DE3026842A1 - Doppelschnecken-entgasungsextruder zum entgasen von thermoplastischen materialien o.dgl. - Google Patents

Doppelschnecken-entgasungsextruder zum entgasen von thermoplastischen materialien o.dgl.

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DE3026842A1
DE3026842A1 DE19803026842 DE3026842A DE3026842A1 DE 3026842 A1 DE3026842 A1 DE 3026842A1 DE 19803026842 DE19803026842 DE 19803026842 DE 3026842 A DE3026842 A DE 3026842A DE 3026842 A1 DE3026842 A1 DE 3026842A1
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Description

Doppelschnecken-Entgasungsextruder
zum Entgasen von thermoplastischen
Materialien oder dergleichen
Die Erfindung betrifft einen Doppelschnecken-Entgasungsextruder zum Entgasen von thermoplastischen Materialien oder dergleichen mit einer Plastifizier- und Homogenisierstufe und einer Entgasungs- und Ausstoßstufe.
Zum Entgasen sind Zweistufenextruder bekannt mit zwei neben- bzw. übereinander angeordneten Extrudern, die separat angetrieben werden (US-PS 3 470 584). Der thermoplastische Kunststoff wird vom ersten Extruder, der die Plastifizier- und Homogenisierarbeit leistet, in eine Vakuumkammer gefördert, in der eine intensive Entgasung stattfindet. Von der Vakuumkammer gelangt dann das entgaste Material in den zweiten Extruder, der als Ausstoßextruder ausgebildet ist.
Mittels einer derartigen Einrichtung können thermisch empfindliche, pulverförmige Materialien verarbeitet werden, wobei auf der einen Seite durch die Anordnung der zwei separaten Extruder sichergestellt wird, daß keine Überhitzungserscheinungen des Materials durch eine überhöhte Scherung erfolgt und wobei auf der anderen Seite eine gute Entgasung durch die sehr große Vakuumkammer erzielt wird. Nachteilig ist diese Anordnung deswegen, weil zwei separate Antriebe notwendig sind sowie die Einrichtung einen hohen Raumbedarf hat.
Die Verarbeitung eines thermoplastischen Kunststoffes, der einer starken Entgasung während des Extrudierprozesses unterworfen werden muß, schafft viele Probleme. Um ein Material ausreichend entgasen zu können, werden große Materialoberflächen benötigt. Da beim Anschluß eines Unterdruckes im Entgasungsbereich eine Schmelze infolge der verdampfenden flüchtigen Bestandteile stark aufschäumt, ist eine gute Entgasung jedoch nur dann realisier-
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bar, wenn innerhalb des Extruders viel freies Volumen für den Aufschäumvorgang geschaffen wird.
Die Schaffung eines großen freien Volumens innerhalb eines Doppelschneckenextruders ist insbesondere dann von besonderer Bedeutung, wenn dem zu verarbeitenden thermoplastischen Material Wasser zugegeben wird, welches innerhalb des Extruders über den Siedepunkt erhitzt wird und somit in der Vakuumstufe, in der eine Druckentlastung des Materials durchgeführt wird, als Wasserdampf anfällt und die Schmelze stark aufschäumt. Der Wasserdampf reißt freie Honomeranteile mit sich, wodurch eine ausgezeichnete Entgasung des thermoplastischen Materials durchführbar ist.
Wenn man sich also ein derartiges Entgasungsverfahren zunutze machen will, ohne auf die ausgezeichneten Plastifizier- und Homogenisierwirkungen eines Doppelschneckenextruders zu verzichten, ist es unerläßlich, innerhalb eines Doppelschneckenextruders ein sehr großes freies Volumen zu schaffen. Auf der anderen Seite steht dem entgegen, daß die Schnecken eines Doppelschneckenextruders, die zwecks guter Förderleistung und Selbstrdnigung im kämmenden Eingriff zueinander stehen, nicht beliebig im Kerndurchmesser reduziert werden können, da dann das Auskämmen des Schneckenkerns durch den Außendurchmesser der Schnekkenstege nicht mehr gewährleistet ist. Somit bereitet die Schaffung von freiem Volumen bei Doppelschneckenextrudern erhebliche Schwierigkeiten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Doppelechnecken-Entgasungsextruder so auszubilden, daß damit gute Plastifizier- und Homogenisierergebnisse, insbesondere jedoch ausgezeichnete Entgasungsergebnisse erzielt werden können, auch dann, wenn dem Material V/asser als Entgasungshilfe (stripping agent) zugegeben wird.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegte
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Lehre gelöst.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Doppelschnecken-Entgasungsextruders sind insbesondere darin zu sehen, daß zwei extrem unterschiedliche Verfahrensbedingungen in einer Maschine auf sehr vorteilhafter Weise miteinander vereinigt und durchgeführt werden können.
So benötigt man für die erste Stufe sum Plastifizieren des zu verarbeitenden I'aterials ein hohes Drehmoment (erreicht man durch großen Xerndurchmesser) und für das Homogenisieren und z.3. -Einmischen von Schleppmitteln (stripping agents) hohes Schergefälle (erreicht man durch geringe Schneckengangtiefe gleich großer Kerndurchmesser).
In der zweiten Stufe, d.h. im Entgasungs- und Ausstoßteil werden erfindungsgemäß ein ausschließlich großes Volumen (gleich kleiner Kerndurchmesser und größerer Außendurchmesser) und geringes Schergefälle infolge der größeren Schneckengangtiefe realisiert.
In vorteilhafter Weise wird zur Volumensvergrößerung zusätzlich eine vergrößerte Steigung der Schneckenstege vorgesehen, d.h., daß der Winkel zwischen einer gedachten vertikalen Linie und den Schneckenstegen in der Entgasungs- und Ausstoßstufe größer ist als- in der Plastifizier- und Homoprenisierstufe.
Es v/erden somit in der ersten Stufe ausgezeichnete Plastifizier- und Homogen!3ierwirkungen erzielt. Die Schneckendrehzahl kann für den gev/ünschten Ausstoß frei gewählt '.verden, ohne daß auf die zv/eite Stufe Rücksicht genommen werden muß. Je nach Wahl des Durchiaesserverhältnisses kann ausgehend von der ersten Stufe, die im allgemeinen den Abmessungen des Standardextruders entspricht, für die Sntgasungs- und Ausstoßstufe max. das dreifache Fördervolumen erzielt werden. Der in diesem Bereich im Vergleich zur Standardmaschine geringe Sehneckenkerndurchmesser
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kann akzeptiert werden, da das bereits aufgeschmolzene Material nur noch ein relativ geringes Drehmoment der Schnecke benötigt.
Bei Baukastenschnecken, deren Teile auf einem Zuganker bzw. Dorn aufgezogen werden, kann in vorteilhafter Weise der Dorn im Bereich der Entgasungs- und Ausstoßzone auch mit verringertem Durchmesser ausgeführt werden, um die Vergrößerung des Volumens in diesem Bereich durch auf den Dorn aufzuziehende, einen noch geringeren Kerndurchmesser aufweisende Schneckenteile zu begünstigen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der zweiten Stufe stellt eine ausgezeichnete Entgasung des zu verarbeitenden Materials sicher, weil viel freies Volumen unterhalb der Entgasungsöffnung geschaffen wurde. Durch den stark reduzierten Kerndurchmesser, bei gleichzeitiger Erweiterung des Innendurchmessers des Zylinders in der Entgasungsstufe, entsteht ein großes Fördervolumen und damit auch ein großes freies Volumen.
Durch diese Maßnahme wird die Förderleistung stark erhöht, so daß auch bei starkem Aufschäumen einer Schmelze verhindert werden kann, daß sich die Gänge im Entgasungsbereich komplett füllen.
Weiterhin wird durch die Schaffung von viel freiem Volumen sichergestellt, daß kein Material in die Entgasungsöffnung hochsteigen und den Entgasungsvorgang stören kann. Auch wird eine äußerst schonende Materialbehandlung durch eine derartige Ausbildung der zweiten Stufe erreicht, v/eil wenig Scherung des Materials stattfindet und somit keine ungewollte Temperaturerhöhung eintreten kann.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Draufischt auf einen Doppelschnecken-Entgasungsextruder.
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Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II in Fig. 1.
Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie IH-III in Fig. 1.
Der Doppelschnecken-Entgasungsextruder besteht aus mehreren Gehäuseabschnitten 1 bis 5· In. dem Gehäuse befinden sich zwei miteinander kämmende Schnecken 6 und 7· Der Doppelschnecken-Sntgasungsextruder setzt sich aus der Stufe 8, der Plastifizier- und Homogenisierstufe und der Stufe 9, der Sntgasungs- und Ausstoßstufe zusammen. An den einzelnen Gehäuseabschnitten 1 bis 5 sind jeweils an den Enden Flansche ausgebildet, um die einzelnen Abschnitte miteinander verschrauben zu können.
In dem Gehäuseabschnitt 1 befindet sich die Einfüllöffnung 10 und an dem Gehäuseabschnitt 4- die Entgasungsöffnung 11. Zwischen den Stufen 8 und 9 befinden sich an der Innenseite der Zylinder ein im Querschnitt etwa trapezförmig ausgebildetet Ring 12.
Die kämmenden Doppelschnecken 6 und 7 bestehen aus einzelnen, auf Dornen bzw. Zugankern 13 und 14 aufgezogenen Schneckenteilen. Die einzelnen Schneckenteile sind mittels Paßfedern 15 und 16 gegen Verdrehung gesichert. Neben der Einfüllöffnung 10 befinden sich zwei Schneckenteile 17 mit einem Rückfördergewinde, um zu vermeiden, daß thermoplastisches Material in die nicht gezeigte Antriebseinheit eindringt. Unterhalb der Einfüllöffnung 10 befinden sich eingängige Schneckenteile 18 mit schmalen Stegen 19, wodurch ein großes Einzugsvolumen in diesem Bereich geschaffen wird. An die Schneckenteile 18 schließen sich ebenfalls eingängige Schneckenteile 20 an, die breitere Stege aufweisen und somit einen Druckaufbau ermöglichen. An Tei 20 schließt sich ein Teil 21 an, welches wiederum in Förderrichtung das Material zu Knetscheiben 22 weitergibt. Die Knetscheiben 22 haben insbesondere die Aufgabe, eine ausstreichende Funktion zu ermöglichen, d.h., das zu homogenisierende Material wird zwischen den Rücken der' Knetscheiben und der Zylinderinnenwand zu einer dünnen Schicht ausgestrichen.
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Die Teile 23 üben überwiegend eine Förderfunktion aus, während die Zahnscheiben 24- eine Mischfunktion haben. Unter Zahnscheiben sind ringförmig ausgebildete Scheiben mit außen halbkreisförmig ausgefrästen Nuten zu verstehen.
Das Übergangsstück 25 ist konusförmig ausgebildet und ohne ^ede Profilierung.
In der Entgasungs- und Ausstoßzone 9 sind unter der Entgasungsöffnung 11 mehrgängige Schneckenteile 26 mit Stegen 27 angeordnet. Ausgehend von Übergarigsririg 25 reduziert sich der Eern.-durclamesser S in der Plastifizier- und Homogsnisierstufe auf den Kerndurchmesser k in der Entgasungs- und Ausstoßstufe.
Gleichzeitig erweitert sich der Zylinderinnendurchmesser von d in der Plastifizier- und Homogenisierstufe auf D in der Entgasungs- und Ausstoßstufe.
Durch die vorerwähnten Maßnahmen wird in der Entgasungs- und Ausstoßstufe das freie "Volumen, um etwa das 1,5- "bis 2,5-fache vergrößert.
In Fig. 2 wird die Gangtiefe in der Plastifizier- und Homogenisierstufe mit 28 bezeichnet und mit 29 die Gangtiefe (Fig. 3) in der Entgasungs- und Ausstoßstufe 9.
An die mehrgängigen Teile 26 schließen sich die eingängigen Teile 30, die Zahnscheiben 31, die eingängigen Teile 32 sowie die Teile 33 mit breiten Stegen an. Von hier aus gelangt das Material in ein nicht gezeigtes Spritswerkzeug, beispielsweise einem Profilkopf für die Herstellung eines Fensterrahmenprofils.
In einem praktischen Beispiel wurden ABS-Pulver in die Einspeiseöffnung 10 eingegeben und auf 260° C erhitzt. Gleichzeitig mit dem A3S-Pulver wurde 1 - 2 % Wasser in die Einfülle ff nune:
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BAD ORiGJNAt
10 gegeben, welches in der Plastifisier- und Homogenisierstufe auf über den Siedepunkt erhitzt wurde, nachdem das Material die Zahnscheiben 24 passiert hat und in die Entgasungs- und Ausstoßstufe gefördert worden ist, erfolgt eine totale Druckentlastung auf 10-50 mbar absolut in dem mehrgängigen Teil 26 unter der Entgasungsöffnung 11. Durch diese Druckentlastung schäumt das Material stark auf, die Blasen reißen auf und der Wasserdampf reißt die in der Schmelze befindlichen Monomere, Acrynitrag, Styrol usw., mit.
Bei aine πα Vergleichsvsrsuch mit eines Doppelschneckenextruder mit gleichbleibendem Kern- und Außendurchmesser der Schnecke und des Gehäuses sowohl in der Plastifizier- und Homogenisierstufe als auch in der Sntgasungs- und Ausstoßstufe mit 90 mm Schneckendurchmesser wurde ein Ausstoß von 800 kg/h erreicht, jedoch konnte der Druck nicht unter 300 mbar absolut abgesenkt werden, ohne daß die Schneckengänge komplett gefüllt waren. Bei gleichbleibender max. Drehzahl mußte deshalb der Ausstoß auf 500 kg/h abgesenkt werden, damit der für eine gute Entgasung notwendige absolute Druck von 20 mbar eingestellt werden konnte, ohna daß die Gänge überfüllt waren.
Mit einer erfindungsgemäßen Ausführung des Doppelschnecken-Entgasungsextruders mit einem Schneckenäurchmesser von 90 mm in der Plastifizier- und Horaogenisierstufe und einem Schneckendurchmeaser von 97 mn und einem Kerndurchmesser von 65 mra in der Entgasung- und Ausstoßstufe, konnte bei gleicher Drehzahl eine Ausstoßleistung von 800 kg/h,bei einem Druck von 20 mbar absolut, gefahren werden, wobei trotz der hohen Leistung eine ausgezeichnete Entgasung erzielt wurde.
Es ergeben sich für die Steigerung der Ausstoßleistungen von 500 auf 800 kg/h für die Maschine nur geringe Mehrkosten für die in diesem Bereich vergrößerten Schneckenteile.
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ZUSAMNEIfFASSUFG
Die Vorteile eines Doppelschneckenextruders, insbesondere die gute Plastifizier- und Homogenisierwirkung sollen erhalten bleiben, bei gleichzeitiger überdurchschnittlich guter Entgasungsleistung des Extruders. Erreicht wird dieses Ziel durch die Aufteilung des Doppelschneckenextruders in zwei Stufen a) die Plastifizier- und Homogenisierstufe mit hohem Schneckendrehmoment und b) der Entgasungs- und Ausstoßstufe, in der ein großes freies Entgasungsvolumen verwirklicht wird durch eine Reduzierung des Schneckenkerns, durch eine Erweiterung des Schneckengehäuses und durch eine Anpassung der Schneckendurchmesser an die jeweiligen Gehäusedurchmesser in der Entgasungs- und Ausstoßstufe.
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BEZ U GSZEICHSN L ISTE
1 = Gehäuseabschnitt
2 Gehäuseabschnitt
3 = Gehäuseabschnitt
4 = Gehäuseabschnitt
5 = Gehäuseabschnitt
6 = Schnecke
7 = Schnecke
8 Plastifisier- und Homogenisierstufe
9 = Entgasungs- und Aussto^stufe
10 Einfüllöffnung
11 = Entgasungsöffnung
12 = Hing
13 = Zuganker (Dorn)
14 = Zuganker (Dorn)
15 Paßfedern
16 Paßfedern
17 Rückfördergewinde
18 eingängiges Teil
19 schmale Stege
20 " eingängiges Teil
21 Schneckenteil
22 = Knetscheiben
23 = eingängiges Teil
24 = Zahnscheiben
25 = Übergangsring
26 = mehrgängiges Teil
27 = Stege
28 = Gangtiefe
29 Gangtiefe
30 = eingängiges Teil
31 = Zahnscheibe
32 = eingängiges Teil
33 = eingängiges Teil mit breiten Stegen
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Claims (3)

Unser Zeichen: 870 Hannover, den 15. Juli 1980 by/zu HERMANN BERSTORFF Maschinenbau GmbH An der Breiten Wiese 3/5 D-3OCO Hannover 61 PATENTANSPRÜCHE
1. Doppelschnecken-Entgasungsextruder zum Entgasen von thermoplastischen Materialien oder dergleichen mit einer Plastifizier- und Homogenisierstufe und einer Entgasungs- und Ausstoßstufe,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneckenteile in der Entgasungs- und Ausstoßstufe (9) einen gegenüber den Schneckenteilen in der Plastifizier- und Homogenisierstufe (8) reduzierten Kerndurchinesser (k) aufweisen, daß das Doppelschrieckengehäuse in der Entgasungs- und Ausstoßstufe (9) jeweils einen erweiterten Innendurchmesser (D) aufweist gegenüber dem jeweiligen Innendurchmesser (d) des Doppelschneckengehäuses in der Plastifizier- und Homogenisierstufe (8) und daß der Außendurchmesser der Schneckenteile in der Entgasungs- und Ausstoßstufe (9) etwa dem geweiligen Gehäuseinnandurchmesser (D) entspricht.
2. Doppelschnecken-Entgasungsextruder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
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daß die Steigung der Senneckenstege, d.h. der Winkel zwischen einer gedachten vertikalen Linie und den Schneckenstegen in der Entgasungs- und Ausstoßstufe (9), größer ist als in der Plastifizier- und Homogenxsierstufe (8).
3. Doppeischnecken-Entgasungsextruder nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuganker (13, 14-),auf dem die einseinen Schneckenteile aufgezogen werden, in der Entgasungsund Ausstoßstufe (9) im Durchmesser gegenüber dem Dorndurchmesser in der Plastifizier- und Homogenisierstufe (8) verringert ausgebildet sind.
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