DE2854207B2

DE2854207B2 - Screw extruder for the continuous preparation of plasticizable masses

Info

Publication number: DE2854207B2
Application number: DE2854207A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Wolfgang 6900 Heidelberg Bauer; Dipl.-Ing. Dr. Wolfgang Schneider; Hans Dieter Dipl.-Ing. 6718 Grünstadt Zettler
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1981-05-27
Also published as: IT7927983A0; IT1126558B; DE2854207C3; IT7923361V0; CH646371A5; DE2854207A1

Description

1. Die Austragszone (A) ist 0,5 bis 1,5 D lang, wobei D der Außendurchmesser einer Schnekke ist;1. The discharge zone (A) is 0.5 to 1.5 D long, D being the outer diameter of a screw;

2. die ein- oder mehrgängigen Schneckenprofile in der AuGtragszone weisen Gangsteigungen (H₂) zwischen 0,3 und 1 D auf;2. the single or multi-start screw profiles in the application zone have pitches (H ₂ ) between 0.3 and 1 D;

3. die Schnecken sind mit Schneckenumfangsgeschwindigkeiten von 1 bis 2,5 m/s antreibbar.3. The screws can be driven with peripheral screw speeds of 1 to 2.5 m / s.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen mit zwei in einem Arbeitszylinder parallel zueinander gelagerten, gegenläufigen Schnecken, der in eine Einzugszone, eine Aufbereitungszone sowie eine Austragszone unterteilt ist und bei dem dicht kämmende Schneckenprofile in der Einzugszone und in der Austragszone angeordnet sind.The invention relates to a screw extruder for the continuous processing of plasticizable Masses with two counter-rotating screws mounted parallel to one another in a working cylinder, which in a feed zone, a processing zone and a discharge zone is subdivided and in which closely intermeshing Screw profiles are arranged in the feed zone and in the discharge zone.

Es ist bekannt, daß bei zweiwelligen Schneckenmaschinen gleich- oder gegensinnig rotierende Schneckenwellen und/oder ihre vollständig oder teilweise kämmende oder überhaupt nicht kämmende Anordnung entscheidenden und jeweils unterschiedlichen Einfluß auf das Einzugs-, Förder- und Homogenisierverhalten, auf Selbstreinigung, Energieeinleitung, Höhe und Gleichmäßigkeit der Scherbeanspruchung, Druckaufbauvermögen und Verschleißverhalten, sowie auf die technisch realisierbaren Betriebsdrehzahlen, den Durchsatz und die Wirtschaftlichkeit hat.It is known that in twin-screw screw machines, screw shafts rotating in the same direction or in opposite directions and / or their completely or partially meshing or non-meshing arrangement decisive and different influence on the feeding, conveying and homogenizing behavior, on self-cleaning, energy input, level and uniformity of shear stress, pressure build-up capacity and wear behavior, as well as the technically feasible operating speeds, the Throughput and economy.

Für das Erreichen guter Dispergier- und Längsmischwirkungen sind bei einer bekannten Misch- und Knetmaschine gemäß DE-AS 16 79 884 zwei gleichsinnig drehende, d. h. nicht dicht kämmende Schnecken vorgesehen, die in eine Einzugszone, eine oder mehrere Dispergierzone(n) und Längsmischzone sowie eine Austragszone unterteilt sind. Die einzelnen Abschnitte dieser Schnecken unterschieden sich in der Gangzahl sowie in der Gewindesteigung. Durch die Verringerung der Gangzahl werden die zuvor in den einzelnen Gängen getrennt geförderten Masseströme vereinigt. Dabei stellt der Abschnitt mit der höheren Gangzahl die förderwirksamere Zone, deren Druckaufbauvermögen indes relativ gering ist, dar, während der Abschnitt mit der kleineren Gaiigzahl und größeren Gewindesteigung aufgrund der nicht dicht kämmenden Gewindeprofile mit etwa halbkreisförmig ausgebildeten Gewindenuten Längsmischeffekte bewirken soll. Bei solchen Gewinden sperren sich jedoch die Gänge kaum ab, so daß deren Förderwirkung in etwa mit derjenigen von Einschnekkenextrudem vergleichbar ist. Es bilden sich in Druckaufbauzonen, beispielsweise in der Austragszone, lange Stauzonen aus, d. h. Zonen mit vollständiger Füllung der Gewindegänge, in denen Druckströmungen entstehen, die der eigentlichen Förderrichtung bzw. Förderströmung entgegengerichtet sind. Daraus resultiert wiederum eine beachtliche Energiedissipation, die ■> jedoch unerwünscht istIn order to achieve good dispersing and longitudinal mixing effects, a known mixing and Kneading machine according to DE-AS 16 79 884 two rotating in the same direction, d. H. not tightly combing snails provided that in a feed zone, one or more dispersing zone (s) and longitudinal mixing zone as well as a Discharge zone are divided. The individual sections of these snails differ in the number of flights as well as in the thread pitch. By reducing the number of gears, those previously in the individual Gears separately conveyed mass flows combined. The section with the higher number of gears provides the The more effective zone, the pressure build-up capacity of which is relatively low, while the section with the smaller number and larger thread pitch due to the not closely intermeshing thread profiles to cause longitudinal mixing effects with approximately semicircular thread grooves. With such threads However, the aisles barely block each other, so that their conveying effect is roughly the same as that of single-screw extruders is comparable. It forms in pressure build-up zones, for example in the discharge zone, long congestion zones, d. H. Zones with complete filling of the threads in which pressure flows arise that are opposite to the actual conveying direction or conveying flow. This results again a considerable energy dissipation, the ■> however, it is undesirable

Dasselbe gilt für eine weitere bekannte Schneckenpresse (DE-PS 8 79 164) mit sich tangierenden Schnekken in der Austragszone. Eine heutigen Anforderungen genügende gute Förderwirkung ist mit sich tangieren-The same applies to another known screw press (DE-PS 8 79 164) with tangent screws in the discharge zone. A good conveying effect that meets today's requirements is affected by

lu den Schnecken, die zudem nur geringe Friktionswärme erzeugen sollen, nicht zu erreichen, da insbesondere beim Austragen gegen hohe Drucke ein großer Rückstau der zähplastischen Massen in die Förderschnecken nicht zu vermeiden ist und somit lange Austragszonen erforderlich werden.lu the snails, which also have only low frictional heat should produce, not to be achieved, especially when discharging against high pressures a large Backwater of the viscoplastic masses in the screw conveyors cannot be avoided and thus for a long time Discharge zones are required.

Bekannte Doppelschneckenextruder mit gegenläufig dicht kämmenden Schnecken und Austragslängen von im allgemeinen 3 bis 8 D können nur mit vergleichsweise geringen Durchsätzen betrieben werden, da bei höheren Drehzahlen der Verschleiß nicht mehr beherrschbar ist (»österreichische Kunststoff-Zeitschrift«, Sonderheft Kunststoffkolloquium Leoben 1978, Seiten 46 bis 50, »Kunststoffe«, 58. Jahrgang, 1968, Heft 6, Seiten 354 bis 402, und »GAK«, 9/1978, Jahrgang 31, Seiten 632 bis 640). Die geringen Drehzahlen erfordern jedoch für schwierige Misch- und Homogenisieraufgaben mehrere hintereinander geschaltete Misch- bzw. Aufbereitungszonen. Außerdem besitzen derartige Maschinen in der Regel eine zu lange energiedissipierende Austragszone, so daß auch aus diesem Grund bei geforderter schonender Aufbereitung die Drehzahlen niedrig gehalten werden müssen.Known twin screw extruders with tightly intermeshing screws in opposite directions and discharge lengths of generally 3 to 8 D can only be operated with comparatively low throughputs, since wear can no longer be controlled at higher speeds ("Österreichische Kunststoff-Zeitschrift", special issue Kunststoffkolloquium Leoben 1978, page 46 bis 50, "Kunststoffe", 58th year, 1968, issue 6, pages 354 to 402, and "GAK", 9/1978, year 31, pages 632 to 640). However, the low speeds require several mixing or preparation zones connected in series for difficult mixing and homogenizing tasks. In addition, such machines generally have an energy-dissipating discharge zone that is too long, so that for this reason too, when gentle processing is required, the speeds have to be kept low.

Höhere Drehzahlen lassen sich nach dem Stand der Technik bei gegenläufig drehenden Schnecken nur mit nicht kämmenden Wellen realisieren. Höhere Drehzahlen gestatten zwar die Verwendung einer einzigen Misch- bzw. Aufbereitungszone, bringen aber den Nachteil mit sich, daß bei dem geringen Druckaufbauvermögen der nicht kämmenden Schnecken zu große Rückstaulängen und unerwünschte Energiedissipation vor Druckverbrauchern auftreten, was zu erheblichem Polymerabbau führen kann. Aus diesem Grunde werden solche Anlagen oft zweistufig betrieben, wobei ein langsam laufender separater Austragsextruder den Druckaufbau gegen das Ausformwerkzeug übernimmt. Außerdem besitzen die nicht kämmenden Schnecken kein vom Reibwert des Gutes unabhängiges Einzugsund Förderverhalten.
Es war Aufgabe der Erfindung, einen Schneckenextruder zum kontinuierlichen Aufbereiten plastifizierbarer Massen zu schaffen, der von den geschilderten Mangeln frei ist, und bei kurzer Bauweise eine vollständige Aufbereitung und Homogenisierung mit geringem Energieaufwand erlaubt.According to the state of the art, higher speeds can only be achieved with screws rotating in opposite directions with non-meshing shafts. Higher speeds allow the use of a single mixing or processing zone, but have the disadvantage that, given the low pressure build-up capacity of the non-meshing screws, excessive backlog lengths and undesirable energy dissipation in front of pressure consumers occur, which can lead to considerable polymer degradation. For this reason, such systems are often operated in two stages, with a slow-running separate discharge extruder taking over the pressure build-up against the forming tool. In addition, the non-meshing screws have no intake and conveying behavior that is independent of the friction coefficient of the goods.
It was the object of the invention to create a screw extruder for the continuous processing of plasticizable masses which is free from the defects described and which, with a short construction, allows complete processing and homogenization with little energy consumption.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs enthaltenen Maßnahmen gelöst, für die nur in der Gesamtkornbination des Anspruchs Schutz begehrt ist.This object is achieved by the measures contained in the characterizing part of the claim, for which is only sought in the overall combination of the claim protection.

Es hat sich gezeigt, daß bei vielen Polymerenwerk stoffen im Einzugs- und Aufbereitungsteil kein nennenswerter Verschleiß auftritt, wenn die Einzugszone mit dicht kämmenden gegenläufigen Schnecken ausgerüstet ist und die Schnecken mit den genannten Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Auch der befürchtete Verschleiß in der dicht kämmenden Austragszone und die dort befürchtete hohe Energiedissipation verbunden mit unzulässigem Polymerabbau tritt nicht ein, wenn die geometrische Ausbildung der Austragszo-It has been shown that with many Polymerenwerk materials in the feed and processing part no noteworthy Wear occurs when the feed zone is equipped with tightly meshing counter-rotating screws and the screws are operated at the stated peripheral speeds. Also the feared Wear in the tightly meshing discharge zone and the high energy dissipation feared there associated with impermissible polymer degradation does not occur if the geometric design of the discharge zone

ne in den erfindungsgemäßen Grenzen gehalten wird.ne is kept within the limits according to the invention.

Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneckenextruders ist in der Zeichnung anhand der F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutertAn exemplary embodiment of the screw extruder according to the invention is shown in the drawing on the basis of FIG. 1 to 3 shown schematically and explained in more detail below

Der Schneckenextruder ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 in drei Zonen unterteilt. Die Einzugszone E hat die Aufgabe, die in das die Schneckenwellen umgebende Gehäuse G geförderten Massen der eigentlichen Misch- bzw. Aufbereitungszone M zuzuführen. Durch den Pfeil X ist die Zugabceinrichtung angedeutet Die Schneckenprofile in der Einzugszone sind dicht kämmend zueinander angeordnet und besitzen damit zwangsfördernde Eigenschaften, so daß eine vom Reibwert der Massen und Förderwiderstand weitgehend unabhängige Förderung und daher ein sehr gleichmäßiger Produktstrom erzielbar ist Besonders geeignet sind ein- oder mehrgängige, trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen Wi zwischen 0,5 und 2 D(D= Außendurchmesser eines Schneckenelements). Ferner hat sich eine Länge der Einzugszone von 2 bis 5 D insgesamt als vorteilhaft erwiesen.The screw extruder is in the exemplary embodiment according to FIG. 1 divided into three zones. The feed zone E has the task of feeding the masses conveyed into the housing G surrounding the screw shafts to the actual mixing or processing zone M. The adding device is indicated by the arrow X. The screw profiles in the feed zone are arranged closely meshing with one another and thus have positive conveying properties, so that conveyance largely independent of the coefficient of friction of the masses and conveying resistance and therefore a very uniform product flow can be achieved Multi-thread, trapezoidal screw elements with pitch Wi between 0.5 and 2 D (D = outer diameter of a screw element). Furthermore, a length of the feed zone of 2 to 5 D has proven to be advantageous overall.

Auf die Einzugszone £ folgt eine einzige Misch- bzw. Aufbereitungszone M, die im allgemeinen nicht dicht kämmende, mehrgängige Schneckenelemente großer Steigung, und z.T. mit verringertem Schneckendurchmesser und/oder speziell gestalteten Knetscheiben aufweist, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, daß sie gemäß F i g. 2 größere freie Querschnitte A₂ als die davor oder danach angeordneten Förderzo:nen besitzen. Auch kann sowohl mit konstanter als auch mit kontinuierlich sowie diskontinuierlich veränderlicher Steigung gearbeitet werden.The feed zone £ is followed by a single mixing or processing zone M, which generally does not have tightly intermeshing, multi-turn screw elements with a large pitch, and in some cases with a reduced screw diameter and / or specially designed kneading disks, which are characterized in particular by the fact that they are in accordance with F i G. 2 have larger free cross-sections A ₂ than the conveyor zones arranged before or after. It is also possible to work with both a constant and a continuously and discontinuously variable slope.

Die Misch- bzw. Aufbereitungszone M kann an beliebiger Stelle durch eine Vorrichtung abgestaut werden, die aus einem oder mehreren profilierten radial beweglichen Stempeln besteht und bis auf den Schneckenkern verschoben werden kann. Abhängig vor den eingesetzten Misch- und Knetelementen beträgt dieThe mixing or processing zone M can be dammed at any point by a device which consists of one or more profiled, radially movable rams and can be moved up to the screw core. Depending on the mixing and kneading elements used, the

ίο Länge der Misch- bzw. Aufbereitungszone etwa 4 bis 12 D. ίο Length of the mixing or processing zone approx. 4 to 12 D.

Die nachfolgende Austragszone A hat die Aufgabe, die plastifizierte Masse einem nachgeschalteten, an sich bekannten Formgebungswerkzeug (in der Zeichnung nicht dargestellt) zuzuführen. Erfindungsgemäß ist die Austragszone 0,5 bis 1,5 D lang und besitzt ebenso wie die Einzugszone dicht kämmende, vorzugsweise trapezförmige Schneckenelemente mit Gangsteigungen H₂ von 0,3 bis 1 D. Die Schneckenelemente in der Austragszone sind eingängig oder mehrgängig ausgebildet und weisen entsprechend kleine freie Querschnitte Ai (Fig.3) auf. Durch die hohe Schneckenumlaufgeschwindigkeit von 1 bis 2,5 m/s wird bewirkt, daß der Schneckenextruder mit hohen Durchsatzleistungen betrieben werden kann. Die spezielle geometrische Ausbildung der Schnecke in der Austragszone ermöglich· bei hohen Drehzahlen ein Austragen der plastischen Massen gegen hohe Drücke ohne nennenswerten Verschleiß und ohne unzulässig hohe Energiedissipation und Poäymerabbau.The following discharge zone A has the task of feeding the plasticized mass to a downstream, known shaping tool (not shown in the drawing). According to the invention, the discharge zone is 0.5 to 1.5 D long and, like the intake zone, has tightly intermeshing, preferably trapezoidal screw elements with pitches H ₂ of 0.3 to 1 D. The screw elements in the discharge zone are single-thread or multi-thread and have accordingly small free cross-sections Ai (Fig.3). The high screw speed of 1 to 2.5 m / s means that the screw extruder can be operated with high throughputs. The special geometric design of the screw in the discharge zone enables the plastic masses to be discharged against high pressures at high speeds without significant wear and without inadmissibly high energy dissipation and polymer degradation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Screw extruder for the continuous preparation of plasticizable masses with two in one Working cylinder parallel to each other, counter-rotating screws, which are in a feed zone, a processing zone and a discharge zone is subdivided and the closely intermeshing Screw profiles are arranged in the feed zone and in the discharge zone, marked through the combination of the following known features: