entziehen der flüchtigen Bestandteile aus au verarbeitenden Kunststoffen bekannt. Hierzu wird Wasserdampf in das aufgeschmolzene Material eingegeben und — in Förderrichtung gesehen — vor der Dampfzugabestelle abgezogen. In dem Bereich zwischen der Dampfzugabe und der Abzugsstelle wird die Schneckenmascnine derart betrieben, daß der Druck von der Abzugstelle zur Zufuhrstelle ansteigt, so daß der Dampf zwangsläufig im Gegenstrom durch die Maschine strömt.From US-PS 37 99 234 a screw machine with devices for removing the volatile Components from au processing plastics known. For this purpose, water vapor is introduced into the melted material and - in the conveying direction seen - withdrawn in front of the steam supply point. In the area between the addition of steam and the Take-off point, the worm machine is operated in such a way that the pressure from the take-off point to Feed point increases, so that the steam inevitably flows in countercurrent through the machine.

In Förderrichtung gesehen hinter der Dampfzugabestelle und hinter einer Homogenisierzone ist ein Zulauf für Wasser vorgesehen, mittels dessen die zu bearbeitenden Kunststoffe gekühlt werden. Das Wasser wird stromabwärts als Dampf entnommen, der auch noch Restbestandteile der zu entziehenden flüchtigen Bestandteile enthält. Der Nachteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß der zu bearbeitende Kunststoff in der vorgeordneten Homogenisierzone bereits über eine zulässige Temperatur hinaus erhitzt worden sein kann. Dieser Nachteil würde — wie bereits ausgeführt wurdeSeen in the conveying direction behind the steam supply point and behind a homogenizing zone is an inlet intended for water, by means of which the plastics to be processed are cooled. The water will taken downstream as vapor, which also still contains residual components of the volatile components to be removed contains. The disadvantage of this configuration is that the plastic to be processed in the upstream homogenizing zone may have already been heated above a permissible temperature. This disadvantage would - as has already been stated

— besonders bei großen Schneckendurchmessern zum Tragen kommen.- come into play especially with large screw diameters.

Eine bezüglich der Kühlung der zu verarbeitenden Kunststoffe mit direkt eingespritztem Wasser vergleichbare Schneckenmaschine ist aus der US-PS 36 83 511 bekannt.In terms of cooling the plastics to be processed, it is comparable with directly injected water Screw machine is known from US Pat. No. 3,683,511.

Aus der CH-PS 3 33 283 ist es bekannt, einem kontinuierlich arbeitenden Schneckenkneter zum Mischen und Plastizifizieren von Kunststoffen eine Austragsschnecke nachzuordnen. Diese Austragsschnecke besitzt eine heiz- und kühlbare Schneckenwelle, die in einem mit einem Heiz- und Kühlmantel versehenen Schneckengehäuse gelagert ist. Am Schnekkengehäuse sind zum Entgasen des plastifizierten Kunststoffes Entlüftungsstutzen vorgesehen, und zwar ein Entlüftungsstutzen im Materialaufgabestutzen der Austragsschnecke und ein weiterer EntlüftungsstutzenFrom CH-PS 3 33 283 it is known, a continuously operating screw kneader for mixing and plasticizing of plastics, a discharge screw is arranged downstream. This discharge screw has a heatable and coolable worm shaft, which is combined with a heating and cooling jacket provided screw housing is mounted. On the screw housing are for degassing the plasticized Plastic vent port provided, namely a vent port in the material feed port Discharge screw and another venting nozzle

— in Förderrichtung der Austragsschnecke gesehen — vor dem Materialaufgabestutzen. Die erwähnte Anordnung der Entlüftungsstutzen ist deshalb vorgesehen, da im Einlauf der Austragsschnecke das in plast-fizierter Form aufgegebene Material besonders stark durchgearbeitet wird, so daß flüchtige Stoffe gasförmig entweichen können.- seen in the conveying direction of the discharge screw - in front of the material feed nozzle. The aforementioned arrangement the vent connection is provided because the plasticized in the inlet of the discharge screw Form abandoned material is worked through particularly strongly, so that volatile substances escape in gaseous form can.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszugestalten, daß auch bei großen Schneckendurchmessern zuverlässig ein Überschreiten der für die Homogenisierung zulässigen Maximaltemperatur des Polymers verhindert wird.The invention is based on the object of providing a screw machine according to the preamble of Design patent claim 1 so that even with large screw diameters reliably exceeded the maximum temperature of the polymer permissible for homogenization is prevented.

Diese Aufgabe wird bei einer Schneckenmaschine der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des Kenn-Zeichnungsteils des Patentanspruches 1 gelöst. Hierdurch wird erreicht, daß mittels des Wassers eine besonders intensive Kühlung der noch in der Eingabezone befindlichen Schmelze erreicht wird, wobei dadurch, daß das Wasser einerseits und die Schmelze andererseits im Gegenstrom zueinander geführt werden, eine besonders intensive Berührung und Durchdringung von Wasser und Schmelze erreicht wird, wodurch wiederum einerseits eine besonders intensive Kühlung erreicht wird, und wodurch andererseits die in der Schmelze enthaltenen flüchtigen Bestandteile in das Wasser bzw. dessen Dampf übergehen. Damit wird also erreicht, daß auch bei großen Schneckendurchmessern und entsprechend hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Schnecke bzw. Schnecken, bei denen in der Homogenisierzone selber nicht die durch die Scherung erzeugte Wärme vollständig abgeführt werden kann, die zulässige Maximaltemperatur in der Homogenisierzone nicht überschritten wird, da das zu homogenisierende Polymer bereits mit einer deutlich unterhalb dieser zulässigen Maximaltemperatur liegenden Temperatur in die Homogenisierzone eintritt, also die bei der Scherung entstehende Wärme teilweise oder völlig unter gleichzeitiger Temperaturerhöhung aufnehmen kann, ohne daß die zulässige Maximaltemperatur erreicht wird. Außerdem kann durch diese Maßnahmen die in der Regel für die Homogenisierung zu hohe Temperatur der vom Reaktor kommenden Polymerschmelze erheblich gesenkt werden. Durch die erfindungsgemäße Führung des Kühlwassers am Materialaufgabestutzen vorbei tritt im Gefolge des Kühlprozesses eine gerade bsi der Verarbeitung von Hochdruck-Polyäthylen besonders bedeutsame Entgasung ein, da Hochdruck-Polyäthylen als flüchtigen Bestandteil Äthylen enthält, das explosiv ist Bei den bekannten Verfahren bzw. Schneckenmaschinen verbleibt ein nicht unbeträchtlicher Teil des Äthylens in der Schmelze und dem daraus hergestellten Granulat, so daß die Bunker, in denen das Granulat gelagert wird, ständig gut belüftet werden müssen. Diese Maßnahmen können aufgrund des erfindungsgemäßen Kühlprozesses weitgehend oder völlig entfallen. Die Anordnung des Abzuges — in Förderrichtung gesehen — vor dem Materialaufgabestutzen führt dazu, daß im Bereich des Abzuges mit Sicherheit keine Schmelze vorhanden ist. Insbesondere bei hohen Kühlleistungen und daraus resultierenden hohen Kühlwassermengen bestünde die Gefahr, daß aufgrund der auftretenden hohen Dampfgeschwindigkeiten die Schmelze mit aus dem Abzug herausgerissen würde, wenn sich dieser — in Förderrichtung gesehen — hinter dem Materialaufgabestutzen befinden würde.In the case of a screw machine of the generic type, this task is achieved by the features of the identification drawing part of claim 1 solved. This achieves that by means of the water a particularly intensive cooling of the melt still in the input zone is achieved, with in that the water on the one hand and the melt on the other hand are fed in countercurrent to one another, a particularly intensive contact and penetration of water and melt is achieved, whereby, on the one hand, particularly intensive cooling is achieved and, on the other hand, the in volatile constituents contained in the melt pass into the water or its steam. So it becomes achieves that even with large screw diameters and correspondingly high peripheral speeds the screw or screws, in which in the homogenization zone itself not caused by the shear generated heat can be completely dissipated, the maximum permissible temperature in the homogenization zone is not exceeded, since the polymer to be homogenized already has a significantly below this permissible maximum temperature enters the homogenizing zone, i.e. the one at the Absorb the heat generated by shear partially or completely with a simultaneous increase in temperature can without the permissible maximum temperature being reached. In addition, through these measures the temperature of the polymer melt coming from the reactor, which is usually too high for homogenization can be reduced considerably. Due to the inventive guidance of the cooling water on the material feed nozzle In the wake of the cooling process, there is a straight line in the processing of high-pressure polyethylene Particularly significant degassing, since high-pressure polyethylene is ethylene as a volatile component contains, which is explosive In the known processes or screw machines, there is no insignificant part of the ethylene in the melt and the granulate produced from it, so that the bunkers, in which the granulate is stored must be well ventilated at all times. These measures can be due to the cooling process according to the invention is largely or completely omitted. The arrangement of the trigger - in Seen conveying direction - in front of the material feed nozzle leads to that in the area of the trigger with Security no melt is present. In particular at high cooling capacities and the resulting large amounts of cooling water there is a risk that due to the high steam speeds that occur, the melt is torn out of the fume cupboard with it would if this - viewed in the conveying direction - were located behind the material feed nozzle.

Die Maßnahme nach dem Anspruch 2 dient dazu zu verhindern, daß Wasser oder dessen Dampf in Förderrichtung durch die Maschine strömt An der Staueinrichtung staut sich die durch die Schneckenmaschine geförderte Schmelze, so daß kein freier Querschnitt für ein freies Durchströmen des Wassers bzw. dessen Dampfes verbleibtThe measure according to claim 2 serves to prevent water or its steam in The conveying direction flows through the machine. The through the screw machine accumulates at the accumulation device conveyed melt, so that no free cross-section for a free flow of water or its vapor remains

Die Maßnahme nach dem Anspruch 3 dient dazu, den Betrieb der Schneckenmaschne im Einzugsbereich mit Teilfüllung zu realisieren.The measure according to claim 3 is used to operate the worm machine in the catchment area Realize partial filling.

Die Maßnahme nach dem Anspruch 4 dient dazu zu verhindern, daß Schmelze in den Bereich des Abzugs gelangt.The measure according to claim 4 serves to prevent the melt from getting into the area of the fume cupboard.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigiAn exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In the drawing show

Fig. I- einen vertikalen Längsschnitt durch eine Schneckenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung undFig. I - a vertical longitudinal section through a screw machine according to the embodiment of the invention and

Fig.2 einen vertikalen Querschnitt durch dieFig.2 shows a vertical cross section through the

Schneckenmaschine gemäß der Schnittlinie H-Il in Fig I.Screw machine according to the section line H-II in Fig I.

Die in Fig. 1 dargestellte Schneckenmaschine besteht aus einem Gehäuse 1, das aus mehreren Schüssen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 besteht, die axial hintereinander ο angeordnet und aneinandergeflanscht sind. In dem Gehäuse 1 -.md zwei achsparallele Schnecken 10, 11 angeordnet, die auf ihrem Außenumfang mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schneckenstegen versehen sind, auf die im einzelnen noch näher eingegangen wird. Die Schnecken 10, 11 sind in entsprechenden, etwa zylindrischen, seitlich miteinander verbundenen Gehäusebohrungen 12, 13 angeordnet, wobei zwischen den Schneckenstegen und der Innenwand der Gehäusebohrungen 12, 13 nur das konstruktiv notwendige Laufspiel besteht. Die Schnecken 10, 11 sind von einem nicht dargestellten Antriebsmotor über ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe gleichsinnig entsprechend den Drehrichtungspfeilen 14,15 antreibbar.The screw machine shown in Fig. 1 consists from a housing 1, which consists of several sections 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, the axially one behind the other ο are arranged and flanged together. In the housing 1 -.md two axially parallel screws 10, 11 arranged, which are provided on their outer circumference with helically extending screw flights which will be discussed in more detail below. The screws 10, 11 are in corresponding, approximately cylindrical, laterally interconnected housing bores 12, 13 arranged, with between the Screw flights and the inner wall of the housing bores 12, 13 only have the necessary design clearance consists. The screws 10, 11 are not one of them drive motor shown via a gear, also not shown, in the same direction corresponding to the Direction of rotation arrows 14,15 can be driven.

An dem in Förderrichtung 16 zweiten Schuß 3 des Gehäuses 1 ist ein Materialaufgabestutzen 17 angebracht, durch den das zu bearbeitende Material, das beispielsweise aus einer Reaktionskammer 18 kommt, in die Schneckenmaschine gegeben wird. In dem Materialaufgabestutzen 17 ist ein Dosierventil 19 angebracht, durch das die pro Zeiteinheit in die Schneckenmaschine gelangende Materialmenge genau eingestellt werden kann. In dem in Förderrichtung 16 nachgeordneten Schuß 4 des Gehäuses 1 ist eine Zuführleitung 20 zur Zuführung von Wasser in die Gehäusebohrungen 12,13 vorgesehen.A material feed nozzle 17 is attached to the second section 3 of the housing 1 in the conveying direction 16, through which the material to be processed, which comes for example from a reaction chamber 18, in the screw machine is given. A metering valve 19 is fitted in the material feed nozzle 17, by which the amount of material entering the screw machine per unit of time can be precisely adjusted can. In the downstream section 4 of the housing 1 in the conveying direction 16, a feed line 20 is for Feeding water into the housing bores 12, 13 intended.

In dem wiederum dem Schuß 4 des Gehäuses 1 nachgeordneten Gehäuseschuß 5 ist auf den Schnecken !0, 11 jeweils ein kurzes Schneckenwindungsstück 21 mit gegenläufiger Steigung angebracht, das also auf das in Förderrichtung 16 geförderte Material stauend wirkt. Der Bereich von dem Materialaufgabestutzen 17 bis zu dem Schneckenwindungsstück 21 stellt eine Einzugszone a dar, in der die Schnecken 10, 11 mit Schneckenstegen 22 verhältnismäßig großer Steigung to versehen sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, greifen diese Schneckenstege 22 der beiden Schnecken 10, 11 ineinander, d. h. sie kämmen, so daß ein einwandfreier Fördereffekt auch bei Teilfüllung gewährleistet ist.In the housing section 5, which is in turn downstream of the section 4 of the housing 1, is on the screws ! 0, 11 each has a short screw thread 21 with an opposing pitch attached, that is to say on the Material conveyed in the conveying direction 16 acts as a jam. The area from the material feed nozzle 17 up to the screw thread piece 21 represents a feed zone a, in which the screws 10, 11 with Screw flights 22 relatively large slope to are provided. As shown in FIG. 2, these screw flights 22 of the two screws 10, 11 engage into each other, d. H. they comb, so that a perfect conveying effect is guaranteed even with partial filling.

in dem nachgeordneten Gehäuseschuß 6 ist ein Abzug 23 angebracht. Der Gehäuseabschnitt von dem als Staueinrichtung dienenden Schneckenwindungsstück 21 bis unmittelbar hinter dem Abzug 23 bildet eine Entspannungszone b. Der nachgeordnete, sich etwa bis in die Mitte des nächsten Gehäuseschusses 7 erstrecken- -so de Bereich bildet eine Kompressionszone c In der Entspannungszone b und der Kompressionszone c sind auf den Schnecken 10, Il durchgehende Schneckensicge 24 angebracht, die im Prinzip gleichartig ausgestaltet sind, wie die Schneckenstege 22 in der Einzugszone a.in the downstream housing section 6 a trigger 23 is attached. The housing section from the screw thread section 21, which serves as a damming device, to immediately behind the take-off 23 forms a relaxation zone b. The downstream, to erstrecken- approximately to the middle of the next housing section 7 -SO de region forms a compression zone C in the flash zone b and the compression zone c to the screw 10, Il continuous Schneckensicge 24 attached, which are designed identically in principle, like the screw flights 22 in the feed zone a.

An die Kompresstonszone c schließt sich eine Homogenisierzone d an, die sich in dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa von der Mitte des Gehäuseschusses 7 bis zum Ende des nachfolgenden Gehäuseschusses 8 erstreckt. In dieser tio Homogenisierzone d sind auf den Schnecken 10, 11 scheibenförmige Knetelemente 25 angebracht, wie sie aligemein üblich und beispielsweise aus der US-PS 33 92 962 bekannt sind.The compression zone c is followed by a homogenization zone d which, in the illustrated and described exemplary embodiment, extends approximately from the center of the housing section 7 to the end of the subsequent housing section 8. In this homogenizing zone d , disk-shaped kneading elements 25 are attached to the screws 10, 11, as are generally customary and are known, for example, from US Pat. No. 3,392,962.

Der Homogenisierzone d schließt sich eine Austragszone e an. die sich im wesentlichen über den in Fördsmchtung 16 letzten Gehäuseschuß 9 erstreckt In diener Austragszone e sind auf den Schnecken 10, 11 wiederum Schneckenstege 26 angebracht, die wiederum im Prinzip denen in der Einzugszone a, der Entspannungszone bund der Kompressionszone centsprechen. An den letzten Gehäuseschuß 9 ist in üblicher Weise ein Strangpreßmundstück 27 angeflanscht, dem eine Granuliereinrichtung nachgeordnet sein kann. In den einzelnen Gehäuseschüssen 2 bis 9 sind in möglichst geringem Abstand von den Gehäusebohrungen 12, 13 Kühlwasserkanäle 28 vorgesehen. In Förderrichtung 16 vor dem Materialaufgabestutzen 17 ist der Gehäuseschuß 2 vorgesehen, in dessen Bereich die Schnecken 10, 11 mit Schneckenstegen 29 sehr viel geringerer Steigung als die Schneckenstege 22, 24, 26 vorgesehen sein. Der Gehäuseschuß 2 ist mit einem Deckel 31 verschlossen, durch den lediglich die Schnecken 10 bzw. 11 hindurchgeführ! sind.The homogenizing zone d is followed by a discharge zone e . which extends essentially over the last housing section 9 in conveyor 16. In the discharge zone e, screw flights 26 are again attached to the screws 10, 11, which in turn correspond in principle to those in the feed zone a, the relaxation zone b and the compression zone. An extruded mouthpiece 27, which can be followed by a granulating device, is flanged to the last housing section 9 in the usual way. In the individual housing sections 2 to 9, cooling water channels 28 are provided at the smallest possible distance from the housing bores 12, 13. In the conveying direction 16 in front of the material feed nozzle 17, the housing section 2 is provided, in the area of which the screws 10, 11 with screw flights 29 are provided with a much lower pitch than the screw flights 22, 24, 26. The housing section 2 is closed with a cover 31 through which only the screws 10 and 11 guide! are.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schneckenmaschine arbeitet wie folgt:The screw machine shown in FIGS works as follows:

Durch den Materialaufgabestutzen 17 wird eine Polymer-Schmelze vorzugsweise Hochdruck-Polyäthylen-Schmelze aufgegeben, wobei die zuzugebende Menge mittels des Dosierventils 19 so dosiert wird, daß pro Zeiteinheit weniger Schmelze zugeführt wird, als dem Fordervolumen der Schnecken entspricht. Hierdurch bedingt wird die Schneckenmaschine in der Einzugszone a nur mit Teilfüllung betrieben. Durch die Zuführleitung 20 wird Wasser zugeführt, das wegen der Teilfüllung in der Einzugszone a entgegen der Forderrichtung 16 durch die Gehäusebohrung bis zum Abzug 30 strömt. Das Wasser strömt deswegen entgegen der Förderrichtung 16 durch die Gehäusebohrungen 12,13. weil in Förderrichtung 16 gesehen hinter der Einmündung der Zuführleitung 20 das als Staueinrichtung dienende Schneckenwindungsstuck 21 angebracht ist, in dessen Bereich sich die Schmelze staut, so daß kein freier Querschnitt mehr vorhanden ist, durch den das Wasser hindurchströmen könnte. Auf dem Weg von der Einmündung der Zuführleitung 20 bis zum Abzug 30 kommt das Wasser in innige Berührung mit der ständig durch die Schnecken umgewälzten Schmelze, so daß die Berührung zwischen Schmelze und Wasser aui einer sehr großen Oberfläche erfolgt. Verstärkt wird dieser Effekt noch dadurch, daß Wasser und Schmelze im Gegenstrom zueinander geführt werden, wodurch die Schmelze zumindest im Bereich ihrer jeweiligen Oberfläche aufgelockert und von dem Wasser durchdrungen wird. Hierbei tritt ein großer Wärmeübergang von der Schmelze auf das Kühlwasser ein, wodurch zum einen die Schmelze gekühlt wird und zum anderen das Wasser im wesentlichen in dampfförmigen Zustand übergeht. Gleichzeitig findet ein Stoffaustausch in der Weise statt, daß flüchtige Monomere aus der Schmelze in das Wasser bzw. den Wasserdampf übergehen, d. h. der wesentliche Teil der ohnehin notwendigen Entgasung der Schmelze erfolgt gleichzeitig mit dem Kühlen.A polymer melt, preferably high-pressure polyethylene melt, is fed through the material feed nozzle 17, the amount to be added being dosed by means of the metering valve 19 so that less melt is added per unit of time than corresponds to the delivery volume of the screws. As a result, the screw machine in feed zone a is only operated with partial filling. Through the supply line 20, water is supplied which, because of the partial filling in the intake zone a, flows against the conveying direction 16 through the housing bore up to the take-off 30. The water therefore flows counter to the conveying direction 16 through the housing bores 12, 13. because seen in the conveying direction 16 behind the confluence of the feed line 20 serving as a damming device is attached auger turn piece 21, in the area of which the melt accumulates so that there is no longer a free cross-section through which the water could flow. On the way from the confluence of the supply line 20 to the discharge 30, the water comes into intimate contact with the melt, which is constantly circulated by the screws, so that the contact between melt and water takes place over a very large surface. This effect is reinforced by the fact that water and melt are fed in countercurrent to one another, as a result of which the melt is loosened at least in the area of its respective surface and is penetrated by the water. In this case, a large amount of heat is transferred from the melt to the cooling water, as a result of which, on the one hand, the melt is cooled and, on the other hand, the water essentially changes into a vaporous state. At the same time, there is an exchange of substances in such a way that volatile monomers pass from the melt into the water or steam, ie most of the degassing of the melt, which is necessary anyway, takes place simultaneously with the cooling.

Wenn eine besonders starke Kühlung notwendig ist. kann weiteres Wasser durch eine zweite Zuführleitung 32 in die Gehäusebohrungen 12, 13 eingeführt werden, die ebenfalls in Förderrichtung 16 vor dem als Staueinrichtung dienenden Schneckenwindungsstück 21 angeordnet ist Geringe, in der Schmelze enthaltene Wasseranteile, die die Staueinrichtung überwunden haben, werden durch den vor der Homogenisierzone d angeordneten Abzug 23 aus der Schmelze abgezogen, wobei gleichzeitig auch noch restliche Monomere in flüchtiger Form miiabgezogen werden. Beide Abzüge 23 h/w. 30 werden in der Regel an TeilvakuumquellenWhen particularly strong cooling is necessary. Further water can be introduced through a second supply line 32 into the housing bores 12, 13, which is also arranged in the conveying direction 16 in front of the screw thread 21 serving as a damming device Discharge 23 arranged in the homogenizing zone d is withdrawn from the melt, with residual monomers also being withdrawn in volatile form at the same time. Both prints 23 h / w. 30 are usually on partial vacuum sources

angeschlossen, um den Wasserdampf zufriedenstellend abziehen zu können.connected in order to be able to draw off the water vapor satisfactorily.

In der Homogenisierzone d wird die Schmelze in üblicher Weise außerordentlich intensiv durch Einleitung von Scherkräften mittels der scheibenförmigen Knetelemente 25 homogenisiert, wobei aufgrund der inneren Reibung der Schmelze in beträchtlichem Umfang Wärme entsteht. Da die Schmelze in der Kühlzone f, die sich von der Einmündung der Zuführleitung 20 bzw. der Einmündung der Zuführleitung 32 bis zum Abzug 30 erstreckt, in erheblichem Umfang Wärme entzogen worden ist, tritt bei der nachfolgenden Erwärmung in der Homogenisierzone d keine Erhöhung der Temperatur über eine zulässige Temperatur ein.In the homogenization zone d , the melt is homogenized extremely intensively in the usual manner by introducing shear forces by means of the disc-shaped kneading elements 25, with considerable heat being generated due to the internal friction of the melt. Since the melt in the cooling zone f, which extends from the confluence of the feed line 20 or the confluence of the feed line 32 to the vent 30, has been withdrawn to a considerable extent, there is no increase in temperature during the subsequent heating in the homogenization zone d above a permissible temperature.

Nach dem Homogenisieren wird die Schmelze durch das Strangpreßmundstück 27 ausgepreßt und gegebenenfalls zu Granulat weiterverarbeitet.After the homogenization, the melt is pressed out through the extrusion nozzle 27 and, if necessary processed into granules.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

130 242/306130 242/306

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schneckenmaschine zur Homogenisierung von aufgeschmolzenen Polymeren, insbesondere Hochdruck-Polyäthylen, mit mindestens einer mit Schnekkenstegen versehenen, in einer Gehäusebohrung eines Gehäuses angeordneten Schnecke, wobei einer Einzugszone mit einem Materialaufgabestutzen mindestens eine Homogenisierzone nachgeordnet ist, und wobei im Bereich der Einzugszone und im Bereich der Homogenisierzone Kühlzonen vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil bekannter Merkmale: 1. Screw machine for homogenizing melted polymers, especially high-pressure polyethylene, with at least one screw provided with screw flights and arranged in a housing bore of a housing, wherein a feed zone with a material feed nozzle is followed by at least one homogenizing zone is, and wherein in the area of the feed zone and in the area of the homogenizing zone cooling zones are provided, characterized by the combination of the following features, some of which are known:
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