DE4333233A1 - Schmelzeabdichteinrichtung an Extrudern für thermoplastische Kunststoffe oder Kautschuk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzeabdichteinrichtung der Gattung, wie beschrieben im Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Aus der DE-AS 22 03 760 ist eine getriebeseitige Abdichteinrichtung einer sich drehenden Extruderschnecke bekannt. Es wird eine Zwischen­ kammer am getriebeseitigen Ende der Schnecke vorgesehen, durch die ein unter einem hohen Druck stehender Zusatzstoff über ein Rückför­ dergewinde in den eigentlichen Extrusionsraum gepreßt wird, um eine Abdichtung des Extrusionsraumes zu erreichen. Eine getriebeseitige Abdichtung für den Zusatzstoff ist mit dieser Einrichtung nur unter großen Schwierigkeiten durchführbar.

Weiterhin ist aus der US-PS 2,835,514 eine Abdichteinrichtung be­ kannt, die eine Vielzahl von Verschleiß unterworfenen komplizierten Dichtungen zeigt, um das getriebeseitige Ende einer Schnecke abzu­ dichten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit sehr einfachen, keinem Verschleiß unterworfenen Mitteln eine hochwirksame Abdich­ tung des getriebeseitigen Endes einer Extruderschnecke darzustellen. Es sollen keine sich abnutzenden Teile eingesetzt werden und auch der Einsatz eines Abdichtmediums soll keine nachteiligen Folgen ha­ ben. Die Dichtung soll sich ständig erneuern, so daß auch Material­ ablagerungen, die zu Betriebsstörungen führen, vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs niedergelegten Merkmale gelöst.

Durch die Anordnung eines Einzugsschneckenteiles für ein zudosiertes Granulat, in Verbindung mit einem Kompressionsteil für den Aufbau eines Schmelzedruckes, einem Meteringteil für die Aufrechterhaltung des aufgebauten Schmelzedruckes und eines Ringkanalteiles mit einem Blisterabschluß für den Aufbau eines Hochdruckbereiches, wird eine Schmelzeabdichteinrichtung geschaffen, die auch bei höchsten Schmel­ zedrücken funktionstüchtig bleibt.

Hervorzuheben ist, daß das Abdichtungssystem keinerlei Verschleißer­ scheinungen aufzeigt und mit extrusionseigenem Kunststoffgranulat beschickbar ist, so daß auch von dieser Seite keine Probleme auf­ treten. Es bilden sich keine Ablagerungen auf und das Dichtmaterial, d. h. das aufgeschmolzene Granulat erneuert sich ständig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen gezeigt und anschließend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Extruder mit Entgasungseinrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Extruder für auf­ geschäumte Kunststoffe,

Fig. 3 eine Druckverlaufskurve der Schmelzeabdichtein­ richtung in Verbindung mit den verschiedenen Ab­ dichtbauteilen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Extruder ist eine Schnecke 1 in einem Ge­ häuse 2 angeordnet. Die Einzugsbuchse 3 weist einen Füllstutzen 5 auf sowie eine Isolierbuchse 4 zur Verringerung des Wärmeüberganges zwi­ schen dem Füllstutzen 5 und dem sich darin befindendem Granulat. Das in den Füllstutzen 5 eingegebene Granulat wird mit einer nicht ge­ zeigten, optischen Durchflußkontrolle überwacht. Durch die Isolier­ buchse 4 wird eine Granulat-Agglomerierung verhindert, die zu einer Verstopfung des Einfüllstutzens führen könnte.

Die Schnecke der Schmelzeabdichteinrichtung setzt sich aus dem Ein­ zugsteil 6 dem Kompressionsteil 7, dem Meteringteil 8, dem Ringkanal­ teil 9 und dem Blisterteil 10 zusammen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Extruder wird die mit Restmonomer zu ex­ trudierende Schmelze zusammen mit einem Schleppmittel (z. B. Wasser) durch die Schmelzeleitung 11 dem Schneckenteil 12 zugeführt. Die niedrigviskose Schmelze weist als PE-Schmelze bis zu 280°C einen durch das Restmonomer und dem Wasser verursachten Gegendruck auf, der bis zu 65 bar vorhanden ist. Durch eine Druckentlastung in dem, ein stark vergrößertes, freies Volumen aufweisenden Schneckenteil 13 ein­ gesetzt wird, erfolgt unterhalb des Dampfdruckes in der Schmelze ein Aufschäumvorgang der flüchtigen Anteile, wenn sie durch die Druckent­ lastung in die Dampfphase übergehen. Der Aufschäumvorgang bewirkt, daß Restmonomeranteile aus der PE-Schmelze zusammen mit dem Dampf aus dem Entgasungsdom 14 abgezogen werden, so daß ein ausgezeichne­ ter Entgasungsvorgang der Schmelze erreicht wird.

Aufgrund des Schmelzedruckes bis zu 65 bar und der geringen Viskosi­ tät im Bereich des Überganges von Pos. 11 auf Pos. 12, ist die ge­ triebeseitige Abdichtung der Schnecke 1 sehr problematisch.

Erst durch die erfindungsgemäße Schmelzeabdichteinrichtung wurde eine sehr sichere, dauerhafte Abdichtung bis 500 bar Schmelzedruck er­ reicht.

Funktion der Schmelzeabdichteinrichtung

Schmelzebeschickte Maschinen haben beim Einsatz von niedrigviskosen Schmelzen, Schmelzen mit brennbaren Treibmitteln oder brennbaren Gasen und oder Schleppmitteln häufig Probleme mit der Wellenabdich­ tung in Richtung der Antriebseinheit (z. B. Getriebe).

Um dieses Problem wirksam zu lösen, wurde die erfindungsgemaße Schmelzedichtung entwickelt, die unter Einsatz gleicher Rohstoffe (Frisch- oder Recyclingmaterial) und einer besonders ausgelegten Schneckengeometrie sich selbst aufbaut und ständig erneuert.

Der erforderliche Rohstoff von Granulat entspricht dem zu verarbei­ tenden Material der Aufschmelzmaschine und wird durch den Füllstutzen 5 der Einzugsbuchse 3 kontinuierlich zugeführt. Das Granulat wird durch Energieeinleitung in Schmelze umgewandelt und unter hohem Druck durch das Meteringteil 8 in Richtung Extruderkopf befördert. Die Schmelze durchströmt den Schmelzeringkanal 9 und den Blisterspalt 10a.

Bedingt durch das höhere Druckaufbauvermögen im Granulataufschmelz­ bereich 6, 7 und 8 gegenüber dem Schmelzedruck im Bereich 11, 12 wird verhindert, daß Produkt oder Produktbestandteile über die Schneckenwelle in Richtung Antrieb austreten können.

Der Granulatdurchsatz ist im Vergleich zum Extruderausstoß bewußt niedrig gehalten. Es beträgt ca. 0,5-1% des Extruderdurchsatzes und beeinflußt somit das zu verarbeitende Produkt nur unwesentlich oder gar nicht. Der Granulatdurchsatz kann durch die Schneckengeome­ trie und die Blisterform beeinflußt werden.

Zusätzliche Vorteile ergeben sich aus dieser Schmelzedichtung durch die kontinuierliche Erneuerung der Schmelze. Das ständig zugeführte und neu aufgeschmolzene Granulat verhindert Produktablagerungen, die bei herkömmlichen Dichtsystemen (Labyrinth, Packungen usw.) vorkom­ men, da kein Schmelzeaustausch erfolgt. Stillstandzeiten zum Wechseln von defekten Dichtungselementen werden vermieden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Extruder wird die Schmelzeabdichteinrich­ tung für den zweiten gekühlten Extruder einer Tandemextrusionseinheit für die Herstellung von aufgeschäumtem Polystyrolfolien eingesetzt.

Durch die Schmelzeleitung 11 gelangt eine unter einem Druck bis zu 450 bar stehende Schmelze-/Treibmittelmischung von dem ersten nicht gezeigten Extruder in diesen zweiten Extruder. Es muß gewährleistet sein, daß kein Treibmittel zur Getriebeseite hin entweiche, da dieses Dichteunterschiede im Schaum verursacht und Gefahrenmomente bei brennbaren Treibmitteln hervorruft, die jedoch trotz des sehr hohen Druckes in hervorragender Weise durch die erfindungsgemäße Schmelzeabdichteinrichtung gelöst werden.

Auch in diesem Fall wird die Schmelzeabdichtung durch das zugeführte Granulat ständig erneuert, wobei der geringe Anteil der durch das Dichtsystem erzeugten Schmelze ohne Treibmittel vollstandig einge­ mischt wird. Das Schmelze-/Treibmittelgemisch wird durch die Extru­ derdüse 16 gefördert und schäumt als Blase 17 nach dem Austritt aus der Düse auf, wird aufgeschnitten, flachgelegt und aufgerollt.

Aus Fig 3 ist der Druckverlauf in der Schmelzeabdichteinrichtung er­ sichtlich. Außerdem wird die Länge der einzelnen Teile angegeben, die bei der Extrusion eines unter 350 bar stehenden Polystyrol/Treibmit­ telschmelze sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

Einzugszone = 1 D
Kompressionszone = 0,5 D
Meteringzone = 2,25 D
Schmelzeringkanalzone mit Blister = 0,75 D
Blisterspalt = 0,5 D.

Durch die Gestaltung des Ringspaltes und des Blisters wird die Druck­ verteilung völlig gleichmäßig am Blisterspalt gestaltet und im Gegen­ satz zum Rückfördergewinde wird ein Zurückströmen der Schmelze über den Schneckensteg wirkungsvoll verhindert.

Bezugszeichenliste

1 Schnecke
2 Gehäuse
3 Einzugsbuchse
4 Isolierbuchse
5 Füllstutzen
6 Einzugsteil
7 Kompressionsteil
8 Meteringteil
9 Ringkanalteil
10 Blisterteil
10a Blisterspalt
11 Schmelzeleitung
12 Schneckenteil
13 Schneckenteil
14 Schneckenteil
15 Entgasungsdom
16 Extruderdüse
17 Blase
18 Zylinder
19 Füllring.

Claims (6)

1. Schmelzeabdichteinrichtung an Extrudern für thermopla­ stische Kunststoffe oder Kautschuk zum antriebsseitigen Abdichten einer Förderschnecke gegen hohe Schmelzedrüc­ ke im Extrusionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebeseitige Schmelzeabdichteinrichtung der Extruderschnecke gebildet wird durch ein in Extrusions­ richtung förderndes Einzugsschneckenteil (6) für Granu­ late, ein Kompressionsteil (7) mit in Förderrichtung abnehmender Schneckengangtiefe, ein Meteringteil (8) mit gleichbleibender Schneckengangtiefe, einem glatten Schmelzeringkanalteil (9) ohne Schneckengänge und einer Mindestlänge von einem halben Schneckendurchmesser so­ wie einem, einen Ringspalt (10a) für die Dichtschmelze freilassenden Blisterteil (10).

2. Schmelzeabdichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzugsschneckenteil (6) eine Einzugsbuchse (3) mit einer Füllöffnung (5) für Granulat oder Schmelze aufweist, daß in die Füllöffnung (5) eine Isolierbuchse (4) angeordnet oder die Füllöffnung (5) temperiert ist.

3. Schmelzeabdichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzugsschneckenteil (3) 1 D (D = Schnecken­ durchmesser), das Kompressionsteil (7) 1/2 D, das Mete­ ringteil (8) 2,25 D, der Schmelzeringkanalabschnitt (9) 1/2 D und das Blistereil (10) 1/4 D lang ausgebildet ist.

4. Schmelzeabdichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengangtiefe des Meteringteiles (8) 1/100 D tief und der Schmelzeringkanal ca. 1/10 D tief ausgebildet ist.

5. Schmelzeabdichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichteinrichtung zur getriebeseitigen Abdich­ tung einer Extruderschnecke eines Extruders für eine mit einem Treibmittel vermischte, unter einem hohen Druck stehende Polymerschmelze eingesetzt wird.

6. Schmelzeabdichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichteinrichtung zur getriebeseitigen Abdich­ tung einer Extruderschnecke eines Extruders für eine mit flüchtigen Anteilen (z. B. Restmonomeren, Schlepp­ mittel) vermischte, unter einem Druck stehende Kunst­ stoffschmelze eingesetzt wird.