DE102006050758A1 - Extruder cylinder for extrusion of products has partial recesses made from outside, containing heat-conducting material - Google Patents

Extruder cylinder for extrusion of products has partial recesses made from outside, containing heat-conducting material Download PDF

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Abstract

The extruder cylinder contains at least two extrusion conveyor screws in the cylinder bore (3). It has partial recesses (1) made from the outside, containing heat-conducting material (2). The thermal conductivity of the heat-conducting material is higher than the thermal conductivity of the basic material from which the cylinder is made.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder eines Extruders, der zur Aufnahme von mindestens zwei Extruderschnecken geeignet ist.The The invention relates to a cylinder of an extruder for receiving of at least two extruder screws is suitable.

Beim Extrusionsprozeß wird der Zylinder vorzugsweise von außen beheizt und gekühlt. Heizbänder übertragen Wärmeenergie auf die Oberfläche des Extrusionszylinders. Durch Wärmeleitung gelangt die Energie zur Doppelbohrung. Dort wird sie in das Kunststoffmaterial übergeben. Die Temperaturverteilung über den Radius ist durch die vorgegebene Innengeometrie der Doppelbohrung sehr inhomogen. Durch eine aufwendige zu fertigende elliptische Zylinderlösung kann diesem Problem entgegengewirkt werden. Die „Energietransportwege" sind annähernd gleich und die Temperaturverteilung ist weitgehend homogen. Eine weitere Lösungsmöglichkeit, dieses Problem anzugehen, sind rechteckige Extrusionszylinder, wie sie in der Aufbereitungstechnik zum Einsatz kommen.At the Extrusion process is the cylinder is preferably heated and cooled from the outside. Transfer heating cables Thermal energy on the surface of the Extrusion cylinder. By heat conduction the energy reaches the double hole. There it is handed over to the plastic material. The temperature distribution over the radius is due to the given internal geometry of the double bore very inhomogeneous. By a complex to be produced elliptical cylinder solution this problem can be counteracted. The "energy transport routes" are approximately the same and the temperature distribution is largely homogeneous. Another Possible solution, To address this problem are rectangular extrusion cylinders, like they are used in processing technology.

Durch lokale Überhitzung besonders gefährdet ist der Zwickelbereich der Doppelschneckenbohrungen. Hier können sich unerwünschte Wärmenester bilden, die zum Anbacken des Materials führen. Ein weiteres Problem bei der Wärmeübertragung ist die schlechte Wärmeileitfähigkeit des Nitritstahles, aus dem in der Regel die Zylinder hergestellt sind. Hierdurch werden die Reaktionszeiten der Heiz-/Kühlzone entsprechend lang. Das Regelverhalten einer solchen Zone ist somit träge und die Aufheiz-/Abkühlzeiten sind somit relativ lang. Bedingt durch den schlechten Wirkungsgrad der elektrischen Heizbänder geht dabei Wärmeenergie an die Umgebung verloren.By local overheating particularly at risk is the gusset area of twin screw holes. Here you can undesirable hot spots form, which lead to the baking of the material. Another Problem in the heat transfer is the bad thermal conductivity nitrite steel, from which, as a rule, the cylinders are made are. As a result, the reaction times of the heating / cooling zone are corresponding long. The control behavior of such a zone is thus sluggish and the Heating / cooling are thus relatively long. Due to the poor efficiency the electric heating tapes doing heat energy lost to the environment.

Ein weiteres Problem liegt in dem unterschiedlichen Wärmebedarf über die Länge eines Extruderzylinders. Im Vorwärmbereich wird ausschließlich Wärmeenergie über Heizelemente zugeführt, während im Bereich des Ausstoßes Friktionsenergie durch Kühlelemente abgeführt wird.One Another problem is the different heat demand over the Length of one Extruder barrel. In the preheating area becomes exclusive Heat energy via heating elements fed while in the Range of output Friction energy through cooling elements dissipated becomes.

Diese Energie steht dann dem Extrusionsprozess nicht mehr zur Verfügung. Dieser Problematik wirkt die aus dem Stand der Technik bekannte DE 17 29 384 entgegen. Sie beschreibt eine Vorrichtung zum Abbau der Wärme an Stellen zu hoher Temperatur von Kunststoffschneckenpressen. Die Schrift schlägt hierzu vor, in diese Bereiche des Zylinders Bohrungen einzubringen; in diese Bohrungen wird ein massiver Stab aus Kupfer eingesetzt. Die Länge des Stabes wird dabei so bemessen, dass ein Bereich mit hoher Temperatur mit einem Bereich niedriger Temperatur verbunden wird. Die Vorrichtung ist somit dazu geeignet, einen gewissen Temperaturausgleich innerhalb des Zylinders zu erreichen.This energy is then no longer available to the extrusion process. This problem affects those known from the prior art DE 17 29 384 opposite. It describes a device for reducing the heat in places of high temperature of plastic screw presses. The document proposes to drill holes in these areas of the cylinder; In these holes a massive rod made of copper is used. The length of the rod is dimensioned such that a high-temperature region is connected to a low-temperature region. The device is thus suitable for achieving a certain temperature compensation within the cylinder.

Das Einbringen derartiger Bohrungen ist relativ aufwendig und erfordert sehr hohe Genauigkeit, da der Kupferstab nur dann seinen bestimmungsgemäßen Gebrauch erfüllt, wenn er einen guten Kontakt zur Zylinderwandung aufweist.The Introducing such holes is relatively expensive and requires very high accuracy, as the copper rod only then its intended use Fulfills, if he has a good contact with the cylinder wall.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die ebenfalls eine homogene Temperaturverteilung im Zylinder gewährleistet, jedoch einfacher und damit kostengünstiger herstellbar ist.task the present invention is therefore to propose a device which also ensures a homogeneous temperature distribution in the cylinder, however, easier and thus cheaper to produce.

Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder partiell von außen angeordnete Aussparungen aufweist, in die ein wärmeleitendes Material angeordnet ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Materials höher als die Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials des Zylinders ist. Es wird also auf relativ einfache Weise eine Nut oder eine Abflachung von außen in den Zylinder eingebracht, in die dann ein wärmeleitendes Material, vorzugsweise Kupfer, eingebracht wird. Es lassen sich somit definierte Bereiche im Zylinder so ausgestalten, dass die Wärme gezielt axial aus diesem abgeleitet und radial weiter befördert werden kann. Es wird somit vermieden, dass die Wärme an derzylinder abgegeben wird. Die Wärmeenergie wird durch diese Vorrichtung gleichmäßig radial an der Innenwandung des Extruderzylinders verteilt. Auf dem Umfang der Doppelbohrungen kann sich so ein homogenes Temperaturfeld ausbilden. Durch die zehnfach höhere Wärmeleitfähigkeit des vorgeschlagenen Kupferprofiles wird die Wärme in radialer Richtung schneller transportiert. Dieses führt im Heiz-/Kühlprozess zu wesentlich kürzeren Ansprechzeiten. Durch den optimalen Wärmetransport über die Kupferprofile kann die Wärmeentwicklung im Inneren des Extruderzylinders gezielt beeinflusst werden. Lokale Überhitzungen im Zwickelbereich können schnell und gezielt abgebaut werden. Durch den axialen Wärmetransport kann zusätzlich Wärmeenergie von den wärmeren zu den kälteren Zonen transportiert werden.The solution the object is in connection with the preamble of the claim 1, characterized in that the cylinder partially arranged from the outside Has recesses, arranged in the heat-conducting material is, where the thermal conductivity the heat-conducting Material higher as the thermal conductivity of the basic material of the cylinder. So it's going to be relatively simple A groove or a flattening introduced from the outside into the cylinder, in the then a thermally conductive Material, preferably copper, is introduced. It can be thus defined areas in the cylinder designed so that the Heat targeted axially derived from this and transported radially further can. It is thus avoided that the heat delivered to the cylinder becomes. The heat energy is uniformly radially through this device on the inner wall distributed the extruder cylinder. On the circumference of the double holes can form a homogeneous temperature field. Due to the tenfold higher thermal conductivity the proposed copper profile, the heat in the radial direction is faster transported. This leads in the heating / cooling process to much shorter Response. Due to the optimal heat transfer over the Copper profiles can heat up be influenced in the interior of the extruder cylinder targeted. Local overheating in the gusset area can be dismantled quickly and targeted. By the axial heat transfer can additionally Thermal energy from the warmer ones to the colder ones Zones are transported.

Fortbildungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aussparungen symmetrisch um den Zylinder angeordnet sind. Es können somit beispielsweise im Bereich des Doppelbogens zwei sich gegenüber liegende größere Aussparungen und in Bereichen mit nicht ganz so hoher Wärme kleinere Aussparungen angeordnet sein. Hierbei ist vorgesehen, dass die Aussparungen parallel zu den Zylinderbohrungen verlaufen. Die Aussparungen bilden somit Nuten entlang des Zylinders.Training is provided, that the recesses are arranged symmetrically around the cylinder. It can thus, for example, in the area of the double arch, two opposite each other larger gaps and arranged in areas with not so high heat smaller recesses be. It is provided that the recesses parallel to run the cylinder bores. The recesses thus form grooves along the cylinder.

Es kann aber auch vorgesehen sein, die Aussparungen quer zu den Zylinderbohrungen anzuordnen, so dass nur in den Bereichen hohen Wärmeaufkommens oder Wärmebedarfs der Zylinder partiell abgeflacht wird, um dort über das wärmeleitende Material die Wärme vom Inneren des Zylinders abzuführen und an ebenfalls partiell abgeflachten und mit wärmeleitendem Material aufgefüllten Bereichen am Zylinder, die eine niedrige Temperatur aufweisen, hinzuführen. Die axiale Wärmeleitung würde in diesem Falle beispielsweise durch eine Heatpipe erfüllt.But it can also be provided to arrange the recesses transverse to the cylinder bores, so that only parti in the areas of high heat consumption or heat demand ell is flattened to dissipate there over the heat-conductive material, the heat from the interior of the cylinder and on also partially flattened and filled with heat-conducting material areas on the cylinder, which have a low temperature, lead. The axial heat conduction would be fulfilled in this case, for example by a heat pipe.

Es gibt verschiedene Methoden und Möglichkeiten, das wärmeleitende Material, welches vorzugsweise Kupfer ist, in den Aussparungen zu be festigen. Neben den verschiedenen Möglichkeiten des Klebens oder auch mechanischen Verbindens ist insbesondere vorgesehen, die Materialien kraftschlüssig in den Aussparungen anzuordnen. Dies kann beispielsweise so ausgeführt werden, dass die Aussparungen bzw. Nuten im Nutengrund eine engere Toleranz als im oberen Bereich aufweisen. Das eingebrachte wärmeleitende Material klemmt somit im Fußbereich der Aussparungen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn im oberen Bereich die Aussparung so ausgeführt ist, dass zwischen dem wärmeleitenden Material und der Wandung der Aussparung ein Spalt, insbesondere Luftspalt, zwecks Isolierung entsteht.It are different methods and ways the thermally conductive Material, which is preferably copper, in the recesses to consolidate. Besides the different ways of gluing or Mechanical bonding is also provided in particular, the materials force fit to arrange in the recesses. This can be done, for example, that the recesses or grooves in the groove bottom a tighter tolerance as in the upper area. The introduced thermally conductive Material thus jams in the foot area the recesses. It may be advantageous if in the upper Area the recess so executed is that between the heat-conducting Material and the wall of the recess a gap, in particular Air gap, for the purpose of insulation arises.

In den Zeichnungen sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.In The drawings schematically show two embodiments of the invention played.

1 zeigt eine erste Ausführungsform mit Nuten und 1 shows a first embodiment with grooves and

2 eine zweite Ausführungsform mit partiellen Abflachungen im Zylinder. 2 a second embodiment with partial flattening in the cylinder.

In 1 ist ein Längsschnitt durch einen Zylinder gezeigt, in dem die Zylinderbohrung mit nicht dargestellter Schnecke zu sehen ist, wobei sowohl im oberen Bereich als auch im unteren Bereich ein wärmeleitendes Material 3 in einer Aussparung 2 angeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Wärme im vorderen Bereich des Zylinders über das wärmeleitende Material in den hinteren Bereich des Zylinders transportiert wird. Die Pfeildarstellung im Bild oberhalb des Zylinders verdeutlicht den Wärmefluss. Dies soll Folgendes zeigen: vom Inneren des Zylinders soll die Wärme in das wärmeleitende Material gebracht, über das wärmeleitende Material in den rechten Bereich des wärmeleitenden Materials weitergeführt und hier wieder an den Zylinder abgegeben werden.In 1 is a longitudinal section through a cylinder shown in which the cylinder bore is not shown with screw, with both in the upper region and in the lower region of a thermally conductive material 3 in a recess 2 is arranged. It is provided here that the heat in the front region of the cylinder is transported via the heat-conducting material into the rear region of the cylinder. The arrow in the picture above the cylinder illustrates the heat flow. This is to show the following: from the inside of the cylinder, the heat is brought into the heat-conducting material, be continued over the heat-conducting material in the right region of the heat-conducting material and discharged here again to the cylinder.

Die Pfeile, die einerseits zusammenlaufen und im rechten Bereich wieder auseinanderdriften, sollen dies verdeutlichen.The Arrows that converge on the one hand and on the right again drift apart, to illustrate this.

Die 1b zeigt einen Schnitt durch diesen Zylinder, wobei wiederum die Bohrungen für die Doppelschnecken 3 im Zylinder dargestellt sind und darum symmetrisch angeordnet die jeweiligen Aussparungen 2 mit den darin eingesetzten Kupferstäben 3. Die Anordnung der Aussparungen ist symmetrisch am Umfang des Zylinders verteilt.The 1b shows a section through this cylinder, in turn, the holes for the twin screws 3 are shown in the cylinder and therefore symmetrically arranged the respective recesses 2 with the copper rods inserted therein 3 , The arrangement of the recesses is distributed symmetrically on the circumference of the cylinder.

Die 1c ist eine vergrößerte Darstellung aus der 1b und verdeutlicht nochmals den Wärmetransport, der über die Pfeile dargestellt ist. In dieser Ansicht ist auch deutlich zu erkennen, dass am Nutfuß das wärmeleitende Material 3 kraftschlüssig im Zylinder angeordnet ist und im oberen Bereich ein Spalt 4 vorhanden ist.The 1c is an enlarged view of the 1b and again illustrates the heat transfer, which is shown by the arrows. In this view, it can also be clearly seen that at the groove base, the heat-conducting material 3 is frictionally arranged in the cylinder and in the upper part of a gap 4 is available.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei hier wiederum wie in 1a ein Schnitt durch den Zylinder dargestellt ist, der jedoch quer zur Zylinderbohrung 3 Aussparungen aufweist, in die ebenfalls wärmeleitfähiges Material 2 wie ein Kupferstab oder Heatpipe angeordnet ist. Das wärmeleitfähige Material in den beiden dargestellten Aussparungen ist über ein weiteres wärmeleitfähiges Material, vorzugsweise ein Kupferstab, verbunden. In der Schnittdarstellung gemäß 2b wird dies verdeutlicht. Sie zeigt den Zylinder mit den beiden Zylinderbohrungen 3 und der oberen und unteren Aussparung 1, in die das wärmeleitfähige Material 3 eingesetzt ist. 2 shows a second embodiment of the invention, here again as in 1a a section through the cylinder is shown, but transverse to the cylinder bore 3 Has recesses in the likewise thermally conductive material 2 like a copper rod or heatpipe is arranged. The thermally conductive material in the two recesses shown is connected via another thermally conductive material, preferably a copper rod. In the sectional view according to 2 B this will be clarified. It shows the cylinder with the two cylinder bores 3 and the upper and lower recess 1 into which the thermally conductive material 3 is used.

Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht eine einfache homogene Temperaturverteilung innerhalb eines Extruderzylinders, worüber auch ein besseres Ansprechverhalten der Maschinensteuerung gewährleistet werden kann.The proposed invention allows a simple homogeneous temperature distribution within an extruder cylinder, about what also ensures a better response of the machine control can be.

11
Aussparungrecess
22
wärmeleitendes Materialthermally conductive material
33
Zylinderbohrungbore
44
Spaltgap

Claims (7)

Zylinder eines Extruders, der zur Aufnahme von mindestens zwei Extruderschnecken geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder partielle von außen angeordnete Aussparungen (1) aufweist, in denen ein wärmeleitendes Material (2) angeordnet ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Materials (2) höher als die Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials des Zylinders ist.Cylinder of an extruder, which is suitable for receiving at least two extruder screws, characterized in that the cylinder has partially arranged from the outside recesses ( 1 ), in which a thermally conductive material ( 2 ), wherein the thermal conductivity of the heat-conducting material ( 2 ) is higher than the thermal conductivity of the base material of the cylinder. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Aussparungen (1) symmetrisch angeordnet sind.Cylinder according to claim 1, characterized in that recesses ( 1 ) are arranged symmetrically. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (1) parallel zu den Zylinderbohrungen (3) angeordnet sind.Cylinder according to claim 2, characterized in that the recesses ( 1 ) parallel to the cylinder bores ( 3 ) are arranged. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (1) quer zu den Zylinderbohrungen (3) angeordnet sind.Cylinder according to claim 1, characterized in that the recesses ( 1 ) transverse to the cylinder bores ( 3 ) are arranged. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Material (2) in den Aussparungen (1) kraftschlüssig mit dem Zylinder verbunden ist.Cylinder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat-conducting material ( 2 ) in the recesses ( 1 ) is positively connected to the cylinder. Zylinder nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wandung der Aussparung (1) und dem wärmeleitenden Material (2) zumindest teilweise ein Spalt (4) vorhanden ist.Cylinder according to one of the preceding claims, characterized in that between the wall of the recess ( 1 ) and the heat-conducting material ( 2 ) at least partially a gap ( 4 ) is available. Zylinder nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Material (2) Kupfer ist.Cylinder according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting material ( 2 ) Copper is.
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