AT509263B1 - Extrudereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Extrudereinrichtung (10) mit einem Doppelschneckenextruder (1) mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken (2, 2’), die in einem die beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen sind, wobei das Gehäuse zwei entlang der Längsachse des Doppelschneckenextruders (1) sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der beiden Schnecken (2, 2’) des Doppelschneckenextruders (1) aufweist, und wobei in Verlängerung des Doppelschneckenextruders (1) ein Einschneckenextruder-Element (3) vorgesehen ist, das nur eine Austragsschnecke (4) aufweist, mit der von dem Doppelschneckenextruder (1) angeliefertes Material abtransportiert und zur Austragsöffnung (6) der Extrudereinrichtung (10) gefördert werden kann. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Gangquerschnitt Q2 (11) der Austragsschnecke (4) gleich wie oder kleiner ist als der Gangquerschnitt Q1 (9) bei einer Schnecke (2, 2’) des Doppelschneckenextruders (1).

Description

Beschreibung [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 GB1314465 ist eine Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken bekannt, wobei am vorderen Ende von einer der Schnecken eine weitere Schnecke zum Austragen von Schmelze aus der Extrudereinrichtung vorgesehen ist. Diese weitere Schnecke kann auch als Austragsschnecke bezeichnet werden. Der Aussendurchmesser dieser Austragsschnecke entspricht dem Aussendurchmesser einer der Schnecken des Doppelschneckenextruders. Das Gehäuse, in dem die Austragsschnecke untergebracht ist, ist an seinem dem Doppelschneckenextruder zugewandten Ende an den Ausgang des Gehäuses des Doppelschneckenextruders angepasst, so dass beim Übergang von dem Doppelschneckenextruder zu der Austragsschnecke eine Kammer zum Zusammenfließen der Schmelzen aus den beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders gebildet wird. Es wird in der GB1314465 als wichtig angesehen, dass das Volumen dieser Kammer relativ groß ist, wozu der Kerndurchmesser der Austragsschnecke in diesem Bereich auf ein Minimum reduziert ist und erst nachfolgend in Förderrichtung allmählich zunimmt. Der Gangquerschnitt der Austragsschnecke hat somit zu Beginn der Austragsschnecke sein Maximum und nimmt in Förderrichtung stetig ab, wobei er jedoch stets größer bleibt als der Gangquerschnitt bei einer Schnecke des Doppelschneckenextruders. Desweiteren weist die Austragsschnecke einen auf einem Schneckenkern umlaufenden Schneckensteg auf, der an mehreren Stellen Unterbrechungen aufweist, um den Staudruck zu reduzieren.
[0003] Aus der W02009/037299A2 ist eine weitere Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken bekannt, wobei am vorderen Ende von einer der Schnecken eine weitere Schnecke als Austragsschnecke vorgesehen ist. Diese Austragsschnecke weist einen Aussendurchmesser D2 auf, der größer ist als der Aussendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen. Damit das gesamte von dem Doppelschneckenextruder geförderte Material ohne nennenswerten Rückstau abtransportiert und zur Austragsöffnung der Extrudereinrichtung gefördert werden kann, soll D2 signifikant größer sein als D1. Gegebenenfalls kann D2 doppelt so groß sein wie D1. Desweiteren wird als vorteilhaft angesehen, wenn -wie in der eingangs genannten GB1314465 - die Gangtiefe im Bereich der Austragsschnecke größer ist als die Gangtiefe einer der beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders.
[0004] In der DE 1985743 U ist ein gleichsinnig drehender Doppelschneckenextruder gezeigt, wobei der Gangquerschnitt der Austragsschnecke (9, 9') kleiner ist, als der Gangquerschnitt einer der beiden Schnecken (4, 4', 4").
[0005] Zu den Schutzrechtsschriften DE 102005014171 A1, DE 2625609 A1, JP 7016910 A, JP 2005238653 A, JP 52130873 A und EP 1306187 A ist anzumerken, dass diese zwar einen geringeren Gangquerschnitt der Austragsschnecke zeigen, jedoch gegenläufig drehende Doppelschneckenextruder betreffen.
[0006] 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.
[0007] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Extrudereinrichtung anzugeben, die trotz ihrer konstruktiven Ausgestaltung einen Druckaufbau am Materialaustrag ergibt, ohne dass es in der Extrudereinrichtung selbst zu einem signifikanten Rückstau kommt, wenn diese Extrudereinrichtung für spezielle Anwendungen verwendet wird.
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels einer Extrudereinrichtung mit einem Doppel-
Schneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken, die in einem der beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen sind, wobei das Gehäuse zwei entlang der Längsachse des Doppelschneckenextruders sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweist, und wobei in Verlängerung des Doppelschneckenextruders nur ein Einschneckenextruder-Element vorgesehen ist, das nur eine Austragsschnecke aufweist, mit der von dem Doppelschneckenextruder angeliefertes Material abtransportiert und zur Austragsöffnung der Extrudereinrichtung gefördert werden kann, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gangquerschnitt Q2 der Austragsschnecke gleich wie oder kleiner ist als der Gangquerschnitt Q1 bei einer Schnecke des Doppelschneckenextruders. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen dieser Basiserfindung finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 6.
[0009] Es ist an dieser Stelle deutlich darauf zu verweisen, dass die Doppelschnecken-Extrudereinrichtung gemäß der Erfindung nicht - wie gemäß der DE 1985743 U1 (D1) vorgesehen - zwei Austragsschnecken (9, 9') aufweist, sondern nur eine derartige Austragsschnecke, womit innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung mit nur einer Austragsschnecke gänzlich unterschiedliche Arbeits-, Materialfluss- und Staudruckverhältnisse vorliegen.
[0010] Obwohl der Gangquerschnitt in der Austragsschnecke gemäß der Erfindung kleiner oder gleich ist wie der Gangquerschnitt bei der Schnecke des Doppelschneckenextruders, kann es gleichwohl nicht zu einem nennenswerten Rückstau bzw. einem nennenswerten Staudruck am vorderen Ende des Doppelschneckenextruders kommen, wenn dieser in geeigneter Weise unterfüttert betrieben wird.
[0011] Je nach Anwendungsfall kann es nämlich erforderlich sein, dass der Doppelschneckenextruder mehr oder weniger stark unterfüttert betrieben wird. Dies bedeutet, dass die aktuelle Förderleistung des Doppelschneckenextruders deutlich kleiner ist als die konstruktiv mögliche maximale Förderleistung.
[0012] Vorzugsweise soll die aktuelle Förderleistung 10% bis 50% der maximal möglichen Förderleistung betragen. Dies bedeutet, dass der Füllgrad in den Schneckengängen des Doppelschneckenextruders nur etwa 10% bis 30% beträgt, d.h. der Gangquerschnitt in den Schneckengängen des Doppelschneckenextruders ist nur zu etwa 10% bis 30% gefüllt. Dies gilt jedoch nur für diejenigen Zonen des Doppelschneckenextruders, in denen ein reiner Materialtransport erfolgt, und somit nicht für solche Bereiche, in denen Druck zum Überfahren von Mischzonen oder dergleichen aufgebaut werden muss. In diesen Bereichen liegt der Füllgrad deutlich höher und beträgt in der Regel sogar 100%.
[0013] Durch die Ausgestaltung der Extrudereinrichtung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Einschneckenextruder-Element wird gleichwohl 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 gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder eingebrachte Energie wird real nur zu etwa 8-10% in Druckaufbau umgesetzt. Dieser Wirkungsgrad wird durch die Erfindung mehr als verdoppelt.
[0014] In vorteilhafter Weise kann der Gangquerschnitt der Austragsschnecke in Richtung der Austragsöffnung der Extrudereinrichtung abnehmen.
[0015] Die Schnecken des Doppelschneckenextruders können anstelle von jeweils einem Schneckengang auch jeweils zwei oder mehr Schneckengänge aufweisen, wobei in einem solchen Falle der Gangquerschnitt der Austragsschnecke gleich oder kleiner ist wie die Summe der Gangquerschnitte der Schneckengänge bei einer Schnecke des Doppelschneckenextruders.
[0016] Ebenso kann die Austragsschnecke anstelle von einem Schneckengang zwei oder mehr Schneckengänge aufweisen, wobei dann die Summe der Gangquerschnitte der Schneckengänge der Austragsschnecke gleich oder kleiner ist wie der Gangquerschnitt bei einer Sehne- cke des Doppelschneckenextruders.
[0017] Die beiden vorgenannten Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, d.h. sowohl bei der Austragsschnecke als auch bei den Schnecken des Doppelschneckenextruders können mehrere Schneckengänge vorgesehen werden, wobei die Anzahl der Schneckengänge bei der Austragsschnecke einerseits und bei den Schnecken des Doppelschneckenextruders andererseits unterschiedlich sein kann.
[0018] Eine einfache konstruktive Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Kerndurchmesser der Austragsschnecke an der dem Doppelschneckenextruder zugewandten Ende der Austragsschnecke gleich groß ist wie der Kerndurchmesser einer Schnecke des Doppelschneckenextruders. In diesem Fall wird der Kerndurchmesser der Schnecke des Doppelschneckenextruders unverändert „fortgeführt“.
[0019] Ein weitere Gegenstand der Erfindung besteht in der Verwendung einer wie oben beschriebenen kontinuierlich arbeitenden Extrudereinrichtung als Compounder- Spritzgießmaschine mit der Maßgabe, dass sie mit einer Einrichtung zum Zwischenspeichern von Kunststoffschmelze ausgestattet ist.
[0020] Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher beschrieben werden.
[0021] 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 manchmal auch Zwickelbereich genannt.
[0022] Das vordere Ende des Doppelschneckenextruders ist um ein Einschneckenextruder-Element 3 verlängert, das eine Austragsschnecke 4 in einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse 5 aufweist und mit dem Doppelschneckenextruder 1 in strömungstechnisch günstiger Weise verbunden ist. Die Austragsschnecke 4 ist als Verlängerungsstück der Schnecke 2 des Doppelschneckenextruders ausgebildet und dreht bei Rotation der Schnecke 2 mit. Der Durchmesser D2 der Förderschnecke ist im vorliegenden Beispiel gleich dem Durchmesser D1 einer Schnecke 2 bzw. 2’. Die Ausstragsschnecke 4 und die Schnecke 2 liegen auf einer Achse A. Die Schnecke 2 weist einen Schneckensteg 7 auf, der auf der Austragsschnecke 4 fortgeführt ist. 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 Austragsschnecke 4 hin abnehmen. In der Figur 1 ist die Gangbreite bei der Austragsschnecke 4 größer als bei den Schnecken 2 bzw. 2’ des Doppelschneckenextruders. Bei den Schnecken 2 bzw. 2’ des Doppelschneckenextruders kann auch eine Änderung der Gangbreite Vorkommen, wobei dann auch immer eine Änderung der Gangsteigung vorliegt. Dies ist systembedingt durch die ineinandergreifenden gleichsinnig drehenden Schnecken 2 und 2’. Die Schnecken 2 und 2’ des Doppelschneckenextruders können ein- oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein; ebenso kann die Austragsschnecke ein- oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein. Am vorderen Ende der Austragsschnecke 4 geht das Gehäuse 5 in eine Austrags- oder Austrittsöffnung 6 über. Die Schnecken 2 und 2’ des Doppelschneckenextruders weisen einen Gangquerschnitt 9 von Q1 auf, der größer ist als der Gangquerschnitt 11 von Q2 der Austragsschnecke 4. Insbesondere ist die Gangtiefe bei 9 bzw. Q1 größer als bei 11 bzw. Q2. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass sich der Gangquerschnitt mit der Gangsteigung ändert. Eine kleine Gangsteigung ist vorteilhaft für den Druckaufbau, genau wie eine kleine Gangtiefe. Allerdings müssen die Gangtiefe und die Steigung so gewählt werden, dass noch eine ausreichende Förderleistung gegeben ist.
[0023] Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Durchmesser D2 der Austragsschnecke kleiner ist als der Durchmesser D1 der Schnecken 2, 2’ des Doppelschneckenextruders. Die Reduktion des Schneckendurchmessers erfolgt in der Weise, dass die Achse der Austragsschnecke 4 und die Achse der Schnecke 2 eine gemeinsame Achse A bilden.
[0024] Die Figur 3 zeigt in vergrößertem Maßstab Einzelheiten aus den Figuren 1 und 2 betreffend die Gangquerschnitte Q1 und Q2 der Schnecken des Doppelschneckenextruders (Q1) und der Austragsschnecke (Q2), wobei die schraffiert dargestellten Flächen den jeweiligen Gangquerschnitt Q1 bzw. Q2 darstellen sollen. Würden die Schnecken einen im Wesentlichen rechteckförmigen Gangquerschnitt aufweisen, ergäbe sich der Gangquerschnitt Q1 bzw. Q2 aus dem Produkt aus Gangtiefe g und Gangbreite b der jeweiligen Schnecke. Bei der Austragsschnecke 4 kann eine andere Form des Gangquerschnittes gewählt werden als bei den Schnecken 2 bzw. 2’; in der Praxis dürfte dies der Regelfall sein. Beispielsweise können bei der Austragsschnecke 4 die Flanken der Schneckengänge steiler werden, wie es bei Einschneckenextrudern üblich und Stand der Technik ist.
[0025] Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch den Doppelschneckenextruder 1 entlang der Linie A-A der Figuren 1 und 2.
[0026] 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 Austragsschnecke 4 des Einschneckenextruder-Elements 3 dient zur Druckerzeugung bzw. Druckerhöhung, wobei die Förderleistung der Austragsschnecke 4 für den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine in der Regel ausreicht. Der Doppelschneckenextruder 1 wird in Anpassung an den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine und in Anpassung an den Gangquerschnitt Q2 der Förderschnecke 4 in geeigneter Weise entsprechend 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.
[0027] Figur 5 zeigt schematisch eine derartige Compounder-Spritzgießmaschine. Sie verfügt über eine erfindungsgemäße Extrudereinrichtung 10 zur Aufbereitung und Plastifizierung von in der Regel in Granulatform befindlichem Kunststoff material, 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 Form-aufspannplatte 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 den Figuren 1 oder 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 Austragsschnecke 4 gemäß der Figur 1 oder der Figur 2 vorgesehen sind. Gegebenenfalls kann eine gravimetrische Dosiereinrichtung 10 vorgesehen sein, welche eine Unterfütterung des Doppelschneckenextruders 1 in besonders einfacher Weise erlaubt.
BEZUGSZEICHENLISTE I Doppelschneckenextruder 2, 2' Schnecken des Doppelschneckenextruders 3 Einschnecken-Extruderelement 4 Austragsschnecke 5 Gehäuse 6 Übergangsstück 7,7' Schneckensteg 8 Zwickelbereich 9 Gangquerschnitt Q1 10 Extrudereinrichtung II Gangquerschnitt Q2 20 Zwischenspeicher 30 Kolbenspritzaggregat 50 Spritzgießform 50a Bewegliche Formhälfte 50b Feststehende Formhälfte 60a Verfahrbare Formaufspannplatte 60b Feststehende Formaufspannplatte

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Extrudereinrichtung (10) mit einem Doppelschneckenextruder (1) mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken (2, 2'), die in einem der beiden Schnecken (2, 2') umschließenden Gehäuse aufgenommen sind, wobei das Gehäuse zwei entlang der Längsachse (A) des Doppelschneckenextruders (1) sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der beiden Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) aufweist, und wobei in Verlängerung des Doppelschneckenextruders (1) nur ein Einschneckenextruder-Element (3) vorgesehen ist, das nur eine Austragsschnecke (4) aufweist, mit der von dem Doppelschneckenextruder (1) angeliefertes Material abtransportiert und zur Austragsöffnung (6) der Extrudereinrichtung (10) gefördert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangquerschnitt Q2 (11) der Austragsschnecke (4) gleich wie oder kleiner ist als der Gangquerschnitt Q1 (9) bei einer Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1).
  2. 2. Extrudereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangquerschnitt Q2 (11) der Austragsschnecke (4) in Richtung zur Austragsöffnung (6) der Extrudereinrichtung (10) hin abnimmt.
  3. 3. Extrudereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1) jeweils einen Schneckengang oder mehr, insbesondere zwei oder mehr, Schneckengänge aufweisen und dass der Gangquerschnitt Q2 (11) der Austragsschnecke (4) gleich wie oder kleiner ist als die Summe der Gangquerschnitte Q1.1 bis Q1.n (9.1 ,...,9.n) der Schneckengänge bei einer Schnecke (2) des Doppelschneckenextruders (1).
  4. 4. Extrudereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsschnecke (4) einen Schneckengang oder mehr Schneckengänge aufweist und dass die Summe der Gangquerschnitte Q2.1 bis Q2.n (11.1,...,11 .n) der Schneckengänge der Austragsschnecke (4) gleich wie oder kleiner ist als der Gangquerschnitt Q1 (9) bei einer Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders (1).
  5. 5. Extrudereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser der Austragsschnecke (4) an ihrem dem Doppelschneckenextruder (1) zugewandten Ende gleich groß ist wie der Kerndurchmesser einer Schnecke (2, 2') des Doppelschneckenextruders.
  6. 6. Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden Extrudereinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Compounder-Spritzgießmaschine mit der Maßgabe, dass sie mit einer Einrichtung (20) zum Zwischenspeichern von Kunststoffschmelze ausgestattet ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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