DE2417865C2 - Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff durch eine Düse, mit einem den Kunststoff durchmischenden und plastifizierenden Schneckenextruder, der mit der Düse über eine Förderleitung verbunden ist, in der eine mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Fördereinrichtung, insbesondere eine Zahnradpumpe zur Dosierung und Erzeugung des Extrusionsdruckes angeordnet ist.

Durch die DE-AS 12 73 174 ist eine Vorrichtung zum Spinnen mit einer derartigen Hintereinanderschaltung von Extruder und Zahnradpumpe bekannt. Hierbei ist entsprechend dem Verwendungszweck jeweils eine Zahnradpumpe einer Düse zugeordnet, um so an allen Düsen gleichzeitig einen Faden spinnen zu können.

Durch die DF-AS 12 86 296 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, bei der, der den Extruder verlassende Malerialstrang in mtiirere Materialflüsse gleicher Temperatur zerlegt werden soll. Um die geforderte Gleichmäßigkeit sicherzu ,teilen, müssen die einzelnen Materialfliisse dann noch jeweils einer nachträglichen Temperaturbehandlung unterzogen werden. Mit den Materialflüssen gleicher Temperatur werden ebenfalls mehrere Düsen beschickt, um so mit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine mehrere Teile gleichzeitig strangpressen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, die insbesondere zum Extrudieren von Schlauchfolien und Rohren geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schneckenextruder mit der Extrusiondüse über mehrere, mit je einer Fördereinrichtung versehene Förderleitungen verbunden ist.

Hierbei übernimmt der Extruder, wie bereits bekannt, die Aufgabe der Durchmischung, während die Fördereinrichtungen in den einzelnen Zuführleitungen für gleichmäßigen Druck und Dosierung sorgen, so daß bei dem Extrudieren von Schlauchfolien oder Rohren der relativ großen, ringförmigen Düse der Kunststoff nicht nur einwandfrei durchmischt, sondern auch mit über die μ Düse gleichmäßig verteilten Druck und in gleichmäßiger Dosierung zugeführt werden kann.

Was die Widerstandsfähigkeit der Düse betrifft, gilt für die bekannten Vorrichtungen, bei denen die Düse direkt am Auslaßende des Schneckenextruders befestigt ist, daß diese bei Verwendung kleiner Düsen hoch und bei Verwendung größerer Düsen ebenfalls erwünscht ist, falls ein Produkt mit guter Qualität erzeugt und eine gute Verteilung des Materials rund um die Düse erreicht werden soll.

Es ist auch bekannt, daß alle zu extrudierenden Materialien eine optimale Verarbeitungstemperatur haben, und daß es häufig erforderlich ist, daß Material nach der Extrudierung zu kühlen. Im Hinblick darauf sind Anstrengungen unternommen worden, das Material bei einer Temperatur zu verarbeiten, die so nahe wie möglich an der tiefsten möglichen Temperatur liegt, bei der eine Extrusion noch durchführbar ist. Es ist klar, daß bei einem hohen Extrusionswiderstand der Däse die Auslaßtemperatur des Materials etwas höher als erwünscht ist, und zwar aufgrund des Aufheizeffektes der viskosen Reibung in dem Material, wenn es durch die Schnecke und die Düse hindurchgedrückt wird. Um diesem Problem zu begegnen, muß entweder der Extruder bei niedrigerer Ausgangsleistung betrieben werden, als sie an sich möglich wäre, oder die Düse muß so ausgebildet sein, daß sie dem Durchgang des Materials einen geringeren Widerstand entgegensetzt als dies für optimalen Betrieb wünschenswert wäre. Dies kann zu einer geringen Gleichmäßigkeit der Verteilung des Materials über die ganze Düsenöffnung oder zu einer Gefahr der Verschlechterung oder Zersetzung des Materials führen.

Wenn ein hoher Düsendruck vorliegt mit einer entsprechenden hohen Temperatur des austretenden Materials, ist die Verwendung relativ teurer Kühlsysteme zum Abkühlen dt?extrudierten Produktes erforderlich gewesen.

Dank der Erfindung kann der Extruder nunmehr bei einem geringeren Druck betrieben werden, und somit tritt das Material aus dem Extruder in die Förderleitung mit einer Temperatur aus, die näher an der tiefsten möglichen Arbeitstemperatur liegt als dies bisher möglich war. Somit kann selbst dann, wenn der Druck in der Düse hoch ist und die Temperatur des Materials beim Durchgang durch die Düse ansteigt, das aus der Düse austretende Material eine niedrigere Temperatur haben als dies bisher der Fall war, so daß die Kühlprobleme etwas verringert werc^;n.

Die Erfindung ist auch anwendbar in dem Fall, in dem der Extruder mit einer Entlüftungseinrichtung ζ. B. bei V in F i g. 1, versehen ist, wobei dies bei allen Extrudern in allen in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen möglich ist. Hierdurch können unerwünschte Gase und Flüssigkeiten in dem Material abgezogen oder wahlweise ein Gas oder eine Flüssigkeit in geregelten Mengen zum Erzeugen einer Masse mit Schaum- oder Zellstruktur zugeführt werden. Bei einem derartigen Extruder besteht das Erfordernis, daß über einen Teil der Länge der Schnecke der Zwischenraum zwischen benachbarten Schneckengängen nur teilweise mit dem zu extrudierenden Kunststoff gefüllt ist, so daß eine Abtrennzone für die Abtrennung des Kunststoffes und dem Gas oder der Flüssigkeit gebildet wird oder statt dessen ein Gas oder eine Flüssigkeit in den freien Raum zwischen benachbarten Schneckengängen eingeführt werden kann, um vom Kunststoff aufgenommen zu werden. Der Auslaßbereich eines derartigen Extruders muß mit Kunststoff gefüllt sein, um einen gleichmäßigen, ununterbrochenen Ausstoß zu gewährleisten. Mit derartigen EntlUftungs- oder Zuführungseinrichtungen versehene Extruder sind bekannt, jedoch teuer und schwierig zu betreiben. Durch Verwendung der mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Fördervorrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich zu dem Extruder und vorzugsweise durch Anbringung einer

Einrichtung in dem Extruder oder der Förderleitung zum Steuern des Druckes der von der Schnecke geförderten Masse, können optimale Betriebsbedingungen in wirtschaftlicher Weise als bisher möglich erreicht werden. ä

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen.

F i g. 1 zeigt eine einfache Extruderanordnung, mit der eine Einzelextrusion erreicht werden kann.

F i g. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform mit einer Extruderanordnung, mit der mehrere Extrusionsvorgänge gleichzeitig durchgeführt werden können.

F i g. 3 zeigt eine weitere Abänderung zur Durchführung einer Schlauch- oder Rohrextrudierung.

F i g. 4 bis 8 stellen weitere Abwandlungen dar.

In sämtlichen Zeichnungen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet

In der Anordnung nach F i g. 1 ist ein Schneckenextruder 10 vorgesehen, in welchem eine Masse von Material, weiche einem Einlaß 11 in Form von Körnchen oder kleinen Stücken zugeführt wird, durchmischt wird, um eine homogene, erwe^;.:hte oder plastifizierte, extrudierbare Masse zu erzeugen. Am Auslaßende des Extruders ist eine Förderleitung 12 vorgesehen, die zur Einlaßseite einer Zahnradpumpe 13 führt, die an ihrer Auslaßseite eine Düse 14 aufweist, aus der ein Extrusionsprofil 15 austritt

Es ist entsprechend F i g. 4 möglich, zwei Schneckenextruder 10 vorzusehen, von denen jeder eine Förderleitung 12 und eine Zahnradpumpe 13 hat. In diesem Falle werden Auslaßleitungen 12a von jeder Zahnradpumpe 13 so angeordnet daß sie eine gemeinsame Düse 14 versorgen. Hierdurch können zwei verschiedene Materialien der Düse 14 zugeführt werden, und zwar in gleichen oder unterschiedlichen Mengen.

Bei der Anordnung nach Fig.2 ist wiederum ein einzelner Schneckenextruder 10 mit einem Einlaß 11 an oder nahe einem Ende oder einer Förderleitung 12 am anderen En.'e vorgesehen. In diesem Fall jedoch versorgt die Förderleitung 12 einen Verteiler 16, von welchem beispielsweise vier nachgeschaltete Förderleitungen 17 zu einer Gruppe von vier Zahnradpumpen 13 führen, von denen jede eine Düse 14 aufweist, in welcher ein Extrusionsprofil 15 geformt wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 'S ist ein einzelner Schneckenextruder 10 mit Einlaß 11 und Förderleitung 12 vorgesehen, die zu einem Verteiler 16 führ», vor, welchem nachgeordnete Förderleitungen 17 zu je einer Zahnradpumpe 13 führen. In diesem Fall sind jedoch die Zahnradpumpen 13 mit Förderleitungen 21 versehen, die verschiedene am Umfang verteilte Zuführstellen einer einzelnen Extrusionsdüse 22 versorgen, mit der beispielsweise eine Schlauchfolie extrudiert werden kann.

Während bei der vorstehenden Beschreibung der Fig. 1, 2 und 3 durchwegs auf die Verwendung eines einzelnen Schneckenextruders Bezug genommen wurde, kann statt dessen in jedem Fall auch ein Mehrfachschneckenextruder verwendet werden oder auch eine Verbundanordnung von Extrudern mit einzelnen Schnecken und Mehrfachschnecken. Ferner können statt der beschriebenen Zahnradpumpen auch andere Arten von mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Fördervorrichtungen verwendet werden, wie z. B. Verdrängungspumpen mit mehreren ineinandergreifenden Schnecken. Die drei anhand von F i g. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiele für die verschiedenen möglichen Anordnungen bedacht Beispielsweise können die Anordnungen nach F i g. 2, 3 oder 4 derart abgeändert werden, daß eine Mehrschichtendüse vorgesehen wird oder daß, wie in Fig.7 gezeigt, zwei getrennte Düsen 14 und 14a vorgesehen werden, so daß aufeinanderfolgende Beschichtungen übereinander extrudiert werden können. Bei der dargestellten Vorrichtung sind zwei Schneckenextruder 10 vorgesehen, von denen jeder seine eigene Zahnradpumpe 13 über eine Förderleitung 12 versorgt, während · nachgeschaltete Auslaßleitungen 12a die Düsen 14, 14a versorgen, so daß in diesem Falle Beschichtungen aus verschiedenem Material extrudiert werden können. Wenn zwei oder mehr Beschichtungen aus dem gleichen Material gewünscht werden, dann ist nur ein Extruder erforderlich, der alle Zahnradpumpen über einen Verteiler und je einer Zahnradpumpe zugeordnete Förderleitungen versorgt. Wenn das mit dem Überzug zu versehende Element nur auf einem Teil seines Uvnfangs mit dem Material von der einen oder anderen Zahnradpumpe 13 beschichtet werden soll, kann dies erreicht werden durch Veiwendung einer einzelnen, mehrteiligen Düse 146, die von zwei oder mehr Zahnradpumpen 13 versorgt wird, wobei zwei oder mehr Schneckenextruder 10 verwendet werden. In diesen. Fall können beispielsweise mehrfarbige Beschichtungen aufgebracht werden. Fig.8 veranschaulicht eine für diesen Zweck verwendbare Anordnung.

Bei einer weiteren Ausgestaltung, die in F i g. 5 und 6 dargestellt ist und bei allen zuvor beschriebenen Anordnungen verwendet werden kann, ist ein Druckfühler 23 in der Förderleitung 12 gemäß Fig.5 oder im Auslaßbereich des Gehäuses des Schneckenextruders 10 gemäß F i g. 6 angeordnet Der Druckfühler 23 dient zum Erzeugen eines Rückmeldesignals zum Extruderantrieb, um die Geschwindigkeit der Schnecke zu steuern und damit den Druck des Materials zu steuern und konstant zu halten. Durch diese Anbringung eines Druckfühlers ist es möglich, unabhängig von den Druckerfordernissen an der Düse, im wesentlichen konstante Durchmischungsverhältnisse zu erhalten. Ferner ist es durch Anbringung eines Druckfühlers und damit Konstanthalten des Druckes möglich, einen relativ niedrigen Druck aufrechtzuerhalten, und damit, falls erforderlich, Rotationsdichtunger. von einfacher Konstruktion zwischen der Zuführungsleitung und der Pumpe oder dem Verteiler zu verwenden.

Die Möglichkeit den Schneckenextruder bei niedrigem Druck zu betreiben, hat einen weiteren Vorteil, nämlich die Möglichkeit, kleine, billige Lager für die Schnecke oder die Schnecken zu verwenden und gleichwohl eine lange Lebensdauer der Lager zu gewährleisten. Die Verwendung von kleinen Lagern ist vorteilhaft insbesondere bei der Verwendung von Mehrschneckenextrudern oder Verbundextrudeni, da hierdurch kleine Abmessungen der Vorrichtung bei voller Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit erreicht werden können.

Auch weitere Ausgestaltungen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung können durchgeführt werden. Beispielsweise können die Zahnradpumpen 13 gemäß F i g. 2, 3, 4, 7 und 8 getriebemäfiig verbunden werden, wie durch die strichpunktierte Linie 24 angedeutet, um sicherzustellen, daß jede von ihnen einen konstant fts'gelegien Anteil der gesamten Ausstoßmenge fördert. Ferner können zum Beispiel in

der Ausführungsform nach F i g. 4 mehr als zwei Schneckenextruder 10 und mehr als zwei Zahnradpumpen 13 zum Fördern des Materials zu der einzigen Düse 14 vorgesehen sein. Eine solche Anordnung ermöglicht die Förderung von mehr als zwei verschiedenen Materialien in vorgegebenen Anteilen zur Düse 14. Es ist auch möglich, den oder die Extruder und die Zahnradpumpe bzw. Zahnradpumpen getriebemäßig miteinander zu verbinden, wobei in diesem Fall der Druckfühler 23 entbehrlich sein kann. Eine derartige Getriebeverbindung ist in Fig. I mit gestrichelter Linie 25 angedeutet, kann aber auch bei den Anordnungen nach jeder der anderen Figuren verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff durch eine Düse, mit einem den Kunststoff durchmischenden und plastifizierenden Schneckenextruder, der mit der Düse über eine Förderleitung verbunden ist, in der eine mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Fördereinrichtung, insbesondere eine Zahnradpumpe, zur Dosierung und Erzeugung des Extrusionsdruckes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnekkenextruder (10) mit der Extrusionsdüse (22) über mehrere, mit je einer Fördereinrichtung (13) versehene Förderleitungen (17,21) verbunden ist

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