DD297364A5

DD297364A5 - DEVICE FOR STABILIZING THE THROUGHPUT SPEED OF A PREPARATION EXTRUDER

Info

Publication number: DD297364A5
Application number: DD90343725A
Authority: DD
Inventors: Fritz Endler
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1992-01-09

Abstract

Die Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit eines Aufbereitungsextruders dient zum Einarbeiten von Zusatzkomponenten in polymere Stoffe mit ungleichmaeszigen Schuetteigenschaften. Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung, mit geringem Aufwand eine gleichmaeszige Durchsatzgeschwindigkeit des Verarbeitungsgutes zu gewaehrleisten. Die erfindungsgemaesze Vorrichtung besteht darin, dasz der Extruder vor einer nach der Plastizierzone angeordneten Drosselzone eine Schmelzeauslaszbohrung aufweist, die ueber einen Schmelzekanal mit einer Puffervorrichtung verbunden ist, dessen Auslaszbohrung ueber eine Zahnradpumpe mit der stromabwaerts nach der Drosselstelle im Extruderzylinder angebrachten Schmelzeeinlaszbohrung in Verbindung steht. Die Zylinder koennen Zufuehroeffnungen fuer zusaetzliche Stoffkomponenten aufweisen.{Kunststoffaufbereitung; Extrusion; Compoundierung; Homogenisierung; Foerderung; Zusatzstoffe}The flow rate stabilizing device of a conditioning extruder is used to incorporate additional components into polymeric materials having uneven bulk properties. It is the aim and object of the invention to ensure a uniform throughput speed of the material to be processed with little effort. The device according to the invention consists in that the extruder has a melt outlet bore in front of a downstream of the plasticizing zone, which is connected via a melt channel to a buffer device whose outlet bore communicates via a gear pump with the melt inlet bore located downstream of the orifice in the extruder barrel. The cylinders may have feed openings for additional substance components. extrusion; compounding; homogenization; Promotion; additives}

Description

-2- 297 364 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 297 364 Presentation of the Essence of the Invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Gleichmäßigkeit der Durchsatzgeschwindigkeit durch eine zweckentsprechende Vorrichtung so zu sichern, daß die volle Ausnutzung der entsprechenden Extruderzonen für die Mischung und Homogenisierung gesichert, die Massepufferung gewährleistet und die Einarbeitung von zusätzlichen Stoffen in die vorgelegte Matrixschmelze mit zeitlich konstanter Konzentration und damit hoher Qualität möglich wird. Die dementsprechende Vorrichtung besteht aus einem an sich bekannten Ein- bzw. Mehrschneckenextruder einschließlich Beschickungsvorrichtung für das zu verarbeitende Schüttgut, der Schnecke(n) mit Feststofförder-, Piastizier- und Entgasungszono, dem Drosselabschnitt, vor dem im Zylinder eine Schmelzeauslaßbohrung eingearbeitet ist, die über einen beheizbaren Schmelzekanal mit einer Puffervorrichtung verbunden ist, die in Form eines Schneckenkolbenaggregates mit rotierender und axial gegen eine dri kmäßig variabel beaufschlagbare Hydraulik bewegbarer und somit im vorderen Bereich zusammen mit dem Gehäuse eine Schmelzepufferzone bildender Schnecke ausgeführt ist. Die Auslaßbohrung dieser Puffervorrichtung ist über eine an sich bekannte Schmelzfördereinrichtung, zum Beispiel eine Zahnradpumpe mit der stromabwärts nach der Drosselstelle im Extruderzylinder angebrachten Schnelzeeinlaßbohrung verbindbar. Nach der Einlaßbohrung sind im Zylinder Öffnungen für die Einspeisung zusätzlicher Stoffkomponenten vorgesehen, die anschließend längs eines dafür üblichen Homogenisierabschnittes in die Matrix eingearbeitet werden. Um die Compoundierprozesse zu intensivieren bzw. die entsprechenden technologischen Möglichkeiten zu erweitern, kann die Puffervorrichtung, d. h. das Schneckenkolbe .aggregat, mit einer Aufgabevorrichtung für Farbbatch, Stabilisatoren o. a. funktioneile Komponenten bzw. Zusatzstoffe relativ geringer Menge versehen sein. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gesichert, daß Druck- und damit Durchsatzgeschwindigkeitspulsationen im Feststoff- und Piastizierbereich und auch bei der Schmelzförderung sich nicht auf die Misch- und Homogenisier- sowie Austragszone des Extruders auswirken können.It is the object of the invention to ensure the uniformity of the throughput rate by an appropriate device so that the full utilization of the corresponding extruder zones secured for mixing and homogenization, ensures the mass buffering and the incorporation of additional substances in the presented matrix melt with constant time concentration and thus high quality becomes possible. The corresponding device consists of a known single or multiple screw extruder including feeding device for the bulk material to be processed, the screw (s) with Feststofförder-, Piastizier- and Entgasungszono, the throttle section, in front of which a melt outlet bore is incorporated in the cylinder over a heatable melt channel is connected to a buffer device, which is designed in the form of a Schneckenkolbenaggregates with rotating and axially against a dri kmäßig variable acted upon hydraulically movable and thus in the front area together with the housing a melt buffer zone forming screw. The outlet bore of this buffer device is connected via a known melt conveying device, for example, a gear pump with the downstream of the throttle point in the extruder cylinder attached Schnelzeeinlaßbohrung. After the inlet bore openings are provided in the cylinder for the supply of additional material components, which are then incorporated along a usual Homogenisierabschnittes in the matrix. In order to intensify the compounding processes or to expand the corresponding technological possibilities, the buffer device, i. H. the worm piston aggregate, with a feeding device for color batch, stabilizers o. a. functional components or additives to be provided relatively small amount. By the device according to the invention it is ensured that pressure and thus throughput rate pulsations in the solid and plastication area and also in the melt promotion can not affect the mixing and homogenizing and discharge zone of the extruder.

Durch die separate, außerhalb des Extruders angeordnete Puffervorrichtung werden keine Einschränkungen in dem Prozeßablauf der einzelnen Extruderzonen zugelassen. Außerdem kann die Puffervorrichtung dazu genutzt werden, kleinere Mengen an Zusatzstoffen während des Pufferprozesses in der Matrixschmelze vorzumischen.The separate buffer device arranged outside the extruder does not permit any restrictions in the process sequence of the individual extruder zones. In addition, the buffer device can be used to premix minor amounts of additives in the matrix melt during the buffering process.

AltsführungsbeispielAltsführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausfü hrungsbeispitl näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt die Vorrichtung zur Stabilisierung der Durchsatzgeschwindigkeit eines Doppelschnecken-Aufbereitungsextruders. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus dem Extruder 1 mit den Schnecken 3 und 3', dem Beschickungsaufsatz 2, dem Drosselabschnitt 9, der Schmelzeauslaßbohrung 10, der Schmelzeeinlaßbohrung 19, der Zuführöffnung 20 für Zusatzkomponenten und der über die besagten Schmelzeauslaß- bzw. Schmelzeeinlaßbohrung 10 bzw. 19 mit dem Extruder 1 verbindbaren Vorrichtung zur Pufferung vor. OL'rchsatzgeschwindigkeitsschwankungen, die im ersten Teil des Extruders 1, bestehend aus Feststofförderzone 4, Plastizierzone 5 und der dem Drosselabschnitt 9 vorgelagerten Schmelzezone 24, entstehen können. Die Vorrichtung zu Pufferunci der Pulsationen ist das Schneckenkolbenaggregat rhit axial bewegbaror und rotierender Schnecke 13, die über den Arbeitszylinder 14 mit einstellbarem Druck belastbar ist und über die Schmelzeleitungen 11 und 11' mit dem Extruder 1 in Verbindung steht. Die beheizbaren Schmelzekanäle 11 und 11' besitzen Schmelzeförderpumpen, zum Beispiel Zahnradpumpen 18 und 18', mit separaten Antrieben. Vor dem Drosselabschnitt 9 des Extruders 1 ist eine Druckmeßvorrichtung 23 angeordnet. Der Extruder 1 weist nach dem Drosselabschnitt 9 folgenden Abschnitt eine Homogenisier- und Austragszone 22 auf. Alle Gehäuseteile, wie Zylinder 7, T₁ Schmelzekanäle 11,11', Puffervorrichtung 12, besitzen Heizungen 8,8', 8". Über den Beschickungsaufsatz 2 erfolgt die Zugabe des polymeren Matrixmaterials, das während des Transportes mittels der Schnecken 3,3' in der Feststofförderzone 4 und Plastizierzone 5 gefördert, erwärmt und plastiziert wird. Über den Drosselabschnitt 9 des Extruders 1 wird nur ein relativ geringes Schmelzevolumen gefördert, während der größere Teil über die Schmelzeauslaßbohrung 10 und den Schmelzekanal 11 in die Puffervorrichtung 12 strömt. Im Kanal 11 ist eine separat angetriebene Zahnradpumpe angeordnet, die in Abhängigkeit von dem im Bereich vor der Drosselzone 9 mittels der Druckmeßvorrichtung 23 gemessenen Schmelzedruck geschwindigkeitssoitig steuerbar ist. Im Falle des Druckanstieges in der Schmelzezone 24 über den Sollwert wird die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe und damit die Fördermenge proportional erhöht, Es erfolgt dadurch praktisch keine Rückwirkung auf die Förderergiebigkeit der Schnecken 3,3'. Bei direkter Verbindung zwischen Extruder 1 und Puffervorrichtung 12 kann es bei derartigen Druckschwankungen zu einer gewissen Beeinflussung der Förderergiebigkeit der Extruderschnecken 3,3' kommen. Die Schmelze füllt das Volumen der Schnecke 13 sowie die Pufferzone 15, drängt im Gleichgewicht zur Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders 14 die axial bewegbare und rotierende Schnecke 13 zurück und wird schließlich mittels der Zahnradpumpe 18' im Sinne eines zeitlich konstanten Massestromes über den Schmelzekanal 11' und die Schmelzeeinlaßbohrung 19 in die Entgasungszone 6 des Extruders 1 eingespeist. Entsprechend der Druckschwankungen um emen bestimmten Mittelwert pendelt die Lage der Schnecken 13 und das Volumen der Pufferzone 15. Nach Abzug leichtflüchtiger Substanzen in der Entgasungszone 6,6' erfolgt über die Zuführöffnung 20 die Zugabe gewünschter Zusatzstoffe mittels der Dosiervorrichtung 21 und anschließend über die Homogenisier- und Austragszone 22 die Vermischung der Komponenten und der zum Austrag notwendige Druckaufbau. Durch die zweckentsprechende konstruktive Auslegung der Schneckenkonstrukrion in dem Drosselabschnitt 9 (geringe Steigung, kleine Spalte, dichtkämmendes Profil) und der systemspezifischen Arbeitsweise der Zahnradpumpe 18' wird gewährleistet, daß stets eine zeitlich konstante Menge an Schmelze in den zweiten Te:! des Extruders 1 gelangt. Alle Pulsation.in des Druckes und dementsprechend der Förajrgeschwindigkeit, wie sie während des Feststofförder- und Piastizierprozesses in den entsprechenden Zonen des Extruders 1 entstehen können, werden durch die variable Schmelzepufferung in der Pufferzone 15 des Schneckenkolbenaggregates ausgeglichen. Durch ein ständiges Rotieren der Schnecke 13 werden Materialstagnationen ausgeschlossen und ein stabiler Füllgrad der Zahnradpumpe 18' gewährleistet. Die Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders 14 richtet sich nach dem Betriebsdruck in der dem Drosselabschni 19 unmittelbar vorgelagerten Schmelzezone 24 des Extruders 1 bzw. dem durch die Zahnradpumpe 18 erzeugten Druck.The invention will be explained in more detail on an embodiment. The accompanying drawing shows the apparatus for stabilizing the flow rate of a twin-screw extruder extruder. The device according to the invention consists of the extruder 1 with the screws 3 and 3 ', the feed attachment 2, the throttle section 9, the melt outlet bore 10, the melt inlet bore 19, the supply port 20 for additional components and the said melt outlet or melt inlet bore 10 and 19 with the extruder 1 connectable device for buffering before. OL'rchsatzgeschwindigkeitsschwankungen that in the first part of the extruder 1, consisting of solids conveying zone 4, plasticizing zone 5 and the throttle section 9 upstream melt zone 24 may arise. The device for Pufferunci the pulsations is the worm-piston unit rhit axially bewegbaror and rotating screw 13, which is loadable via the working cylinder 14 with adjustable pressure and via the melt lines 11 and 11 'with the extruder 1 in conjunction. The heatable melt channels 11 and 11 'have melt feed pumps, for example gear pumps 18 and 18', with separate drives. In front of the throttle section 9 of the extruder 1, a pressure measuring device 23 is arranged. The extruder 1 has after the throttle section 9 following section on a homogenization and discharge zone 22. All housing parts, such as cylinders 7, T _1, melt channels 11, 11 ', buffer device 12, have heaters 8, 8', 8 ". Via the charging attachment 2, the addition of the polymeric matrix material takes place during transport by means of the screws 3, 3 '. is conveyed, heated and plasticized in the solids conveying zone 4 and plasticizing zone 5. Only a relatively small volume of melt is conveyed via the throttling section 9 of the extruder 1, while the larger part flows via the melt outlet bore 10 and the melt channel 11 into the buffer device 12. In the channel 11 a separately driven gear pump is arranged, which is speed-controllable in dependence on the measured in the area in front of the throttle zone 9 by the pressure measuring device 23. In the case of pressure increase in the melt zone 24 above the setpoint, the speed of the gear pump and thus the flow rate is increased proportionally , It is done by practically no R Effect on the conveying yield of the screws 3,3 '. In the case of direct connections between extruder 1 and buffer device 12, such pressure fluctuations can lead to a certain influence on the conveying efficiency of the extruder screws 3, 3 '. The melt fills the volume of the screw 13 and the buffer zone 15, urges in equilibrium to the pressurization of the working cylinder 14, the axially movable and rotating screw 13 and is finally by means of the gear pump 18 'in terms of a constant time mass flow through the melt channel 11' and the Melt inlet bore 19 fed into the degassing zone 6 of the extruder 1. The position of the screws 13 and the volume of the buffer zone 15 fluctuate in accordance with the pressure fluctuations around a certain mean value. After deducting readily volatile substances in the degasification zone 6, 6 ', the addition of desired additives by means of the metering device 21 via the feed opening 20 and then via the homogenizing and discharge zone 22, the mixing of the components and the pressure required for the discharge. Due to the appropriate structural design of the Schneckenkonstrukrion in the throttle section 9 (low pitch, small gap, tight-fitting profile) and the system-specific operation of the gear pump 18 'ensures that always a time-constant amount of melt in the second Te:! of the extruder 1 passes. All Pulsation.in the pressure and, accordingly, the Förajrgeschwindigkeit, as they may arise during the Feststofförder- and Piastizierprozesses in the corresponding zones of the extruder 1, are compensated by the variable melt buffering in the buffer zone 15 of the Schneckenkolbenaggregates. By a constant rotation of the screw 13 material stagnation are excluded and a stable degree of filling of the gear pump 18 'guaranteed. The pressurization of the working cylinder 14 depends on the operating pressure in the Schmelabschni 19 immediately upstream melt zone 24 of the extruder 1 and the pressure generated by the gear pump 18.

Das Schneckenkolbenaggregat ist zusätzlich mit einer Aufgabevorrichtung 16 dargestellt, die es im Sinne einer weiteren Anwendungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet, zusätzliche Komponenten, zum Beispiel Farbstoffe, an dieser Stelle einzubringen. Bei einer solchen Fahrweise der Puffervorrichtung 12 wird der Zusatzstoff bereits außerhalb des Extruders 1 mit Schmelze vorgemischt und damit eine gewisse Homogenisierarbeit dem Extruder abgenommen. Diese Variante erhöht die Ökonomie der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Anbringung der Aufgabevorrichtung 16 kann zusätzlich oder auch alternativ zur Komponenteneinspeisung über die Zuführöffnung 20 geschehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch ohne jegliche Zusatzkomponenteneinspeisung betreibbar; dabei können die Aufgabevorrichtung 16 und die Zuführöffnungen 20 weggelassen werden. Im letzteren Fall wird die Vorrichtung als reine Stabilisierungseinrichtung genutzt.The screw piston unit is additionally shown with a feeding device 16, which allows it in the sense of a further application variant of the device according to the invention to introduce additional components, for example dyes, at this point. In such a mode of operation of the buffer device 12, the additive is already pre-mixed with melt outside the extruder 1 and thus a certain amount of homogenization work is taken from the extruder. This variant increases the economy of the device according to the invention. The attachment of the feeding device 16 can be done additionally or alternatively to the component feed via the feed opening 20. The device according to the invention can also be operated without any additional component feed; while the feeder 16 and the feed openings 20 can be omitted. In the latter case, the device is used as a pure stabilizer.

Claims

1. A device for stabilizing the throughput rate of a processing extruder, in particular for incorporation of additional components in polymeric materials with non-uniform bulk properties, in the form of a single or multiple screw extruder with arranged after a Feststofförder- and plasticizing throttle section, before the cylinder in a Schmelzeauslaßbohi tion is incorporated, characterized characterized in that the melt outlet bore (10) via a heatable melt channel (11) with a buffer device (12) is connected, in the form of a Schneenkenkolbenaggregates with a rotatable and axially against a pressure variable variable acted upon working cylinder (14) movable and thus together in the front area with the housing a melt buffer zone (15) forming screw (13) is executed, wherein the outlet opening (17) via a gear pump (18 ') with the downstream of the throttle section (9) in the extruder cylinder (7) attached Sch Melzeeinlaßbohrung (19) is connected.

2. Device according to item 1, characterized in that downstream of the melt inlet bore (19) of the extruder (1) a metering device (12) together with feed opening (20) and on the buffer device (12) is arranged a feeding device (16) for additional fabric components ,

3. Device according to item 1 and 2, characterized in that in the melt channel (11) a gear pump (18) is arranged, the delivery rate in response to the by means of a measuring device (23) in the region immediately before the throttle point (9) determined melt pressure is controllable.

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Field of application of the invention

The invention relates to a device for stabilizing the throughput rate of a processing extruder, in particular for incorporation of additional components in polymeric substances with non-uniform bulk properties.

Characteristic of the known technical solutions

In the processing of polymeric substances in processing extruders stochastic temporal pulsations of the pressure build-up and the throughput speed occur due to irregularities of the bulk material properties (for example regarding the trickling behavior, the external and internal friction ...). The consequence of such fluctuations is an insufficient quality of the product; For example, said throughput fluctuations can have a negative effect if it is necessary to incorporate a certain amount of additional components (dyes, fillers, stabilizers, flame retardants, etc.) in the polymer composition, since it must logically come to concentration fluctuations in such cases. Particularly difficult is the realization of corresponding processing tasks in the use of thermoplastic waste, the latter tend due to their specific bulk material behavior in particular to irregularities in the solids content of the extruder including the feed. This results in the processing of voluminous waste, such as Folienschnitzeln, synthetic fiber waste o.a. Materials, considerable pressure and throughput pulsations. These, as already mentioned, in particular in the solids area resulting fluctuations, continue in principle over all functional zones of the extruder up to the exit from the mold. To solve these problems, a device has been proposed which consists of a known single- or multi-screw extruder with arranged after Feststofförder-, Piastizier- and degassing pressure equalization zone with increased Rückströmmöglichkeit a melt buffer section, which follows a throttle zone with greatly reduced material permeability, wherein prior to this throttle zone, the cylinder has a melt outlet bore, which communicates via a heatable melt channel a separately drivable gear pump with a downstream, after said throttle point in the cylinder incorporated melt inlet bore in communication. After the inlet bore openings for the supply of additional material components are provided in the cylinder, which are then incorporated along a Homoycnsierabschnittes in the matrix. However, the realization of such a melt buffer requires that the corresponding screw zone is operated only with partial filling. This limits the production capacity and also limits the working width. In addition, relatively little dissipation energy is converted in partially filled screw flights and thus the relevant screw zone is insufficiently used for mixing and homogenizing work.

Object of the invention

It is the object of the invention to provide such a device, so that at a relatively low economic outlay, a uniform throughput rate is ensured and the processes of incorporation of additional fabric components can be done with high quality in the extruder.