DE2854207C3

DE2854207C3 - Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen

Info

Publication number: DE2854207C3
Application number: DE2854207A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. Schneider
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1984-06-20
Also published as: IT7927983A0; IT1126558B; CH646371A5; DE2854207B2; IT7923361V0; DE2854207A1

Description

1. Die Austragszone (A) ist 0,5 bis 1,5 D lang, wobei D der Außendurchmesser einer Schnekke ist;

2. die ein- oder mehrgängigen Schneckenprofile in der Austragszone weisen Gangsteigungen (H2) zwischen 03 und 1 D auf;

3. die Schnecken sind mit Schneckenumfangsgeschwindigkeiten von 1 bis 2,5 m/s antreibbar.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen mit zwei in einem Arbeitszylinder parallel zueinander gelagerten, gegenläufigen Schnecken, der in eine Einzugszone, eine Aufbereitungszone sowie eine Austragszone unterteilt ist und bei dem dicht kämmende Schneckenprofile in der Einzugszone und in der Austragszone angeordnet sind.

Es ist bekannt, daß bei zweiwelligen Schneckenmaschinen gleich- oder gegensinnig rotierende Schneckenwellen und/oder ihre vollständig oder teilweise kämmende oder überhaupt nicht kämmende Anordnung entscheidenden und jeweils unterschiedlichen Einfluß auf das Einzugs-, Förder- und Homogenisierverhalten, auf Selbstreinigung, Energieeinleitung, Höhe und Gleichmäßigkeit der Scherbeanspruchung, Druckaufbauvermögen und Verschleißverhalten, sowie auf die technisch realisierbaren Betriebsdrehzahlen, den Durchsatz und die Wirtschaftlichkeit hat.

Für das Erreichen guter Dispergier- und Längsmischwirkungen sind bei einer bekannten Misch- und Knetmaschine gemäß DE-AS 16 79 884 zwei gleichsinnig drehende, d. h. nicht dicht kämmende Schnecken vorgesehen, die in eine Einzugszone, eine oder mehrere Dispergierzone(n) und Längsmischzone sowie eine Austragszone unterteilt sind. Die einzelnen Abschnitte dieser Schnecken unterscheiden sich in der Gangzahl sowie in der Gewindesteigung. Durch die Verringerung der Gangzahl werden die zuvor in den einzelnen Gängen getrennt geförderten Masseströme vereinigt. Dabei stellt der Abschnit¹ mit der höheren Gangzahl die förderwirksamere Zone, deren Druckaufbauvermögen indes relativ gering ist, dar, während der Abschnitt mit der kleineren Gangzahl und größeren Gewindesteigung aufgrund der nicht dicht kämmenden Gewindeprofile mit etwa halbkreisförmig ausgebildeten Gewindenuten Längsmischeffekte bewirken soll. Bei solchen Gewinden sperren sich jedoch die Gänge kaum ab, so daß deren Förderwirkung in etwa mit derjenigen von Einschnekkenextrudevn vergleichbar ist. Es bilden sich in Druckaufbauzonen, beispielsweise in der Austragszone, lanee Stauzonen aus. d. h. Zonen mit vollständiger Füllung der Gewindegänge, in denen Druckströmungen entstehen, die der eigentlichen Förderrichtung bzw. Förderströmung entgegengerichtet sind. Daraus resultiert wiederum eine beachtliche Energiedissipation, die jedoch unerwünscht ist.

Dasselbe gilt für eine weitere bekannte Schneckenpresse (DE-PS 8 79 164) mit sich tangierenden Schnekken ig der Austragszone. Eine heutigen Anforderungen genügende gute Förderwirkung ist mit sich tangierenden Schnecken, die zudem nur geringe Friktionswärme erzeugen sollen, nicht zu erreichen, da insbesondere beim Austragen gegen hohe Drücke ein großer Rückstau der zähplastischen Massen in die Förderschnecken nicht zu vermeiden ist und somit lange Austragszonen erforderlich werden.

Bekannte Doppelschneckenextruder mit gegenläufig dicht kämmenden Schnecken und Austragslängen von im allgemeinen 3 bis 8 D können nur mit vergleichsweise geringen Durchsätzen betrieben werden, da bei höheren Drehzahlen der Verschleiß nicht mehr beherrschbar ist (»österreichische Kunststoff-Zeitschrift«, Sonderheft Kunststoffkolloquium Leoben 1978, Seiten 46 bis 50, »Kunststoffe«, 58. Jahrgang, 1968, Heft 6, Seiten 394 bis 402, und »GAK«, 9/1978, lahrgang 31, Seiten 632 bis 640). Die geringen Drehzahlen erfordern jedoch für schwierige Misch- und Homogenisieraufgaben mehrere hintereinander geschaltete Misch- bzw. Aufbereitungszonen. Außerdem besitzen derartige Maschinen in der Regel eine zu lange energiedissipierende Austragszone, so daß auch aus diesem Grund bei geforderter schonender Aufbereitung die Drehzahlen niedrig gehalten werden müssen.

Höhere Drehzahlen lassen sich nach dem Stand der Technik bei gegenläufig drehenden Schnecken nur mit nicht kämmenden Wellen realisieren. Höhere Drehzahlen gestatten zwar die Verwendung einer einzigen Misch- bzw. Aufbereitungszone, bringen aber den Nachteil mit sich, daß bei dem geringen Druckaufbauvermögen der nicht kämmenden Schnecken zu große

■to Rückstaulängen und unerwünschte Energiedissipation vor DnKjkverbrauchern auftreten, was zu erheblichem Polymerabbau führen kann. Aus diesem Grunde werden solche Anlagen oft zweistufig betrieben, wobei ein langsam laufender separater Austragsextruder den Druckaufbau gegen das Ausformwerkzeug übernimmt. Außerdem besitzen die nicht kämmenden Schnecken kein vom Reibwert des Gutes unabhängiges Einzugsund Förderverhalten.

Es war Aufgabe der Erfindung, einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen zu schaffen, der von den geschilderten Mängeln frei ist, und bei kurzer Bauweise eine vollständige Aufbereitung und Homogenisierung mit geringem Energieaufwand erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs enthaltenen Maßnahmen gelöst, für die nur in der Gesamtkombination des Anspruchs Schutz begehrt ist.

Es hat sich gezeigt, daß bei vielen Polymerenwerkstoffen im Einzugs- und Aufbereitungsteil kein nennenswerter Verschleiß auftritt, wenn die Einzugszone mit dicht kämmenden gegenläufigen Schnecken ausgerüstet ist und die Schnecken mit den genannten Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Auch der befürchtete Verschleiß in der dicht kämmenden Austragszone und die dort befürchtete hohe Energiedissipation verbunden mit unzulässigem Polymerabbau tritt nicht ein, wenn die geometrische Ausbildung der Austragszo-

ne in den erfindungsgemäßen Grenzen gehalten wird.

Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneckenextruders ist in der Zeichnung anhand der F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert

Der Schneckenextruder ist im Ausfühmngsbeispiel nach F i g. 1 in drei Zonen unterteilt Die Einzugszone E hat die Aufgabe, die in das die Schneckenwellen umgebende Gehäuse C geförderten Massen der eigentlichen Misch- bzw. Aufbereitungszone M zuzu- |₀ führen. Durch den Pfeil X ist die Zugabeeinrichtung angedeutet Die Schneckenprofile in der Einzugszone sind dicht kämmend zueinander angeordnet und besitzen damit zwangsfördernde Eigenschaften, so daß eine vom Reibwert der Massen und Förderwiderstand weitgehend unabhängige Förderung und daher ein sehr gleirhmäßiger Produktstrom erzielbar ist Besonders geeignet sind ein- oder mehrgängige, trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen Wi zwischen 0,5 und 2 D(D = Außendurchmesser eines Schneckenelements). Ferner hat sich eine Länge der Einzugszone von 2 bis 5 D insgesamt als vorteilhaft erwiesen.

Auf die Einzugszone £ folgt eine einzige Misch- bzw. Aufbereitungszone M, die im allgemeinen nicht dicht kämmende, mehrgängige Schneckenelemente großer Steigung, und z.T. mit verringertem Schneckendurchmesser und/oder speziell gestalteten Knetscheiben aufweist, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, daß sie gemäß F i g. 2 größere freie Querschnitte A₂ als die davor oder danach angeordneten Förderzont.n jo besitzen. Auch kann sowohl mit konstanter als auch mit kontinuierlich sowie diskontinuierlich veränderlicher Steigung gearbeitet werden.

Die Misch- bzw. Aufbereitungszone M kann an beliebiger Stelle durch eine Vorrichtung abgestaut werden, die aus einem oder mehreren profilierten radial beweglichen Stempeln besteht und bis auf den Schneckenkern verschoben werden kann. Abhängig von den eingesetzten Misch- und Knetelementen beträgt die Länge der Misch- bzw. Aufbereitungszone etwa 4 bis 12 D.

Die nachfolgende Austragszone A hat die Aufgabe, die plastifizierte Masse einem nachgeschalteten, an sich bekannten Formgebungswerkzeug (in der Zeichnung nicht dargestellt) zuzuführen. Erfindungsgemäß ist die Austragszone 0,5 bis 1,5 D lang und besitzt ebenso wie die Einzugszone dicht kämmende, vorzugsweise trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen H₂ von 0,3 bis 1 D. Die Schneckenelemente in der Austragszone sind eingängig oder mehrgängig ausgebildet und weisen entsprechend kleine freie Querschnitte Ai (F i g. 3) auf. Durch die hohe Schneckenumlaufgeschwindigkeit von 1 bis 2,5 m/s wird bewirkt, daß der Schneckenextruder mit hohen Durchsatzleistungen betrieben werden kann. Die spezielle geometrische Ausbildung der Schnecke in der Austragszone ermöglicht bei hohen Drehzahlen ein Austragen der plastischen Massen gegen hohe Drücke ohne nennenswerten Verschleiß und ohne unzulässig hohe Energiedissipation und Polymerabbau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen mit zwei in einem Arbeitszylinder parallel zueinander gelagerten, gegenläufigen Schnecken, der in eine Einzugszone, eine Aufbereitungszone sowie eine Austragszone unterteilt ist und bei dem dicht kämmende Schneckenprofile in der Einzugszone und in der Austragszone angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: