DE102006029471A1

DE102006029471A1 - Schnecke für Knetextruder

Info

Publication number: DE102006029471A1
Application number: DE102006029471A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Kodate; Shigeki Inoue; Hisatoshi Tsushima
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: DE102006029471C5; JP2007001221A; US20060291324A1; JP4083183B2; DE102006029471B4

Abstract

Eine Schnecke für einen Doppelschnecken-Knetextruder weist eine Schneckenwelle auf, in welcher Keilnuten vorhanden sind, und mehrere Schneckensegmente, die dazu ausgebildet sind, auf die Schneckenwelle aufgepasst zu werden. Die Keilnuten der Schneckensegmente sind in den beiden Endabschnitten in Axialrichtung der Schneckensegmente vorgesehen, während mittlere Abschnitte als Entlastungsabschnitte verbleiben, in welchen die Keilnuten nicht vorgesehen sind. Da die mittleren Abschnitte nicht bearbeitet werden müssen, kann die Schnecke sehr exakt bearbeitet werden, selbst wenn die Länge in Axialrichtung der Schneckensegmente groß ist, bei Bearbeitungskosten, die ebenso gering sind wie bei kurzen Schneckensegmenten.

Description

Die vorliegende Erfindung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-186012, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnecke für einen Knetextruder, und spezieller eine Schnecke, die zur Drehung in einem Zylinder veranlasst wird, um ein Harzmaterial zu kneten und zu schmelzen, das von einem Endabschnitt des Zylinders zugeführt wird, und das Harzmaterial aus dem anderen Endabschnitt auszustoßen. Die Erfindung betrifft eine Schnecke für einen Knetextruder, beispielsweise eine Schnecke für einen Doppelschnecken-Knetextruder, obwohl dies nicht als einschränkend zu verstehen ist.

Ein Einzelschnecken-Knetextruder, der eine Schnecke aufweist, die zur Drehung in einem Zylinder veranlasst wird, ist auf diesem Gebiet wohlbekannt, obwohl hierfür kein spezielles Dokument angegeben wird. Weiterhin ist auf diesem Gebiet ein Doppelschnecken-Knetextruder bekannt, der so ausgebildet ist, dass er einen Zylinder und zwei Schnecken aufweist, die in dem Zylinder angeordnet sind, und die in unterschiedlichen Richtungen oder in derselben Richtung zur Drehung veranlasst werden. Dieser Doppelschnecken-Knetextruder ist schematisch so ausgebildet, wie in 2A gezeigt, dass er einen Zylinder 30 aufweist, und zwei Schnecken 40, 40, die drehbeweglich in dem Zylinder 30 angeordnet sind. Dieser Zylinder ist vom Typ mit zwei Höhen, bei welchem zwei Bohrungen in Axialrichtung vorgesehen sind. Weiterhin sind die Schnecken 40 und 40 einzeln in diesen einzelnen Bohrungen angeordnet. Der Zylinder 30 ist in der Nähe seines linken Endabschnitts, wie in 2A gezeigt, mit einer Materialzuführöffnung 31 zum Zuführen eines Harzmaterials in den Zylinder 30 versehen, und in der Nähe seines rechten Endabschnitts mit einer Entlüfungsöffnung 32. Weiterhin ist eine Extruderdüse, nicht dargestellt, am rechten Endabschnitt vorgesehen. Andererseits sind um den Zylinder 30 herum Heizvorrichtungen vorgesehen, deren Heiztemperatur einzeln gesteuert wird.

Die Schnecken 40 und 40 weisen Schneckenwellen 41 und 41 und mehrere Schneckensegmente 45, 45, ... auf, und dergleichen, die auf die Schneckenwellen 41 und 41 aufgepasst sind. Diese Schneckenwellen 41 und 41 sind auf ihrem Außenumfang mit Keilnuten oder einer Verzahnung versehen, obwohl dies nicht dargestellt ist. Alternativ sind die Schneckenwellen 41 und 41 so bearbeitet, dass sie mehreckig sind. Das Schneckensegment 45 weist einen Bossenabschnitt 46 und einen Schneckensteg auf, der einstückig oder vereinigt mit diesem Bossenabschnitt 46 ausgebildet ist, wie dies in 2B in Perspektivansicht dargestellt ist. In Abhängigkeit von der unterschiedlichen Form des Schneckensteges 47, obwohl dies nicht dargestellt ist, wird das Schneckensegment 45 als Dulmage-Schnecke, Stiftschnecke, Knetscheibe, und dergleichen bezeichnet. Im Zentrumsabschnitt des Bossenabschnitts 46 jedes der Schneckensegmente 45, 45, ... mit dieser Ausbildung ist in Axialrichtung ein Durchgangsloch mit vorbestimmter Form vorgesehen, angepasst an die Schneckenwelle 41. Dieses Durchgangsloch ist an die Form und die Größe des Außenumfangs der Schneckenwelle 41 angepasst. Falls die Schneckenwelle 41 eine Keilwelle ist, ist das Durchgangsloch so ausgebildet, dass es Keilnuten 48, 48, ... aufweist, wie dies in den 2B und 2C gezeigt ist. Andererseits ist im Falle einer mehreckigen Form das Durchgangsloch als mehreckiges Durchgangsloch 49 ausgebildet, wie in 2D gezeigt ist.

Die Schneckensegmente 45, 45, ... usw., welche die Schneckenstege mit vorbestimmter Form oder vorbestimmter Funktionsweise aufweisen, werden geeignet ausgewählt, und nacheinander auf den Schneckenwellen 41 und 41 eingeführt, und werden durch Befestigungsbolzen 42 und 42 an den Vorderenden der Schneckenwellen 41 befestigt. Dann sind die Schnecken 40 und 40 so ausgebildet, dass sie eine vorbestimmte Länge in Axialrichtung aufweisen. Der Zustand, in welchem die wie geschildert ausgebildeten zwei Schnecken 40 und 40 in den Zylinder 30 eingeschoben sind, ist in 2A gezeigt. In 2 dient der Abschnitt an der linken Seite als Zuführkompressionsabschnitt 33, dient die stromabwärtige Seite als Schmelz/Knetabschnitt 34, und die Seite am weitesten stromabwärts als ein Verflüchtigungs-Boosterabschnitt 35. Hierbei sind in 2A die Schneckensegmente 45, 45, ... so dargestellt, dass sie die gleiche Form aufweisen, jedoch können auch Knetscheiben mit einer anderen Form als jener, die dargestellt ist, beispielsweise am Schmelz/Knetabschnitt 34 vorgesehen sein.

Der Doppelschnecken-Knetextruder mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird so betrieben, dass die beiden Schnecken 40 und 40 so angetrieben werden, dass sie sich drehen, und Harzmaterial wird von der Materialzuführöffnung 31 dem Zuführkompressionsabschnitt 33 des Zylinders 30 zugeführt. Das Harzmaterial wird nacheinander von dem Zuführkompressionsabschnitt 33 durch den Schmelz/Knetabschnitt 34 dem Verflüchtigungs-Boosterabschnitt 35 zugeführt. Hierbei wird das Harzmaterial durch die Wärme geschmolzen, die vom Außenumfang des Zylinders 30 aus einwirkt, und durch die Wärme des Harzmaterials, das durch Reibungswirkung, Scherwirkung und dergleichen erzeugt wird, infolge der Einwirkung der Schnecken 40 und 40, so dass es homogen gemischt wird. Der Wasseranteil, der Gasanteil und dergleichen werden von der Entlüftungsöffnung 32 des Verflüchtigungs-Boosterabschnitts 35 abgegeben, und das Harzmaterial wird von der Extruderdüse extrudiert.

Das japanische Gebrauchsmuster Nr. 2,500,532 und die JP-A-5-220815 beschreiben einen derartigen Doppelschnecken-Knetextruder. Im japanischen Gebrauchsmuster Nr. 2,500,532 wird eine Schnecke beschrieben, die so ausgebildet ist, dass sie eine Schneckenwelle aufweist, und mehrere Schneckensegmente oder Schneckensegmentteile, die auf die Schneckenwelle aufgepasst sind. Eine Führungsnut ist in den Endoberflächen der Segmentteile in Anpassung an die Schneckenwelle vorgesehen. Diese Führungsnut erstreckt sich Radialrichtung nach außen von dem Außenumfang der Schneckenwelle, und ist im Innenumfang des Zylinders offen. Dies führt dazu, dass der Wasseranteil, der Anteil an flüchtigen Bestandteilen und dergleichen, die sich anderenfalls in den Zwischenräumen zwischen der Schneckenwelle und den Segmentteilen ansammeln könnten, während das Kneten und Schmelzen erfolgt, durch die Führungsnut einer Materialzuführrutsche abgegeben werden. Dies führt dazu, dass verhindert wird, dass Luftblasen in das geschmolzene Harz eingemischt werden. In der JP-A-5-220815 wird andererseits ein Befestigungsverfahren beschrieben, bei welchem Schneckensegmente in eine Schneckenwelle eingeführt werden, und Befestigungsmuttern oder Kappen zur Befestigung der eingeführten Schneckensegmente auf der Schneckenwelle durch einen Druckzylinder befestigt werden.

Bei dem Doppelschnecken-Schneckenextruder nach dem Stand der Technik kann ebenfalls das Harzmaterial geknetet und geschmolzen werden, und können, falls erforderlich, die flüchtigen Bestandteile verflüchtigt werden, und kann das Harzmaterial extrudiert werden, wie voranstehend geschildert, so dass im Gebrauch keine speziellen Probleme auftreten. Allerdings kann beim Knetextruder des Stands der Technik ein hoher Kostenaufwand für die Herstellung oder Bearbeitung der Knetextruderschnecke je nach deren Ausbildung auftreten, und können die Gesamtkosten hoch sein. Dieser Kostenanstieg liegt an folgendem. Bei den Schneckensegmenten 45, 45, ... werden deren Durchgangslöcher durch die Keilnuten 48, 48, ... ausgearbeitet, wie in den 2B und 2C gezeigt. Wenn das Verhältnis L/D zwischen der Axiallänge L und dem Bohrungsdurchmesser D der Schneckensegmente 45, 45, ... klein ist, also wenn die Länge L in Axialrichtung kurz ist, lassen sich die Keilnuten 48, 48, ... einfach ausarbeiten. Wenn die Länge L in Axialrichtung größer wird, wird auch der Hub eines Schneidwerkzeuges länger. Darüber hinaus erfolgt die Nutbearbeitung in den inneren Oberflächen der Durchgangslöcher, so dass die Bearbeitungskosten ansteigen. Dieser Kostenanstieg tritt auch bei der Bearbeitung der gezahnten Nuten oder der mehreckigen Durchgangslöcher auf. Mit dem Problem der Bearbeitungskosten für die Schneckensegmente 45, 45, ... usw. befassen sich die Erfindungen nicht, die im japanischen Gebrauchsmuster Nr. 2,500,532 und in der JP-A-5-220815 beschrieben werden, und diese lösen auch nicht derartige Probleme.

Daher besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Schnecke für einen Knetextruder, die exakt bei relativ geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann, selbst wenn die Länge in Axialrichtung der Schneckensegmente, welche die Schnecke des Knetextruders bilden, groß wird.

Die Schneckenwelle 41 und die Schneckensegmente 45, 45, ... usw, werden, wie voranstehend geschildert, so ausgebildet, dass sie in Eingriff miteinander durch die Schneckenuten 48, 48, ... usw. gelangen. Der Eingriff durch die Keilnuten 48, 48, ... usw. kann die hohe Drehkraft der Schneckenwelle 41 auf die Schneckensegmente 45 übertragen. Daher wurde herausgefunden, dass die hohe Drehkraft nicht auf die Gesamtlänge der Schneckensegmente 45, 45, ... usw, übertragen werden muss, und dass die Drehkraft, die für die Knet- und Schmelzvorgänge benötigt wird, durch eine vorbestimmte Länge übertragen werden kann. Wenn die Schneckensegmente 45, 45, ... usw. hintereinander auf die Schneckenwelle 45 aufgebracht werden, und durch die Befestigungsbolzen 42 befestigt werden, hat sich weiterhin herausgestellt, dass die Bereiche in der Nähe der Endoberflächen, an welchen die Schneckensegmente 45, 45, ... usw. in Kontakt miteinander gelangen, für die Festigkeit wesentlich sind. Daher hat sich weiterhin herausgestellt, dass der voranstehend geschilderte Vorteil der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt wird, dass Abschnitte, nämlich die "Entlastungsabschnitte", in welchen die Keilnuten 48, 48, ... nicht vorhanden sind, mit Ausnahme der Bereiche in der Nähe der Endoberflächen, so dass die zu bearbeitende Länge verringert wird, selbst wenn die Schneckensegmente 45, 45, ... usw. eine große Länge in Axialrichtung aufweisen.

Um den voranstehend geschilderten Vorteil zu erreichen, wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Schnecke für einen Knetextruder zur Verfügung gestellt, der einen Zylinder aufweist, und eine Schnecke, die drehbar in dem Zylinder angeordnet ist, wobei ein Harzmaterial von einem Endabschnitt des Zylinders zugeführt wird, und geknetet und geschmolzen wird, wenn die Schnecke so angetrieben wird, dass sie sich dreht, so dass das Harz von dem anderen Endabschnitt extrudiert wird. Die Schnecke ist so ausgebildet, dass sie eine Schneckenwelle aufweist, die mit einer Eingriffsnut versehen ist, die eine vorbestimmte Form aufweist, und im Außenumfang der Schneckenwelle vorgesehen ist, und ein Schneckensegment, das dazu ausgebildet ist, aufeinander folgend auf die Schneckenwelle aufgebracht zu werden, wobei die innere Oberfläche des Schneckensegments eine Eingriffsnut aufweist, die an die Eingriffsnuten der Schneckenwelle angepasst ist, die an jeder Seite in Axialrichtung des Schneckensegments vorgesehen sind, und einen Entlastungsabschnitt, in welchem die Eingriffsnut nicht vorgesehen ist, und der in einem mittleren Abschnitt des Schneckensegments vorgesehen ist. Bei der Schnecke des Knetextruders gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Eingriffsnut eine Keilnut.

Gemäß der Erfindung ist, wie voranstehend geschildert, die Schnecke so ausgebildet, dass sie aufweist: eine Schneckenwelle, die Eingriffsnuten mit einer vorbestimmten Form aufweist, die in ihrem Außenumfang vorgesehen sind, und mehrere Schneckensegmente, die Eingriffsnuten aufweisen, die an die Eingriffsnuten der Schneckenwelle angepasst sind, und dass ausgebildet sind, aufeinander folgend in die Schneckenwelle eingeführt zu werden, wobei die Eingriffsnuten der Schneckensegmente an ihren beiden Endabschnitten in Axialrichtung der Schneckensegmente ausgearbeitet sind, während ihre mittleren Abschnitte als Entlastungsabschnitte verbleiben, in welchen die Eingriffsnuten nicht vorgesehen sind. Kurz gefasst, ist der Bearbeitungsbereich der Eingriffsnuten der Schneckensegmente begrenzt, so dass die Schnecke selbst dann, wenn die Länge in Axialrichtung der Schneckensegmente groß ist, mit Bearbeitungskosten bearbeitet werden kann, die ähnlich jenen bei kürzeren Schneckensegmenten sind. Da die Bearbeitungslänge kurz ist, wird darüber hinaus ein weiterer Vorteil erzielt, nämlich dass Schneckensegmente mit großer Länge in Axialrichtung zur Verfügung gestellt werden können, ohne die Bearbeitungsgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1A bis 1C Ansichten eines Schneckensegments gemäß der Erfindung, wobei 1A eine Perspektivansicht eines Abschnitts ist, 1B eine Schnittansicht von vorn ist, und 1C eine Schnittansicht in Richtung von Pfeilen I-I von 1B ist; und
2A bis 2C Ansichten eines Beipiels für den Stand der Technik, wobei 2A eine Aufsicht auf einen Doppelschnecken-Knetextruder im Schnitt in Axialrichtung ist, 2B eine Perspektivansicht eines Schneckensegments ist, 2C eine entsprechende Schnittansicht ist, und 2D eine Schnittansicht ist, welche ein Durchgangsloch mit anderer Form des Schneckensegments zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Schneckensegment gemäß dieser Ausführungsform weist ebenfalls verschiedene Schneckenstegformen auf, wie dies unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden. Wenn das Segment geeignet auf einer Schneckenwelle angebracht ist, ist eine Schnecke für einen Extruder mit vorbestimmten Funktionen so ausgebildet, dass sie eine vorbestimmte Länge in Axialrichtung aufweist.
Allerdings ist in 1 nur ein Schneckensegment mit einem Standardschneckensteg dargestellt.
Ein Schneckensegment 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, ebenfalls so ausgebildet, dass es einen Bossenabschnitt 2 und einen spiralförmigen Schneckensteg 3 aufweist, der einstückig mit dem Bossenabschnitt 2 ausgebildet ist. Im Zentrumsabschnitt des Bossenabschnitts 2 ist ein Durchgangsloch 4 vorgesehen, dass auf eine Schneckenwelle aufgepasst werden soll, wie dies voranstehend geschildert wurde. Das Schneckensegment 1 mit dem geschilderten Aufbau weist eine Länge A in Axialrichtung auf, und das Durchgangsloch hat einen Durchmesser D. Das Verhältnis A/D ist relativ groß im Vergleich zum Stand der Technik gewählt. Weiterhin sind bei dieser Ausführungsform Keilnuten 5, 5, ... usw. des Durchgangsloches 4 in den beiden Endabschnitten des Schneckensegments 1 vorgesehen, während der Zentrumsabschnitt als Entlastungsabschnitt 6 verbleibt, in welchem über eine vorbestimmte Länge keine Keilnuten 5, 5, ... vorgesehen sind. Dieser Entlastungsabschnitt 6 ist ein Abschnitt, der nicht in Eingriff mit den Keilnuten der Schneckenwelle gelangt, so dass keine mechanische Bearbeitung zur Ausbildung von Keilnuten erforderlich ist. Für die Länge dieses Entlastungsabschnitts 6 gibt es keine spezielle Einschränkung, jedoch ist sie so gewählt, dass sie gleich 1 bis 70% (oder gleich 10 bis 70%) der Länge A in Axialrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform ist, unter Berücksichtigung der Kraftübertragung von der Schneckenwelle auf das Schneckensegment 1 gemäß den physikalischen oder chemischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Harzmaterials und des Ausmaßes dieser Bearbeitung. Wie in 1C gezeigt, ist darüber hinaus der Winkel θ, der zwischen der Endoberfläche 8 eines Stegs 7 der Keilnut 5, die an der Seite des Entlastungsabschnitts 6 angeordnet ist, und einer Linie 9 senkrecht zur Achse bei der vorliegenden Ausführungsform auf 10 bis 90 Grad eingestellt. Bei diesem Winkel kann das Schneckensegment 1 einfach auf die Schneckenwelle aufgepasst werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Entlastungsabschnitt 6 im Zentrumsabschnitt des Schneckensegments 1 vorgesehen. Durch Aufbringen des Schneckensegments 1 auf die Schneckenwelle wie beim Stand der Technik kann die Schnecke zusammengebaut werden, und kann das Harzmaterial entsprechend geknetet und geschmolzen werden, so dass es extrudiert werden kann. Hierbei wird die Drehkraft von der Schneckenwelle auf das Schneckensegment 1 nur durch den Abschnitt übertragen, der die Schneckensegmente 45, 45, ... usw. aufweist. Offensichtlich kann die Erfindung ebenfalls bei gezahnten Nuten oder bei einer mehreckigen Form eingesetzt werden.

Claims

Schnecke für einen Knetextruder, bei welcher vorgesehen sind: eine Schneckenwelle, die eine Eingriffsnut aufweist, die eine vorbestimmte Form hat, und am Außenumfang der Schneckenwelle vorgesehen ist; und ein Schneckensegment, das dazu ausgebildet ist, aufeinander folgend auf die Schneckenwelle aufgepasst zu werden, wobei die innere Oberfläche des Schneckensegments aufweist: eine Eingriffsnut, die an die Eingriffsnut der Schneckenwelle angepasst ist, und an jede Seite in Axialrichtung des Schneckensegments vorgesehen ist; und einen Entlastungsabschnitt, in welchem die Eingriffsnut nicht vorhanden ist, und der in einem mittleren Abschnitt des Schneckensegments vorgesehen ist.
Schnecke für einen Knetextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsnut eine Keilnut ist.
Schnecke für einen Knetextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke mehrere Schneckensegmente aufweist.
Schnecke für einen Knetextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Entlastungsabschnitts so gewählt ist, dass sie 1 bis 70% der Länge in Axialrichtung des Schneckensegments beträgt.
Schnecke für einen Knetextruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Entlastungsabschnitts so gewählt ist, dass sie 10 bis 70% der Länge in Axialrichtung des Schneckensegments beträgt.
Knetextruder, welcher aufweist: einen Zylinder, und eine Schnecke nach Anspruch 1, die in dem Zylinder angeordnet ist, und so angetrieben werden kann, dass sie sich dreht.