DE69704289T2

DE69704289T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen mit kontinuierlichen Walzen von thermoplastischem Material

Info

Publication number: DE69704289T2
Application number: DE69704289T
Authority: DE
Inventors: Vittorino Rampazzo
Original assignee: Techint Compagnia Tecnica Internazionale SpA
Current assignee: Techint Compagnia Tecnica Internazionale SpA
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: IT1282578B1; EP0788868B1; JPH09314641A; ITMI960219A0; EP0788868A1; ITMI960219A1; DE69704289D1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen und kontinuierlichen Extrudieren von thermoplastischen Materialien in kontinuierlichen Doppelschneckenextrudern, welches wenigstens eine Stufe umfaßt, die ein Abwälzen der Mischung während des Förderns der Mischung in Richtung auf einen Extrusionskopf umfaßt, und eine kontinuierliche Extrusionsmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens, die ein Paar Schneckenwellen mit aufeinander abgestimmten Profilen umfaßt, von denen jede Gewindekopfabschnitte und Kernabschnitte aufweist, die bezüglich ihrer Lägsachse asymmetrisch zurückgenommen sind.
Es ist bekannt, wie das Verarbeiten von thermoplastischen Polymeren eine erste Stufe der Aufbereitung der abschließenden, gewünschten Zusammensetzung umfaßt, die durch Mischen eines Grundpolymers durchgeführt wird, zu dem unterschiedliche Füllmaterialien hinzugegeben werden, um bestimmte Charakteristiken im Gegensatz zu anderen Charakteristiken zu verbessern, wodurch unterschiedliche Arten von Komponenten, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, erzeugt werden können.
Während einer zweiten Stufe wird die Zusammensetzung in den gewünschten Formen für die unterschiedlichen Anwendungen extrudiert.
Diese Stufen des Mischens und Extrudierens werden durch einzelne und getrennte Maschinen durchgeführt, die entsprechend als Mischer und Extruder bekannt sind, die besondere technische Merkmale aufweisen, die speziell auf die Art des durchzuführenden Betriebes ausgelegt sind. Insbesondere ist es erforderlich, daß die Mischer vielseitig anwendbar sind und einfach an das Mischen unterschiedlicher Arten von Zusammensetzung angepaßt werden können, daß sie eine präzise Steuerung mit einer Einstellung der unterschiedlichen Verarbeitungsparameter und insbesondere der Mischtemperatur ermöglichen und daß sie darüber hinaus einen hohen Produktionsoutput ermöglichen.
Es ist ferner bekannt, daß beide Verfahren des Mischens und des Extrudierens innerhalb von Extrudern der Art ausgeführt werden, die zwei Schneckengewinde aufweisen, die innerhalb einer Mischkammer einer vorbestimmten Länge und eines vorbestimmten Querschnitts parallel oder gegeneinander geneigt angeordnet sind und die miteinander zusammenwirken, so daß sie sowohl das Mischen des Produkts als auch das Fördern des Produkts zum Zwecke der Extrusion durchführen. Dieser Stand der Technik ist in der US 4,300,839 offenbart.
Diese Arten von Maschinen haben jedoch mannigfaltige Nachteile, einschließlich unzureichender Leistungsfähigkeit bezüglich des Mischvorgangs, insbesondere bei bestimmten Arten von Zusammensetzungen, die mit Farben angereichert sind und/oder denen Carbonate oder Talk (talcs) zugesetzt sind, um die mechanischen Eigenschaften der abschließenden Zusammensetzung zu verbessern und einen Mangel an Flexibilität beim Variieren der Zusammensetzung, eine mangelhafte Produktivität und Schwierigkeiten bei der Steuerung der Temperatur zu vermeiden.
Das technische Problem, dem man gegenübersteht, ist daher das Bereitstellen einer Maschine einer Art mit zwei Schneckengewinden für die Extrusion von thermoplastischen Materialien, welches die Eigenschaften der Produktivität, die mit Extrudern der bekannten Art mit einer hohen Mischleistung einhergehen, und der Homogenisierung des zu extrudierenden Materials kombiniert.
In Zusammenhang mit diesem technischen Problem ist es ein weiteres Ziel, einen verbesserten Homogenisierungsgrad des Materials bei gleichen Abmessungen der Maschine zu erreichen, so daß die Möglichkeit besteht, die Gesamtabmessungen der Maschine selbst, insbesondere im Hinblick auf ihre Länge (L) relativ zu dem Durchmesser (D) der Mischwelle, bei gleicher Fördergeschwindigkeit und dadurch gleicher Extrusion des Materials zu verringern.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Details können der nachfolgenden Beschreibung eines nicht limitierenden Beispiels einer Ausführungsform einer Extrusionsmaschine gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren entnommen werden:
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Maschine gemäß dem Stand der Technik entlang einer in Längsrichtung verlaufenden vertikalen Ebene;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Ausführungsform eines Paars Schneckenwellen gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Ebene, die in Fig. 1 durch Bezugszeichen III-III gekennzeichnet ist;
Fig. 4a bis 4d zeigen Querschnitte, die den Ablauf des Mischens mit einem Abwälzen des Materials während des Förderns des Materials gemäß dem Stand der Technik darstellen; und
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Welle gemäß der Erfindung.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht die Maschine 1 gemäß dem Stand der Technik, die im allgemeinen als kontinuierlicher Doppelschneckenextruder bezeichnet wird, aus einer Reihe von Komponenten 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, die an sich bekannt sind und daher nicht im Detail beschrieben werden und die über ihre Länge mittels Schrauben 2 oder ähnlichem miteinander verbunden sind, so daß sie eine einzelne Kammer 5 mit der gewünschten Länge bilden.
Diese Komponenten haben in Abhängigkeit von ihrer Position in der aufeinanderfolgenden Anordnung eine unterschiedliche äußere Form, nämlich eine Form, die auch die unterschiedliche Aufgabe bzw. den unterschiedlichen Gebrauch jedes Bereiches bestimmt. Die Fig. 1 zeigt z. B. die Einlässe bzw. Einführöffnungen 1g, 1h, die entsprechend dafür verwendet werden, Material zuzuführen und Füllmaterialzusätze für das Material selbst beizumengen, sowie einen Einlaß zur Entgasung der Masse.
Die Kammer nimmt in ihrem Innenraum zwei Schneckenwellen 3 auf, die parallel zueinander angeordnet sind und sich über die gesamte Länge der Maschine erstrecken. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel sind die Schneckengewinde zweigängig und in einer sogenannten ineinander eindringenden Bauart ausgelegt, d. h. mit sich überlappenden Profilen der Gewindeköpfe jedes der Schnecken folgt während der Rotation das Profil des Gewindekopfes dem Verlauf des anderen. Um einen Kontakt zwischen den Gewindeelementen der beiden Wellen 3 während der Rotation zu vermeiden, sind die Wellen selbst mit einer geeigneten Winkelphasendifferenz eingebaut.
Diese Wellen können dann mit der gleichen Rotationsrichtung (gleichsinnige Rotation, corotating) oder mit unterschiedlichen Rotationsrichtungen (gegenläufige Rotation, counterrotating) betrieben werden, wenn sie in einer geeigneten geometrischen Form hergestellt worden sind.
Gemäß dem Stand der Technik und wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, weist jede Welle 3 ein Doppelgewinde 4 auf, welches in Bezug auf die Längsachse der Welle selbst asymmetrisch ausgebildet ist, d. h. in Bezug auf die Richtung des Förderns des Materials in Richtung auf den Extrusionskopf 1f.
Insbesondere wird diese Asymmetrie durch den Gewindekopfabschnitt 4a des Gewindes 4 jeder Welle 3 bestimmt, der bezüglich des nominalen Gewindedurchmessers in geeignetem Ausmaße zurückgenommen ist, um eine Asymmetrie des Gewindes selbst in Bezug auf die Längsachse der Welle 3 in jeder Querschnittebene der Welle selbst zu erzeugen.
Auf ähnliche Weise weist jede Welle 3 angrenzend an den zurückgenommenen Gewindekopfabschnitt 4a einen Kernabschnitt 4b des Gewindes auf, welcher bezüglich des nominalen Durchmessers des Kerns selbst ebenfalls zurückgenommen ist.
Daher weist jede Welle 3 längs ihrer axialen Erstreckung Kopfzonen 4a und Kernzonen 4b auf, die bezüglich der Längsachse selbst zurückgenommen sind, wodurch Profile der beiden Wellen 3 erzeugt werden, die miteinander korrelieren, d. h. es wird die Kombination zweier paralleler Wellen in ineinander eindringender Weise ermöglicht, ohne daß eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den entsprechenden asymmetrischen Gewinden während der Rotation auftritt, wodurch es während des Zusammenbaus ausreicht, die Wellen selbst im Inneren der Extrusionskammer 5 mit der richtigen, relativen Phasendifferenz anzuordnen.
Durch die dadurch realisierte Anordnung der Wellen wird, wenigstens für einen bestimmten Rotationswinkel der Welle 3, ein größerer Leerraum zwischen dem zurückgenommenen Kopfabschnitt 4a des Gewindes 4 jeder Welle 3 und der inneren Oberfläche 5a der Mischkammer 5 ermöglicht. Das Material 6 wird entsprechend (in dem Bereich dieser Abschnitte 5a der Kammer 6) durch den zurückgenommenen Kopfabschnitt 4a des Gewindes bei jeder Rotation der Welle 3 (d. h. bei jeder Durchlaufbewegung des zurückgenommenen Abschnitts) auf der Oberfläche der Kammer selbst abgewälzt.
Wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, ist die Asymmetrie des Gewindes der miteinander korrelierenden Wellen so ausgebildet, daß während der Rotation der Wellen, die bei diesem Beispiel gleichläufig rotieren, die Phasendifferenz derselben es ermöglicht, daß die Lücke G, die zwischen den beiden Wellen in einen zentralen, schmalen Teil 5b der Kammer 5 existiert, so schmal wie möglich gehalten wird, wodurch im wesentlichen verhindert wird, daß das Material zwischen den Wellen selbst durchläuft.
Das Material wird daher dazu gezwungen, den gesamten in Form einer Acht verlaufenden Pfad während des Förderns zu durchlaufen, wobei dieser Pfad bzw. Weg der längstmögliche Pfad ist, was es ermöglicht, eine verbesserte Homogenisierung des Produktes zu erzielen, das dem Extrusionskopf 1f zugeführt wird.
Bezugnehmend auf die Fig. 4a bis 4d wird deutlich, wie das Material 6 tatsächlich gegen die Oberflächenabschnitte 5a der Kammer 5 durch die Wirkung der zurückgenommenen Kopfabschnitte 4a jeder Welle 3a abgewälzt wird (Fig. 4a), während das Kopfteil 4 mit nominaler Höhe das Produkt 6 selbst nach vorne bewegt, wobei es das Produkt lediglich durch das Drücken bzw. Wirken gegen den entsprechenden Oberflächenabschnitt 5a der Kammer 5 mischt.
Bei einer weiter fortlaufenden Rotation der Wellen (30º - Fig. 4b) wird das Material, welches die Zwischenpassage G durch die Nähe der Gewindeköpfe jeder Welle zu den zugehörigen Hohlräumen der anderen Welle versperrt vorfindet, so vorwärts geschoben, daß es seinen Weg längs dem Abschnitt der Kammer 5 weiter verfolgt, der unterhalb der zweiten Welle 3 liegt. In diesem Abschnitt wird das Material weiter durch den zurückgenommenen Kopfabschnitt 4a der anderen Welle an der entsprechenden Oberfläche der Kammer abgewälzt.
Dementsprechend ruft der andere Kopfabschnitt 4, der eine nominale Höhe aufweist, ein weiteres Fördern des Materials selbst hervor, welches, nachdem es die obere zentrale Zone der Kammer 5 durchlaufen hat, den erwähnten, in Form einer Acht ausgebildeten Pfad vollständig durchläuft, wonach es für ein weiteres Mischen bis zu dem Extrusionskopf 1f weiter gefördert wird.
Es kann daher verstanden werden, wie der Vorgang des Abwälzens des Materials innerhalb der Mischkammer 5 eines Doppelschneckenextruders 1 es ermöglicht, das Ausmaß der Homogenisierung des Materials 6 während der konventionellen Förderbewegung längs eines in Form einer Acht ausgebildeten Pfades merklich zu verbessern, wobei diese Verbesserung der Homogenisierung dazu genutzt werden kann, eine merkliche Reduktion der Gesamtlänge L der Maschine zu ermöglichen, welche bei kleinerer Länge das gleiche Ausmaß an Homogenisierung erzielt, das ansonsten bei Maschinen des bekannten Typs erst mit einer viel größeren Länge erreicht wird.
Die vorbeschriebene Maschine ist daher geeignet, ein Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastischen Materialien und ähnlichem durchzuführen, die kontinuierlich extrudiert werden sollen, wobei das Verfahren wenigstens eine Stufe umfaßt, die ein Abwälzen des Materials selbst während der Förderbewegung innerhalb der Mischkammer von dem Zuführeinlaß zu dem Extrusionskopf umfaßt.
Verwendet man die gegenwärtige Terminologie in diesem Bereich, so kann man sagen, daß der gleiche Homogenisierungsgrad des Materials mit einem viel kleineren L/D Verhältnis (L = Schaftlänge; D = Wellendurchmesser) als dem entsprechenden Verhältnis von Maschinen der bekannten Art erreicht werden.
Viele Abwandlungen und Varianten können bezüglich der Realisation von Teilen, die die Erfindung ausmachen, verwirklicht werden, ohne dadurch vom Schutzumfang des vorliegenden Patents, wie es in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Gemäß der Erfindung ist der zurückgenommene Kopfabschnitt in Bereichen sowohl längs von Querschnittsebenen senkrecht zu der Rotationsachse (Fig. 5) als auch längs des Gewindekopfes, der Abschnitte mit variabler Höhe aufweist, diskontinuierlich, wobei eine entsprechende Variation auch in den jeweiligen zugehörigen Kernen vorhanden ist.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Schneckenwellen auch gegenläufig und nicht nur gleichläufig rotieren können.

Claims

1. Maschine zum kontinuierlichen Extrudieren von thermoplastischem Material und dergleichen, umfassend mindestens eine Mischkammer (5) und mindestens ein Paar Schneckenwellen (3) der Bauart mit gegenseitig ineinander eindringenden Schneckengewinden, von denen jedes mindestens zweigängig ist, welche innerhalb der Mischkammer (5) angeordnet sind, wobei die Schneckenwellen (3) mindestens einen Gewindekopfabschnitt (4a) des Gewindes aufweisen, der bezüglich des nominellen Gewindedurchmessers asymmetrisch zurückgenommen ist, und die Schneckenwellen (3) mindestens einen Gewindekernabschnitt (4b) aufweisen, der bezüglich des nominellen Kerndurchmessers des Gewindes asymmetrisch zurückgenommen ist, um Oberflächen an den Schneckenwellen zu erzeugen, die miteinander korrelieren, sowie einen Leerraum zwischen dem zurückgenommenen Gewindeabschnitt (4a) und der Innenfläche der Mischkammer (5) zu schaffen, um ein Abwälzen des Materials auf mindestens einem Oberflächenabschnitt (5a) der Mischkammer (5) während des Förderns des Materials (6) zum Mischkammerauslaß zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgenommene Kopfabschnitt längs der Längserstreckung des Schneckengewindes diskontinuierlich ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extrudierkopf (1f) am Ende der Mischkammer (5) vorgesehen ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwellen (3) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwellen (3) gleichsinnig rotierend sind.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwellen gegensinnig rotierend sind.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgenommene Kopfabschnitt längs Ebenen diskontinuierlich ist, die senkrecht zur Drehachse stehen.