DE1289302B - Schneckenschmelzextruder mit Homogenisierungseinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Schneckenschmelz- reicht werden, die den Austrittsspalt und somit den extruder, bei dem die Endfläche der in einem Gehäuse Druckaufbau der plastischen Masse verändert (Zeitdrehbaren Schnecke in geringem Abstand von dem schrift »DER PLASTVERARBEITER«, Heft 1, mit einem zentralen Austragkanal versehenen Mund- 1962). Bei einem anderen Vorschlag (deutsche stück angeordnet ist und eine Homogenisierungsein- 5 Patentschrift 1145 787) wird das plastifizierte richtung trägt. Material in der Strangpresse je nach seinen Eigen-

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen in schäften in einer oder mehreren Stufen des im Preß-Schneckenschmelzextrudern treten in dem über dem zylinder zurückzulegenden Weges einer hohen Ver-Austragkanal ausgetragenen Material sehr leicht dichtung unterworfen, indem in der Strangpresse Inhomogenitäten auf, die beispielsweise durch Tem- ίο Stauabschnitte vorgesehen sind, die jeweils aus einem peraturunterschiede zwischen der Gehäusewandung die Schneckengänge unterbrechenden ringförmigen und der Schneckenoberfläche sowie durch un- Bund, dessen Außendurchmesser gleich oder etwas genügende Durchmischung des Materials entstehen kleiner als der Durchmesser der Bohrung des Preßkönnen. Diese Erscheinung ist vornehmlich spürbar, Zylinders ist, und aus einer im Bereich des Bundes in wenn ein möglichst hoher Durchsatz erzielt werden 15 der Bohrung des Preßzylinders vorgesehenen flachen soll, da hierbei die Verweilzeiten sehr stark reduziert Ringnut mit in axialer Richtung unterschiedlicher werden. Tiefe gebildet werden. Durch axiale Verschiebung der

Solche Inhomogenitäten wirken sich sehr nachteilig Schnecke wird dabei die Wirkung der Stauabschnitte auf die Produktqualität aus, da sie eine Minderung verändert.

beispielsweise der physikalischen Eigenschaften der 20 Diese bisherigen Vorschläge zur Homogenisierung aus den Schmelzen erzeugten Produkte oder auch der Produktströmung im Austragkanal sind ziemgroße Unterschiede dieser Eigenschaften zur Folge lieh aufwendig und bringen auch nicht für alle haben. Besonders unangenehm machen sie sich be- Kunststoffe bei der Verarbeitung in jeder Art von merkbar, wenn das ausgetragene Material über Ver- Extrudern oder Schneckenschmelzern den gewünschbindungskanäle oder Rohrleitungen mehreren Ver- 25 ten Erfolg.

arbeitungsstellen, wie z.B. Werkzeugen, Spinnein- Es ist auch bereits bekannt (deutsche Auslegerichtungen oder Düsen, zugeleitet wird. schrift 1 043 205), bei einer Förderschnecke für

Da auf Grund der hohen Viskosität solcher plastische Massen, welche das Fördergut gegen eine Schmelzen sich laminare Strömungsverhältnisse ein- Lochscheibe fördert, an der stumpf ausgebildeten stellen und somit beim Transport durch Rohrleitun- 30 Schneckenendfläche Erhebungen in Form von spiralgen, selbst wenn Zahnradpumpen zwischengeschaltet förmig verlaufenden Rippen anzubringen. Diese werden, keinerlei Verwirbelung oder Durchmischung Rippen sollen das Fördergut in dem verhältnismäßig erfolgt, können an der Verbraucherstelle, z. B. einer großen Raum vor der Schneckenendfläche radial Spinndüse, nebeneinander Ströme unterschiedlicher vom Bereich der Schneckenachse weg nach außen Temperatur und damit unterschiedlicher Viskosität 35 abweisen und dadurch stillstehende, in der Wirkung eintreffen. So wurde z. B. beobachtet, daß beim einem Totraum gleichkommende Materialzonen ver-Spinnen von zwei getrennten Fäden aus einer Spinn- meiden. Ein damit vergleichbares Problem liegt bei düse als Folge von nicht homogener Schmelze, die Schneckeneinrichtungen, bei denen die Schneckenauf der einen Seite der Spinndüse auftretende endfläche einen geringen Abstand von dem Mund-Schmelzmenge stets größer war als die auf der ande- 4° stück hat und mithin vor der Schneckenendfläche ren Seite auftretende, wodurch sich große Titer- laminare Strömungsverhältnisse herrschen, nicht vor. abweichungen ergaben. Entsprechend wurde auch bei Andererseits können spiralige, das Material nach der Belieferung mehrerer parallleler Verbraucher- außen abweisende Rippen auch nicht bei derartigen stellen mit einer inhomogenen Schmelze gefunden, Schneckeneinrichtungen zur Beseitigung der im Ausdaß die Ströme der unterschiedlichen Viskosität im 45 tragkanal auftretenden Inhomogenitäten eingesetzt wesentlichen stets zu der gleichen Verbraucherstelle werden, da dort die grundsätzliche Materialströmung fließen, was zum Teil erhebliche Unterschiede in den vor der Schneckenendfläche von außen nach innen physikalischen Werten von z.B. an den einzelnen zum zentralen Austragkanal hin gerichtet ist. Verbraucherstellen gesponnenen Fäden zur Folge hat. Weiterhin ist es bei einer Strangpresse für Kasein

Versuche, solche Inhomogenität in hochviskosen 5° bekannt (deutsche Patentschrift 496 821), an dem Schmelzen durch Wärmebehandlung auch über Stirnende der Preßschnecke und auch an der gegenlängere Zeiten während des Durchflusses durch überliegenden Innenfläche des Mundstückes je eine Rohrleitungen zu beseitigen, haben auf Grund der kegelradartig gezahnte Scheibe anzuordnen. Die beistets laminaren Strömungsverhältnisse zu keinerlei den Scheiben sollen ähnlich einem Stirnfräser die aus Erfolg geführt, zumal wegen der hohen Viskosität ge- 55 der Schnecke austretenden Preßstränge zerreiben und wisse Mindest-Rohrquerschnitte vorhanden sein plastizieren. Für Schneckenschmelzextruder wird müssen, um die auftretenden Drücke zu beherrschen. eine Plastizierung des Gutes nach dem Austritt aus Um bei einer hohen Produktivität zu einer guten der Schnecke nicht benötigt, da dort die Schnecke Gleichmäßigkeit des Endproduktes zu gelangen, sind selbst das Plastizierungselement darstellt. Abgesehen für Schneckenstrangpressen bereits verschiedene 60 davon ist die bekannte Fräseinrichtung aber auch Vorschläge bekanntgeworden. Bei diesen Vorschlä- nicht zur Beseitigung der Inhomogenitäten im Ausgen werden im wesentlichen Qualitätsminderungen tragkanal der Schneckenschmelzextruder brauchbar, bei Schneckendrehzahlerhöhungen durch Steigerung da sich zwischen den verzahnungsartigen Vorspründes Druckes in der plastischen Masse kompensiert. gen der Scheiben Strömungstoträume ausbilden Ein solcher Druckaufbau kann beispielsweise bei 65 können, die zu einer untolerierbaren Beeinträchtieiner Schnecke mit konischer Stirnfläche, die einem gung der Produktqualität Anlaß geben, entsprechenden Konus des Mundstückes gegenüber- Schließlich ist auch bekannt USA.-Patentschrift

liegt, durch eine axiale Schneckenverschiebung er- 3 253 300), bei einem Mischventil für plastische Mas-

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sen den drehbaren Mischkopf mit ringförmigen kon- einrichtung wurde mithin der Unterschied der Fäden zentrischen Erhebungen zu versehen, die zwischen aus den beiden Spinnstellen beträchtlich reduziert, entsprechende ringförmige Erhebungen im Misch- nämlich für die Reißfestigkeit von 0,7 auf 0,13 g/den kopfgehäuse eingreifen. Dadurch ergibt sich ein laby- und für die Bruchdehnung von etwa 3,0 auf 0,4%. rinthförmiger Strömungsspalt, in dem das Gut einer 5 Diese Unterschiede liegen bereits im Bereich der starken Scherwirkung unterworfen wird, um auf tragbaren Toleranzen. Sie konnten jedoch überdies diese Weise Zuschlagstoffe, wie Farben oder Pig- durch eine Temperaturänderung an dem Schneckenmente, in das Gut einzumischen. Es handelt sich da- Schmelzer noch weiter vermindert werden, wo hinbei um ein besonderes, zusätzlich einem Extruder gegen eine Temperaturänderung an dem Schneckennachgeschaltetes und unabhängig davon zu betreiben- io Schmelzer, der nicht mit der erfindungsgemäßen Eindes Gerät, das eine wesentliche Erhöhung des Raum- richtung versehen war, ohne Wirkung blieb,
bedarfs und der Kosten einer Extruderanlage bedingt Die Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend und außerdem den Nachteil hat, daß es infolge der in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichstarken Scherwirkung eine beträchtliche Reibungs- nung näher erläutert.

wärme in das Gut einführt, die leicht den noch zu- 15 In der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch

lässigen Grenzwert übersteigen kann. Davon ab- das Austrittsende eines Schneckenschmelzers darstellt,

gesehen sind eine Anzahl von Kunststoffen gegen ist eine in einem Gehäuse 1 gelagerte Schnecke 2 ge-

Schwerwirkung außerordentlich empfindlich. zeigt, deren Ende in einer Konusfläche 3 ausläuft. An

Mit der Erfindung soll für einen Schneckenschmelz- das Gehäuse 1 ist ein Mundstück 4 angesetzt, das eine extruder des eingangs definierten Typs nunmehr eine ao zylindrische Austrittsöffnung 5 besitzt, die sich in Homogenisierungseinrichtung geschaffen werden, die Richtung auf die Schnecke 2 konusartig erweitert, bei hoher Wirksamkeit äußerst einfach ist und sogar dergestalt, daß das Mundstück 4 eine der Konusein nachträgliches Anbringen an fast alle Formen von fläche 3 der Schnecke 2 parallel gegenüberliegende Schneckenschmelzextrudem gestattet. Konusfläche 6 besitzt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, 25 Auf der Konusfläche 3 der Schnecke 2 sind kreisdaß die Homogenisierungseinrichtung durch warzen- förmig um die Schneckenachse herum zwei Reihen artige, auf abwechselnd auf der Endfläche der von sich im regelmäßigen Abstand voneinander beSchnecke sowie auf der dieser gegenüberliegenden findenen Vorsprüngen 7 angebracht. Auf der Konus-Innenfläche des Mundstückes aufeinanderfolgenden, fläche 6 des Mundstückes 4 befindet sich eine entkoaxialen und zur Schneckenachse zentrischen Krei- 30 sprechende kreisförmige Reihe von Vorsprüngen 8, sen angeordnete Vorsprünge gebildet ist. die zwischen den Kreisen der Vorsprünge 7 liegt und

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung, die bei- einen geringen radialen Abstand von diesen besitzt, spielsweise nachträglich durch Einsetzen von Schrau- Die Vorsprünge haben warzenartige Gestalt und beben erstellt werden kann, wird in sehr einfacher Weise stehen, wie im dargestellten Beispiel, vorteilhafter ein überraschend wirkungsvoller Homogenisierungs- 35 Weise aus den Köpfen von in die Schnecke 2 und das effekt erzielt, weil die zwischen den sich »kammartig« Mundstück 4 eingelassenen Schrauben,
gegeneinanderdrehenden Vorsprüngen durchlaufende Tritt die auf Grund ihrer hohen Viskosität laminar Schmelze zwangsweise in ihrer Strömung zerrissen, strömende Schmelze in den Spalt zwischen der Konusverwirbelt und damit vermischt wird. Damit wird der fläche 3 der Schnecke 2 und der Konusfläche 6 des für das Auftreten der Inhomogenität im Austragkanal 40 Mundstückes 4, so wird die Schmelze durch die ursächliche laminare Strömungszustand der Schmelze kammartig aneinander vorbeibewegten Vorsprünge 7 beseitigt, ohne daß sonstige Beeinträchtigungen der und 8 in ihrer Strömung zerrissen, verwirbelt und daströmenden Schmelze, z. B. schädliche Toträume, mit vermischt. Durch diesen Vorgang werden beauftreten können. Auch ist die Verwendung weiterer, stehende Inhomogenitäten zuverlässig beseitigt,
aufwendiger Homogenisierungseinrichtungen völlig 45 Es versteht sich, daß auf dem Schneckenende und überflüssig, wenngleich auch ohne weiteres zusammen auf der Innenfläche des Mundstückes mehr als insmit der Erfindung noch andere übliche Maßnahmen gesamt drei der Reihen von Vorsprüngen (oder gezur Homogenisierung der Schmelze getroffen sein benenfalls auch nur je eine solche Reihe) vorgesehen können. sein können und daß die Vorsprünge dabei verschie-

Bei einem Versuch wurden aus einem zweiteiligen 50 denste Gestalten besitzen können, z. B. einen runden,

Spinnsystem, das von einem Schneckenschmelzer ge- ovalen oder unregelmäßigen Querschnitt aufweisen

speist wurde, zwei gleiche Cordgrundfäden Nylon 6 können. Besonders einfach und wirkungsvoll ist die

gesponnen. Dabei ergab sich bei einem Durchsatz von Einrichtung jedoch durch Einbringen von Schrauben

366 g/Min, für die physikalischen Werte der gespon- herzustellen, da — abgesehen von den herstellungs-

nenen Fäden, daß der Faden von der ersten Spinn- 55 technischen Vorteilen — deren kantige Köpfe für den

stelle eine Reißfestigkeit von 7,5 g/den und eine Durchmischungsvorgang sehr vorteilhaft sind.

Bruchdehnung von 18,0% besaß, während der Faden Ebenso brauchen das Schneckenende und die

von der zweiten Spinnstelle eine Reißfestigkeit von Innenseite des Mundstückes nicht unbedingt konisch

6,8 g/den und eine Bruchdehnung von 20,8 % auf- ausgestaltet zu sein, sondern können auch jede andere

wies. Nach Einbau der erfindungsgemäßen Homo- 60 Form besitzen. Ist die Schnecke beispielsweise recht-

genisierungseinrichtung in den Schneckenschmelzer winklig geschnitten und/oder besitzt ihr Ende einen

zeigte sich dagegen unter sonst völlig gleichen Bedin- verhältnismäßig großen Abstand von dem Austritts-

gungen für den Faden von der ersten Spinnstelle eine ende des Mundstückes, so können sich die Vorsprünge,

Reißfestigkeit von 7,2 g/den und eine Bruchdehnung von der Schneckenachse her gesehen, in radialer Rich-

von 20,2% sowie für den Faden von der zweiten 65 tung auf dem Schneckenende und dem entsprechen-

Spinnstelle eine Reißfestigkeit von 7,07 g/den und den zylindrischen Teil der Mundstückwandung bzw.

eine Bruchdehnung von 19,8 %. Durch einfachen Gehäusewandung erstrecken. Dabei sind die verschie-

Einbau der erfindungsgemäßen Homogenisierungs- densten Möglichkeiten für die Anbringung der Vor-

Sprünge gegeben, wobei lediglich in jedem Fall wichtig ist, daß die Vorsprünge auf der Schnecke und der Mundstückwandung kammartig so zusammenarbeiten, daß die Schmelze in ihrer Strömung zerrissen und verwirbelt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schneckenschmelzextruder, bei dem die Endfläche der in einem Gehäuse drehbaren Schnecke in geringem Abstand von dem mit einem zentralen Austragskanal versehenen Mundstück angeordnet ist und eine Homogenisierungseinrichtung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierungseinrichtung durch warzenartige, auf abwechselnd auf der Endfläche (3) der Schnecke (2) sowie auf der dieser gegenüberliegenden Innenfläche (6) des Mundstückes (4) aufeinanderfolgenden, koaxialen und zur Schnekkenachse zentrischen Kreisen angeordnete Vorsprünge (7, 8) gebildet ist.

2. Schneckenschmelzextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der konisch ausgebildeten Endfläche (3) der Schnecke (2) kreisförmig zwei Reihen von Vorsprüngen (7) und dazwischenliegend auf der ebenfalls konisch ausgebildeten Innenfläche (6) des Mundstückes (4) kreisförmig eine Reihe von Vorsprüngen (8) angeordnet sind.

3. Schneckenschmelzextruder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (7, 8) aus den Köpfen von in die Schnecke (2) bzw. die Innenfläche (6) des Mundstückes (4) eingelassenen Schrauben bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen