AT11576U1 - Extrudervorrichtung - Google Patents

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AT11576U1
AT11576U1 AT0900308U AT90032008U AT11576U1 AT 11576 U1 AT11576 U1 AT 11576U1 AT 0900308 U AT0900308 U AT 0900308U AT 90032008 U AT90032008 U AT 90032008U AT 11576 U1 AT11576 U1 AT 11576U1
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screw extruder
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Krauss Maffei Tech Gmbh
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Description

österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15
Beschreibung
EXTRUDEREINRICHTUNG
[0001] Die Erfindung betrifft eine Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft desweiteren eine mit einer derartigen Extrudereinrichtung ausgestattete Compounder-Spritzgießmaschine.
[0002] Aus der DE1985743U ist eine Extrudereinrichtung zum stufenweisen Entziehen elimi-nerbarer Bestandteile aus einem Kunststoff-Material bekannt, die zwei gleichsinnig drehende Schnecken aufweist, die an ihrem vorderen Ende jeweils ein in einem zylindrischen Gehäuse fliegend gelagertes Verlängerungsstück aufweisen. Im Bereich einer Einfüllöffnung für das Kunststoff-Material sind die beiden Schnecken auf dem Boden eines Gehäuses von etwa halbkreisförmigem Querschnitt gelagert, so dass oberhalb der Schnecken ein Freiraum gebildet wird. Das Gehäuse verjüngt sich in Förderrichtung und geht anschließend in zwei separate zylindrische Gehäuseteile über. Sowohl in dem Bereich der Doppelschnecke als auch im Bereich der beiden Verlängerungsstücke sind in dem Gehäuse Öffnungen vorgesehen.
[0003] Aus der GB1314465 ist eine Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken bekannt, wobei eine der Schnecken ein Verlängerungsstück aufweist, bei dem der Aussendurchmesser dieser Schnecke unverändert beibehalten wird. Um den sich dadurch ausbildenden Rückstau zu begrenzen bzw. zu reduzieren, weist das Verlängerungsstück einen auf einem Schneckenkern umlaufenden Schneckensteg auf, der an mehreren Stellen Unterbrechungen aufweist.
[0004] Aus der EP1306187A1 ist eine Compounder-Spritzgießmaschine mit einer Schnecken-vorplastifizierung und einer Kolben-Spritzeinheit bekannt, wobei die Schneckenvorplastifizie-rung einen Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken aufweist.
[0005] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Extrudereinrichtung anzugeben, die einen verbesserten Druckaufbau am Materialaustrag aufweist, ohne dass es in der Extrudereinrichtung selbst zu einem signifikanten Rückstau kommt.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Extrudereinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
[0007] Durch die Ausgestaltung der Extrudereinrichtung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Einschneckenextruder-Element wird erreicht, dass am vorderen Ende des Einschneckenextruder-Elements ein Druck erzielt werden kann, wie er von dem Doppelschneckenextruder allein unter gleichen Betriebsbedingungen nicht erzielbar ist. Vielmehr wird der Wirkungsgrad beim Druckaufbau durch das Einschneckensystem signifikant erhöht. Die vom Antrieb in den Doppelschneckenextruder eingebrachte Energie wird nur zu etwa 8-10% in Druckaufbau umgesetzt. Dieser Wirkungsgrad wird durch die Erfindung mehr als verdoppelt.
[0008] In einer ersten Ausführungsform gemäß den Unteransprüchen 2 bis 9 ist ein einzelnes Einschneckenextruder-Element vorgesehen, wobei der Aussendurchmesser D2 der Förderschnecke des Einschneckenextruder-Elements größer ist als der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen. Um das gesamte von dem Doppelschneckenextruder geförderte Material ohne nennenswerten Rückstau abtransspor-tieren und zur Austragsöffnung der Extrudereinrichtung fördern zu können, ist D2 signifikant größer als D1. Das Verhältnis von D2 zu D1 richtet sich zum einen nach der Förderleistung des Einschneckenextruder-Elements und zum anderen nach der gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders. Dabei kann sich D2 im Bereich von 1,2 x D1 bis 1,7 x D1 und darüber bewegen; D2 kann auch doppelt so groß wie D1 sein. Der Innendurchmesser DiF der Förderschnecke kann gleich oder größer sein als der Innendurchmesser Dis, den jeweils die 1/10 österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15 beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen. Desweiteren kann die Gangtiefe im Bereich der Förderschnecke größer sein als die Gangtiefe einer der beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders.
[0009] In einer zweiten Ausführungsform gemäß den Unteransprüchen 10 bis 14 sind zwei Einschneckenextruder-Elemente vorgesehen, wobei beide Schnecken des Doppelschneckenextruders ein als Förderschnecke ausgebildetes Verlängerungsstück aufweisen, und wobei der Aussendurchmesser D3 der Förderschnecken kleiner ist als der Aussendurchmesser D1 der Schnecken des Doppelschneckenextruders. Das Verhältnis von D2 zu D1 richtet sich auch hier zum einen nach der Förderleistung der beiden Einschneckenextruder-Elemente und zum anderen nach der gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders. D3 kann zwischen 50% und 85% von D1, vorzugsweise zwischen 70% und 85% von D1 betrügen.
[0010] Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 näher beschrieben werden.
[0011] In der Figur 1 ist im Längsschnitt schematisch eine Extrudereinrichtung dargestellt, die einen Doppelschneckenextruder 1 mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken 2 und 2' aufweist, die in an sich bekannter Weise drehantreibbar sind und einen Außendurchmesser von D1 aufweisen. Die Schnecken 2 und 2' sind in einem die beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen, das zwei sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der Schnecken aufweist. Dieser Bereich 8, in dem sich die Bohrungen überlappen, so dass in dem Gehäuse eine Öffnung zur Aufnahme der beiden Schnecken mit einem Querschnitt entsprechend einer liegenden Acht gebildet wird, wird teilweise auch Zwickelbereich genannt. Am vorderen Ende des Doppelschneckenextruders ist ein Einschneckenextruder-Element 3 angeordnet, das eine Förderschnecke 4 in einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse 5 aufweist und mit dem Doppelschneckenextruder 1 in strömungstechnisch günstiger Weise verbunden ist. Die Förderschnecke 4 ist als Verlängerungsstück der Schnecke 2 des Doppelschneckenextruders ausgebildet und dreht bei Rotation der Schnecke 2 mit. Der Durchmesser D2 der Förderschnecke ist signifikant größer als der Durchmesser D1 einer Schnecke 2 bzw 2'. Je nach Förderleistung des Doppelschneckenextruders liegen die Werte von D2 bei etwa 1,2 x D1 bis 1,5 x D1; sie können auch darüber liegen, beispielsweise im Bereich von etwa 2 x D1. Die Förderschnecke 4 und die Schnecke 2 liegen auf einer Achse A und zwischen dem vorderen Ende der Schnecke 2 und der Förderschnecke 4 befindet sich ein konusförmiges Übergangsstück 6. Die Schnecke 2 weist einen Schneckensteg 7 auf, der auf dem Übergangsstück 6 und auf der Förderschnecke 4 fortgeführt ist. Das Übergangsstück kann aber auch ohne Schneckenstege ausgebildet sein. Die Steigung des Schneckenstegs 7 kann in Förderrichtung gleichbleiben, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist; sie kann aber auch variieren und insbesondere zum vorderen Ende der Förderschnecke hin abnehmen. Die Schnecken 2 und 2' des Doppelschneckenextruders können ein- oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein; ebenso kann die Förderschnecke ein-oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein. Am vorderen Ende der Förderschnecke 4 geht das Gehäuse 5 in eine hier nicht dargestellte Austrags- oder Austrittsöffnung über.
[0012] Die Ausführungsform von Figur 2 unterscheidet sich dadurch von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, dass nunmehr zwei Einschneckenextruder-Elemente 3 und 3' vorgesehen sind, die Förderschnecken 4 und 4' in einem Gehäuse 5 aufweisen. Die beiden Schnecken 2 und 2' sind über konusförmige Übergangsstücke 6 und 6' mit den Förderschnecken 4 und 4' verbunden. Der Durchmesser D3 der Förderschnecken 4 bzw. 4' ist signifikant kleiner als der Durchmesser D1 der Schnecken 2 bzw. 2'. Die Werte von D3 liegen zwischen 50% und 85% von D1, vorzugsweise zwischen 70% und 85% von D1, wobei sich die Auslegung von D3 nach der im Betrieb gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders ausrichtet. Die Schnecken 2 und 2' weisen Schneckenstege 7, 7' auf, die jeweils auf den Übergangsstücken 6, 6' und auf den Förderschnecken 4, 4' fortgeführt sind, je nach Bedarf mit oder ohne Unterbrechung. Das Übergangsstück kann auch ohne Schneckenstege ausgebildet sein. Die Steigung der Schneckenstege 7, 7' kann in Förderrichtung gleichbleiben; sie kann aber auch variieren 2/10 österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15 und insbesondere zum vorderen Ende der Förderschnecken hin abnehmen. Die Schnecken 2, 2' des Doppelschneckenextruders sowie die Förderschnecken 4, 4' können ein- oder mehrgängig ausgeführt sein. Am vorderen Ende der Förderschnecken 4, 4' geht das Gehäuse 5 in eine hier nicht dargestellte Austrags- oder Austrittsöffnung über.
[0013] In beiden Ausführungsformen kann die Gangtiefe in den Förderschnecken signifikant größer sein als die Gangtiefe der Schnecken des Doppelschneckenextruders.
[0014] Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Doppelschneckenextruder 1 entlang der Linie A-A der Figuren 1 und 2.
[0015] Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die beiden Einschneckenextruder-Elemente 3, 3' entlang der Linie B-B in der Figur 2.
[0016] Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch das Einschneckenextruder-Element 3 entlang der Linie C-C in der Figur 1.
[0017] Bei einer Compounder-Spritzgießmaschine wie sie beispielsweise aus der eingangs genannten EP1306187A1 bekannt ist wird anstelle eines herkömmlichen Extruders nunmehr eine erfindungsgemäße Extrudereinrichtung zum Aufbereiten und Plastifizieren von Kunststoffmaterial vorgesehen. Der Druck in der vom Ausgang des Extruders ausgehenden Schmelzeleitung kann mit einem besseren Wirkungsgrad aufgebaut werden. Ein Rückstau von Material in den Gängen des Doppelschneckenextruders kann vermieden werden, was sich positiv auf das Compoundieren des Kunststoffmaterials auswirkt. Die Förderschnecken 4, 4' der Einschneckenextruder-Elemente dienen zur Druckerzeugung bzw. Druckerhöhung, wobei die Förderleistung der Förderschnecken für den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine in der Regel ausreicht und wobei der Doppelschneckenextruder in Anpassung an den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine ohnehin unterfüttert, d.h mit reduzierter Förderleistung, betrieben wird. Eine derartige Compounder-Spritzgießmaschine verfügt ferner über eine an sich bekannte Schließeinheit sowie über eine geeignete Spritzgußform zur Herstellung der spritzgegossenen Formteile.
[0018] Figur 6 zeigt schematisch eine derartige Compounder-Spritzgießmaschine. Sie verfügt über eine erfindungsgemäße Extrudereinrichtung 10 zur Aufbereitung und Plastifizierung von in der Regel in Granulatform befindlichem Kunststoffmaterial, einen Zwischenspeicher 20 zur Aufnahme und Zwischenspeicherung von Material sowie ein Kolbenspritzaggregat 30 zum Einspritzen des Materials in eine Spritzgießform 50 mit Formhälften 50a und 50b. Diese Formhälften sind auf einer verfahrbaren Formaufspannplatte 60a und einer feststehenden Formauf-spannplatte 60b einer an sich bekannten Schließeinheit befestigt. Mit der Kombination des Zwischenspeichers 20 und dem Kolbenspritzaggregat 30 ist eine Weiterverarbeitung der von der Extrudereinrichtung 10 kontinuierlich hergestellten Schmelze zu den intermittierend in der Spritzgießform 50 hergestellten Spritzgußteilen möglich. Bei der Extrudereinrichtung 10 handelt es sich um eine Extrudereinrichtung, wie sie in der Figur 1 oder der Figur 2 dargestellt ist. Sie umfasst einen Doppelschneckenextruder 1 mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken 2, 2', wobei am vorderen Ende des Doppelschneckenextruders 1 je nach Ausführungsform eine Förderschnecke 4 gemäß der Figur 1 oder zwei Förderschnecken 4 und 4' gemäß der Figur 2 vorgesehen sind. An das vordere Ende des Doppelschneckenextruders 1 schließen sich somit Einschnecken-Extruderelemente 3, 3' gemäß der Figur 1 oder der Figur 2 an. Gegebenenfalls kann eine gravimetrische Dosiereinrichtung 10 vorgesehen sein, welche eine Unterfütterung des Doppelschneckenextruders 1 in besonders einfacherWeise erlaubt. 3/10

Claims (17)

  1. österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15 BEZUGSZEICHENLISTE 1 Doppelschneckenextruder 2,2' Schnecken des Doppelschneckenextruders 3, 3' Einschnecken-Extruderelemente 4,4' Förderschnecken 5 Gehäuse 6,6' Konisches Übergangsstück 7, 7' Schneckensteg 8 Zwickelbereich 10 Extrudereinrichtung 20 Zwischenspeicher 30 Kolbenspritzaggregat 50 Spritzgießform 50a Bewegliche Formhälfte 50b Feststehende Formhälfte 60a Verfarbare Formaufspannplatte 60b Feststehende Formaufspannplatte Ansprüche 1. Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder (1) mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken (2,2'), die in einem die beiden Schnecken (2, 2') umschließenden Gehäuse (5) aufgenommen sind, wobei das Gehäuse (5) zwei entlang der Längsachse des Doppelschneckenextruders (1) sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der Schnecken (2, 2') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - das vordere Ende des Doppelschneckenextruders (1) um wenigstens ein Einschneckenextruder-Element (3, 3') verlängert ist, das ein als Förderschnecke (4, 4') ausgebildetes Verlängerungsstück einer der Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) darstellt und in einem die Förderschnecke (4, 4') umschließenden Gehäuse (5) aufgenommen ist, - sodass das von den beiden gleichsinnig drehenden und mit einander kämmenden Schnecken (2, 2') geförderte Material dem Einschneckenextruder-Element (3, 3') zuführ-bar und durch Rotation der verlängerten Schnecke des Doppelschneckenextruders (1) von der Förderschnecke (4, 4') des Einschneckenextruder-Elements (3, 3') abtransportierbar ist.
  2. 2. Extrudereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschneckenextruder-Element (3, 3') vorgesehen ist, wobei der Außendurchmesser D2 der Förderschnecke (4, 4') größer ist als der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) aufweisen.
  3. 3. Extrudereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D2 der Förderschnecke mindestens 1,2 mal so groß, vorzugsweise zwischen 1,2 mal und 1,7 mal so groß ist wie der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) aufweisen.
  4. 4. Extrudereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D2 der Förderschnecke (4, 4') mindestens doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) aufweisen. 4/10 österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15
  5. 5. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- bzw. Kerndurchmesser DiF der Förderschnecke (4, 4') gleich oder größer ist als der Innen- bzw. Kerndurchmesser Dis, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders (1) aufweisen.
  6. 6. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangtiefe im Bereich der Förderschnecke (4, 4') größer ist als die Gangtiefe einer der beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1).
  7. 7. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem vorderen Ende der Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) und der Förderschnecke (4, 4') ein konisch ausgebildetes und mit einem oder mehreren Schneckenstegen versehenes Übergangsstück (6, 6') vorgesehen ist.
  8. 8. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem vorderen Ende der Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) und der Förderschnecke (4, 4') ein konisch ausgebildetes Übergangsstück (6, 6') vorgesehen ist, das keine Schneckenstege (7, 7') aufweist.
  9. 9. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schneckenstege (7. 7') der Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) ohne Unterbrechung auf der Förderschnecke (4, 4') fortgeführt sind.
  10. 10. Extrudereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Einschneckenextruder-Elemente (3, 3') vorgesehen sind, wobei beide Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) ein als Förderschnecke (4, 4') ausgebildetes Verlängerungsstück aufweisen, und wobei der Außendurchmesser D3 der Förderschnecken (4, 4') kleiner ist als der Außendurchmesser D1 der Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1).
  11. 11. Extrudereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecken (4, 4') in dem Gehäuse (5) in zwei parallel zueinander liegenden zylindrischen Bohrungen mit einem Durchmesser entsprechend dem Durchmesser D3 der Förderschnecken (4, 4') angeordnet sind, wobei stromabwärts die beiden Bohrungen zusammenlaufen und in einer gemeinsamen Austrittsöffnung enden.
  12. 12. Extrudereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D3 der Förderschnecken (4, 4') kleiner ist als der Durchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) aufweisen, wobei D3 zwischen 50 % und 85 % von D1, vorzugsweise zwischen 70 % und 85 % von D1 beträgt.
  13. 13. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen dem vorderen Ende der Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) und der Förderschnecke (4, 4') ein konisch ausgebildetes und mit einem oder mehreren Schneckenstegen (7, 7') versehenes Übergangsstück (6, 6') vorgesehen ist, wobei der oder die Schneckenstege (7, 7') der Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) ohne Unterbrechung auf der jeweiligen Förderschnecke (4, 4') fortgeführt sind. 5/10 österreichisches Patentamt AT 11 576 U1 2011-01-15
  14. 14. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen dem vorderen Ende der Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) und der Förderschnecke (4, 4') ein konisch ausgebildetes Übergangsstück (6, 6') vorgesehen ist, das keine Schneckenstege (7, 7) aufweist.
  15. 15. Compounder-Spritzgießmaschine mit einer Schließeinheit und einer Plastifiziereinrichtung sowie mit einer Einspritzeinrichtung (30), wobei die Plastifiziereinrichtung eine Extrudereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
  16. 16. Compounder-Spritzgießmaschine nach Anspruch 15 mit einer kontinuierlich arbeitenden Extrudereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie mit einer Einrichtung (20) zum Zwischenspeichern von Kunststoffschmelze.
  17. 17. Compounder-Spritzgießmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Förderschnecke(n) geringer ist als diejenige des Doppelschneckenextruders. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 6/10
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