DE3805849A1 - Stiftextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Extruder zum Mischen und Homogenisieren von thermoplastischen Kunststoffen oder Elastomeren, bestehend aus einem Extrudergehäuse mit zylindrischem Innenraum und einer darin rotierenden ein- oder mehrteiligen Schneckenwelle, bei der die Schneckenstege mindestens einmal unterbrochen sind, und im Extrudergehäuse befestigten Stiften, die in den durch die Unterbrechungen der Schneckenstege gebildeten Stiftraum hineinragen.

Stiftextruder als solche sind seit langem bekannt, wobei die Stifte unterschiedliche Aufgaben und Wirkungen haben. So ist aus der DE-OS 35 34 097 ein Extruder der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem die Stifte ein Anlaufen der Schneckenstege an der Wandung des Extrudergehäuses dadurch verhindern, daß die Schneckenwelle im Falle einer Durchbiegung an den Stiften zum Anliegen kommt. Im Falle der Strangpresse nach DE-PS 8 79 913 dienen die Stifte der Erzeugung von Stauflächen, mit deren Hilfe der Widerstand für das geförderte Material geregelt werden kann.

Bei einem Extruder nach DE-PS 22 35 784 haben die Stifte die Aufgabe, unter Vermeidung von wesentlichem Scherfließen durch Aufteilung eine gute Misch- und Homogenisierwirkung bei verhältnismäßig hohem Durchsatz zu erreichen. Dem Vorteil, der durch die in den Stiftraum hineinragenden Stifte bezüglich Misch- und Homogenisierwirkung erreicht wird, steht als Nachteil entgegen, daß die Selbstreinigungsfähigkeit von Stiftextrudern wegen der in den Stiftreihen stattfindenden Unterbrechung der förderwirksamen Schneckenstege wesentlich geringer ausgeprägt ist als bei herkömmlichen, mit nicht geschlitzten Schnecken ausgestatteten Extrudern. Hierdurch kann es zu erheblichen Funktionsausfällen kommen, wenn ein Mischungswechsel erforderlich ist und der Extruder wegen Unverträglichkeit der Mischungen zunächst vollständig geleert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Selbstreinigungsfähigkeit von Stiftextrudern zu verbessern, um kurze Produktwechselzeiten zu erreichen und den Einsatz von Reinigungsmischungen soweit wie möglich zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Extruder dadurch gelöst, daß der in den Stiftraum hineinragende Teil der Stifte eine Führungsfläche aufweist, die dem Material eine zum Austragsende des Extruders hin gerichtete Bewegungskomponente erteilt. Durch diese Führungsfläche wird dem Material in dem Ringraum, der von den Unterbrechungen der Schneckenstege gebildet wird (Stiftraum genannt) und in den die Stifte hineinragen, durch die Schneckenrotation eine zum Austragende des Extruders hin gerichtete axiale Bewegungskomponente erteilt. Das heißt, durch die besondere Gestaltung der Stifte erfolgt im Gegensatz zu den Stiftextrudern nach dem Stand der Technik bei dem erfindungsgemäßen Extruder auch im Bereich der Stifte eine Materialförderung, wobei hier die Stifte bzw. deren Führungsflächen die aktiven Elemente sind.

Üblicherweise haben die Stifte in solchen Stiftextrudern einen kreisförmigen Querschnitt, auch wenn in der DE-OS 22 35 784 angeregt wird, sie zur Verringerung des Strömungswiderstandes tropfenförmig oder um den Wirbeleffekt zu vergrößern viereckig auszubilden. Bei allen bekannten Stiftausführungen wird jedoch der Längstransport durch den Stiftraum nur durch das nachschiebende Material erreicht. Sobald in den benachbarten Förderzonen kein Material mehr vorhanden ist, kann der noch in den Stiftzonen befindliche Materialrest nicht weitertransportiert werden. Dies führt zu einem Festsetzen des Materials im Stiftraum, was bei einem Produktwechsel im Falle unverträglicher Produkte oder beim Stillstand zu den bekannten Problemen führt. Diese Probleme werden bei einem Extruder nach der Erfindung vermieden oder stark verringert, da die Selbstreinigungsfähigkeit der Maschine durch die Führungsflächen an den Stiften dadurch wesentlich verbessert wird, daß durch die Rotationsbewegung der Schneckenwelle auch beim Leerfahren der Maschine eine Längsbewegung des Materials im Stiftraum bewirkt wird.

Ein Extruder gemäß der Erfindung weist jedoch nicht nur eine wesentlich verbesserte Selbstreinigungsfähigkeit auf, er hat auch im Falle des Normalbetriebs verbesserte Eigenschaften gegenüber den Stiftextrudern herkömmlicher Bauart. Da die Materialströmung in den Stifträumen sich im Bereich des Kerndurchmessers der Schneckenwelle immer stärker der Rotationsebene nähert, ist die in diesem Bereich besondern breite Führungsfläche der Stifte sehr wirkungsvoll, da hierdurch gerade im Bereich, in dem üblicherweise die Axialbewegung des Materials sehr gering ist, durch die Umlenkung an den Führungsflächen eine Materialförderung in Längsrichtung erfolgt. Dadurch ergibt sich beim Anfahren und im Normalbetrieb eine Erhöhung der Druckaufbaufähigkeit und eine Verringerung der Gegendruckempfindlichkeit.

Besonders vorteilhaft im Hinblick auf einfache und kostengünstige Fertigungen sind ebene oder konkave Führungsflächen, wobei je nach Stiftausführung bei der Herstellung und/oder Montage darauf zu achten ist, daß die Führungsflächen einen spitzen Winkel zur Anströmrichtung des Materials bezogen auf die Vorderkante bilden. Dies ist wesentlich für die Erzeugung der Längskomponente aus der Wellenrotation, insbesondere beim Leerfahren.

Bei einer Ausgestaltung der Stifte entsprechend Anspruch 3 wird erreicht, daß die Bruchgefahr trotz der angebrachten Führungsflächen nicht vergrößert wird, da die Stifte an der Einspannstelle, d.h. der Stelle der größten Scher- und Biegebeanspruchung keine Querschnittsschwächung aufweisen. Eine kegelige Ausführung der Stifte hat den besonderen Vorteil, daß das Verhältnis von Durchtrittsfläche zu Projektionsfläche der Stifte, insbesondere in der Nähe des Kerndurchmessers der Schneckenwelle günstiger ist als bei zylindrischen Stiften.

Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Extruder ist in den Fig. 1 bis 3c dargestellt, und zwar

Fig. 1 eine Schneckenwelle mit Stiftraum (schematisch),

Fig. 2a und 2b Ausführungsformen für die Führungsfläche,

Fig. 3a bis 3c einschraubbarer, kegeliger Stift.

Die Schneckenwelle 1, die ein- oder mehrteilig sein kann, trägt Schneckenstege 2, wobei je nach Anwendungsfall der Kerndurchmesser 3, die Steigung und die Steghöhe in Richtung der Längsachse 4 unterschiedlich sein kann. Die Schneckenstege 2 weisen eine oder mehrere Unterbrechungen auf, die die Stifträume 5 bilden. In diese Stifträume 5 ragen Stifte 6 radial von außen nach innen hinein, die mit Führungsflächen 7 versehen sind. Diese Führungsflächen 7 sind durch entsprechende Positionierung bzw. Formgebung der Stifte 6 so ausgerichtet, daß sie einen spitzen Winkel (α) vorzugsweise 45° zur Strömungsrichtung 8 des Materials in dem Stiftraum 5 bilden, wobei die Strömungsrichtung 8 in der Nähe des Kerndurchmessers 3 praktisch in der Rotationsebene verläuft. Beim Auftreffen des Materialstromes auf die Führungsfläche 7 der feststehenden Stifte 6 wird dieser umgelenkt und erhält eine zum Austragsende des Extruders hin gerichtete Bewegungskomponente, d.h. das infolge der Schneckenrotation mitgenommene Material wird hierdurch aus der Stiftzone herausgefördert.

Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch einen Stift 6 mit einer ebenen Führungsfläche 7 a und Fig. 2b einen solchen mit konkaver Führungsfläche 7 b, wobei im konkreten Einsatzfall auch eine konvex ausgebildete Führungsfläche 7 von Vorteil sein kann.

Die Stifte 6 können einschraubbar oder einsteckbar sein, und der in den Stiftraum 5 hineinragende Teil kann zylindrisch oder leicht kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Um sicher zu sein, daß der Anstellwinkel α der Führungsfläche 7 zur Rotationsebene bzw. Strömungsrichtung 8 korrekt ist, muß der Stift 6 eindeutig positioniert werden können. Dies kann mittels geeigneter Gewindeeinsätze bei einschraubbaren Stiften oder durch geeignete Positioniervorrichtungen bei einsteckbaren Stiften erfolgen.

In den Fig. 3a bis c ist ein einschraubbarer, kegeliger Stift 6 dargestellt, mit angedeuteter Wandung des Exzentergehäuses 9. Um eine Schwächung der Stifte 6 im gefährdeten Querschnitt an der Einspannstell 10 zu vermeiden, wird die Führungsfäche 7 derart angeordnet, daß sie im spitzen Winkel β zur Stiftachse 11 verläuft und an der Wandung des Exzentergehäuses 9 der volle Querschnitt erhalten bleibt. Die hier auftretenden maximalen Gesamtspannungen aus Biege- und Schubspannungen bleiben somit gegenüber einem herkömmlichen Stift unverändert. Im unteren Bereich der Stifte 6 kann die Führungsebene 7 bis hin zur Mittellinie oder darüber hinaus verlaufen. Die Abschrägung wird z.B. durch Fräsen in Form eines Kegelschnittes durchgeführt. Andere Ausführungsformen, insbesondere durch profilierte Flächen sind ebenfalls denkbar.

Claims (4)

1. Extruder zum Mischen und Homogenisieren von thermoplastischen Kunststoffen oder Elastomeren, bestehend aus einem Extrudergehäuse mit zylindrischem Innenraum und einer darin rotierenden ein- oder mehrteiligen Schneckenwelle, bei der die Schneckenstege mindestens einmal unterbrochen sind, und im Extrudergehäuse befestigten Stiften, die in den durch die Unterbrechungen der Schneckenstege gebildeten Stiftraum hineinragen, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Stiftraum (5) hineinragende Teil der Stifte (6) eine Führungsfläche (7) aufweist, die dem Material eine zum Austragsende des Extruders hin gerichtete Bewegungskomponente erteilt.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (7) eben oder konkav sind und einen spitzen Winkel (α) vorzugsweise 45° zur Rotationsebene des Materials bilden.

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (6) zylindrisch oder leicht kegelförmig ausgebildet sind und die Führungsfläche (7) im spitzen Winkel (β) derart zur Stiftachse (11) verläuft, daß die Stifte (6) an der Einspannstelle (10) ihren vollen Querschnitt behalten.

4. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (6) in vorgegebener Ausrichtung schnell positioniert und sicher gehalten werden, und zwar bei einschraubbaren Stiften mittels geeigneter Gewindeeinsätze und bei einsteckbaren Stiften mittels geeigneter Positioniervorrichtungen.