DE3505529A1

DE3505529A1 - Verfahren und extrusionsvorrichtung zur formung fliessfaehiger massen

Info

Publication number: DE3505529A1
Application number: DE19853505529
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. DDR 8019 Dresden Berger; Kurt Dipl.-Ing. DDR 9610 Glauchau Markel
Original assignee: VEB KOMBINAT TEXTIMA DDR 9010 KARL-MARX-STADT; Kombinat Textima VEB
Current assignee: TEXTIMA AG O-9048 CHEMNITZ DE
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1985-09-19
Also published as: IT1215612B; IT8547733A0; JPS6116829A; FR2560550A1; GB8505497D0; GB2156730A; DD230826A1; US4689187A; FR2560550B1; GB2156730B

Description

Verfahren und Extrusionsvorrichtung zur Formung fließfähiger Massen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Extrusionsvorrichtung zur Formung fließfähiger Massen, insbesondere von hochmolekularen Verbindungen, wobei eine oder mehrere Massen einer in einem Extrusionszylinder aufgenommenen zweiseitigen Schneckenwelle, welche in Axialrichtung durch eine zu verarbeitende Masse kurzwegig verschiebbar ist, dezentral zugeführt wird, und wobei die Masse mittels der Schneckenwelle, deren beide Seiten starr miteinander verbunden sind sowie entgegengesetzte Steigungen der Gewindegänge aufweisen, zur Mitte des Extrusionszylinders gefördert und von dieser Stelle aus zentral abgeführt wird. Die Extrusionsvorrichtung umfaßt ferner mindestens eine Antriebsvorrichtung für die Betätigung der Schneckenwelle und Mittel an Einzugsöffnungen zur Beschickung des Extrusionszylinders sowie einen Ausstoßkopf an einer Ausstoßstelle für die Freigabe der behandelten Masse.

Eine Extrusionsvorrichtung der bezeichneten Art ist bekanntgeworden (US-PS 3 577 588).

Der Vorrichtung wird die zu verarbeitende Masse entsprechend einer für diese Angelegenheit zu betrachtenden Variante gemäß Fig. 1 mittels zweier einfacher trichterförmiger Speiseeinrichtungen zugeführt. Die zweiseitige, axial verschiebbare Schneckenwelle fördert die Masse dann von den Seiten des Extrusionszylinders zu dessen Mitte, wo die Masse ausgestoßen wird. Es ist in der angeführten Patentschrift davon ausgegangen worden, daß im normalen Betriebsfall der Extrusionsvorrichtung Kräftegleichgewicht in beiden Abschnitten des Extrusionszylinders der zweiseitigen Schneckenwelle herrschen soll, wobei ein Hydrauliksystem diesen Kräftezustand unterstützt. Deshalb befindet sich die Schnekkenwelle in der Regel ohne eine einseitige axiale Druckbeaufschlagung in einer Mittellage. Wenn nun auf der einen Seite im fcxtru-

sionszylinder ein größerer Druck auftritt als an der anderen Seite, weil zum Beispiel der Widerstand der von einer Speiseeinrichtung gelieferten Masse ansteigt, so verschiebt sich die Schneckenwelle geringfügig. Im Bereich der bisher in Extrusionsvorrichtungen allgemein üblichen Drücke von 5 bis 50 MPa tritt infolge der vorgesehenen, zur Mitte des Extrusionszylinders hin jeweils zunehmenden Steigung der Schneckenwelle die aus dem Druckungleichgewicht resultierende Differenzkraft überwiegend als Zugspannung der Schneckenwelle auf und wirkt weniger als Axialdruckkraft sowie in einer Dimension, die die bekannten Konstruktionen der Axialdrucklager ohne weiteres aufnehmen können. Ergibt sich eine gesteigerte Differenzkraft aus den genannten Druckbedingungen, so beaufschlagt das Hydrauliksystem die Schneckenwelle mit einer axial gerichteten Ausgleichskraft, die der Differenzkraft entgegenwirkt und von einem Drehzapfen aufzunehmen ist, der das Verbindungsglied zwischen der rotierenden und verschiebbaren Schnekkenwelle sowie dem lediglich hin- und herbewegbaren Hydraulikzylinder darstellt. Der die Schneckenwelle und den Hydraulikzylinder verbindende Drehzapfen umfaßt in bekannter Weise Axialdrucklager und ein radiales Lager. Entspricht die Ausgleichskraft der auftretenden Differenzkraft, so bewegt sich die Schneckenwelle wieder in die Mittellage zurück.

Die beschriebene Extrusionsvorrichtung weist den entscheidenden Nachteil auf, daß mittels derselben thermoplastische Polymeren bzw. Massen keine derart höheren Orientierungen erhalten können, die mit Drücken der Größenordnungen 300 bis über 1 000 MPa erreichbar sind, weil die Extrusionsvorrichtung und die damit ausübbaren Arbeitsverfahren für solche Druckbedingungen ungeeignet sind. Die gezeigte einfache Zuführung von Masse über die trichterförmigen Speiseeinrichtungen ist die Ursache von sehr unterschiedlichen Füllungsgraden hinsichtlich beider Seiten des Extrusionszylinders, die bei hohen Drücken außerordentlich große Differenzkräfte hervorrufen, die von herkömmlichen Axialdrucklagern in einem Drehzapfen nicht aufgenommen werden können. FoIg-

lieh würde die bekannte Extrusionsvorrichtung, zumindest an ihren Axialdrucklagern, zu Bruch gehen. Ferner enthält das offenbarte Arbeitsverfahren keine Voraussetzungen, die den Aufbau der angestrebten hohen Drücke im Extrusionszylinder möglich erscheinen lassen.

Es ist auch bekannt, plastische Massen, insbesondere Acrylnitril-Polyraerprodukte, in verformbarem Zustand unter einem Druck bis 5 000 MPa durch eine Düse zu pressen (DE-OS 2 161 182). Mit diesem Verfahren sind hohe Orientierungsgrade der Polymeren zu erreichen. Das Verfahren gestattet jedoch lediglich eine diskontinuierliche Arbeitsweise, womit eine industriemäßige Behandlung plastischer Massen unwirtschaftlich ist.

Mit der Erfindung wird die Herstellung der genannten Nachteile bezweckt und angestrebt, Drücke der Größenordnung 300 bis über 1 000 MPa im Extrusionszylinder aufzubauen, um bisher nicht verformbare Werkstoffkombinationen in einem kontinuierlichen, industriemäßigen Verarbeitungsprozeß zu verformen. Die Erfindung erlaubt, Werkstoffe mit einer höheren Orientierung der Moleküle herzustellen und soll insbesondere zu Formgebilden, wie zum Beispiel synthetischen Fäden, Folien und spaltbaren Folien, führen, die sich unter anderen durch verbesserte Werkstoffeigenschaften, wie Festigkeit und Elastizität, auszeichnen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Extrusionsvorrichtung zur Formung fließfähiger Massen, insbesondere hochmolekularer Verbindungen, wobei der Temperaturverlauf im Extrusionszylinder den Aufbau sehr hoher Drücke ermöglicht und alle Axialdruckkräfte während des Betriebes der Vorrichtung von der zweiseitigen Schneckenwelle, dem Extrusionszylinder und der darin beispielsweise befindlichen thermoplastischen Masse aufgenommen werden.

BAD ORIGINAL

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahrensschritte und Mittel der Patentansprüche.

Die Erfindung ermöglicht eine industriemäßige Verarbeitung von fließfähigen Massen bei Drucken bis über 1 OOO MPa. Damit sind Werkstoffe mit einem außerordentlich hohen Orientierungsgrad herstellbar. Diese können zu synthetischen Fäden, Folien und spaltbaren Folien verformt werden, welche einen weitgehendst textlien Charakter besitzen und eine verbesserte Festigkeit und Elastizität aufweisen.

Darüber hinaus wird durch die Anwendbarkeit derart hoher Drücke die Voraussetzung dafür geschaffen, fließfähige Massen mit wesentlich unterschiedlichen Parametern miteinander zu mischen bzw. ineinander zu dispergieren, was nur mit außerordentlich hohen Schergefällen möglich ist, wozu das Erfordernis eines beträchtlichen Druckes besteht.

Infolge einer Kompensation der Axialkräfte innerhalb der Extrusionsvorrichtung können im wesentlichen konstruktive Größenordnungen eingehalten werden, wie dieselben im Verarbeitungsmaschinenbau üblich sind.

An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1: eine schematische Gesamtdarstellung einer zur Ausübung des Verfahrens geeigneten Extrusionsvorrichtung

Fig. 2: ein Diagramm, das Druck- und Temperaturverläufe, auf einzelne Zonen des Extrusionszylinders bezogen, widerspiegelt.

II" H

Gemäß Fig. 1 besteht die Extrusionsvorrichtung im wesentlichen aus einem Hauptextruder 1, zwei dem letzteren vorgeschalteten Speiseextrudern 2, 3 und einer Prozeßrechenanlage 4. Der Hauptextruder 1 enthält eine in einem Extrusionszylinder 5 aufgenommene zweiseitige Schneckenwelle 6, welche in Axialrichtung durch die zu verarbeitende fließfähige Masse kurzwegig verschiebbar ist. Die Speiseextruder 2, 3 sind gleichartige handelsübliche Schneckenpressen, die in der Lage sind, zugeführte Massen fließfähig und kontinuierlich abzugeben.

Die Prozeßrechenanlage 4 ist eine der üblichen Einrichtungen, die fähig ist, mittels eines eingegebenen Programmes an der Extrusionsvorrichtung ermittelte Temperatur-, Druck- oder Wegeparameter in Betätigungs- und Funktionsbefehle für einzelne Komponenten der Extrusionsvorrichtung umzusetzen. Der Hauptextruder 1 wurde weiterhin mit zwei Antriebsvorrichtungen 7, 8 ausgestattet, die jeweils an den Enden der zweiseitigen Schnekkenwelle 6 angreifen, um die letztere in Drehungen zu versetzen. Die Antriebsvorrichtungen 7, 8 sind gewöhnliche Mittel dieser Art mit je einem kräftigen Motor und je einem angemessenen Getriebe, wobei die Motoren mittels einer elektrischen Welle so miteinander verbunden sind, daß beide Antriebe annähernd gleich belastet werden.

Die fließfähige Masse wird dem Hauptextruder 1 von zwei Seiten dezentral unter einem Oberdruck zugeführt, zur Mitte des Extrusionszylinders 5 gefördert und von dieser Stelle aus zentral abgeführt. Die Masse wird deshalb von beiden Seiten zur Mitte des Extrusionszylinders 5 gefördert, weil die Gewindegänge der Schnekkenwelle 6 hinsichtlich der zwei starr miteinander verbundenen Seiten 6 a, 6 b der Welle 6 entgegengesetzte Steigungen aufweisen und diese so gerichtet sind, daß bei Rechtsdrehung der Schnekkenwelle 6 ein Schub der Masse zur Mitte hin eintritt. Zwecks Speisung des Hauptextruders 1 mit fließfähiger Masse aus den Extrudern 2, 3 ist der Extrusionszylinder 5 an seinen Enden mit

je einer Einzugsöffnung 5 a, 5 b und im Zentrum mit Ausstoßöffnungen 5 c, 5 d versehen, welche in bezug auf den Zylinder 5 radial gerichtet angeordnet sind. Die Einzugsöffnungen 5 a, 5 b sind zu den Antriebsvorrichtungen hin abgedichtet.

Die Ausstoßöffnungen 5 c, 5 d münden in einen dreiteiligen druckfesten Ausstoßkopf 8, der mit Verstärkungseinrichtungen 9 a, 9 b, 9 c, insbesondere mit auf den Extrusionszylinder 5 aufgeschrumpften Verstärkungsrohren, ausgestattet ist, damit sehr hohen Drücken widerstanden werden kann. Der Schneckenwelle 6 sind an ihren beiden Seiten 6 a, 6 b Axialdruck- und Radiallager 10, 11 zugeordnet, wobei sich die kraftaufnehmenden Komponenten 10 a der Axialdrucklager 10 während des Betriebszustandes der Extrusionsvorrichtung mit den beaufschlagenden Komponenten 10 b nicht berühren - dieselben befinden sich in dieser Phase in einem Abstand zueinander, wodurch eine axiale Verschiebbarkeit der Schneckenwelle 6 im Extrusionszylinder 5 um + 15 mm möglich ist.

An einer Seite 6 b (6 a) der Schneckenwelle 6 ist ein Stellungsgeber 12 installiert, welcher Lageänderungen der Schneckenwelle 6 während des Betriebes an die Prozeßrechenanlage 4 signalisiert.

Betreibt man eine solche Extrusionsvorrichtung unter Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem den mit Rohstoffbehältern 2 a, 3 a ausgestatteten Speiseextrudern 2, 3 fließfähige Massen zugeführt werden, so vollzieht sich beispielsweise folgender Ablauf:

Aus den beiden Rohstoffbehältern 2 a, 3 a wird z. B. Polyethylengranulat den gleichartigen Speiseextrudern 2, 3, die auch als Aufschmelzextruder bezeichnet werden können, zugeführt und darin aufgeschmolzen. An den Speiseextrudern 2, 3 sind Meßköpfe 2 b, 3 b vorgesehen, in denen Druck und Temperatur der fließenden Mas

se gemessen und die Meßwerte der Prozeßrechenanlage 4 zugeleitet werden. Bei Abweichungen von den im Programm der Rechenanlage 4 festgelegten Sollwerten erteilt die letztere die erforderlichen Stellbefehle an den Speiseextruder 2, 3, insbesondere an deren Antriebsmittel 13, 14, um die vorbestimmten Werte exakt einzuhalten. Von den Meßköpfen 2 b, 3 b gelangt die Masse in Filter 15, 16, deren Filtrationsfaktor mittels austauschbarer Filtersiebe den Erfordernissen anpaßbar ist. Durch beheizbare Leitungen fließt die Masse von den Filtern 15, 16 zu Füllungsregelventilen 17,18, welche ihre Stellbefehle ebenfalls direkt von der Prozeßrechenanlage 4 erhalten. Die Füllungsregelventile 17, 18 sitzen in kürzestmöglichem Abstand vor den Einzugsöffnungen 5 a, 5 b des Extrusionszylinders 5 des Hauptextruders 1. Anschließend werden die Einzugszonen 19, 20 (mit karierter Kennzeichnung ummantelt) der zweiseitigen Schneckenwelle 6 unter einem Druck von 2 bis 15 MPa kontinuierlich mit flüssiger Masse versorgt, wobei die Stellungen der Füllungsregelventile 17, 18 diesen Druckverhältnissen entsprechen. Es wird damit eine völlig hohlraumfreie Füllung der Schneckengänge gesichert. Infolge des entgegengesetzten Steigungssinnes der Gewindegänge der Seiten 6 a, 6 b der Schnekkenwelle 6 werden die zwei in die Einzugsöffnungen 5a, 5b eingeführten Masseströme bei einer Rechtsdrehung der Schneckenwelle 6 zur Mitte des Extrusionszylinders 5 hin bewegt. Auf die Einzugszonen 19, 20, die durch Anschluß von Temperiereinrichtungen 19 a, 20 a sowohl heiz- als auch kühlbar ausgeführt sind, folgen in Richtung zum Zentrum des Extrusionszylinders 5 hin Intensivkühlzonen 21, 22 (mit gestreifter Kennzeichnung ummantelt), denen je ein Kühlaggregat 21 a, 22 a zugeordnet ist, um den Extrusionszylinder 5 von außen zu kühlen, und wobei in den Intensivkühlzonen 21, 22 auch die mit Hohlräumen versehene Schneckenwelle 6 von innen in gleicher Weise gekühlt wird, wozu die Schnekkenwelle 6 mit Kühlaggregaten 23, 24 gekoppelt wurde. Zur Ermittlung der Innentemperaturen der Schneckenwelle 6 sind an den Seiten 6 a, 6 b Temperaturmeßeinrichtungen 25, 26 angeordnet. Die

— 8 -

./te.

Temperiereinrichtungen 19 a, 20 a, die Kühlaggregate 21 a, 22 a, 23. 24 und die Ternperaturmeßeinrichtungen 25, 26 stehen mit der Prozeßrechenanlage 4 in Verbindung und werden dort mit dem vorgegebenen Programm verglichen und mit Steuerbefehlen geregelt. Die Kühlaggregate 21 a, 22 a, 23, 24 sorgen dafür, daß die fließende Masse schnell und vollständig unter den jeweiligen Erstarrungspunkt abgekühlt wird. In diesem Zeitpunkt beginnt eine verstärkte Komprimierung, wobei die Masse im erstarrten beziehungsweise festen Zustand verdichtet wird und ein Druckanstieg im Bereich bis 1 000 MPa und mehr eintritt. Da eine Leckströmung der Masse infolge ihres festen Zustandes nahezu unterbunden werden kann, ist dieser Druckanstieg erreichbar. Der Aufbau des hohen Druckes wird weiter dadurch unterstützt, daß auftretende Friktionswärme, deren Stau sich als Schädigung des Extrudats auswirken könnte, infolge gleichzeitiger Kühlung vom Extrusionszylinder

5 und vom Inneren der Schneckenwelle 6 her sicher und schnell abgeführt werden kann. Im folgenden verlassen die beiden Masseströme durch getrennte Ausstoßöffnungen 5 c, 5 d des Extrusionszylinders 5, die sich in dem Ausstoßkopf 9 fortsetzen, das System der zweiseitigen Schneckenwelle 6 im festen Zustand. Zwecks Temperaturbeeinflussung des Extrudats in den Ausstoßzonen 27, 28 (mit karierter Kennzeichnung ummantelt) umfaßt der Ausstoßkopf 9 weitere Temperiereinrichtungen 29, 30. Druck und Temperatur der Masseströme werden an den Positionen 31, 32 gemessen, wo sich Druck- und Temperaturfühler 31, 32 befinden. Die dort gewonnenen Oaten gelangen ebenfalls zur Prozeßrechenanlage 4.

In der vorstehenden Erläuterung des Verfahrensablaufes wurde davon ausgegangen, daß die Reaktionskräfte der beiden Maschinenseiten beziehungsweise an den Seiten 6 a, 6 b der Schneckenwelle

6 gleich sind und sich kompensieren. Dieser Zustand des Kräftegleichgewichtes muß während des Betriebes der Extrusionsvorrichtung laufend erzeugt werden, denn die im Inneren wirkenden Kräfte sind ständigen Änderungen unterworfen, weshalb die Schneckenwelle 6 sich, hervorgerufen von der fließenden Masse, häufig hin und

her verschiebt. Um den Gleichgewichtszustand aller innerhalb der Extrusionsvorrichtung wirksamen Kräfte zu erreichen beziehungsweise nach einer geringfügigen Änderung wieder zu erzeugen, wird davon ausgegangen,

- daß hinsichtlich des Extrusionszylinders 5 und der Schneckenwelle 6, durch höchste Präzision bei der Anfertigung dieser Mittel, eine mechanische Gleichheit, eine übereinstimmende Förderleistung und damit ein gleicher Druckaufbau angestrebt werden,

- daß durch den Stellungsgeber 12 die mechanische Lage der Schnekkenwelle 6 im Rahmen eines möglichen Spielraumes der seitlichen Verschiebung von maximal + 15 mm mit hoher Geschwindigkeit signalisiert wird,

- daß bei einer beispielsweisen Verschiebung der Schneckenwelle 6 aus der Mittellage in Richtung der Seite 6 a (es kann auch eine der Verschiebungen in Richtung der Seite 6 b betrachtet werden - dann sind analog umgekehrte Maßnahmen zu treffen), die vom Stellungsgeber 12 wahrgenommen wird, zunächst der Speisedruck mittels des Füllungsregelventils 17 über die Prozeßrechenanlage 4 erhöht wird, um eine Gegenwirkung zu erreichen,

- daß, wenn eine Erhöhung des Speisedruckes mittels des Füllungsregelventils 17 nicht ausreicht, um eine unerwünschte Auswanderung der Schneckenwelle 6 zu unterbinden, der Speisedruck am Füllungsregelventil 18 zu reduzieren ist,

- und daß schließlich auch mit einer Erhöhung der Kühlleistung in der Kühlzone 21 oder mit einer Verminderung der Leistung der Kühlzone 22 oder mit einer Intensitätsänderung der Kühlaggregate 23, 24 gearbeitet werden kann, wobei die entsprechenden Stellbefehle von der Prozeßrechenanlage 4 erteilt werden.

- 10 -

" rf-JlU- 35O5529

Sollte durch die genannten Eingriffe der Prozeßrechenanlage 4 das Kräftegleichgewicht in einem Sonderfall nicht wieder herstellbar sein, wird die Schneckenwelle 6 an das Axialdrucklager 10 anlaufen und durch einen dort befindlichen Druckgeber die Extrusionsvorrichtung abgeschaltet werden.

Der angestrebte hohe Druck von 1 000 MPa führt natürlich nicht nur zu der Bedingung des Kräftegleichgewichtes auf beiden Seiten 6 a, 6 b der Schneckenwelle 6, sondern erfordert auch eine größere mechanische Stabilität einzelner Elemente der Extrusionsvorrichtung. So ist zum Beispiel der Durchmesser der Schneckenwelle 6 auf das 2- bis 8-fache einer derzeit üblichen Welle zu vergrößern. Ebenfalls die Schneckenstege müssen mehrfach breiter sein, als es normalerweise üblich ist. Der Kern-Durchmesser der Schneckenwelle 6 wird über die gesamte Länge nahezu konstant gehalten. Die Nutentiefe soll im Interesse eines intensiven Wärmeaustausches gering sein und unter zwei mm bemessen sein. Durch Veränderung der Steigung und/oder Reduzierung des freien Nutenquerschnittes der Schneckenwelle 6 wird zur Erreichung der notwendigen Kompression beigetragen. In den Extrusionszylinder 5 können bei Bedarf innen zwei oder mehr Längsnuten eingearbeitet werden, die sich von den Intensivkühlzonen 21, 22 bis zu den Verstärkungseinrichtungen 9 a, 9 c hin erstrecken. Der Extrusionszylinder 5 und die Schneckenwelle 6 erhalten eine gepanzerte Ausführung. Zur Erreichung der Druckfestigkeit des Ausstoßkopfes 9 werden die Verstärkungseinrichtungen 9 a, 9 b, 9 c aus höchster Stahlqualität hergestellt sein. Das trifft auch auf alle weiteren, dem Hochdruck ausgesetzten Anlagenteile zu.

An die Ausstoßöffnungen 5 c, 5 d des Extrusionszylinders 5, die sich in dem Ausstoßkopf 9 fortsetzen, schließt sich ein druckfestes Übergangsteil 33 mit Temperiereinrichtungen 34, 35 an, die alternativ eine Erwärmung oder eine Abkühlung der zu extrudierenden Masse ermöglichen.

Als ein Verarbeitungswerkzeug kann zum Beispiel eine Bikomponentendüse mit zwei Kanälen vorgesehen werden, welche Druck- und Temperaturfühler sowie eine Düsentemperierung aufweist. Durch die Bikomponentendüse verläßt die Masse die Extrusionsvorrichtung.

- 11 -

BAD ORIGINAI-

Das Beispiel des Diagramms gemäß Fig. 2 veranschaulicht in vereinfachter und zusammengedrängter Darstellung den Druckverlauf und den Verlauf der Arbeitstemperaturen in dem der Seite 6 a der zweiseitigen Schneckenwelle 6 entsprechenden linken Abschnitt des Extrusionszylinders 5. Als zu extrudierende Masse ist dabei ein Polyethylen vorgesehen.

Auf der ganz links gezeichneten senkrechten Linie wurden die Arbeitstemperaturen in Celsius-Graden von 0° bis 200° aufgetragen. Die senkrechte Linie rechts neben der Tomperaturlinie ist mit einer Einteilung für den Druck ρ versehen, der im Extrusionszylinder 5 herrscht und von 0 bis 1 000 MPa angeführt wurde. Die waagerechte Achse des Diagramms stellt die Länge des linken Abschnittes des Extrusionszylinders 5 beziehungsweise die Seite 6 a der Schneckenwelle 6 dar, wobei sich innerhalb dieser Länge in der angegebenen Reihenfolge die Einzugszone 19, die Kühlzone 21 und der Ausstoßkopf 9 befinden. Am Anfang dieser Reihe ist die Einzugsöffnung 5 a und am Ende derselben die Ausstoßöffnung 5 c angeordnet. Rechts neben der senkrechten Linie der Ausstoßöffnung 5 c ist eine ebenfalls senkrechte Linie für die Mitte der Schneckenwelle 6 gezogen. An dem Beispiel der Druckkurve I erkennt man, daß die zu extrudierende Masse der Einzugszone 19 unter einem Druck von 15 MPa zugeführt wird, und daß in der Kühlzone 21 ein sehr starker Druckanstieg zu verzeichnen ist, der bei einer Arbeitstemperatur von 100 ⁰C den Wert von 100 MPa besitzt und daraufhin bei einer konstanten Temperatur bis auf 800 MPa steil anwächst. Anschließend erhöht sich der Druck weiter und erreicht an der Ausgangsöffnung 5 c schließlich 850 MPa. In einer Variante, nach der die erstarrte Masse aus dem Extrusionszylinder 5 ausgestoßen wird, beträgt die Ausstoßtemperatur bei dem Druck von 850 MPa 110 ⁰C (TemperaturkurvenabschniIt II a). Gemäß einer zweiten Variante, wobei das erstarrte Polyethylen vor seinem Ausstoßen wieder aufgeschmolzen und danach in Form von fließender Masse aus dem Extrusionszylinder abgeführt

- 12 -

BAD

• /te-

wird, erreicht, <Jiο Ausstoßtemperatur 155 ⁰C (Temperaturkurvenabschnitt Il b). Diese Arbeitsweise ist besonders dann von Interesse, wenn die Seiten ö a und 6 b der zweiseitigen Schneckenwelle 6 jeweils unterschiedliche Materialien verarbeiten, die anschließend gemischt werden sollen, wozu der mit bekannten Extrusionsvorrichturigen üblicherweise erzeugbare Druck nicht ausreicht. Betrachtet man nun noch den anfänglichen Verlauf der Temperaturkurve II, so wird deutlich, daß die Speisetemperatur im Bereich der Einzugsöffnunrj 5 a 150 ⁰C beträgt, welche in der Kühlzone 21 sehr schnell auf 100 ⁰C absinkt, wobei in diesem Temperaturgefälle bei 120 ⁰C bis 140 ⁰C der Fließbereich des Polyethylene angesiedelt ist.

Der Druck- und Temperaturver1 auf kann natürlich entsprechend der verwendeten fließfähigen Masse und den möglichen Verfahrensvarianteri eine abweichende Charakteristik besitzen.

BAD ORIGINAL

Claims

PateiiXaiTsprüche: 3 5 0 5 5 7

1. Verfahren zur Formung fließender Massen, insbesondere von hochmolekularen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine fließfähige Masse einer Extrusionsvorrichtung in fließendem Zustand unter Überdruck kontinuierlich zugeführt wird, daß die fließende Masse dann nach ihrem Eintritt in einen Extrusionszylinder und vor ihrem Ausstoßen sowohl von außen über den Extrusionszylinder als auch von innen über Hohlräume einer Schneckenwelle auf eine unter dem Erstarrungspunkt liegende Temperatur abgekühlt wird, und daß die nachfließende sowie die erstarrte Masse von der Schneckenwelle in Richtung einer Ausstoßsstelle des Extrusionszylinders gefördert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrte Masse aus dem Extrusionszylinder ausgestoßen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrte Masse vor ihrem Ausstoßen wieder in einen fließenden Zustand gebracht und danach derart aus dem Extrusionszylinder abgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu extrudierende Masse anschließend an ihre Abführung während einer Formgebung abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die fließfähige Masse einer in dem Extrusionszylinder aufgenommenen zweiseitigen Schnekkenwelle, welche in Axialrichtung durch die zu verarbeitende Masse kurzwegig verschiebbar ist, von zwei Seiten dezentral zugeführt wird, und wobei die Masse mittels der Schneckenwelle, deren beide Seiten starr miteinander verbunden sind sowie entgegengesetzte Steigungen der Gewindegänge aufweisen, zur Mitte des Extrusionszylinders gefördert und von dieser Stelle aus zentral abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verarbeitende Masse zuerst in zwei einem Hauptextruder vorgeschalteten, an sich bekannten Speiseextrudern in einen fließen-

BAD 0RI6INAL

den Zustand gebracht wird, daß die fließende Masse danach von den Speiseextrudern durch je eine Einzugsöffnung, befindlich an den äußeren Enden des Extrusionszylinders, der Schneckenwelle von beiden Seiten anfänglich unter annähernd gleichem Oberdruck kontinuierlich zugeführt wird, daß die Masse anschließend nach ihrem Eintritt in den Extrusionszylinder und vor ihrem Ausstoßen sowohl von außen über den Extrusionszylinder als auch von innen über Hohlräume der Schneckenwelle/ die sich auf beiden Seiten der letzteren befinden, unter den Erstarrungspunkt abgekühlt wird, daß die Schneckenwelle im folgenden die nachfließende und die erstarrte'Masse weiterfördert, daß sich die Schneckenwelle bei einer Änderung der Druckbedingungen währenddessen in Axialrichtung hin und her verschiebt und somit über einen mit einer Prozeßrechenanlage gekoppelten Stellungsgeber Impulse an Füllungsregelventile der Speiseextruder gibt, und daß der Strom der von den Speiseextrudern zugeführten Masse daraufhin an einer druckschwächeren Seite druckvoller wird sowie umgekehrt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Speiseextrudern fließfähige Massen unterschiedlicher Eigenschaften eingegeben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseextruder mit gleichartigen fließfähigen Massen beschickt werden .

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Masseströme beim Ausstoßen getrennt gehalten werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseströme nach dem Ausstoßen, aber vor der Verarbeitung in einem Formwerkzeug, gemischt werden.

BAD ORIGINAL

10. Extrusionsvorrichtung für fließfähige Massen, im wesentlichen bestehend aus einem Extrusionszylinder, der an seinen Enden mit je einer Einzugsöffnung und im Zentrum mit einer Ausstoßstelle versehen ist, welche hinsichtlich des Zylinders radial gerichtet angeordnet sind, wobei in dem Extrusionszylinder weiter eine zweiseitige, mittels einer zu verarbeitenden Masse in Axialrichtung kurzwegig verschiebbare Schneckenwelle aufgenommen ist, welcher Axialdruck- und Radiallager zugeordnet, und deren beide Seiten starr miteinander verbunden sind sowie entgegengesetzte Steigungen der Gewindegänge aufweisen, ferner bestehend aus mindestens einer Antriebsvorrichtung für die Betätigung der Schneckenwelle und aus Mitteln zur Beschickung des Extrusionszylinders an den Einzugsöffnungen sowie aus einem Ausstoßkopf in der Mitte des Extrusionszylinders für die Freigabe dor behandelten Masse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Als Mittel zur Beschickung des Extrusions/ylinders (5)

sind an den Einzugsöffnungen (5 a, 5 b) je ein an sich ^v| bekannter, fließende Masse erzeugender Speiseextruder *

(2, 3) dem Hauptextruder (l) vorgeschaltet,

b) die kraftaufnehmenden Komponenten (10 a) der Axialdrucklager (10) befinden sich während des Retriebszustandes der Extrusionsvorrichtung in einem Abstand zu den beaufschlagenden Komponenten (10 b),

c) die Schneckenwelle (6) ist mit einem Stellungsgeber (12) ausgerüstet, der Lageänderungen der Schneckenwelle (6) an eine Prozeßrechenanlage (4) signalisiert

d) zwischen jedem Speiseextruder (2, 3) und dem Hauptextruder (1) ist ein Füllungsregelventil (17, 18) angeordnet, das von der Prozeßrechenanlage (4) Stellbefehle zu seiner Betätigung erhält,

BAD ORIGINAL

,μ iii

e) an jeder Einzugszone (19, 20) befindet sich eine Temperiereinrichtung (19 a, 20 a),

f) die Intensivkühlzonen (21, 22) sind je mit einem Kühlaggregat (21 a, 22 a) ausgestattet,

g) die Schneckenwelle (6) ist beidseitig mit Hohlräumen versehen, an die auf jeder Seite (6 a, 6 b) ein Kühlaggregat (23, 24) angeschlossen ist, um eine Innenkühlung durchzuführen,

h) am Ausstoßkopf (9) wurden weitere Temperiereinrichtungen (29, 30, 34, 35) vorgesehen,

i) die Mittel e) bis h) sind mit der Prozeßrechenanlage (4) gekoppelt.

11. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausstoßkopf (9) des Extrusionszylinders (5) ein Schmelzemischer nachgeordnet ist.

12. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkopf (9) mit einer Bikomponentendüse ausgerüstet wurde.

13. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionszylinder (5) an seinem mittleren Abschnitt mit einer Verstärkungseinrichtung (9a, 9b, 9c) versehen ist.

14. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Schneckenwelle (6) als auch der Extrusionszylinder (5) gepanzert ausgeführt sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

BAD ORIGINAL