DE2012322A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Strangpress verarbeitung - Google Patents

Description

PATE NTANWALTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. RWEiNHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

14. März 1970 ^Case Ö-7644-C

Union Carbide Corporation

27O Park Avenue

New York, N.Y. 10017

USA

Verfahren und Vorrichtung zur Strangpressverarbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf das Kompoundieren, d.h. Verarbeiten von plastischem Material, wie z.B. Kunststoffmaterial auf dem Wege der Extrusion bzw· des Strangpressens, was nachstehend kurz als Strangpreasverarbeitung bezeichnet wird· Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strangpreesverarbeitung einer Hehrzahl von Strömen aus plastischem Material bzw. Kunsthersmaterial (das nachstehend der Einfachheit halber kurz als Kunststoff material bezeichnet wird) und zwar unter Verwendung einer Extrusion·- bzw. Strangpressvorriohtung mit DoppeIsohneoke.

Bei den üblichen Arbeitsgängen zur Strangpressverarbeitung von Kunststoff mterial, bei denen für die Verarbeitung des Materials nur kurze Verweilzeiten erforderlich sind, wird für das Kompoundieren nur ungefähr die Hälfte de· zur Verfügung stehenden Sohneckendrehmomente des Antriebes ausgenutzt. Seit langem besteht aber das Bestreben, den Wir-

009841/1644

kungsgrad des Arbeitsganges dadurch zu verbesssern, dass ein grösserer Anteil des zur Verfügung stehenden Drehmomentes zum Kompoundieren (nachstehend auch kurz als "Verarbeiten" bezeichnet) ausgenützt wird, ohne dass eine Einbuße in der Qualität des Produktes oder seiner Gleichmässigkeit entsteht.

Ein Versuch zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Drehmomentausnutzung wurde in der Richtung beschritten, dass man Kunststoffmaterial getrennt voneinander in getrennte Zonen ein und derselben, mit einer Doppel-

(extruder compounder)

schnecke versehenen Strangpressverarbeitungsmaschine/bzw. ein und der-

en

selben mit einer solchen Doppelschnecke versehen/strangpressmaschine zuführte. Wie sich aus Seite 4I des Werkes "Plastic Extrusion -Technology and Theory" (Kunststoffstrangpress-Techniogie und -Theorie) von Dr. G. Schenkel, American Elsevier Publishing Co., New York, New York,, erste Veröffentlichung in Deutschland 1963, Verlag Carl Hanser) ergibt, werden bei einer solchen Doppelschnecken-Strangpresse, deren Sohneoken an voneinander abliegenden Enden angetrieben werden, zwei getrennte, an gegenüberliegenden Enden des Strangpressgehäuses befindliche Eingangs ströme aus Kunststoff material verwendet, wobei je eine Hälfte der Strangpresse eine Schnecke oder Schnecken bzw. Förderschrauben mit entgegengesetzter Steigung wie die Sohnecke bzw. Schnecken in der jeweils anderen Hälft· der Strangpresse aufweist und diese Schnecken dazu dienen, je einen der Kunststoffmaterialströme durch getrennte Verarbeitungszonen der Strangpresse hinduroh zu einem gemeinsamen Auslass zu fördern, der sich in der Mitte bzw. in dem mittleren Bereich des Gehäuses befindet.

Zwar besitzt nun eine solche Strangpressverarbeitungsmaschine verbesserte Eigenschaften hinsiohtlioh des Wirkungsgrads der Drehmomentausnutzung,

009841/1644

treten, aber "bei dieser Bauweise andere Schwierigkeiten auf»

Ein schwerwiegendes Problem stellt sich nämlich bei dieser Strangpressverarbeitungsmaschine durch das Auftreten einer gegenseitigen Winkelstellung-Abweiehung der Schrauben an denjenigen Enden der Schrauben» die sich gegenüber dem jeweils angetriebenen Ende befinden. Diese Abweichung in der gegenseitigen Winkellage macht es unmöglich, enge Zwischenräume zwischen den Schrauben und dem Gehäuse zu erhalten, obwohl solche geringe Zwischenräume ausserordentlioh notwendig sind» um sowohl einen guten Wirkungsgrad bei der Verarbeitung zu gewährleisten als auch die Strangpressverarbeitungsmaschine gut instand halten und warten zu können.

Die Erfindung bezweckt daher in erster Linie, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strangpressverarbeitung von Kunststoff mit Doppelschnecke zu schaffen, bei dem bzw. bei der die Schwierigkeiten der gegenseitigen Winkelabweichung der Schnecken vermindert werden und es dadurch möglich gemacht wird, engere innere Zwischenräume zwischen den Schnecken und dem Strangpressengehäuse zu verwenden·

Weitere Ziele und Vorteile der Ausführung der Erfindung ergeben sich in der nachstehenden Beschreibung und hinsichtlioh der Vorrichtung anhand der Zeichnungen.

Gremäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Strangpressverarbeitung ▼on Künstetoffmaterial geschaffen, bei dem getrennt voneinander mehrere Ströme bzw. eine Vielzahl von Strömen aus Kunststoffmaterial in getrennte Zonen einer Doppelschnecken-Strangpressverarbeitungsmaschine eingeführt werden, die getrennten Ströme in diesen getrennten Zonen behandelt werden und d»s behandelte Kunststoffmaterial aus diesen getrennten Zonen

00984171644

getrennt voneinander abgeführt werden, ohne dass eine Vermischung (Intermingling) des Kunststoffmaterials während der genannten Behandlung erfolgt, wobei beide dieser Doppelschrauben bzw. Doppelschnecken von ein und demselben Ende aus angetrieben werden.

Der hier vor-und nachstehend verwendete Ausdruck "getrennte Zonen" bedeutet entlang der Längsrichtung der Strangpreseverarbeitungsmaschine voneinander getrennte Zonen, wobei in dieser Maschine das zu behandelnde Kunststoffmaterial durch jede dieser Zonen ausgehend von einem getrennten Einlass bis zu einem getrennten Auslass hindurchgeht. Die Vielzahl von Strömen aus Kunststoffmaterial, die bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur StrangpressVerarbeitung durch getrennte Zonen hindurch geführt werden, können jede beliebige Anzahl, ausgehend von einer Anordnung mit

zwei Strömen oder mit mehr solchen Strömen/Äaben. Jede der Behandbzw· lungszonen muss von der benachbarten Behandlungszone/den benachbarten

Behandlungszonen in angemessener Weise getrennt ausgebildet sein.

Der hier vor- und nachstehend verwendete Ausdruck "Kunststoffmaterial" umfasst die Strangpressverarbeitung fester oder flüssiger Kunststoffmaterialien oder Mischungen solcher Materialien, und zwar sowohl von reinen bzw. getrennten solchen Materialien als auch von diesen Materialien oder Mischungen mit weiterer Zumisohung von festen Verstärkungsmaterialien, wie sie dem Fachmann bekannt sind, wie 2.B. Faeerglas, Metallfasern und dergleichen. Beispiele solcher fester Kunststoffmaterialien bzw. plastischer Materialien sind die folgenden Kunstharzet Phenolharze, Polyvinylchlorid-Harze, Polyäthylen-Harze, Polypropylen-Harze, Polysulfonharze, PoIystyrol-Harze und Epoxy-Harz·, die sowohl feit als auch flüssif sein können. Ausserdem umfasst dor vor- und nachstehend verweadete

009841/1644

Ausdruck "Kunststoffmaterial¹¹ sowohl thermoplastische als auch durch Wärme härtbare Materialien "bzw. Kunstharze. Unter den vorstehend genannten Beispielen von Kunstharzmaterialien sind diese alle thermoplastische Harze, mit Ausnahme der Phenolharze und der Epoxy-Harze.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung beide Doppelsohnecken der Strangpress» verarbeitungsmaschiiie von ein und demselben Stirnende des Mas.chinengehäuses angetrieben werden, ergibt sich eine verbesserte Wirkung, die '.darin liegt, daß die gegenseitige Abweichung in der Winkellage der Schnecken an ihren voneinander abliegenden Enden in hohem "Maße herabgesetzt wird. Diese Herabsetzung in der gegenseitigen Winkelabweichung der Schnecken erlaubt es, viel geringere Spielräume zwischen den Schnecken unter sich und zwischen jeder der Schnecken lund dem ihr zugeordneten Abschnitt der Gehäusewandung anzuwenden·

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen "Vorrichtung wird eine Strangpressverarbeitungsmaschine unter Verwendung von Zwillings schnecken zur Strangpressverarbeitung geschaffen, die in dem Gehäuse der Strangpressmaschine zusammenwirken, das eine Mehrzahl von Förderkanälen zur Zuführung des Kunststoffmaterials und zur Abfuhr für das verarbeitete bzw. komprimierte Kunstetoffmaterial jeweils in solcher Anzahl feee4*a* und Anordnung besitzt, daß eine Mehrzahl getrennter Verarbeitungszonen in der Längsrichtung des Gehäuses der Strangpressmaschine gebildet werden, und sind Mittel zum Antrieb dieser beiden genannten Zwillingsstrangpress-Schnecken vorgesehen, die durch ein und dasselbe Stirnende des Gehäuses der Strangpresse hindurchgehen.

Jed· der Strangpress-Zwiilingsschnecken (twin extruder screws) kann aus einer Mehrzahl von Schneckenabschnitten gebildet sein, die eine gemeinsame Welle

haben, wie

009841/1644

sie durch einige Herstellerfirmen angeboten werden, oder es kann jede dieser Schnecken als Einheit aus einer einzelnen Schnecke bestehen, wie sie gleichfalls durch andere Hersteller geliefert werden. In allen beliebigen Fällen können die Strangpress-Schnecken aus in weitem Maße unterschiedlichen Kombinationen bestehen oder zusammengesetzt sein, bei denen die Unterschiede in der Steigung der Schnecken und ihrer Richtung bzw. Förderrichtung liegen. Es können auch Knetblock-Abschnitte (Kneading Block Sections), wie sie in der Knet- und Mischtechnik bekannt sind und für Teile von Strangpress-Schnecken erwünscht sind, verwendet werden.

In dem Gehäuse der Strangpresse können die Zwillingssohnecken entweder in enger Nachbarschaft zueinander mit Spielraum zwischen den Schnecken, oder statt dessen sehr dicht beieinander derart angebracht und gelagert sein, dass die Gewinde- oder Schneckengänge jeder der Schnekken ineinandergreifen und die Grange der einen Schnecke zwischen die Qäxige der anderen Schnecke hinein vorragen.

Die Strangpress-Schneoken der erfindungsgemässen Vorrichtung, vorstehend auch Strangpressverarbeitungsmasohine genannt, können so angetrieben werden, dass die Sohnecken sich entweder gleichsinnig oder gegensinnig drehen. Ea ist !dar, dass für viele Arbeitsgänge die Zwillingsschnecken bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung eioh gleichsinnig drehen müssen und so ineinander greifen müssen, dass eine erwünsohte Selbstabstreifwirkung eintritt, die dazu beiträgt zu verhindern, dass «ich behandelte· bzw. vorgeschobenes Kunststoffmaterial in den Wurzeln der Schneokengänge der Strangpreee-Sohneoken aufbaut.

0098Λ1/16ΑΑ

Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen , und zwar zeigen«

3¹Ig. 1 schematisch einen lotrechten Querschnitt einer Zwillingsschneckenvorrichtung zum Strangpressverarbeiten von Kunststoff, als Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei getrennte . Verarbeitungs- bzw. Kompoundierungszonen verwendet werden;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Linie 2-2 der Fig. 1|

Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Linie 3-3 der Fig. 1|

Fig. 4 echematisch einen lotrechten Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsfora einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Strangpressverarbeitung von Kunststoff, und

Fig. 5 schematisch einen lotrechten Schnitt durch eine weitere abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Strangpressverarbeitung von Kunststoff.

Gemäss Fig. 1-3 ist eine Strangpressverarbeitungsmasohine 10 mit Strangpress-Schnecken 12 vorgesehen, die so gelagert sind, dass sie einen geringen Zwischenraum mit einem äueseren Gehäuse 14 der Strangpressma.·chine bilden, wobei die Strangpress-Schnecken 12 ihrerseits jeweils ala Zwillingsetrangpress-Sohneoken 12a und 12b ausgebildet sind· V/ie Fig« 2 zeigt_f sind die ZwillingsstrangpreeB-Schneeken 12a und 12b entlang ihren äusseren Umfangeflächen eng beieinander angebracht, aber nicht so eng, dass die Schneokengänge 16a und 16b der Strangpress-Sohnecken ineinandergreifen. Wie Fig. 3 zeigt, sind hingegen die Strangpress-Sohnecken 12a und 12b der Boppelsohneoke so eng beieinander angebracht,

009841/1644

- 8 -dass ihre Schneckengänge i6a und I6b ineinandergreifen.

Sie Extrusionsschneoken 12 sind in zwei voneinander getrennte Behandlungszonen 18a und 18b unterteilt} jede dieser Behandlungezonen wird durch einen gesonderten Einlassfülltriohter 20a bzw. 20b gespeist, und jede wird durch einen Auslasskanal 22a bzw. 22b für Kunststoffmaterial hindurch entleert.

Ein Abschnitt mit Schneckengewinde 24» dessen Steigung umgekehrt verläuft, ist zwischen den Auslassende der getrennten Verarbeitungszone 18a und dem Einlassende der getrennten Verarbeitungszone 18b derart vorgesehen, dass eine Vermischung des Kunststoffmaterials, das aioh in den beiden getrennten kompounaierenden Verarbeitungszonen befindet, nicht stattfindet.

Jede der Verarbeitungszonen ist nahe ihrem Einlassende mit einem Entlüftungsorgan 26 versehen, durch das hindurch jegliche etwa eingeschlossene Luft zu einem Entlüftungskanal hin entweioht, auf den gewünsohtenfalls ein Vakuum zum Absaugen dieser Luft ausgeübt werden kann« Der Entlüftungskanal 26 kann aus einer Öffnung bestehen, in der ein poröser Schirm oder ein gelochtes Sieb angebraoht ist, der eine Hinterlegungssohioht aus Glaswolle oder ähnlichem Material besitzt.

Wie bei 4er Ausführungeform naoh Fig. 1-3 gezeigt ist, werden.die Strangpress-Sohneoken 12a und 12b gemeinsam von einer Antriebsvorrichtung 28 aus angetrieben, die mit den Strangprese-Sohneokea so gekuppelt ist, dass sowohl die Strangpressvorriohtung 12a al· aveh die Strangpressvorrichtung 12b in der gewünsohten Drehrichtmng, entweder mit gleichem Drehsinn oder gegenläufig angetrieben werden·

009841/1644

Bei dem Betrieb der Vorrichtung wird Kunststoffmaterial JO den Einfülltrichtern 20a und 20b zugeführt und durch die Einlasskanäle 52a bzw· 32b weiter je einer der beiden getrennten Bearbeitungszonen 18a bzw. 18b der Strangpressvorriehtung 10 zugeführt. Nach der Kompounaierungsbehandlung des Kunststoffmaterials in jeder der beiden getrennten-Yerarbeitungszonen werden die Materialströme 54a und 34b durch je einen von den getrennten Auslasskanälen 22a bzw. 22b für das behandelte Kunststoffmaterial abgeführt, wonach die Materialströme weiter behandelt oder weiter verarbeitet werden können.

Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 4 sind denjenigen Bauteilen, die die gleichen Funktionen wie entsprechende Bauteile der Ausführungsform nach Fig· 1-3 ausüben, die gleichen Bezugszeichen wie in Fig· 1-3 jeweils unter Zusatz eines Striches zugeordnet. Der Unterschied zwischen der Ausführungsform nach Fig. 1 - 3 und der abgeänderten erfindungsgemässen Ausführungsform nach Fig· 4 besteht bei der letzteren darin» dass das Material in den zwei Behandlungszonen von einem gemeinsamen mittleren Einlass aus in einander entgegengesetzten Richtungen zu getrennten Auslasskanälen oder -öffnungen gefördert wird, die nahe den Enden der Vorrichtung liegen, d.h., dass die beiden Behandlungszonen nicht in Tandemanordnung vorgesehen sind, bei der die Förderrichtung in den Behandlungezonen gemäss der Ausführungsfora nach Fig· 1-3 die gleiche ist.

Bei der abgeänderten Auiführungsform naoh Fig. 5 sind diejenigen Bauteilen, die die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Bauteile bei der Ausführungefor» nach Fig. 1-5 erfüllen, mit den gleichen Bezug»zeichen wie in Fig. 1-3 unter Zusatz von zwei Strichen versehen.

009841/1644

- ίο -

Der Unterschied zwischen der Ausführungsform nach Pig· 5 gegenüber derjenigen nach Fig. 1-3 besteht darin, dass in den beiden Behandlungszonen der Vorschub des Materials in einander entgegengesetzten Richtungen ausgehend von Einlassen vor sich geht, die sich an entgegengesetzten Enden der Vorrichtung befinden, und zu einem gemeinsamen Auslasskanal führt, der sich etwa in der Mitte des Strangpressgehäuses befindet.

Bei einem praktischen Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemu-Iien Verfahrens mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung wurde eine Strangpressverarbeitungsvorrichtung in der in Fig. 1-3 gezeigten Bauart mit zwei Förderstrecken und zwei Fördereinlässen verwendet, und zwar, um Phenolharz-Form- oder -Fressmassen au behandeln. Bei den

Schnecke Strangpressen wurden Doppelsohneoken verwendet, bei denen jede/53 Hm Durchmesser besass und die von ein und demselben Ende der Vorrichtung aus in der gleichen Drehrichtung mit 300 U/min angetrieben wurde.

Die Gesamtbaulänge der eingebauten Sohneoken betrug 2344 nm> wobei zwei Behandlungszonen geschaffen wurden, von denen jede 840 mm lang war. Von dieser Länge wurden 85 mm von Knetblöoken eingenommen und bestand der Rest aus dreifachen sich überlappenden Schneokengängen, die eine

runaß Steigung bzw. Ganghöhe von 90 mm (Länge/für ein· gesamte Umdrehung)

besaasen.

Es wurde Wasserkühlung im Gehäuse der Strangpresse angewendet, wobei das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 24,6 1 pro Minute umlief und bei 60 C einen Druok von 2,8 kp/om besass.

0098Λ1 /

61,4 kg Phenolharz-Form- oder -Pressmasse wurde durch jeden der beiden Bearbeitungsabschnitte hindurchgeführt, insgesamt 122,8 kg für einen Durchgang.

Nach der Verarbeitung in der Strangpressverarbeitungsvorrichtung wurde das Material mittels einer Sohneidvorrichtung mit drehbarem Messer granuliert und klassiert. Hiernach wurde das Material nachträglich zu einer Mischung mit den folgenden Endergebnissen vermischtt

Mischzeit Scheinbare Dichte

15 Min. 0,59 g/cm⁵

30 Min. 0,61 g/cm⁵

45 Min. 0,62 g/cm⁵

009841/1644

Claims (1)

1. Dr. W. Scha:.!;, Dicl-lng. ί\ Wirth

   14. März 1970 Dv' '" Union Carbide Corporation

   / Dr. i: V^Si Ü, D. "SeI

   6 Frankfurt/M., Gr Es.hsniieimer Sfr 39

   Λ ·

   Patentansprüche :

   M.j Verfahren zur Strangpressverarbeitung von plastischen Materialien, insbesondere Kunststoffmaterial unter Verwendung einer Doppelschnecken-Strangpressverarbeitungsmaschine, wobei eine Mehrzahl von Strömen des Eunststoffmaterials getrennt bezüglich der Ströme in getrennte Zonen dieser Verarbeitungsmaschine eingeführt und eine Mehrzahl von Strömen des verarbeiteten Materials an den Auslaßenden dieser getrennten Zonen abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Doppel- oder Zwillingsschnecken (12 bzw. 12a und 12b bzw. 12a¹ und 12b¹ bzw. 12a" und 12b") von ein und demselben Stirnende her angetrieben sind bzw. antreibbar sind.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Strömen aus Kunststoff material in voneinander getrennte Zonen (I8a und 18b) eingeführt werden, die in Tandemanordnung in Längsrichtung der Doppelschnecken-StrangpressvGrarbeitungsmaschine (1O) angebracht sind.

   5· Vorrichtung zur Strangpressverarbeitung von Kunststoffmaterial bzw. plastischem Material, insbesondere nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken der Doppelschnecken-Strangpressvorrichtung (10 bzw. 10' bzw. 10") so angeordnet und in dem Gehäuse (14, 14', 14") der Strangpresse so gelagert sind, daß sie miteinander zusammenwirken, daß ferner dieses Gehäuse eine Mehrzahl von Förderöffnungen (20a, 20b bzw. 20a", 20b" bzw. 20») für die Zufuhr des Kunststoffmaterials und zur Abfuhr (22a, 22a', 22b', 22")

   009841/1644

   /Ci

   für das verarbeitete Kunststoffmaterial besitzt, die so angeordnet sind» dass sie eine Mehrzahl von voneinander gesonderten Verarbeitungszonen (18a, 18b bzw. 18a',·18b¹ bzw. 18a", 18b") begrenzen, die in der Längsrichtung des Strangpressgehäuses verlaufen, und dass die Mittel (28, 28·, 28") zum Antrieb der beiden Doppelschnecken der Strangpressvorrichtung durch ein und dasselbe Stirnende des Gehäuses dieser Vorrichtung hindurchgellen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von voneinander getrennten Verarbeitungszonen (Kompoundierungs- \ zonen 18a, 18b) in der Längsrichtung des Gehäuses (H) In Tandemanordnung aufeinanderfolgend angebracht sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelsohne eken-Strangpress vorrichtung (1O) sich gleichsinnig drehende Doppelschnecken (12a, 12b) aufweist, deren Schneokengänge (16a, 16b) ineinander eingreifen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnekken(i2a·, 12b¹ bzw· 12a", 12b") der Doppelsohnecken-Strangpressvorrioh- , tung (10·, 10") gegenläufige Schnecken sind·

   7· Vorrichtung nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander getrennte Verarbeitungszonen (18a¹ und 16b') symmetrisch angeordnet sind und der Einlage (20·) für die Zufuhr des Kunststoffes su beiden Zonen in der Mitte der Längserstreokung des Gehäuses (H¹) der Strangpresse (10») angeordnet ist.

   8, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei voneinander getrennten Verarbeitungezonen (18a", 18b") symmetrisch

   0098Λ1/16 4 4

   (22.) zueinander in der Weise angebracht sindi dass sich der Auslaas/für das verarbeitete Kunststoffmaterial aus beiden Zonen in der Mitte der Langserstreokung des Gehäuses (H") der Strangpresse (10") befindet·

   Der Patentanwalt

   09R41M644

   Leerste