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Die Erfindung betrifft einen Extruder mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Schnecke drehbar gelagert ist, von deren Schneckenkem ein schraubenlinienförmig verlaufenden Steg absteht, wobei im Gehäuse wenigstens eine Entgasungsöffnung vorgesehen ist.
Solche Extruder besitzen ein Gehäuse, in dem eine oder zwei miteinander kämmende Schne- cken aufgenommen sind, wobei das Gehäuse eine Aufgabeöffnung für den im Extruder zu verar- beitenden Werkstoff (z. B. ein, gegebenenfalls thermoplastischer, Kunststoff) und in der Nähe des Abgabeendes des Extruders wenigstens eine Entgasungsöffnung (Entgasungsbohrung) besitzt.
Unter dem Begriff "Extruder" werden im Vorliegenden alle üblichen Plastifiziervorrichtungen, Strangpressen, Spritzgiessmaschinen und ähnliches verstanden, die mit einer oder zwei nebenein- anderliegenden, miteinander kämmenden Schnecken ausgerüstet sind.
Aus der EP 0 595 190 B1 ist ein Doppelschneckenextruder bekannt, dessen Schnecken Stege aufweisen, die einen trapezförmigen Querschnitt haben, der sich vom Grundkörper der Schnecke ausgehend nach aussen erweitert. So sollen die Kräfte, welche die beiden Schnecken des bekann- ten Schneckenextruders beim Betrieb auseinanderdrücken, wesentlich reduziert werden.
Aus der DD 68377 A ist eine Schnecke für die Kaltbeschickung von Extrudern bekannt, die mit Stegen ausgerüstet ist, die in ihrem Winkel vom Schneckenkörper zur Zylinderinnenwand negativ angeordnet sind. Eine Anregung, diese Schneckengeometrie für den eigentlichen Extruder zu verwenden, ist der DD 68377 A nicht zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Extruder der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem die wenigstens eine Schnecke, insbesondere im Bereich der wenigstens einen Entgasungsöffnung des Extrudergehäuses, so gestaltet ist, dass der im Extruder zu verarbei- tende Werkstoff nicht nach aussen gedrängt wird und so die Gefahr, dass die Entgasungsöffnungen verlegt werden, verringert ist.
Erfindungsgemäss wird dies mit einem Extruder erreicht, der dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich der wenigstens einen Entgasungsöffnung in an sich bekannter Weise der Steg der Schnecke eine aktive Flanke besitzt, die wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die Aussenkante der aktiven Flanke gehenden Radialebene zurückversetzt ist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Extruders sind Gegen- stand der Unteransprüche.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemässen Extruder die wenigstens eine im Extrudergehäuse drehbar gelagerte Schnecke wenigstens im Bereich der wenigstens einen Entgasungsbohrung eine aktive Flanke besitzt, die mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschliesst, wird die erfindungsgemässe Aufgabe vorteilhaft gelöst.
Im vorliegenden wird unter "aktiver Flanke" des Steges der wenigstens einen Schnecke die Flanke verstanden, die bezogen auf die Förderrichtung von Werkstoff durch den Extruder nach vorne, d. h. zum Abgabeende des Extruders hinweist.
Bei der Erfindung hat die aktive Flanke des Steges eine Ausrichtung, die so gewählt ist, dass die aktive Flanke bezogen auf die nach vorne weisende Aussenkante des Schneckensteges we- nigstens bereichsweise von der Schneckenspitze weg zurückversetzt ist.
In einer Ausführungsform ist der erfindungsgemässe Extruder dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Flanke einen radial aussen liegenden Abschnitt aufweist, der mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschliesst, und dass der radial innerhalb liegende Abschnitt der aktiven Flanke konkav geformt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäss angestrebte Effekt besonders sicher eintritt. Bei dieser Ausführungsform kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass ein radial aussen liegender Abschnitt der aktiven Flanke über einen Radius in einen zur Achse der Schnecke im wesentlichen senkrecht stehenden Abschnitt übergeht. So werden günstige Strömungsverhältnisse erreicht und es ergeben sich auch in der Nähe des Kemes der Schnecke keine die Strömung von Material behindernden Bereiche.
Wenn gemäss einem Vorschlag der Erfindung vorgesehen ist, dass die aktive Flanke des Steges der Schnecke Abschnitte aufweist, die mit der Achse der Schnecke unterschiedliche Winkel ein- schliessen, kann man die Wirkung der erfindungsgemässen Ausbildung des Steges der Schnecke einfach an die jeweils vorgesehene Verwendung des Extruders anpassen. Dabei ist es bevorzugt, wenn ein radial aussen liegender Abschnitt der aktiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel und ein radial innen liegender Abschnitt der aktiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen stumpfen Winkel einschliesst. Besonders bevorzugt ist es, wenn der stumpfe
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Winke!, den der radial innen liegende Abschnitt mit der Achse der Schnecke einschliesst, 110 bis 160 , insbesondere 130 bis 140 , beträgt.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die passive Flanke Abschnitte aufweist, die mit der Achse der Schnecke unterschiedlich grosse, stumpfe Winkel einschliessen. Bevorzugt ist dabei, dass ein aussen liegender Abschnitt der passiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen grösseren stumpfen Winkel einschliesst als ein innen anliegender Abschnitt der passiven Flanke.
Solche Ausrichtungen der passiven Flanke der Stellung der Schnecke des Extruders der Erfindung unterstreichen in vorteilhafter Weise den Eintritt des mit der Erfindung angestrebten Effektes.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemässen Extruders ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt : 1 in schematischer Darstellung einen Extruder mit zwei Schnecken gemäss der Erfindung, Fig. 2 im Axialschnitt die Ausbildung des Steges der Schnecken im Bereich der Entga- sungsöffnungen, Fig. 3 im Schnitt eine andere Ausführungsform des Steges der Schnecke im erfindungsgemässen Extruder, Fig. 4 im Axialschnitt die ineinandergreifenden Stege der Schnecken gemäss Fig. 3, Fig. 5 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Steges der Schnecken, Fig. 6 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Steges der Schnecken, Fig. 7 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Steges der Schnecken und Fig. 8 in schematischer Darstellung einen Doppelschneckenextruder mit koni- schem Gehäuse und konischen Schnecken.
Ein in Fig. 1 gezeigter Doppelschneckenextruder besitzt ein Gehäuse 1, in dem zwei Schnecken 2 und 3 drehbar gelagert sind. Die Schnecken 2,3 bestehen aus einem Kern 4 und je einem von diesem nach aussen abstehenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Steg 5.
Im Gehäuse 1 ist eine Aufgabeöffnung 6 für den im Extruder zu verarbeitenden Werkstoff, der von der Aufgabeöffnung 6 zum Abgabeende 7 des Extruders hin gefördert und dabei plastifiziert wird. Im Abstand vom Abgabeende 7 des Extruders sind im Gehäuse 1 im gezeigten Ausführungs- beispiel zwei Entgasungsöffnungen 8 vorgesehen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Form des Steges 5 der Schnecken 2,3 besitzt der Steg 5 eine aktive Flanke 10, die mit der Achse der Schnecke 2,3 einen spitzen Winkel "W " einschliesst. Die passive Flanke 11des Steges 5 schliesst mit der Achse der Schnecke 2,3 einen stumpfen Winkel ein.
Der spitze Winkel W kann zwischen 45 und (nahezu) 90 liegen. Bevorzugt sind Werte des Winkels W zwischen 60 und 85 , insbesondere 75 .
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Winkel W , unter dem die aktive Flanke 10 zur Achse der Schnecke 2,3 steht und der Winkel, den die passive Flanke 11 mit der Achse der Schnecke 2,3 einschliesst so gewählt, dass sich der Steg 5 vom Kern 4 der Schnecke 2,3 weg nach aussen hin verjüngt, d. h. die Breite "b" des Steges 5 ist im Bereich der Wurzel des Steges 5 grösser als die Breite "a" am freien Ende des Steges 5.
Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform besitzt der Steg 5 eine Querschnitts- form, die sich ebenfalls von innen nach aussen verjüngt, wobei in diesem Beispiel die passive Flanke 11 gewinkelt ist, und einen äusseren Abschnitt 12 besitzt, der mit der Achse der Schnecke 2,3 einen grösseren stumpfen Winkel einschliesst als der radial weiter innen liegende Abschnitt 13 der passiven Flanke 11. Dadurch ergibt sich der in Fig. 4 gezeigte Konturenverlauf der ineinander- greifenden Stege 5 der beiden Schnecken 2,3 des erfindungsgemässen Extruders.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besitzt die aktive Flanke 10 einen geraden Ab- schnitt 15, der mit einem Radius 16 in die Aussenfläche des Kems 4 der Schnecke 2,3 übergeht.
Die passive Flanke 11ist bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform so ausgebildet wie dies an Hand von Fig. 3 erläutert worden ist, d. h. sie besitzt zwei mit unterschiedlichen stumpfen Winkeln zur Achse der Schnecke 2,3 geneigte Abschnitte 12,13.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform besitzt die aktive Flanke 10 einen radial äusseren Abschnitt 17, der mit der Achse der Schnecke 2,3 einen spitzen Winkel einschliesst. Dieser radial äussere Abschnitt geht mit einem Radius 18 in einen radial inneren, bis zum Kern 4 der Schnecke 2,3 reichenden Abschnitt 19 über, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Achse der Schnecke 2,3 einen Winkel von 90 einschliesst. Der Abschnitt 19 der aktiven Flanke 10 kann mit der Achse der Schnecke 2,3 auch einen von 90 abweichenden Winkel, beispielsweise einen spitzen Winkel (W ), einschliessen.
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In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform des Steges 5 der Schnecken 2 und 3 ist die passive Flanke 11 so ausgebildet, wie dies an Hand von Fig. 3 beschrieben ist. Die aktive Flanke 10 der Ausführungsform von Fig. 7 besitzt einen äusseren Abschnitt 20 und einen inneren Abschnitt 21, die beide im Achsialschnitt gerade ausgebildet sind und mit der Achse der Schnecken 2,3 unterschied- liche Winkel einschliessen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 7 steht der äussere Abschnitt 20 der aktiven Flanke 5 zur Achse der Schnecken 2,3 unter einem spitzen Winkel W , wogegen der innere Abschnitt 21 mit der Achse der Schnecken 2,3 einen stumpfen Winkel, z. B. einen Winkel von 135 einschliesst.
Die verschiedenen, an Hand der Fig. 2 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen der aktiven Flanke 10 einerseits und der passiven Flanke 11anderseits können im Prinzip beliebig miteinander kombiniert werden.
Die Beispiele für Querschnittsformen des Steges 5 der Schnecken 2,3 im erfindungsgemässen Extruder, die an Hand der Fig. 2 bis 7 erläutert worden sind, zeigen, dass es für die Ausbildung des Steges 5 der wenigstens einen Schnecke 2,3 des erfindungsgemässen Extruders wesentlich ist, dass die aktive Flanke 10, also die Flanke 10 des Steges 5, die zur Schneckenspitze hinweist, wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die vordere, also die zur Schneckenspitze hin weisende Aussenkante 14 der aktiven Flanke 5 gehende Radialebene zum Schneckenende hin zurückversetzt ist.
Dadurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass im Extruder zu verarbeitender Werkstoff, der von der Aufgabeöffnung 6 zum Abgabeende 7 des Extruders gefördert wird, im Bereich der Entgasungsöffnungen 8 nicht nach aussen gedrückt wird, so dass die Gefahr, dass die Entgasungsöffnungen 8 durch Werkstoff verlegt werden, vermieden ist.
Wie in Fig. 8 gezeigt, kann die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Steges 5 der Schnecken 2,3 im Extruder auch für Extruder mit sich konisch von der Aufgabeöffnung zum Abgabeende hin verjüngendem Gehäuse angewendet werden.
Im einfachsten Fall ist die aktive Flanke des Steges unter einem Winkel von (nahezu) 90 bis 45 , bevorzugt unter einem Winkel von 85 bis 60 , geneigt. Für bestimmte Anwendungsfälle hat sich ein Winkel von etwa 75 als besonders günstig erwiesen.
Die Ausbildung der aktiven Flanke des Steges kann verschiedene Formen haben. So kann die aktive Flanke im Achsialschnitt gesehen beispielsweise gerade oder im Achsialschnitt gerade und zur Achse der Schnecke unter einem stumpfen Winkel, z. B. etwa 135 , ausgerichtet sein.
Die aktive Flanke kann einen äusseren Bereich aufweisen, in dem sie im Achsialschnitt gese- hen senkrecht zur Achse der Schnecke ausgerichtet ist, und in einem weiter innen liegenden Bereich zur Achse unter einem spitzen Winkel stehen.
Der Fussbereich der aktiven Flanke kann abgerundet (also mit einem "Radius" ausgebildet) sein.
Es ist auch eine Ausführungsform in Betracht gezogen, bei der die aktive Flanke der Schnecke des erfindungsgemässen Extruders im Achsialschnitt gesehen wenigstens bereichsweise eine konkave Formgebung aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die aktive Flanke in ihrem äussersten Bereich (wieder im Achsialschnitt gesehen) einen zur Achse der Schnecke unter einem spitzen Winkel stehenden Abschnitt aufweist, an den sich ein konkav geformter Abschnitt an- schliesst, der in einem zum Kern der Schnecke hin führenden Abschnitt übergeht, der zur Achse der Schnecke (im Schnitt gesehen) senkrecht steht.
Die der aktiven Flanke gegenüberliegende "passive Flanke" des Stegs der wenigstens einen Schnecke des erfindungsgemässen Extruders schliesst mit der Achse bevorzugt einen stumpfen Winkel ein, wobei auch hier vorgesehen sein kann, dass die passive Flanke Abschnitte mit unter- schiedlicher Ausrichtung, z.B. Winkel zur Achse der Schnecke, besitzt.
Bevorzugt ist in allen Ausführungsformen, dass sich der Steg, der im erfindungsgemässen Extru- der vorgesehenen Schnecke nach aussen hin verjüngt, so dass die Schnecke einen Steg aufweist (insbesondere im Bereich der Entgasungszone), der im Bereich des Kernes der Schnecke breiter ist als an ihrem freien Rand.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die beschriebenen Ausbildungsmöglichkeiten des Steges 5 der Schnecken 2 und 3 des Extruders auch bei einem Ein-Schnecken-Extruder verwirklicht werden können.