DE4015815C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelschneckenextruder für die Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff und Kautschuk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem solchen Extruder wird der in der Regel feste Ausgangsstoff in eine Schmelze überführt, wobei materialspezifische Druck- und Temperaturobergrenzen nicht überschritten werden dürfen, will man eine Qualitätsschädigung des Extrudats vermeiden. Häufig liegt daher die Schmelze in der Ausstoßzone des Extruders unter einem Druck vor, der eine nur unbefriedigende Ausstoßleistung erlaubt. Schmelzepumpen, die zwischen der Ausstoßzone des Extruders und dem Extrusionskopf angeordnet sind, ermöglichen eine Druckerhöhung und damit eine größere Ausstoßleistung.

Zu der häufigsten Bauart einer Schmelzepumpe gehört die Zahnradpumpe. wie sie beispielsweise aus der DE-OS 38 42 988 bekannt ist. Sie fin­ det vor allem wegen ihrer vergleichsweise guten Förderwirkung Anwen­ dung. Nachteilig ist, daß Zahnradpumpen vergleichsweise teuer sind und mit einem eigenen Antrieb versehen werden müssen, dessen Drehzahl in Abhängigkeit von der Förderschneckendrehzahl gesteuert werden muß. Zudem ist für den Extrusionsprozeß zu beachten, daß mit der Zahnrad­ pumpe zusätzliche Energie in die Schmelze eingebracht wird. Um ein Überhitzen und damit eine Schädigung der Schmelze zu vermeiden, darf die Schmelzetemperatur eine bestimmte Grenztemperatur nicht über­ schreiten.

Aus der DE-PS 23 17 617 und der US-PS 22 93 297 sind zudem Ein­ schneckenextruder bekannt, bei denen am Umfang ihrer Zentral­ schnecke wenigstens zwei Nebenschnecken angeordnet sind, die gegen­ läufig und mit der Zentralschnecke kämmend angetrieben werden. Mit einem solchen Extruder kann vorteilhaft die Anzahl der Arbeits­ zwickel, in denen das Extrudat geschert, gewalkt und geknetet wird, erhöht werden, ohne daß etwa wie bei der Vergrößerung von Doppel­ schneckenextrudern auch die Extruderschnecke vergrößert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelschneckenex­ truder der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem ein Druck­ aufbau im Bereich der Ausstoßzone mit geringerem technischen Aufwand und mit geringerer zusätzlicher thermischer Belastung der Schmelze als mit bekannten Mitteln möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst. daß in der Ausstoßzone des eingangs genannten Ex­ truders zwischen den Extruderschnecken eine Hilfsförderschnecke in einer separaten Gehäusebohrung angeordnet ist. wobei die Hilfsförder­ schnecke über Schneckenstege entgegengesetzter Steigung wie die der Förderschnecken verfügt und in der die Hilfsförderschnecke dicht­ kämmend von den Förderschnecken gegenläufig antreibbar ist.

Ein solcher Doppelschneckenextruder hat gegenüber einem Doppel­ schneckenextruder der mit einer konventionellen Schmelzepumpe ausge­ stattet ist eine Vielzahl von Vorteilen. So kann auf den Einsatz der vergleichsweise technisch aufwendigen und teuren Zahnradpumpe samt Steuer- und Regeleinrichtung verzichtet werden.

Da der vorgeschlagene Doppelschneckenextruder mit Hilfsförder­ schnecke einen besseren Förderungswirkungsgrad hat als die Doppel­ schneckenextruder nach dem Stand der Technik, kann bei gleicher Er­ höhung des Förderdrucks der zusätzliche Energieeintrag in die Schmelze vermindert werden. Dieser Effekt ist von besonderer Bedeu­ tung, da dadurch einerseits Energie und damit Kosten eingespart wer­ den können, andererseits die Schmelze wegen der geringeren thermi­ schen Belastung und des gleichartigen Materialtransports schonender behandelt wird.

Zudem verfügt der vorgeschlagene Extruder über eine kürzere Bau­ länge, und die Austauschbarkeit der Ausstoßzone des Extrudergehäu­ ses in eine solche ohne Bohrung für die Hilfsförderschnecke ermög­ licht einen flexiblen und produktbezogenen Einsatz.

Anhand der Zeichnung lassen sich Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutern.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein aufgeschnittenes Gehäuse eines Doppelschneckenextruders, mit mittig angeord­ neter Hilfsförderschnecke.

Fig. 2 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Gehäuse gemäß Fig. 1 mit einer Hilfsförderschnecke oberhalb der Förder­ schnecken.

Fig. 4 ein Schnitt B-B gemäß Fig. 3.

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein aufgeschnittenes Gehäuse eines Zweischneckenextruders, mit rechts- und links­ seitiger Anordnung von Hilfsförderschnecken.

Fig. 6 ein Schnitt C-C gemäß Fig. 5.

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Gehäuse gemäß Fig. 5, mit über Zahnräder angetriebenen Hilfsförder­ schnecken.

Fig. 8 ein Schnitt D-D gemäß Fig. 7.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf das aufgeschnittene Gehäuse 1 eines Zweischneckenextruders dargestellt. In diesem Gehäuse sind zwei Extruderschnecken 2, 3 angeordnet, die gleichsinnig um ihre Längsachse rotieren und deren Förderstege bei gleichem Steigungs­ winkel miteinander dicht kämmen. Im Bereich der Ausstoßzone 1′ weist das Extrudergehäuse drei Bohrungen zur Aufnahme von den in diesem Bereich in ihrem Durchmesser reduzierten Förderschnecken 2, 3 sowie einer Hilfsförderschnecke 4 auf (Fig. 2).

Die Extruderschnecken 2, 3, 4 sind dabei horizontal nebeneinander angeordnet und verfügen in diesem Ausführungsbeispiel in der Ausstoß­ zone 1′ über den gleichen Durchmesser. Die Steigung der Förderstege der Extruderschnecken 2, 3 ist auch hier gleich, aber größer als im Einzugs- und Verfahrensteil des Extruders.

Die zwischen den Extruderschnecken 2, 3 angeordnete Hilfsförderschnecke 4 wird durch die Schnecken 2, 3 mitschleppend angetrieben und ro­ tiert mit diesen dicht kämmend, aber gegenläufig. Da die Hilfsförder­ schnecke 4 über ein entgegengesetztes Schneckengewinde mit gleicher Steigung wie die der Extruderschnecken 2, 3 verfügt, wirkt sie als zusätz­ liches, druckaufbauendes Bauteil.

Die auf die Hilfsförderschnecke 4 wirkenden Gegenkräfte werden durch einen Auflagekopf 5 abgefangen und an das Extrudergehäuse 1′ weiterge­ leitet. Der Lagerkopf 5 kann im einfachsten Fall aus einer planen Me­ tallfläche bestehen, auf der das ebenfalls plane stromabwärtige Ende der Hilfsförderschnecke 4 rotiert. Zudem ist eine Zwangsschmierung mit Schmelze denkbar, die am stromabwärtigen Ende der Hilfsförder­ schnecke über eine spiralförmige Nut an der Stirnseite der Hilfsför­ derschnecke 4 in eine axiale Bohrung 19 gelangt und am stromaufwär­ tigen Ende austritt. Der Pfeil in den Fig. 1. 3, 5 und 7 markiert die Förderrichtung der Schmelze aus dem Extruder heraus.

In Fig. 2 ist zwecks Verdeutlichung der Verhältnisse ein Schnitt AA durch die Ausstoßzone 1′ des Extruders dargestellt. Durch die Pfeile ist die Drehrichtung der Extruderschnecken 2, 3. 4 im Gehäuseabschnitt 1′ angegeben.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 zeigt eine eben­ falls mittige Anordnung einer Hilfsförderschnecke 4 zwischen zwei im Bereich der Ausstoßzone 1′ im Durchmesser reduzierten Förderschecken 2, 3. Allerdings weisen die Förderschnecken 2, 3 einen größeren Durchmes­ ser als die Hilfsförderschnecke 4 auf. Zudem ist diese Hilfsförderschnecke 4 nicht in einer horizontalen Ebene mit den Förderschnecken 2, 3 angeordnet, sie befindet sich vielmehr leicht oberhalb der Mitte zwischen diesen.

Folglich weist das Extrudergehäuse in Bereich der Ausstoßzone 1′ auch eine zusätzliche Bohrung in der Art einer Aufbauchung auf. wie ein Schnitt an der Stelle B-B gemäß Fig. 4 zeigt. Auch in dieser Variante wird die auf die Hilfsförderschnecke 4 wirkende Reaktionskraft über einen Auflagekopf 5′ aufgenommen und an das Extrudergehäuse um Bereich der Ausstoßzone 1′ weitergeleitet.

Neben dem mitschleppenden Antrieb der Hilfsförderschnecke 4 durch die mit ihr dicht kämmenden Extruderschnecken 2, 3 ist eine ebenfalls in Fig. 3 dargestellte Variante möglich. Danach wird die Hilfsförder­ schnecke 4 über kämmende Zahnräder direkt angetrieben, wobei auf den stromabwärtigen Enden der Extruderschnecken 2, 3 die Zahnräder 16, 18 und am stromabwärtigen Ende der Hilfsförderschnecke 4 das Zahnrad 17 angeordnet ist.

In einer nicht beanspruchten Variante sind zwei Hilfsförderschnecken 8, 9 horizontal rechts- und linksseitig neben den Förderschnecken 6, 7 im Bereich der Ausstoßzone 1′ des Extrudergehäuses 1 positioniert.

Die Förderschnecken 6, 7 weisen in diesem Extruderbereich den glei­ chen Durchmesser auf wie im davorliegenden Bereich, die Hilfsförder­ schnecken 8, 9 haben demgegenüber aber einen kleineren Durchmesser (Fig. 5).

Die Hilfsförderschnecken 8, 9 werden dicht kämmend von den Förderschnecken 6, 7 schleppend angetrieben. Sie sind als Schneckenhülsen ausge­ staltet, die jeweils auf einer freitragenden Lagerwelle 10, 11 gegenläufig zur Umlaufrichtung der Förderschnecken 6, 7 rotieren.

Zudem können die Förderschnecken 8, 9 auch als massive Bauteile aus­ gestaltet sein, die über Lagerwellen 10, 11, bzw. Lagerkörper 20, 21 axial gelagert sind.

Die Lagerwellen 10, 11 bzw. Lagerkörper 20, 21 sind mit dem Extru­ dergehäuse im Bereich der Ausstoßzone 1′ verbunden, und ermöglichen so die Ableitung der auf die Hilfsförderschnecken 8, 9 wirkenden Reaktionskräfte.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt CC durch das Extrudergehäuse 1 im Be­ reich der Ausstoßzone 1′ gemäß Fig. 5. In diesem Extruderbereich ist das Gehäuse 1′ verbreitert und weist die zusätzlichen Bohrungen zur Aufnahme der Hilfsförderschnecken 8, 9 auf. Die über den ge­ schnittenen Förderschnecken 6, 7, 8, 9 angeordneten Pfeile markieren ihre Rotationsrichtung.

In einer anderen Ausgestaltung des Extruders gemäß den Fig. 5 und 6 verfügen die Förderschnecken 6, 7 sowie die Hilfsförderschnecken 8, 9 an ihren stromabwärtigen Enden über Zahnräder 12, 13; 14, 15. Die Hilfsförderschnecke 8 wird dabei mit ihrem Zahnrad 12 vom Zahn­ rad 13 der Förderschnecke 6, die Hilfsförderschnecke 9 über ihr Zahnrad 15 von der Förderschnecke 7 mit derem Zahnrad 14 direkt angetrieben (Fig. 7).

Wie Fig. 8 entnehmbar ist, sind auch in dieser Variante die Hilfs­ förderschnecken 8, 9 horizontal rechts- und linksseitig neben den Extruderschnecken 6, 7 in der verbreiterten Ausstoßzone 1′ des Ex­ trudergehäuses angeordnet. Wegen des entgegengesetzten Schnecken­ gewindes und der gegenläufigen Rotation der Hilfsförderschnecken 8, 9 in bezug auf die Förderschnecken 6, 7 wird auch hier wie in allen bis­ her beschriebenen Ausführungsbeispielen eine zusätzliche Förderwir­ kung in Richtung der Pfeile gemäß den Fig. 1, 3, 5 und 7 er­ reicht. Dies führt zu dem gewünschten Druckanstieg in der Ausstoß­ zone des Extruders bei nur geringem zusätzlichen Energieeintrag in die Schmelze.

Wie den Figuren zu entnehmen ist, sind die Auflageköpfe 5, 5′; 20, 20′; 21, 21′ bzw. die Lagerwellen 10, 10′; 11, 11′ in einer vorteilhaften Ausge­ staltung der Erfindung strömungsgünstig gestaltet.

Zudem ist der vorgeschlagene Extruder flexibel auf die jeweiligen produktbezogenen Einsatzgebiete veränderbar. Dazu ist der Gehäuse­ teil 1′ des Extruders samt Hilfsförderschnecken und gegebenenfalls der im Durchmesser reduzierten Endstücke der Förderschnecken 2, 3 ab­ nehmbar und durch ein anderes Ausstoßzonengehäuse austauschbar. Da­ durch kann der Extruder in eine der vorgeschlagenen Ausführungsver­ sionen ohne großen Aufwand umgebaut werden, oder etwa ganz auf zu­ sätzliche Hilfsförderschnecken verzichtet werden.

Claims (9)

1. Doppelschneckenextruder zur Verarbeitung von thermopla­ stischen Massen, wie Kunststoff und Kautschuk, bestehend aus einem Extrudergehäuse (1) mit zylindrischen Bohrungen zur Aufnahme von Förderschnecken, einem Antrieb für die Förderschnecken sowie in den Gehäusebohrungen um ihre Längsachse gleichsinnig drehbaren und miteinander kämmen­ den Förderschnecken (2, 3), bei welchen die Schneckenste­ ge die gleiche Steigung aufweisen und bei dem der Extruder in eine Einzugszone für die zu verarbeitende Masse, eine Verfahrenszone für die Bearbeitung der Masse und eine Aus­ stoßzone (1′) zur Erhöhung des Massedruckes eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ausstoßzone (1′) zwischen den Extruderschnecken (2, 3) eine Hilfsförderschnecke (4) in einer separaten Ge­ häusebohrung angeordnet ist,
daß die Hilfsförderschnecke (4) über Schneckenstege entge­ gengesetzter Steigung wie die der Förderschnecken (2, 3) verfügt,
und daß die Hilfsförderschnecke (4) dichtkämmend von den Förderschnecken (2, 3) gegenläufig antreibbar ist.

2. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecken (2, 3) im Bereich der Einzugs- und Verfahrenszone einen größeren Durchmesser aufwei­ sen als im Bereich der Ausstoßzone (1′).

3. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Bohrung im Extrudergehäuse (1) im Bereich der Ausstoßzone (1′) mittig zwischen den Bohrungen zur Aufnahme der Förderschnecken (2, 3) ausgebildet ist.

4. Extruder gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet daß die separate Bohrung im Extrudergehäuse (1) im Bereich der Ausstoßzone (1′) zwischen den Bohrungen zur Aufnahme der Förderschnecken (2, 3) in einer Art Aufbauchung ausgebildet ist.

5. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Hilfsförderschnecke (4) in dem austrittssei­ tigen Ende der Ausstoßzone (1′) des Gehäuses (1) über einen strömungsgünstig gestalteten Auflagekopf (5) im Gehäuse abgestützt wird.

6. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsförderschnecke (4) über eine axiale Schmier­ mittelbohrung (19) verfügt, die an der stromabwärtigen Stirnseite der Schnecke als eine spiralförmige Schmiermit­ telnut ausgebildet ist.

7. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem austrittsseitigen Ende der Hilfsförderschnek­ ke (4) und der Förderschnecken (2, 3) miteinander kämmende Zahnräder (16, 17, 18) angeordnet sind.

8. Extruder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Hilfsförderschnecke (4) wenigstens dem 1,5-fachen ihrer Schneckensteigung entspricht.

9. Extruder gemäß den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil der Ausstoßzone (1′) und die Hilfsförder­ schnecke (4) von dem Extrudergehäuse (1) bzw. den Förderschnecken (2, 3) abziehbar und durch ein Ausstoßzonengehäuseteil ohne zusätzliche Bohrung für eine Hilfsförderschnecke austauschbar sind.