DE2645599A1

DE2645599A1 - Kunststoffextrudiereinrichtung

Info

Publication number: DE2645599A1
Application number: DE19762645599
Authority: DE
Inventors: Eberhard Kertscher
Original assignee: Maillefer SA
Current assignee: Maillefer SA
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2645599B2; FR2327074A1; JPS5247856A; DE2660371C2; DE2645599C3; FR2327074B1; GB1560797A; CH591946A5; JPS601175B2; US4135825A

Description

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ing. H. Weickmann, Dinl. Phys. Dr K. F.wks Ing F A Werkes"!'. D'pl. Chcm, B. llubtir

Maillefer S.A. ' * Manchen 8ü, ^!-u Λ 22

Route du Bois

1024 Ecublens / Schweiz

Kunststoffextrudiereinrichtung

Vorliegende Erfindung betrifft eine Kunststoffextrudiereinrichtung mit einer Schneckenpresse, deren Zylinder hinten mit einem Aufgabetrichter und vorn mit einem Extrudierkopf ausgerüstet ist, und mit einer Pumpe, deren Druckseite mit mindestens einer in der Zylinderwandung der Schneckenpresse vorhandenen Oeffnung verbunden ist zum Einführen eines flüssigen Zusatzstoffes in den Arbeitsraum der Schneckenpresse während dem Extrudiervorgang.

Derartige Einrichtungen finden namentlich Verwendung, wenn es sich darum handelt, in kontinuierlichem Vorgang elektrische Leiter, z.B. Kabel, mit einer isolierenden Ummantelung zu versehen. Der Kunststoff wird dann als Pulver oder als Granulat in den Aufgabetrichter der Schneckenpresse eingegeben, damit diese kontinuierlich gespeichert wird. Im Innern der Schneckenpresse wird der Kunststoff geknetet und erhitzt und schliesslich als homogene Schmelze an den Extrudierkopf abgegeben. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, der Schneckenpresse auch gewisse Zusatzstoffe zuzuführen, z.B. Farbstoffe oder Oxydiermittel, wie z.B. gewisse Peroxyde,oder Blähmittel, die ein Aufblähen des Kunststoffes nach dem Verlassen der Extrudiereinrichtung bewirken, oder Kristallisierkeime, oder Silikone, wie z.B. das Silan, Oxydationshemmittel, usw.

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Ueber viele Jahre hinweg wurden solche Zusatzstoffe dem Kunststoffpulver oder -granulat zugegeben vor dessen Einführung in den Aufgabetrichter? dies machte es erforderlich, vorerst solche Zusatzstoffe vorgängig in wohl dosierter Menge mit dem Kunststoffpulver oder -granulat zu vermischen in von der Schnekkenpresse getrennten Einrichtungsteilen.

Später wurden Dosierapparate geschaffen, die es ermöglichen, gewisse Zusatzstoffe direkt in den Aufgabetrichter einzuführen. Solche Dosierapparate gelangen besonders zur Anwendung für die Beimischung von Farbstoffen oder von Blähmitteln, wobei es sich in beiden Fällen um Feststoffe handelt. Man kennt auch Dosierapparate, die es ermöglichen, dem Aufgabetrichter flüssige Zusatzstoffe zuzuführen. Es hat sich aber gezeigt, dass wenn dem Aufgabetrichter zugleich kaltes Kunststoffpulver oder -granulat und ein flüssiger Zusatzstoff zugeführt werden, dieser Zusatzstoff dazu neigt, zusammen mit dem sich vom Kunststoff pulver oder -granulat ablösenden Staub Klumpen zu bilden, die gerne an der Trichterwandung anhaften und zuletzt sogar die Trichteröffnung verstopfen. Solche Ablagerungen können dann Unregelmässigkeiten im Durchstoss der Schneckenpresse verursachen und so zu Betriebsstörungen in der Gesamteinrichtung führen.

Ein anderer Nachteil dieses Zuführens von flüssigen Zusatzstoffen in den Aufgabetrichter liegt darin, dass gewisse der zur Verwendung gelangenden Zusatzstoffe bei atmosphärischem Druck flüchtig sind. Dies gilt namentlich für das Freon, dessen rasche Verflüchtigung eine exakte Dosierung sehr schwierig macht. Ausserdem kann die Verflüchtigung gewisser Peroxyde Explosionsgefahren heraufbeschwören.

Um den obgenannten Schwierigkeiten zu begegnen ist bereits vorgeschlagen worden, die Zusatzstoffe direkt in den Zylinder bzw. das Gehäuse der Schneckenpresse zu injizieren, wozu der Zylinder über eine Druckleitung an eine Pumpe angeschlossen

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wird, die den Zusatzstoff mit geeignetem Druck liefert. Dieser Druck muss ungefähr gleich gross sein wie jener, der im Zylinder herrscht, an der Stelle, an welcher das Injizieren erfolgt. Diesbezügliche Vorschläge sind in den US-PS 3.177,272, 3,451.103, 3.484.507 und auch in der FR-PS 1.483.052 beschrieben. Die auf diese Weise zugeführten Zusatzstoffe sind entweder flüssige Farbstoffe oder Emulsioniermittel oder bitume_nhaltige Stoffe.

Nun verlangt aber ein stabiles Funktionieren einer Schneckenpresse Betriebsbedingungen, die mit grösster Genauigkeit gesteuert sind, und wenn es darauf ankommt, am Auslass der Schnekkenpresse wirklich konstante Werte der Temperatur, des Druckes und der Homogenität einzuhalten, so ist es erforderlich, jede Störung im Arbeitsablauf der Schneckenpresse zu vermeiden. Der Druck, der sich innerhalb des Gehäuses der Schneckenpresse in jener Zone einstellt, in welcher der Kunststoff bereits im flüssigen Zustande vorliegt, ergibt sich aus den Bedingungen, unter welchen die Granulat- oder Pulverkörner, die durch den Trichter hindurch aufgegeben wurden, in der Plastifizierzone geknetet und allmählich auf den Schmelzpunkt erhitzt werden. Wie aus der US-PS 3.484.507 hervorgeht, war man bisher der Ansicht, dass wenn ein flüssiger Zusatzstoff im Bereich der Plastifizierzone in das Innere der Schneckenpresse eingeführt wird, sich eine Verminderung der Reibung der teilweise geschmolzenen Kunststoffmasse an der Innenwandung des Schnekkenzylinders ergibt und demzufolge eine Verminderung des Durchsatzes der Schneckenpresse, so dass also die Arbeitsbedingung in der letzteren gestört werden.

Es musste deshalb eine längere Homogenisierzone vorgesehen werden, somit eine entsprechend längere Schnecke mit zu grossem Verhältnis der Länge zum Durchmesser oder es musste zwischen dem Extrudierkopf und dem Zylinder der Extrudierpresse eine zusätzliche Mischvorrichtung eingesetzt werden.

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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffextrudiereinrichtung der eingangs erwähnten Gattung, also einer solchen mit Mitteln zur Injizierung von flüssigem Zusatzmittel, so auszubilden, dass in der Schneckenpresse eine herkömmliche Schnecke verwendet werden kann, wobei aber die Schneckenpresse einen möglichst grossen Durchsatz haben soll, und unter Bedingungen arbeiten soll, welche die Herstellung von isolierten elektrischen Leitern höchster Qualität ermöglichen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Zylinder der Schneckenpresse an seiner Innenoberfläche eine Zone aufweist, die mit Nuten versehen ist, welche sich ausgehend vom Aufgabetrichter bzw. der zugehörigen Einlassöffnung über eine beschränkte Länge des Gehäuses strömungsabwärts erstrecken, dass ferner die an die Druckseite der Pumpe angeschlossene Oeffnung bzw. Oeffnungen in eine bzw. mehrere dieser Nuten, und zwar bei deren vom Aufgabetrichter entfernten Ende, einmünden, und dass die genutete Zone der Zylinderinnenoberfläche von einer glattwandigen Zone gefolgt ist, deren Durchmesser kleiner ist als der am Boden der Nuten gemessene Aussendurchmesser.

Es ist zwar an sich bekannt, an der Innenwand des Zylinders gewisser Schnedcenpressen im Bereich des Aufgabetrichters eine oder mehrere längsverlaufende oder schraubenlinienförmige Nuten vorzugsehen, die sich strömungsabwärts über eine Länge erstrekken, die zwei bis zehn mal so gross ist wie der Durchmesser der Schnecke, wobei diese Länge ausgehend von der Achse des Aufgabetrichters gemessen ist. Solche Nuten erleichtern die Einführung des Granulats oder Pulvers in den Schneckenpressenzylinder und bewirken eine Erhöhung des Füllgrades der Schnecke und somit auch eine Erhöhung des Durchsatzes der Schneckenpresse. Wenn nun der Zusatzstoff beim stromaufwärtigen Ende der genuteten Zone der Zylinderinnenoberfläche injiziert wird, so kommt dieser Zusatzstoff mit dem Kunststoff an einer Stelle in Berührung,

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an welcher das Schmelzen des Kunststoffes noch nicht begonnen hat? entgegen dem was zu befürchten war, enthält man durch die Verringerung des ZylinderInnendurchmessers am Ende der genuteten Zone eine Erhöhung des Durchsatzes und auch eine Erhöhung des Füllgraäes der Schnecke.Es ist somit möglich, mit herkömmlichen Schnecken zu arbeiten und einen optimalen Extrusionsdurchsatz aufrecht zu erhalten.

Mit der erfindungsgemässen Ausbildung ist es möglich, irgendwelchen Zusatzstoff zuzuführen, also wahlweise z.B. einen Farbstoff, ein Emulgiermittel oder eine flüchtige Flüssigkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Extfudiereinrichtung mit einer Schneckenpresse und einer daran angeschlossenen Pumpe zur Einführung von Zusatzstoffen, und

Fig. 2 einen Längsschnitt des strömungsaufwartigen Teils des Zylinders der Schneckenpresse in einem grösseren Massstab.

Die in der Zeichnung dargestellte Kunststoffextrudiereinrichtung weist eine zusammenfassend mit 1 bezeichnete Schneckenpresse bekannter Bauart und eine Pumpe 2 auf. Der Zylinder 3 der Schneckenpresse ist bei seinem strömungsaufwärtigen Ende mit einem Aufgabetrichter 4 für das zuzuführende Kunststoffpulver oder -granulat ausgerüstet. An seinem strömungsabwärtigen Ende trägt der Zylinder 3 einen Extrudierkopf 5, der im gezeigten Beispiel ein solcher ist, dessen Achse 6 im rechten Winkel zur Achse des Zylinders verläuft, und der dazu bestimmt ist, einen elektrischen Leiter zu führen, auf den ein isolierender Mantel aus Kunststoff aufgebracht werden soll. Die nicht dargestellte Schnecke ist durch ein Riemengetriebe 7, 8 mit einem Antrieb verbunden. Die Pumpe 2 hat einen Druckstutzen 9, der sich im

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rechten Winkel zur Achse des Schneckenpressenzylinders erstreckt und an diesen an einer Stelle angeschlossen ist, die sich in einen Abstand A stromabwärts von der Achse des Aufgabetrichters befindet. Es kann sich um irgend eine Pumpe bekannter Bauart handeln; vorzugsweise gelangt eine Kolbenpumpe, eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe oder eine sogenannte peristaltische Pumpe (bei welcher Rollen, die an den Enden von Armen eines Rotors gelagert sind nacheinander über einen elastischen Schlauch laufen und ihn quetschen)zur Verwendung je nach Beschaffenheit des in die Schneckenpresse einzuführenden Zusatzstoffes. Die Pumpe ist im Bereich ihres Druckstutzens mit einem Rückschlagventil versehen und ihr Fördervolumen soll in Funktion desjenigen der Schneckenpresse einstellbar sein. Falls eine Verdrängungspumpe mit Rotor zur Verwendung gelangt, ist also eine Vorrichtung vorgesehen, welche das Drehzahlverhältnis dieses Rotors zu jenem der Schnecke einstellt oder regelt.

In der Fig. 2, in welcher der strömungsaufwartige Teil des Schneckenpressenzylinders in seinen Einzelheiten gezeigt ist, ist mit 10 die Oeffnung bezeichnet, durch welche hindurch das Kunststoffpulver -oder - granulat in das Innere des Zylinders gelangt. Die Innenoberfläche des Zylinders 2 hat in einer Zone mit der Gesamtlänge B, deren hinteres Ende strömungsaufwärts der Oeffnung 10 gelegen ist und deren strömungsabwärtiges Ende in einem Abstand L von der Mittelinie dieser Oeffnung gelegen ist, eine Mehrzahl von schraubenlinienförmigen Nuten 11, die voneinander durch Rippen 11a getrennt sind, die ähnlich denjenigen eines mehrgängigen Gewindes verlaufen; die Nuten haben einen ungefähr rechteckigen Querschnitt, wobei die üebergänge am Nutenboden und an den Kanten der Rippen abgerundet oder scharf sein können. Anstattdessen könnte ein sägezahnähnliches Längsprofil der Nutung vorgesehen sein. Der Abstand L kann etwa ein bis zehn mal so gross sein wie der Durchmesser der Schnecke. Die Nuten haben über dem grössten Teil der Zonenlänge B eine konstante Tiefe; diese nimmt aber an den beiden Enden der Zone ab. An das strömungsabwärtige Ende der genuteten Zone schliesst sich eine Zone mit glatter Innenoberfläche an,

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deren Durchmesser kleiner ist als jener, der am Boden der Nuten

11 gemessen werden kann. Im gezeigten Beispiel ist der Durchmesser der glattwandigen Zone, die sich der Zone B strömungsabwärtig anschliesst, gleich gross wie derjenige Durchmesser, der an den Rippen 11a geraessen werden kann. Ein Gewindeloch

12 ist in die Wandung des Zylinders so eingearbeitet, dass es in den Boden einer der Nuten 11 einmündet. Die Achse dieses Gewindeloches befindet sich in einem Abstand vom benachbarten strömungsabwärtigen Ende der Zone B, der im gezeigten Beispiel ungefähr gleich dem Radius der Schnecke ist. In das Gewindeloch 12 ist ein Nippel 13 eingeschraubt, das zum Anschluss einer Druckleitung 9 dient, welche mit der Pumpe 2 in Verbindung steht j der von der Pumpe geförderte flüssige Zusatzstoff wird also durch das Gewindeloch 12 hindurch in die betreffende Nut 11 eingeführt. Bei seiner Einführung hat dieser Zusatzstoff einen Druck der geringfügig grosser ist als der Druck, der im Bereich des Gewindeloches im Innern des Zylinders herrscht; somit wird äsr zugeführte. Zusatzstoff mit dem dort befindlichen Kunststoff vermischt, welcher dort bereits teilweise aber noch nicht ganz plastifiziert bzw. geschmolzen ist, dies dank einer nicht gezeigten Beheizung üblicher Art.

Es versteht sich, dass die Anzahl und Anordnung der Nuten anders sein könnten als im dargestellten Beispiel. Insbesondere könnten sich die Nuten 11 achsparallel erstrecken. Der Abstand zwischen der Achse des Loches 12 und dem strömungsabwärtigen Ende der genuteten Zone könnte von dem Radius der Schnecke abweichen. Dieser Abstand soll aber vorzugsweise zwischen Null und einmal dem Durchmesser der Schnecke gelegen sein, weil die Druckverhältnxsse in diesem Bereich des Zylinders sich eignen für das Zurückdrängen der Zusatzstoffe. Es ist festgestellt worden, dass mit der dargestellten Anordnung die Mischung des durch die Druckleitung 9 zugeführten Zusatzstoffes mit dem schon teilweise plastifizieren Kunststoff unter sehrgleichmässigen Bedingungen erfolgt und die Mischung sehr homogen ist bei ihrem Eintritt in den Extrudierkopf.

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Es könnten auch mehrere am Umfang des Zylinders verteilte
Löcher 12 vorgesehen sein, deren Achse in einer gemeinsamen
Querebene des Zylinders gelegen wären, wobei jedes solche Loch durch eine zugehörige Druckleitung hindurch mit Zusatzstoff
gespiesen würde? die Druckleitungen könnten dann an einen Verteiler angeschlossen sein, der seinerseits an den Druckstutzen 9 der Pumpe angeschlossen wäre. In einer Alternativausführung könnte jede der Druckleitungen an eine eigene Pumpe angeschlossen sein, um es zu ermöglichen, in die verschiedenen Nuten
verschiedene Zusatzstoffe, z.B. ein Farbstoff, ein Blähmittel und ein Schmiermittel einzuführen. Die beschriebene Ausbildung ermöglicht also das Injizieren des oder der Zusatzstoffe unter den bestmöglichen. Bedingungen.

Schliesslich sei noch erwähnt, dass der Einrichtung eine kontinuierlich wägende Vorrichtung angeschlossen sein könnte,
welche die Zufuhr von Kunststoffpulver oder -granulat in den
Aufgabetrichter regulieren würde und die beispielsweise eingerichtet sein könnte, um die Anhäufung dieses Rohstoffes im
Aufgabetrichter konstant zu halten.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

ll.jKunststoffextrudiereinrichtung mit einer Schneckenpresse, cte'ren Zylinder hinten mit einem Aufgabetrichter und vorn mit einem Extrudierkopf ausgerüstet ist, und mit einer Pumpe, deren Druckseite mit mindestens einer in der Zylinderwandung der Schneckenpresse vorhandenen Oeffnung verbunden ist zum Einführen eines flüssigen Zusatzstoffes in den Arbeitsraum der Schnekkenpresse während dem Extrudiervorgang, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) der Schneckenpresse (1) an seiner Innenoberfläche eine Zone aufweist, die mit Nuten (11) versehen ist, welche sich ausgehend vom Aufgabetrichter (4) bzw. der zugehörigen Einlassöffnung (10) über eine beschränkte Länge des Gehäuses strömungsabwärts erstrecken, das femerdie an die Druckseite der Pumpe (2) angeschlossene Oeffnung (12) bzw. Oeffnungen in eine bzw. mehrere dieser Nuten, und zwar bei deren vom Aufgabetrichter entfernten Ende, einmünden, und dass die genutete Zone der Zylinderinnenoberfläche von einer glattwandigen Zone gefolgt ist, deren Durchmesser kleiner ist als der am Boden der Nuten gemessene Aussendurchmesser. der genuteten Zone.

2. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (11) zumindest in ihrem an die glattwandige Zone angrenzenden Endbereich eine allmählich abnehmende Tiefe haben.

3. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Druckseite der Pumpe angeschlossene Oeffnung oder Oeffnungen (12) in einem Abstand vom strömungsabwärtigen Ende der genuteten Zone gelegen ist bzw. sind, der ungefähr gleich gross ist wie der Radius der Schnecke.

.4. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehend vom Aufgabetrichter gemessene Längserstrekkung (L) der genuteten ZOne ein bis zehn mal so gross ist wie der Durchmesser der Schnecke.

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5. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (11) ähnlich wie bei einem mehrgängigen Gewinde nebeneinander verlaufen und dass in jede derselben eine besagte, an die Druckseite der Pumpe (2) angeschlossene Oeffnung (12) einmündet.

6. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpe ein Sammler nachgeschaltet ist, mit welchem die mehreren in die Nuten einmündenden Oeffnungen verbunden sind.

7. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere der besagten Pumpen (2) aufweist, die separat mit einzelnen der Nuten im Schneckenpressenzylinder verbunden sind.

8. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rücklagventil zwischen der oder den Pumpen einerseits und der oder' den im Schneckenpressengehäuse vorhandenen Oeffnungen andererseits eingeschaltet ist.

9. Extrudiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Regulierung des Durchlasses der Extrudierpresse und der Pumpe bzw. Pumpen aufweist, welche Vorrichtung auf die Drehzahl der Schnecke der Schneckenpresse anspricht.

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