AT507972B1 - Vorrichtung zur verarbeitung von material durch mischung und/oder plastifizierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Material durch Mischung und/oder Plastifizierung, mit zumindest zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Schneckengehäuse (1) angeordneten konischen Schnecken (2, 3), deren Schneckengänge miteinander in Eingriff stehen und zum Umlauf um die jeweilige Schneckenachse (4, 5) durch zumindest einen Motor mit gleicher Umlaufrichtung angetrieben sind, wobei das zu verarbeitende Material den Schnecken (2, 3) durch zumindest eine im Einzugsbereich (E) des einen Stirnendes der Schnecken (4, 5) angeordnete Einzugsöffnung (6) des Schneckengehäuses (1) zugeführt wird und das von den Schnecken (2, 3) verarbeitete Material das Schneckengehäuse (1) durch zumindest eine im Abgabebereich (A) des anderen Stirnendes der Schnecken (2, 3) angeordnete Austrittsöffnung (7) des Schneckengehäuses (1) verlässt. Um vorteilhafte Plastifizierungsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis der Zahlenwerte von Schneckenaußendurchmesser (c, d) zu Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken (2, 3), sowohl im Einzugsbereich (E) als auch im Abgabebereich (A) im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu zwei ist.

Description

österreichisches Patentamt AT507 972B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Material durch Mischung und/oder Plastifizierung, mit zumindest zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Schneckengehäuse angeordneten konischen Schnecken, deren Schneckengänge miteinander in Eingriff stehen und zum Umlauf um die jeweilige Schneckenachse durch zumindest einen Motor mit gleicher Umlaufrichtung angetrieben sind, wobei das zu verarbeitende Material den Schnecken durch zumindest eine im Einzugsbereich des einen Stirnendes der Schnecken angeordnete Einzugsöffnung des Schneckengehäuses zugeführt wird und das von den Schnecken verarbeitete Material das Schneckengehäuse durch zumindest eine im Abgabebereich des anderen Stirnendes der Schnecken angeordnete Austrittsöffnung des Schneckengehäuses verlässt.

[0002] Derartige Vorrichtungen eignen sich insbesondere auch zur Aufbereitung von zum Recycling vorgesehenen Kunststoffabfällen. Häufig werden solche Doppelschneckenextruder zur Mischung unterschiedlicher Polyolifinarten bzw. zur Compoundierung von Kunststoffen unterschiedlichster Arten verwendet. Üblicherweise liegen diese Materialien als loses Schüttgut vor, dessen spezifisches Gewicht vergleichsweise gering ist, was wiederum zur Folge hat, dass zur Erzielung eines ausreichenden Durchsatzes große Mengen an zu verarbeitenden Material im Einzugsbereich der Schnecken aufgenommen werden müssen. Diese Materialmengen haben dann im Verlauf des durch die Schnecken zu erfolgenden Transportes und durch die dort erfolgende Aufschmelzung, Entgasung und Verdichtung von der Einzugsöffnung zur Austrittsöffnung auf das gewünschte Maß plastifiziert bzw. homogenisiert zu wer den, um im Bereich der Austrittsöffnung eine gewünschten Materialqualität zu erhalten. Durch die Wahl einer geeigneten Geometrie der Schneckengänge, lässt sich dieses Problem zu einem gewissen Grad bewältigen. Jedoch steht dem entgegen, dass die Verhältnisse beim zu verarbeitenden Kunststoffmaterial nicht immer gleich sind, insbesondere was die Größe der zu verarbeitenden Materialien betrifft, aber auch deren Materialart, Verschmutzungsgrad und dgl. Auch diesbezüglich hat sich die Verwendung bekannter Doppelschneckenextruder als nicht völlig befriedigend erwiesen.

[0003] Um bei derartigen aus der DE 15 29 812 A1 bekannten Vorrichtungen das Mischungsverhältnis weiter zu verbessern ist es bekannt (AT 503 371 A), die beiden Schnecken als Bestandteile eines Doppelschneckenextruders mit konischen Schnecken auszubilden, die mit gleicher Umlaufrichtung angetrieben sind, wobei den Drehgeschwindigkeiten der Schnecken Oberwellen aufgeprägt sind. Derartige Extruder eignen sich gut zur Aufbereitung von Recyclingmaterialien und es ergibt sich eine Verbesserung hinsichtlich der Durchmischung und Aufbereitung des Materials. Allerdings besitzen diese bekannten Extruder eine nicht überzeugende Förderleistung.

[0004] Ausgehend von einem Stand der Technik der eingangs geschilderten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Kunststoffen zu schaffen, welche bei einer verbesserten Förderleistung für eine gute Durchmischung und Homogenisierung des Kunststoffes sorgt.

[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Verhältnis der Zahlenwerte von Schneckenaußendurchmesser zu Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken, sowohl im Einzugsbereich als auch im Abgabebereich im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu zwei ist.

[0006] Überrascherweise hat sich gezeigt, dass sich beim Vorsehen der erfindungsgemäßen Verhältnisse, insbesondere in Abhängigkeit der Überlappungsflächen beider Flächen im Einzugsbereich einerseits als auch im Abgabebereich andererseits, dann verbesserte Verhältnisse für die Förderwirkung ergeben, wenn das Verhältnis der Zahlenwerte von Schneckenaußendurchmesser zu Überdeckung im Bereich von eins zu eins und eins zu zwei ist. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass mit derartigen Vorrichtungen massiv höhere Drehgeschwindigkeiten für die Extruderschnecken realisiert werden können und ein gegenüber bekannten Vorrichtungen viel geringerer Verschleiß auftritt. Die verringerte Verschleißwirkung ergibt sich durch die gegenüber gegenläufigen Schnecken erheblich verringerten Spreizkräfte, 1/7 österreichisches Patentamt AT507 972 B1 2010-11-15 da der aufzuschmelzende Kunststoff praktisch um beide Förderschnecken umlaufend gefördert wird und somit keine, die Verschleißkräfte bewirkenden Scherkräfte bzw. Spreizkräfte entstehen, welche die Extruderschnecken gegen die Gehäusemantelfläche andrücken. Durch diese Verhältnisse ergibt sich zudem eine insgesamt verbesserte Durchmischung der Kunststoffschmelze. Von Vorteil ist es dabei insbesondere, wenn das Verhältnis von Schneckendurchmesser zu Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken vom Einzugsbereich bis zum Abgabebereich, also über die gesamte Eingriffslänge beider Schnecken, zumindest annähernd gleich ist.

[0007] Erfindungsgemäße Vorrichtungen besitzen bei gleicher Größe eine erheblich verbesserte Durchsatzrate, im Vergleich zum Stand der Technik. Die konischen, gleichlaufenden Extruderschnecken weisen in üblicher Weise verschiedene Zonen auf, insbesondere eine Einzugszone, eine Aufschmelzzone, einen Mischer, eine Entgasung und eine, eine einen entsprechenden Staudruck aufbauende und die Schmelze homogenisierende Förderzone zum Ausbringen des aufgeschmolzenen Kunststoffes aus der Vorrichtung. Um verschiedenste Zusammensetzungen von aufzuschmelzendem Kunststoffgranulat, insbesondere Kunststoffgranulat mit geringem und mit höherem Schüttgewicht gleichermaßen mit der Vorrichtung aufschmelzen zu können, empfiehlt es sich, wenn das Verhältnis von der zumindest annähernd der Schneckengangtiefe einer Schnecke entsprechenden maximalen Überdeckungshöhe im Abgabebereich zur Überdeckungshöhe im Einzugsbereich im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier ist.

[0008] Gleichermaßen kann die Konizität der Schnecke entsprechend angepasst werden, wobei das Verhältnis vom Schneckenaußendurchmesser in Abgabebereich zum Schneckenaußendurchmesser im Einzugsbereich vorzugsweise im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier ist.

[0009] Für das Verhältnis vom Schneckenaußendurchmesser im Abgabebereich zur Schneckenlänge empfiehlt es sich, wenn dieses Verhältnis im Bereich zwischen eins zu zwanzig und eins zu fünfzig liegt.

[0010] Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn die konischen Schnecken in Schneckenlängsrichtung wenigstens drei vorzugsweise fünf Abschnitte umfasst, von denen die einander anschließenden Abschnitte unterschiedliche Verzahnungen bzw. Verzahnungsgeometrien aufweisen.

[0011] Um die verschiedenen Bearbeitungszonen sauber voneinander trennen zu können bzw. zur Verbesserung der Qualität des zu fertigenden Kunststoffes können die aneinander anschließenden Abschnitte eine zumindest annähernd gleiche Verzahnung (hinsichtlich des mo-duls) aufweisen, wobei allerdings diese einander anschließenden Schneckenabschnitte vorzugsweise eine unterschiedliche Gangzahl aufweisen. Die Abschnitte geringerer Gangzahl wirken in diesem Fall als Durchflussdrosseln bzw. als Bremsen und sorgen somit dafür, dass stets eine erforderliche Mindestverweildauer des aufzubereitenden Kunststoffes in den vorgesehenen Bearbeitungsabschnitten gewährleistet ist. Ist der eine Bearbeitungsabschnitt beispielsweise zweigängig und der daran anschließende Bearbeitungsabschnitt eingängig ausgestaltet, so empfiehlt es sich, wenn der zwischen zwei Schneckenabschnitten mit zumindest annähernd gleicher Verzahnungsgeometrie vorgesehene Schneckenabschnitt eine 1,5 bis 2,5 fache, vorzugsweise 2 fache Zahnkopf- und Zahnfußbreite aufweist. Die einzelnen Verzahnungsabschnitte können in üblicher Weise gesondert gefertigt und gegebenenfalls unter Zwischenlage von Abstandsscheiben miteinander verschraubt werden.

[0012] Eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Extruders zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Schneckenabschnitt den Einzugs- und Aufschmelzbereich, der dritte Schneckenabschnitt den Entgasungsbereich und der fünfte Schneckenabschnitt den zum Austragsbereich weisenden Homogenisierungs- und Austragsbereich eines Extruders bildet und dass der zweite und vierte Schneckenabschnitt die Drosseln bzw. insbesondere Dichtungsbereiche darstellen, die beispielsweise dadurch gebildet werden, dass eben diese Drosseln bzw. Dichtungsbereiche gegenüber den anderen Abschnitten mit einer geringe- 2/7 österreichisches Patentamt AT507 972B1 2010-11-15 ren Gangzahl ausgestattet sind. Des Weiteren kann zwischen den einzelnen Abschnitten eine gesonderte Mischeinheit mit, beispielsweise einer Form von elliptisch ausgebildeten Flügelrädern vorgesehen sein.

[0013] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen [0014] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im teilgeschnittenen Längsschnitt, [0015] Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 in vergrößertem Maß stab und [0016] Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verhältnisses vom Schneckendurchmesser zur Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken, sowohl im Einzugsbereich als auch im Abgabebereich.

[0017] Eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Material, insbesondere von Kunststoffgranulat, durch Mischung und/oder Plastifizierung umfasst zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Schneckengehäuse 1 angeordnete konische Schnecken 2, 3, deren Schneckengänge miteinander im Eingriff stehen und zum Umlauf um die jeweilige Schneckenachse 4, 5 durch zumindest einen nicht näher dargestellten Motor mit gleicher Umlaufrichtung angetrieben sind, wobei das zu verarbeitende Material den Schnecken 2, 3 durch eine im Einzugsbereich E des einen Stirnendes der Schnecken 2, 3 angeordnete Einzugsöffnung 6 des Schneckengehäuses 1 zugeführt wird und das von den Schnecken 2, 3 verarbeitete Material das Schneckengehäuse 1 durch zumindest einen Abgabebereich A des anderen Stirnendes der Schnecken 4, 5 angeordnete Austrittsöffnung 7 des Schneckengehäuses 1 verlässt.

[0018] Die dargestellte Vorrichtung umfasst konische Schnecken 2, 3, die in Schneckenlängsrichtung fünf Abschnitte umfassen, von denen die aneinander anschließenden Abschnitte verschiedene Verzahnungen aufweisen. Insbesondere weisen die aneinander anschließenden Schneckenabschnitte eine zumindest annähernd gleiche Verzahnungsgeometrie auf, allerdings besitzen diese Schneckenabschnitte eine unterschiedliche Gangzahl, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um den Faktor 1 unterscheidet. Deshalb weist der zwischen zwei zweigängigen Schneckenabschnitten vorgesehene eingängige Schneckenabschnitt insbesondere eine 1,5 bis 2,5 fache Zahnkopf- und Zahnfußbreite (k, z) auf.

[0019] Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der erste Schneckenabschnitt den Einzugsund Aufschmelzbereich E, S, der dritte Schneckenabschnitt den Entgasungsabschnitt G und der fünfte Schneckenabschnitt den zum Austragsbereich weisenden Homogenisierungs- und Pumpbereich P aus und stellen der zweite und vierte Schneckenabschnitt eingängige Dichtungsbereiche D dar.

[0020] Das Verhältnis der Zahlenwerte von Schneckenaußendurchmesser c, d zu Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken 2, 3, sowohl im Einzugsbereich E als auch im Abgabebereich A ist im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu zwei. Das Verhältnis von der zumindest annähernd der Schneckengangtiefe einer Schnecke 3, 4 entsprechend maximalen Überdeckungshöhe a im Abgabebereich A zur Überdeckungshöhe b im Einzugsbereich E liegt im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier. Da das Spiel zwischen den einzelnen Schnecken üblicherweise minimal sein soll, ist dieser Abstand hier nicht berücksichtigt. Das Verhältnis von Schneckenaußendurchmesser c im Abgabebereich zum Schneckenaußendurchmesser d im Einzugsbereich liegt im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier. Das Verhältnis von Schneckenaußendurchmesser c im Abgabebereich zur Schneckenlänge E ist im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu zwanzig.

[0021] d/Ad = 1:1 -1:2 (Durchmesser/Überdeckungsfläche im Einzugsbereich E) [0022] c/Ac = 1:1 -1:2 (Durchmesser/Überdeckungsfläche im Abgabebereich A) [0023] a/b = 1:1 -1:4 (Schneckengangtiefe) [0024] c/d = 1:1 -1:4 (Schneckenaußendurchmesser) 3/7

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT507 972 B1 2010-11-15 [0025] c/Schneckenlänge = 1:20 -1:50 [0026] und vorzugsweise d/Ad = c/Ac. [0027] Die Überdeckungsfläche A kann nach folgender Formel errechnet werden: (d\2 (xV 2) tan" A = d2n 360 2. rf-fiY VW [2J ί-Ιίπ-Α 2 2v" [0028] wobei d der Außendurchmesser der Schnecken und x der Abstand der Schneckenachsen auf Höhe der zu berechnenden Überdeckungsfläche ist. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Verarbeitung von Material durch Mischung und/oder Plastifizierung, mit zumindest zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Schneckengehäuse angeordneten konischen Schnecken, deren Schneckengänge miteinander in Eingriff stehen und zum Umlauf um die jeweilige Schneckenachse durch zumindest einen Motor mit gleicher Umlaufrichtung angetrieben sind, wobei das zu verarbeitende Material den Schnecken durch zumindest eine im Einzugsbereich des einen Stirnendes der Schnecken angeordnete Einzugsöffnung des Schneckengehäuses zugeführt wird und das von den Schnecken verarbeitete Material das Schneckengehäuse durch zumindest eine im Abgabebereich des anderen Stirnendes der Schnecken angeordnete Austrittsöffnung des Schneckengehäuses verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Zahlenwerte von Schneckenaußendurchmesser (c, d) zu Überdeckung, also zur Überlappungsfläche beider Schnecken (2, 3), sowohl im Einzugsbereich (E) als auch im Abgabebereich (A) im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu zwei ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von der zumindest annähernd der Schneckengangtiefe einer Schnecke (2, 3) entsprechenden maximale Überdeckungshöhe (a) im Abgabebereich zur Überdeckungshöhe (b) im Einzugsbereich im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom Schneckenaußendurchmesser (c) im Abgabebereich zum Schneckenaußendurchmesser (d) im Einzugsbereich im Bereich zwischen eins zu eins und eins zu vier ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom Schneckenaußendurchmesser (c) im Abgabebereich zur Schneckenlänge (e) im Bereich zwischen eins zu zwanzig und eins zu fünfzig ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Schnecken (2, 3) in Schneckenlängsrichtung wenigstens drei, vorzugsweise fünf, Abschnitte umfasst, von denen die aneinander anschließenden Abschnitte verschiedene Verzahnungen aufweisen. 4/7 österreichisches Patentamt AT507 972B1 2010-11-15
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander anschließenden Schneckenabschnitte eine zumindest annähernd gleiche Verzahnungsgeometrie aufweisen, allerdings eine verschiedene Gangzahl aufweisen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen zwei Schneckenabschnitten mit zumindest annähernd gleicher Verzahnungsgeometrie vorgesehene Schneckenabschnitt eine 1,5 bis 2,5-fache, vorzugsweise zweifache, Zahnkopf- (k) und Zahnfußbreite (z) aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schneckenabschnitt den Aufschmelzbereich (S, E), der dritte Schneckenabschnitt den Entgasungsbereich (G) und der fünfte Schneckenabschnitt den zum Austragsbereich weisenden homogenisierungsbereich (P) eines Extruders bilden und dass der zweite und vierte Schneckenabschnitt Dichtungsbereiche (D) bilden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7