AT503372B1

AT503372B1 - Extruderschnecke

Info

Publication number: AT503372B1
Application number: AT0183906A
Authority: AT
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftech
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2008-10-15
Also published as: DE102005054265A1; AT503372A2

Description

2 AT 503 372 B1

Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material, insbesondere von Kunststoffen, mit einem Schneckenkörper, welcher einen Schneckenkem aufweist, wobei um den Schneckenkern mindestens zwei durch einen Barrieresteg getrennte Schneckenkanäle angeordnet sind, und wobei derart mindestens ein Feststoffkanal und mindestens ein Schmelzekanal gebildet sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Verfahrenseinheit mit einer solchen Extruderschnecke und mit einem Zylinder, in dem der Schneckenkörper drehbar angeordnet ist.

Extruderschnecken der eingangs genannten Art, die in der Praxis auch als Barriereschnecken bezeichnet werden, sind seit längerem in der Praxis bekannt. Die EP 1 207 992 B1 zeigt beispielsweise eine solche Barriereschnecke, die einen Schneckenkörper aufweist. Der Schneckenkörper umfasst einen Schneckenkern, wobei um den Schneckenkern mindestens zwei durch einen Barrieresteg getrennte Schneckenkanäle angeordnet sind. Derart wird mindestens ein Feststoffkanal und mindestens ein Schmelzekanal gebildet. In den Feststoffkanal wird bei einer solchen Extruderschnecke Feststoff eingebracht, der ein Feststoffbett bildet und teils durch Dissipation und teils durch äußere Beheizung in Schmelze überführt wird. Derart erhaltene Schmelze und ggf. kleine Feststoffteilchen können aus dem Feststoffkanal über den Barrieresteg hinweg in den Schmelzekanal übergeleitet werden.

Mittels einer solchen Schnecke können verschiedene Werkstoffe, wie z. B. Polypropylen oder Polyethylen, verarbeitet werden. Bei der Verarbeitung von hochmolekularen, bimodalen Werkstoffen, wie Polypropylen, ist jedoch, im Vergleich zu der Verarbeitung von Polyethylen, eine Durchsatzlimitierung durch eine deutlich geringere Aufschmelzrate gegeben. Diese geringere Aufschmelzrate bedingt sich durch die physikalischen Eigenschaften des Polypropylen. Die in der EP 1 207 992 B1 beschriebene Verfahrenseinheit zeigt einen Aufschmelzmechanismus, der solche Durchsatzlimitierungen minimiert. Aufgrund der komplexen Ausgestaltung der in der EP 1 207 992 B1 beschriebenen Verfahrenseinheit ist es nicht möglich, eine solche Extruderschnecke bei einer dort beschriebenen Verfahrenseinheit nachzurüsten. Dies ist immer dann problematisch, wenn eine Aufschmelzleistung eines Extruders nachträglich erhöht werden muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Extruderschnecke sowie eine Verfahrenseinheit zur Verarbeitung von Material der eingangs genannten Art anzugeben, wonach bei einfacher Konstruktion eine gute Aufschmelzleistung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material derart ausgestaltet und weitergebildet, dass im Feststoffkanal Mittel zur partiellen Verringerung der Querschnittsfläche des Feststoffkanals vorgesehen sind.

Des Weiteren ist die obige Aufgabe im Hinblick auf eine Verfahrenseinheit durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Danach ist die Verfahrenseinheit der eingangs genannten Art derart ausgestaltet, dass im Zylinder und/oder im Barrieresteg Nuten angeordnet sind.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt, dass man in Abkehr zu der bisherigen Praxis zur Erhöhung der Aufschmelzleistung bei Extruderschnecken, insbesondere bei Barriereschnecken, auch nachträglich eine kostengünstige Umrüstung einer solchen Extruderschnecke ermöglicht werden sollte. Hierbei sollte eine gute Aufschmelzleistung bei einfacher Konstruktion gegeben sein. Dies wird durch im Feststoffkanal eingebrachte Mittel erreicht, die zur partiellen Verringerung der Querschnittsfläche dienen. Durch die partielle Verringerung der Querschnittsfläche wird eine Beschleunigung des Feststoffbetts erreicht, das im Bereich dieser Verringerung gedehnt und/oder gestreckt wird, wodurch eine Verformung des Kunststoffs erfolgt. Diese Verformung weist einen elastischen sowie einen plastischen Anteil auf, wobei der plastische Anteil zu einer Entnaipieerhöhung des Kunststoffs führt. Daher wird ein sehr effektiver Aufschmelzme- 3 AT 503 372 B1 chanismus etabliert. Somit wird durch das Einbringen der Mittel in den Feststoffkanal eine gute Aufschmelzleistung bei einfacher Konstruktion ermöglicht.

Im Rahmen einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung könnte im Feststoffkanal ein Stift angeordnet sein. Ein solcher Stift wäre besonders einfach herzustellen und aufgrund seiner geometrischen Ausgestaltung auch in konstruktiv einfacher Weise im Feststoffkanal anbringbar. Die Mittel könnten jedoch auch andere geometrische Formen aufweisen, beispielsweise könnten Quader, kegelstumpfförmige oder im Querschnitt tropfenförmige Mittel vorgesehen sein. Die Mittel könnten jedoch auch beispielsweise in einer örtlich stark begrenzte Verringerung der Feststoffkanaltiefe bestehen, in der z.B. Durchgänge vorgesehen sein könnten. Sie könnten aber auch andere Formen aufweisen. Der Durchmesser und die Form der Stifte könnte hierbei bei allen Stiften gleich sein oder von Stift zu Stift unterschiedlich sein. Ferner könnten Gruppen von Stiften den gleichen Durchmesser aufweisen. Das Material aus dem die Mittel hergestellt sind, könnte beispielsweise Stahl sein. Es könnten jedoch auch andere Materialien gewählt werden.

In vorteilhafter Weise könnten die Mittel mehrere Stifte umfassen, die vorzugsweise in einer Reihe im Feststoffkanal angeordnet sein können. Hierbei könnte es sich um Stahlstifte handeln, die derart im Feststoffkanal eingebracht sind, dass die freie Kanalquerschnittsfläche besonders effektiv partiell verringert wird. Hierdurch könnte eine besonders gute plastische Verformung des Feststoffbetts erfolgen und somit eine effektive Einbringung von thermischer Energie in das Feststoffbett erreicht werden.

Um das Feststoffbett in besonders einfacher und effektiver Weise plastisch zu verformen, könn-te/-n die Reihe/-n derart im Feststoffkanal angeordnet sein, dass ein spitzer Winkel zwischen einer durch die Stifte gelegten Geraden und der einlassseitigen Flanke des Feststoffkanals aus Sicht der Einlassseite gebildet ist. Ein spitzer Winkel ist in diesem Zusammenhang ein Winkel zwischen 0° und 90°.

Zur Verringerung von Verschleißerscheinungen am Schneckenkörper und an der den Schneckenkörper aufnehmenden Einheit könnte das Verhältnis der axialen Abstände der Reihen von Stiften zur Grundsteigung des Hauptstegs nicht ganzzahlig sein. Hierdurch kann eine unsymmetrische radiale Druckverteilung und damit das radiale Auslenken der Schnecke vermieden werden.

Zusätzlich oder alternativ könnte im Schmelzekanal mindestens ein Stift angeordnet sein. Dieser Stift bzw. diese Stifte könnte zur Besserung der Homogenität der Schmelze dienen. Der Stift oder die Stifte könnte beispielsweise ähnlich der Mittel im Feststoffkanal ausgestaltet sein.

Die erfindungsgemäße Verfahrenseinheit könnte zur weiteren Verbesserung der Plastifizier-leistung dienen. Dies könnte insbesondere dadurch erfolgen, dass im Zylinder und/oder im Barrieresteg Nuten angeordnet sind. Hier könnten sich Feststoffe festsetzen und es würde über die verbesserten Kontaktflächen eine Erhöhung der Aufschmelzrate erreicht werden. Dies könnte insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Nuten vorzugsweise im Bereich der Aufschmelzzone angeordnet sind.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 und dem nebengeordneten Patentanspruch 8 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Extruderschnecke und einer erfindungsgemäßen Verfahrenseinheit zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Extruderschnecke und der erfindungsgemäßen Verfahrenseinheit anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert, in der Zeichnung zeigt

Claims

4 AT 503 372 B1 Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material und Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine genauere Darstellung der Anordnung der im Feststoffkanal angeordneten Stifte. Fig. 1 zeigt eine Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Extruderschnecke zur Verarbeitung von Kunststoff, speziell Polypropylen, ausgelegt. Die Extruderschnecke umfasst einen Schneckenkörper 1, welcher einen Schneckenkern 2 aufweist. Um den Schneckenkern 2 sind zwei durch einen Barrieresteg 3 getrennte Schneckenkanäle 4, 5 angeordnet. Derart sind ein Feststoffkanal 4 und ein Schmelzekanal 5 gebildet. Erfindungsgemäß sind im Feststoffkanal 4 Mittel 6 zur partiellen Verringerung der Querschnittsfläche des Feststoffkanals 4 vorgesehen. Bei der im diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Extruderschnecke handelt es sich um einen Schneckenkörper 1 mit einem Durchmesser vom 75 mm und einem L/D-Verhältnis von 36 D. Als Mittel 6 zur partiellen Verringerung der Querschnittsfläche des Feststoffkanals 4 sind in den Feststoffkanal Stahlstifte 7, 7' innerhalb der Plastifizierzone eingebracht. Die Stifte 7, 7' sind in Reihen 8 angeordnet. Zur weiteren Erhöhung der plastischen Verformung sind weitere Reihen 8 von Stiften 7, 7' im Feststoffkanal 4 angeordnet. Diese Reihen 8 von Stiften 7, 7' sind in der Position 15 D, 16,5 D, 18 D und 19,5 D angeordnet. Der axiale Abstand zum Hauptsteg 9 beträgt hierbei 17,97 mm. Die weiteren Stifte 7' könnten hierbei relativ zum Mittelpunkt des ersten Stiftes 7 bemaßt sein, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Stift 7, 7' sowie dem zweiten und dritten, dem dritten und vierten und dem vierten und fünften Stift -5,57 mm betragen. Dies bedeutet, dass die nachfolgenden Stifte 7' in Richtung des Einzugsbereichs des Schneckenkörpers 1 verschoben sind. Die fünf Stifte 7, 7' verteilen sich hierbei über die gesamte Breite zwischen Hauptsteg 9 und Barrieresteg 3, der bei vorliegender Extruderschnecke 110,3 mm beträgt. Der Winkel zwischen den einzelnen Stiften 7, 7' beträgt W = 17,65°. Die weiteren Reihen 8 von Stiften 7, 7' weisen weniger als fünf Stiften 7, 7' auf. Hierbei die Stifte 7, 7' sind derart zwischen Hauptsteg 9 und Barrieresteg 3 angeordnet, dass die Stifte 7, 7' an den Stellen einer mit fünf Stiften belegten Reihe 8 angeordnet sind, wobei auf einzelnen Stellen in der Reihe 8 keine Stifte angeordnet sind. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Stifte 7, 7' im Feststoffkanal 4 in einer genaueren Ansicht. Hinsichtlich weiterer Details wird zur Vermeidung Wiederholungen auf die allgemeine Beschreibung verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt. Patentansprüche: 1. Extruderschnecke zur Verarbeitung von Material, insbesondere von Kunststoffen, mit einem Schneckenkörper (1), welcher einen Schneckenkern (2) aufweist, wobei um den Schneckenkern (2) mindestens zwei durch einen Barrieresteg (3) getrennte Schneckenkanäle (4, 5) angeordnet sind und wobei derart mindestens ein Feststoffkanal (4) und ein Schmelzekanal (5) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Feststoffkanal Mittel (6) zur partiellen Verringerung der Querschnittsfläche des Feststoffkanals (4) vorgesehen sind.
2. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur 5 AT 503 372 B1 partiellen Verringerung der Querschnittsfläche mindestens ein Stift (7, T) umfassen.
3. Extruderschnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) mehrere Stifte (7, T) umfassen, die vorzugsweise in einer Reihe (8) im Feststoffkanal (4) angeordnet sind.
4. Extruderschnecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Stifte (7, 7') in einer Reihe (8) im Feststoffkanal (4) angeordnet sind.
5. Extruderschnecke nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihen (8) von Stiften (7, 7') im Feststoffkanal (4) angeordnet sind.
6. Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe/-n (8) derart im Feststoffkanal (4) angeordnet sind, dass ein spitzer Winkel zwischen einer durch die Stifte gelegten Geraden und der einlassseitigen Flanke des Feststoffkanals (4) aus Sicht der Einlassseite gebildet ist.
7. Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der axialen Abstände der Reihen (8) von Stiften (7, 7') zur Grundsteigung des Barrierestegs (3) nicht ganzzahlig ist.
8. Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelzekanal (5) mindestens ein Stift angeordnet ist.
9. Verfahrenseinheit mit einer Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem Zylinder, in dem der Schneckenkörper (1) drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder und/oder im Barrieresteg (3) Nuten angeordnet sind.
10. Verfahrenseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten vorzugsweise im Bereich der Aufschmelzzone angeordnet sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen