DE102007016346A1 - Mehrwellenextrudervorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

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Abstract

Es wird vorgeschlagen, dass eine Faserstrangzuführeinheit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g) zumindest eine Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) aufweist, die in einen Verfahrensraum (76, 136) mündet, wobei im Verfahrensraum (76, 136) eine Förderzone (30a, 30b) angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebsmodus zwischen 30% und 80% mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) befüllt zu werden, und mit wenigstens einer nach der Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) angeordneten ersten Verdichtungszone (36), die dazu vorgesehen ist, ein eingeschlepptes Gasvolumen (94) um zumindest ein Viertel seines Volumens zu reduzieren.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 28.
  • Aus der Druckschrift DE 40 16 784 A1 ist eine Extrudervorrichtung mit einer Faserstrangzuführung bekannt, bei der an einer Stelle eines Gehäuses ein Faserstrang über einen Einführkanal zugeführt wird, wobei der Faserstrang in einem Imprägnierkanal vor einer Zuführung in eine Einmischzone vorimprägniert wird.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Mehrwellenextrudervorrichtung bereitzustellen, die ein homogenes Beschichtungsergebnis ermöglicht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrichtung mit zumindest zwei Förderelementen, die kämmend angeordnet und mit einem gleichen Drehsinn betreibbar sind, mit einer Zusatzstoffzuführeinheit zum Zuführen eines Zusatzstoffs und mit einer Faserstrangzuführeinheit, mittels der eine Zugabe von zumindest einem Faserstrang in einem viskosen Arbeitsbereich erfolgt.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Faserstrangzuführeinheit zumindest eine Faserstrangzugabeöffnung aufweist, die in einen Verfahrensraum mündet, wobei im Verfahrensraum eine Förderzone angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebsmodus zwischen 30% und 80% mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt zu werden, und mit wenigstens einer nach der Faserstrangzugabeöffnung angeordneten ersten Verdichtungszone, die dazu vorgesehen ist, ein eingeschlepptes Gasvolumen um zumindest ein Viertel seines Volumens zu reduzieren. Dadurch kann eine besonders gute Benetzung des Faserstrangs erreicht werden.
  • Unter einer Mehrwellenextrudervorrichtung soll hier eine Extrudervorrichtung mit zwei und/oder mehr Förderelementen verstanden werden. Unter einem Förderelement soll hier insbesondere ein Element mit einer Komprimierungs- und/oder Entspannungsfunktion mit Förderaufgabe verstanden werden. Eine kämmende Anordnung beschreibt eine Anordnung von Förderelementen, die mit ihren Schneckenstegen wie eine Verzahnung ineinander greifen. Hierbei ist ein Abstand zwischen einem Schneckenkamm des einen Förderelements und einem Schneckengrund eines weiteren Förderelements größer und/oder gleich 4 mm. Besonders bevorzugt sind die Förderelemente dicht kämmend angeordnet, wobei ein Flankenspiel der Schnecken mit ≤ 10 des Abstands ausgeführt ist. Ein Faserstrang stellt hierbei entweder eine Einzelfaser, wie eine Kurzglasfaser, einen Roving bzw. einen Endlosfaserstrang und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Faserstrang dar. Ein Zusatzstoff ist hierbei entweder ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff, ein Harz und/oder ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Zusatzstoff. Ein viskoser Arbeitsbereich beschreibt einen Bereich, in dem der Zusatzstoff viskos ist oder geworden ist. Diese viskose Komponente stellt bevorzugt einen aufgeschmolzenen Kunststoff und/oder eine andere, bedarfsgerecht aufbereitete Komponente, wie eine Flüssigkeit, dar. Eine Förderzone ist ein Bereich, der maximal eine Länge von 6-mal der Länge eines Förderelementaußendurchmesser aufweist und in dem Komponenten, beispielsweise Faserstränge und/oder ein Zusatzstoff, in eine bevorzugte Richtung, axial des Mehrwellenextruders transportiert bzw. gefördert werden. Unter einem Verfahrensraum soll der Raum der Mehrwellenextrudervorrichtung verstanden werden, in dem die Faserstränge und/oder ein Zusatzstoff eingefüllt sind und/oder gemischt werden können. Werden der Faserstrang und der Zusatzstoff zu einem Benetzungsvorgang in den Verfahrensraum eingebracht, ergibt sich ein Faserstrang-Zusatzstoffgemisch. Je nach Befüllungsgrad des Verfahrensraums, der sich nach der Zuführung des Faserstrangs und/oder des Zusatzstof fes bei einem Wert zwischen 30% und 80% einstellt, wird ein restlicher Raum des Verfahrensraums mit einem Gasvolumen, das bevorzugt Luft darstellt und hauptsächlich mit dem Faserstrang eingeschleppt wird, befüllt. Ferner stellt eine Verdichtungszone eine Zone dar, die dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen zu Gunsten des Faserstrang-Zusatzstoffgemischs zu verschieben, indem das Gas abgepresst wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Verdichtungszone das Gasvolumen um zumindest ein Viertel seines Volumens, bevorzugt um eine Hälfte seines Volumens und besonders vorteilhaft um zumindest 90% seines Volumens reduziert. Dafür kann ein Förderelement der Verdichtungszone mit einer speziellen Geometrie der Schneckenstege ausgeführt sein, wie beispielsweise einer kleineren Steigung des Schneckenstegs. Dadurch nimmt ein Füllgrad im Mehrwellenextruder über die Förderzone zu, was sich unmittelbar auf die Benetzung der Fasern auswirkt.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Einheit so ausgeführt ist, dass sie dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80% zu 20%, bevorzugt von zumindest 60% zu 40% und besonders vorteilhaft von zumindest 50% zu 50% einzustellen. Dadurch kann besonders einfach für eine große Arbeitsbreite ein optimaler Füllgrad im Verfahrensraum eingestellt werden. Die Einheit kann eine Dosiervorrichtung sein, die die Zuführung von Faserstrang und/oder Zusatzstoff und somit zwangsläufig eine Einschleppung des Gases reguliert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine weitere Verdichtungszone vorgeschlagen. Somit kann die Reduzierung des Gasvolumens stufenweise weiter erhöht werden. Förderelemente und Verdichtungszone funktionieren nach demselben Prinzip wie bei der ersten Verdichtungszone.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Entgasungszone vorgesehen ist. Hierbei kann konstruktiv einfach eine zusätzliche Entgasungsmöglichkeit durch eine Anordnung einer Gehäuseentgasungsöffnung im Extrudergehäuse erreicht werden. Hierbei kann die Entgasung beispielsweise mittels des von außen einwirkenden atmosphärischen Drucks erreicht werden.
  • Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn nach der ersten Verdichtungszone die Entgasungszone angeordnet und nach der Entgasungszone die weitere Verdichtungszone angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann eine noch bessere Benetzung des Faserstrangs erreicht werden.
  • Zudem wird vorgeschlagen, dass die erste Verdichtungszone, die Entgasungszone und/oder die weitere Verdichtungszone jeweils eine Längserstreckung von maximal dreimal einem Förderelementaußendurchmesser aufweist, wodurch eine ausreichend lange Strecke für die Entgasung bzw. die Benetzung bereitgestellt werden kann.
  • Eine zusätzliche Reduzierung einer Baulänge des Mehrwellenextruders kann vorteilhaft erreicht werden, wenn die erste Verdichtungszone, die Entgasungszone und/oder die weitere Verdichtungszone jeweils eine Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser aufweist. Dadurch können Bauraum, Montageaufwand und/oder Kosten eingespart werden.
  • Es wird zudem vorgeschlagen, dass die Faserstrangzugabeöffnung eine Längserstreckung von maximal viermal einem Förderelementaußendurchmesser aufweist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Faserstrangzugabeöffnung mit maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser. Dadurch kann Platz sparend eine hinreichende Länge zur Zuführung des Faserstrangs erzielt werden. Insbesondere vorteilhaft ist die Ausführung der Faserstrangzugabeöffnung mit einer Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass eine Vakuumquelle vorgesehen ist, die zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums dient. Durch das Anlegen eines Vakuums kann die Benetzung effizient erfolgen.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Homogenisierungszone vorgesehen ist, in der zumindest zwei Förderelemente Durchgangsbereiche aufweisen, so dass ein Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen ermöglichbar ist. Dadurch kann einfach ein Stoffaustausch und auch ein Vermischen von Komponenten und/oder Faserstrangströmen erreicht werden. Dies geschieht besonders wirksam unter einem aufgebauten Förderdruck. Unter Durchgangsbereichen sollen hier insbesondere Durchbrüche und/oder Auslassungen in den Förderelementstegen der Förderelemente verstanden werden. Vorteilhafterweise weisen die Förderelemente im Durchgangsbereich einen Abstand größer als 4 mm auf. Hierbei definiert "Abstand" etwa eine Gangtiefe, die sich zwischen einem Schneckenkamm des einen Förderelements und einem Schneckengrund eines weiteren Förderelements ergibt.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Faserstrangzuführeinheit mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses angeordnete Faserstrangzuführungen mit Faserstrangzugabeöffnungen zu einer radialen Zuführung von Fasersträngen in den Verfahrensraum aufweist. Dadurch kann die Anordnung der Faserstrangzuführungen besonders Platz sparend ausgeführt werden. Weiterhin können die Faserstrangzuführungen konstruktiv einfach um den Umfang des Extrudergehäuses angeordnet werden, da ein ausreichendes Platzangebot gegeben ist. Ferner kann die gesamte Länge des Mehrwellenextruders reduziert werden. Generell wäre jedoch auch die Anordnung der Faserstrangzuführungen entlang einer axialen Erstreckung des Extrudergehäuses möglich. Die Zuführung der Faserstränge erfolgt bevorzugt drucklos.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Förderelemente der ersten Verdichtungszone, der Entgasungszone und/oder der weiteren Verdichtungszone ein-, zwei- und/oder dreigängig ausgeführt sind. Dadurch kann die Geometrie der Förderelemente der jeweiligen Zone gezielt und optimal auf ihre Funktion ausgelegt werden, da durch die Geometrie der Förderelemente die Anzahl der Förderstränge bestimmt wird.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Förderelemente in zumindest einem Bereich gegenüber zumindest einem anderen Bereich mit einem kleineren Da/Di ausgeführt sind, um einen vergrößerten Gehäuse-Förderelementspalt zu erzielen. Hierbei stellt „Da" den Förderelementaußendurchmesser und/oder „Di" den Förderelementinnendurchmesser der Förderelemente dar. Ferner definiert der Förderelementspalt den Abstand zwischen dem Au ßendurchmesser des Förderelements und einer Innenwand des Extrudergehäuses. Dadurch ergibt sich eine hohe Variabilität, einen vergrößerten Gehäuse-Förderelementspalte zu erhalten, und es kann ein geringer Montageaufwand erreicht werden, da die Generierung des Spalts unabhängig von der Gehäuseausgestaltung gestaltet werden kann.
  • Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Ringspalt vorgesehen ist, der eine radiale Kanalhöhe von maximal (Da–Di)/2 aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein förderelementloser Bereich realisiert werden, der zu einem Stoffaustausch genutzt werden kann. Hierbei soll unter Kanalhöhe die Erstreckung des Ringspalts in radialer Richtung verstanden werden.
  • Zudem wird vorgeschlagen, dass im Bereich der Faserstrangzugabeöffnung ein Radialabstand zwischen einem Förderelementaußendurchmesser eines Förderelements der Förderzone und einer Innenwand eines Extrudergehäuses gegenüber wenigstens einem anderen Bereich vergrößert ist, wodurch ein vergrößerter Benetzungsbereich für die zugeführten Faserstränge mit dem Zusatzstoff erreicht werden kann. Hierbei definiert ein „anderer Bereich" insbesondere den übrigen Bereich des Mehrwellenextruders.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass in zumindest einem Extrudergehäuseabschnitt einer Förderstrecke eine Radialabstandsreduzierung zwischen wenigstens einem Förderelement und dem Extrudergehäuseabschnitt vorgesehen ist. Dadurch kann ein Übergang zwischen zwei Extrudergehäuseabschnitten erreicht werden, der einen schonenden Übertrag ei nes Faserstrangs gewährleistet. Ist die Radialabstandreduzierung insbesondere gestuft und/oder konisch ausgebildet, kann der Faserstrang mit dem Übergang gezielt auf ein gewünschtes Längenverhältnis gebracht werden.
  • Es wird zudem vorgeschlagen, dass ein spezifisches Maschinendrehmoment mindestens 20 Nm/cm3, bevorzugt mindestens 40 Nm/cm3 und besonders vorteilhaft mindestens 60 Nm/cm3 beträgt. Dadurch kann eine hohe Leistung des Mehrwellenextruders und damit ein hohes Fördervolumen erreicht werden. Unter einem spezifischen Maschinendrehmoment soll hierbei ein einzubringendes Drehmoment bzw. eine Mindestleistung eines Motors verstanden werden, das auf den Achsabstand (angegeben in cm) mit der Potenz 3 zweier Förderelemente bezogen ist.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Förderelemente in einem geschlossenen Teilkreis angeordnet sind, wodurch eine hohe Leistungsdichte und eine ausgewogene Belastungsverteilung erreicht werden können. Durch diese Anordnung können große Drehzahlen der Mehrwellenextrudervorrichtung erreicht werden, wobei die Anordnung konstruktiv einfach einen höheren Materialdurchsatz und eine kurze Verweildauer gegenüber einer Einzelschnecke gewährleistet. Vorteilhaft ist die Anordnung von mehr als fünf und besonders vorteilhaft die Anordnung von 12 Förderelementen, die es auch ermöglichen, maximal vier Doppelwellenextruder von z. B. vier verschiedenen Produkten, Zusatzstoffen, Fasersträngen und/oder Faserstranggehalten parallel zu betreiben.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen äußeren und/oder einen inneren Verfahrensraum aufweist, die durch ei ne Anordnung der Förderelemente gebildet sind. Dadurch sind konstruktiv einfach eine getrennte Zuführung und/oder ein getrennter Transport von Komponenten möglich.
  • Vorteilhafterweise ist ein Rückförderelement angeordnet, das dazu vorgesehen ist, über die Zusatzstoffzuführeinheit zugeführten Zusatzstoff von dem inneren Verfahrensraum in den äußeren Verfahrensraum und umgekehrt zu transportieren. Unter einem Rückförderelement soll hier ein Förderelement verstanden werden, das eine gegenläufige Steigung im Bezug auf die zum Beispiel im Förderbereich angeordneten Förderelemente aufweist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückförderelement in der axialen Förderrichtung vor der Faserstrangzugabeöffnung angeordnet ist. Dadurch kann konstruktiv einfach eine unmittelbare Beschichtung der zugeführten Faserstränge realisiert werden.
  • Des Weiteren geht die Erfindung von einem Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung aus.
  • Es wird vorgeschlagen, dass in wenigstens einem Betriebsmodus eine Förderzone in einem Verfahrensraum zwischen 30% und 80% mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt wird und ein eingeschlepptes Gasvolumen um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert wird. Dadurch kann eine gute Benetzung des Faserstrangs besonders wirtschaftlich erreicht werden.
  • Ferner kann ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80% zu 20%, bevorzugt von zumindest 60% zu 40% und besonders vorteilhaft von zumindest 50% zu 50% eingestellt werden.
  • Eine weitere Verbesserung der Faserstrangbenetzung erfolgt durch den Aufbau und die Aufrechterhaltung eines Vakuums an einer Entgasungszone, die zur Reduzierung des Gasvolumens mit einer Vakuumquelle angelegt wird.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn Faserstränge über mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses angeordnete Faserstrangzugabeöffnungen radial in den Verfahrensraum zugeführt werden.
  • Zeichnung
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder,
  • 2 einen Querschnitt II-II aus 1,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs des Mehrwellenextruders gemäß 1,
  • 4 einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit 12 Förderelementen,
  • 5 einen Querschnitt durch ein Förderelement,
  • 6 einen Querschnitt durch einen alternativen erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit 4 Faserstrangzuführungen,
  • 7 einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit Leerpositionen,
  • 8 eine schematische Darstellung einer Vorimprägniervorrichtung,
  • 9 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders mit einer konisch ausgeführten Radialabstandsreduzierung,
  • 10 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders mit einer Endlosfaserstrangzuführung und
  • 11 eine Detaildarstellung der Faserstrangzuführeinheit aus 10 in einer Draufsicht.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In 1 ist ein Mehrwellenextruder 10a in der Ausgestaltung eines Doppelwellenextruders gezeigt. Der Doppelwellenextruder weist ein Extrudergehäuse 12a auf, das zwei För derstrecken 44, 46 mit jeweils mehreren sich entlang einer Achse 18 des Extrudergehäuses 12a hintereinander erstreckenden Förderelementen 14a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 218, bzw. 16a, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 220 und/oder weiteren Förderelementen zum Aufschmelzen, Mischen, Scheren, Schneiden und/oder Umleiten von Fördermaterialien, wie beispielsweise einem Knetblock 58, 66, umschließt. Die Förderelemente 14a, 16a, 48, 50, 52, 5456, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 218, 220 der Förderstrecken 44, 46 sind paarweise kämmend angeordnet, so dass beispielsweise die vertikal übereinander liegenden Förderelemente 14a und 16a miteinander kämmen und mit einem gleichen Drehsinn 60a von einem nicht dargestellten Motor, der ein Reduzier- und/oder Verzweigungsgetriebe hat, mit einem spezifischen Maschinendrehmoment von mindestens 20 Nm/cm3, bevorzugt 40 Nm/cm3 und besonders bevorzugt von 60 Nm/cm3 betrieben werden (siehe 2). Die Förderelemente 14a und 16a sind bevorzugt dicht kämmend ausgeführt, wobei der Abstand zwischen einem Schneckenkamm und einem Schneckengrund größer und/oder gleich 4 mm ist.
  • Entlang der Achse 18 umfassen die Förderstrecken 44, 46 zumindest einen Eingabebereich 20a, einen Benetzungsbereich 22a und einen Austrag- und Förderbereich 24a.
  • Am Eingabebereich 20a ist eine Zusatzstoffzuführeinheit 26a angeordnet, über die ein Zusatzstoff 28a, wie etwa ein Kunststoff, den Förderelementen 48, 68 des Eingabebereichs 20a zugeführt wird. Der Zusatzstoff 28a wird mittels der Förderelemente 48, 68 der Förderstrecken 44, 46 in Richtung einer axialen Förderrichtung 74a zu Förderelementen 62, 64 transportiert. Diese dienen zu einem Druckaufbau in der axialen För derrichtung 74a und gewährleisten einen Übergang in Knetblöcke 58, 66, wo der Zusatzstoff 28a aufgeschmolzen wird. In einem viskosen Zustand wird nun der Zusatzstoff 28a entlang der Achse 18 in einen Bereich transportiert, in dem je Förderstrecke 44, 46 ein Rückförderelement 70a, 72 angeordnet ist. Die Rückförderelemente 70a, 72 leiten den Zusatzstoff 28a in der axialen Förderrichtung 74a in einen Verfahrensraum 76 einer Förderzone 30a, die einen viskosen Arbeitsbereich 78 und den Beginn des Benetzungsbereichs 22a darstellt.
  • In diesen viskosen Arbeitsbereich 78 erfolgt über eine Faserstrangzuführeinheit 32a die Zuführung eines Faserstrangs 34a, wobei unter einem Faserstrang entweder eine Einzelfaser, wie eine Kurzglasfaser und/oder eine Endlosfaser, wie ein Roving, verstanden werden kann. Dargestellt ist hierbei ein Seitendosieraggregat mit zwei Schneckenelementen zu einer Zuführung von Schnittfasern. Generell wäre hier auch eine Zuführung von Endlosfasersträngen mittels eines Zuführgatters möglich. Die Faserstrangzuführeinheit 32a weist eine Faserstrangzugabeöffnung 80a auf, die eine Längserstreckung von ca. 1,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 hat. Hierbei bezieht sich der Förderelementaußendurchmesser 82 jeweils auf ein in dem jeweiligen Bereich angeordnetes Förderelement und in dem Fall der Faserstrangzugabeöffnung 80a auf die Förderelemente 14a und 16a.
  • Im Bereich 84 der Faserstrangzugabeöffnung 80a ist ein Radialabstand 86 zwischen einem Förderelementaußendurchmesser 82 eines Förderelements 14a, 16b der Förderzone 30a und einer Innenwand 88 des Extrudergehäuses 12a gegenüber wenigstens einem anderen Bereich 90 vergrößert (siehe 2 und 3). Im Verfahrensraum 76 der Förderzone 30a werden der Faserstrang 34a und der Zusatzstoff 28a zu einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 vermischt, das zu 30% bis 80%, bevorzugt zu 50% den Verfahrensraum 76 ausfüllt. Ein verbleibender Raum wird zu 70% bis 20%, bevorzugt zu 50%, mit einem Gasvolumen 94 befüllt, das bei der Faserstrangzuführung mit eingeschleppt wird und bevorzugt aus Luft besteht. In 2 sind das Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 und das Gasvolumen 94 schematisch für einen Teilausschnitt des Verfahrensraums 76 gezeigt. Ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 zu Gasvolumen 94 wird mittels einer Einheit 96 eingestellt, die entweder die Menge der zugeführten Faserstränge 34a und/oder die Menge des zugeführten Zusatzstoffs 28a einstellt.
  • In Richtung der axialen Förderrichtung 74a schließt sich an die Förderzone 30a eine erste Verdichtungszone 36 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 50 und 98 an, die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen und eine Komprimierungsfunktion haben. Mittels der ersten Verdichtungszone 36 wird das Gasvolumen 94 über eine Querschnittsreduzierung durch eine kleine gewählte Schneckensteigung und damit eine Druckerhöhung aus dem Verfahrensraum 76 ausgepresst und das Gasvolumen 94 wird somit um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert. Bevorzugt wird das Gasvolumen 94 um die Hälfte und besonders bevorzugt um sein gesamtes Volumens reduziert. Alternativ kann die Gasvolumenreduzierung auch über eine Änderung einer Steigung eines Schneckengangs reduziert werden.
  • In axialer Förderrichtung 74a schließt sich an die erste Verdichtungszone 36 eine Entgasungszone 38 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 52 und 100 an, die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen und die gegenüber den Förderelementen 50 und 98 eine höhere Steigung der Schneckengänge aufweisen und somit eine Entspannungsfunktion haben. An dieser Entgasungszone 38 ist eine Gehäuseentgasungsöffnung 102 angeordnet, über die eine Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums zur Reduzierung der Gasmoleküle im Verfahrensraum 76 angelegt werden kann. Es wäre auch nur die Anlegung eines atmosphärischen Drucks zur Entgasung möglich.
  • Zu einem vollständigen Auspressen des Gasvolumens 94 ist in Richtung der axialen Förderrichtung 74a eine weitere Verdichtungszone 40 mit zwei vertikal angeordneten eingängigen Förderelementen 54 und 106 angeordnet, die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen, eine Komprimierungsfunktion aufweisen und ferner einen Einfluss auf die Faserlänge haben. Auch hier wird das Auspressen des Gasvolumens 94 durch eine sehr starke Querschnittsreduzierung erreicht.
  • In axialer Förderrichtung 74a schließt sich an die weitere Verdichtungszone 40 eine weitere Entgasungszone 222 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 218 und 220 an, die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen und die gegenüber den Förderelementen 54 und 106 eine höhere Steigung der Schneckengänge aufweisen und somit eine Entspannungsfunktion haben. An dieser weiteren Entgasungszone 222 ist eine Gehäuseentgasungsöffnung 224 angeordnet, über die die Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a angelegt werden kann In Richtung der axialen Förderrichtung 74a nach der weiteren Verdichtungszone 40 ist eine Homogenisierungszone 42, die 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entspricht, angeordnet. Die Homogenisierungszone 42 kann maximal einer Länge von 3-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entsprechen. In Förderelementbereichen 108, 110 der Homogenisierungszone 42, die vertikal übereinander angeordnet sind, sind Durchgangsbereiche 114, 116 ausgeformt, die einen Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen 118, 120 ermöglichen. Hierbei weisen die Förderelementbereiche 108, 110 in den Durchgangsbereichen 114, 116 einen Abstand zwischen Schneckenkamm und Schneckengrund auf, der größer und/oder gleich 4 mm ist. Durch den Stoffaustausch wird eine gleichmäßige Benetzung des Faserstrangs 34a durch den Zusatzstoff 28a ermöglicht.
  • An die Homogenisierungszone 42, die auch das Ende des Benetzungsbereichs 22a darstellt, schließt sich in axialer Förderrichtung 74a der Austrag- und Förderbereich 24a an, in den sich Förderelemente 56, 112 erstrecken. Der Austrag- und Förderbereich 24a kann sich aber noch bis zu einer Länge von maximal 6-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 erstrecken.
  • Entlang einer Längserstreckung des Mehrwellenextruders in axialer Richtung 74a ist auch die Anordnung von mehreren Faserstrangzuführeinheiten 32a, zur Zuführung verschiedener Fa serstrangtypen, wie duktilen, zähen und/oder spröden Fasersträngen 34a, möglich. Hierbei kann die Anordnung der Faserstrangzuführeinheiten 32a gezielt auf den Typ des Faserstrangs 34a abgestimmt werden. Erfolgt eine Zuführung von spröden Schnittfasern, kann ein Seitendosieraggregat, wie in 1 gezeigt, zum Einsatz kommen. Werden duktile Schnittfasern zugeführt, kann ein Seitendosieraggregat im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen, da die duktilen Faserstränge 34a der Belastung des Knetblocks 58, 66 standhalten können und/oder so gleich effizient imprägniert werden können. Ferner kann über ein Seitendosieraggregat die Zuführung von duktilen Fasersträngen 34a als Schnittfasern im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen und in axialer Förderrichtung danach die Zuführung eines spröden Faserstrangs 34g in der Form eines Endlosstrangs über eine Faserstrangzuführeinheit 32g mit einem Gatter 190 (siehe 10).
  • 4 zeigt einen alternativen Mehrwellenextruder 10b in einem Querschnitt in der Form eines Ringextruders 122 mit 12 in Umfangsrichtung 124 verteilt angeordneten Förderelementen 14b, 16b, 126, von denen der Übersichtlichkeit halber nur drei mit Bezugszeichen versehen wurden. Die in einem geschlossenen Teilkreis angeordneten Förderelemente 14b, 16b, 126 sind von einem Extrudergehäuse 12b umschlossen und weisen alle den gleichen Drehsinn 60b auf. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3. Am Extrudergehäuse 12b ist eine Faserstrangzuführeinheit 32b mit zwei Faserstrangzuführungen 128, 130 in einer Um fangsrichtung 124 nacheinander, in einem Winkelabstand von 180° angeordnet. Die Faserstrangzuführungen 128, 130 sind auf der gleichen axialen Höhe des Extrudergehäuses 12b angeordnet, es wäre jedoch auch eine axial versetzte Anordnung möglich. Jede Faserstrangzuführung 128, 130 weist eine Faserstrangzugabeöffnung 80b und einen Übergabebereich 132, 134 auf, in dem durch die Faserstrangzuführungen 128, 130 zugeführte Faserstränge 34b einem äußeren Verfahrensraum 136 zugeführt werden.
  • Der Verfahrensraum 136 stellt einen Führungsfreiraum 138 zur Führung zumindest eines Faserstrangs 34b dar, wobei der Führungsfreiraum 138 in einer radialer Richtung 140 zwischen den Förderelementen 14b, 16b, 126 und dem Extrudergehäuse 12b gebildet wird.
  • Die Förderelemente 14b, 16b, 126 schließen einen Kern 142b ein und in radialer Richtung 140 zwischen dem Kern 142b und den Förderelementen 14b, 16b, 126 ist ein Füllspalt 144 angeordnet, der einen inneren Verfahrensraum 146 bildet. In diesen Füllspalt 144 wird über die Zusatzstoffzuführeinheit 26b ein Zusatzstoff 28b, wie beispielsweise ein Kunststoff, eingebracht. Der Kern 142b kann zu einer Temperierung des Systems zumindest einen Kühlkanal 210 aufweisen, der sich zumindest bereichsweise in axialer Richtung 74b erstreckt.
  • In 6 ist ein alternativer Mehrwellenextruder 10c als Ringextruder 158 mit einer Faserstrangzuführeinheit 32c mit vier in einem Winkelabstand von 90° über den Umfang des Extrudergehäuses 12c verteilten Faserstrangzuführungen 160, 162, 164, 166 mit jeweils einer Faserstrangzugabeöffnung 80c gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5. An zumindest einer Faserstrangzuführung 160, 162, 164, 166 ist eine Beschickungseinheit 168 angeordnet, die vorbeschichtete Schnittfasern 170 vor einer Zuführung eines Faserstrangs 34c in die Faserstrangzuführung 160 des Faserstrangs 34c aufbringt. Die Schnittfasern 170 werden mit dem Faserstrang 34c in die Faserstrangzuführung 160 eingebracht.
  • In 7 ist ein weitere Mehrwellenextruder 10d als Ringextruder 172 gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6. Im Extrudergehäuse 12d sind radial um einen Kern 142d 12 Förderelementpositionen 174 angeordnet, von denen zehn mit Förderelementen 14d, 16d ausgefüllt sind und zwei als förderelementlose Leerpositionen 176, 178 ausgeführt sind. Es kann aber auch jede beliebige Anzahl, Kombination und/oder Abfolge von förderelementtragenden und förderelementlosen Förderelementpositionen 174 vorgesehen sein. Die Leerpositionen 176, 178 erstrecken sich zumindest vom Bereich der Faserzuführeinheit 32d und bevorzugt vom Eingabebereich 20 bis hin zum Austrag- und Förderbereich 24 und sind mit Trennfüllstücken befüllt. Durch die Anordnung der Trennfüllstücke ab dem Eingabebereich 20 kann eine Eingabe von verschiedenen Zusatzstoffen 28 erfolgen, die durch die Trennfüllstücke getrennt von einander transportiert werden können. Werden die Trennfüllstücke erst in axialer Förderrichtung 74 nach der Faserstrangzugabeeinheit 32d angeordnet, wird der Strom des aufgeschmolzenen Zusatzstoffs 28 anteilmäßig in Bereiche geleitet, die durch die Trennfüllstücke gebildet werden. Zumindest zwei Förderelemente 14d, 16d können als funktionelle Einheit bzw. als Förderelementeinheit 180 zusammengefasst werden.
  • Ferner können ein Faserstrang 34d und der Zusatzstoff 28 durch die Anordnung von Trennfüllstücken in den Leerpositionen 176, 178 in Umfangsrichtung 124 in voneinander getrennten Förderelementeinheiten 180 transportiert werden.
  • In 8 ist eine Vorimprägniervorrichtung 182 mit einer Beschichtungseinheit 184 zur Vorimprägnierung zumindest eines Faserstrangs 34e mittels einer Zusatzstoffzuführeinheit 26e mit einem Zusatzstoff 28e und einer Zuführeinheit 186, die den Faserstrang 34e einer Faserstrangzuführeinheit 32e einer nicht näher dargestellten Extrudervorrichtung zuführt, gezeigt. Hierbei erfolgt die Beschichtung vor einer Zuführung des Faserstrangs 34e in die Extrudervorrichtung. Der Zusatzstoff 28e, bevorzugt ein Kunststoff, wird als Film mittels zumindest einer Aufbringvorrichtung in der Form einer Düse 188 auf den Faserstrang 34e aufgebracht. Zu einer Verbesserung der Beschichtung ist an der Beschichtungseinheit 184 zumindest eine Bewegungsvorrichtung in der Form eines Gatters 190 angeordnet, über das der Faserstrang 34e vor einer Vorbeiführung an der Düse 188 geführt wird. Das Gatter 190 bewegt den oder die zugeführten Faserstränge 34e im Prozess einer Aufbringung des Zusatzstoffs oszillierend. Die Zuführeinheit 186 umfasst ein erstes Führungselement 192 und ein zwei tes Führungselement 194, die beide den Faserstrang 34e führen. Da der Faserstrang 34e durch einen von der Extrudervorrichtung erzeugten Zug unter Spannung an den Führungselementen 192, 194 vorbeigeführt wird und der Zusatzstoff 28e am zweiten Führungselement 194 zwischen dem Faserstrang 34e und einer Arbeitsfläche 196 des zweiten Führungselements 194 liegt, arbeitet das zweite Führungselement 194 den Zusatzstoff 28e zusätzlich in den Faserstrang 34e ein. Ferner wird, durch dieses Vorbeiführen und die Ausübung eines Gleitdrucks auf den Faserstrang 34e, an dem Faserstrang anhaftendes bzw. sich im Zusatzstoff 28e befindliches Gas ausgepresst. Nach dem zweiten Führungselement 194 ist eine Umlenkeinheit 216 angeordnet, die den Faserstrang 34e über ein weiteres Führungselement 228 der Faserstrangzuführungseinheit 32e zuführt. An allen Führungselementen 194, 196, 228 bzw. an dem führenden Teil 230 des Umlenkelements ist eine Abrisskante 226 angeformt, die gewährleistet, dass der Zusatzstofffilm mit dem Faserstrang 34e transportiert wird. Weiterhin ist eine Wärmequelle 198, beispielsweise in der Form von zumindest einem in die Führungselemente 194, 196, 228, 230 eingebrachten Heizstrahl, angeordnet, der den zugeführten und beschichteten Faserstrang 34e vor der Zuführung in die Faserstrangzuführeinheit 32e erwärmt.
  • In 9 ist ein schematischer Ausschnitt einer Förderstrecke 200 mit zumindest zwei Förderelementen 202, 204 eines weiteren Mehrwellenextruders 10f gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 7 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 7. Ein Extrudergehäuse 12f weist einen Extrudergehäuseabschnitt 206 auf, der nach der Faserstrangzuführeinheit 32f und deren Faserstrangzugabeöffnung 80f angeordnet ist und der sich um eine Strecke, die 3-mal einem Förderelementnaußendurchmesser 82 entspricht, in einer axialen Förderrichtung 74f erstreckt. Im Anschluss an diesen Extrudergehäuseabschnitt 206 ist ein weiterer Extrudergehäusebereich 208 angeordnet, der einen Übergang 212 mit einer Radialabstandsreduzierung 256 aufweist, die konisch ausgeführt ist. Der weitere Extrudergehäusebereich 208 wiederum geht in einen Austrag- und Förderbereich 24f über, in dem die eine Zerteilungseinheit 214 in Form des Förderelements 204 angeordnet ist, die die Faserstränge 34f in vorbestimmte Längen zerteilt.
  • In 10 ist ein schematischer Ausschnitt eines weiteren Mehrwellenextruders 10g in der Form eines Ringextruders 232 gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 9 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 9.
  • Entlang einer axialen Förderrichtung 74g ist in einem Eingabebereich 20g ein Förderelement 234 angeordnet, das einer Förderung eines über eine Zusatzstoffzuführeinheit 26g eingebrachten Zusatzstoffs 28g dient. An das Förderelement 234 schließt ein Bereich an, der einen Füllspalt 144 und einen inneren Verfahrensbereich 146 bildet. Aus diesem Füllspalt 144 wird der Zusatzstoff 28g mittels eines Rückförderelements 70g, das in axialer Förderrichtung 74g nach dem Förderelement 234 angeordnet ist, in radialer Richtung 140 zum Extruderge häuse 12g in einen äußeren Verfahrensraum 136 bzw. Führungsfreiraum 138 transportiert. Um eine ausreichende Faserstrangzuführung zu erreichen, ist im Bereich einer Faserstrangzuführeinheit 32g, die eine Faserstrangzuführung 252 und einen Übergabebereich 254 aufweist, ein verbreiterter Gehäuseabschnitt vorgesehen, durch den ein Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 gebildet wird.
  • Dieser Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 kann zusätzlich und/oder alternativ durch eine Ausgestaltung eines Förderelements 148 gebildet sein. Hierfür weist das Förderelement 148 in einem Bereich, beispielsweise dem Faserstrangzuführbereich, gegenüber einem anderen Bereich, wie dem Benetzungsbereich 22g, ein kleineres Verhältnis des Förderelementaußendurchmessers 82 (Da) zu einem Förderelementinnendurchmesser 150 (Di) auf (siehe 5).
  • Weiterhin kann ein Kernsegment 240 vorgesehen sein, das einen verbreiterten Durchmesser gegenüber dem verbleibenden Teil des Kerns 142g aufweist.
  • Weiterhin ist ein Ringspalt 154, beispielsweise angeordnet in der Homogenisierungszone 42g und/oder zwischen zwei Förderelementen 236, 238, dargestellt, der förderelementlos gestaltet ist, sich mindestens um eine Länge von einem Drittel der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 erstreckt und eine radiale Kanalhöhe 156 von maximal (Da–Di)/2 aufweist.
  • Die Faserstrangzuführeinheit dient zu einer Zuführung von Endlosfasersträngen und weist an der Faserstrangzugabeöffnung 80g einen zylinderförmigen Einsatz 236 mit einem Zuführform teil 244 und einem Halterand 246 auf, wobei sich das Zuführformteil 244 entgegen der radialen Richtung 140 in das Gehäuse 12g erstreckt. Der Einsatz 242 weist ferner einen Längsschlitz 248 auf, in den die Faserstränge 34g eingeführt werden. Der Einsatz 236 kann in einem Winkel von 0° bis 45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar angeordnet werden. Vertikal über dem Einsatz ist ein Gatter 190g angeordnet, das die Faserstränge 34g, jeweils separiert durch Gatterstege 250, der Faserzuführeinheit 32g zuführt. Das Gatter 190 kann in einem Winkel von 0° bis 45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar angeordnet werden, wobei eine Drehung des Gatters 190 unabhängig von einer Drehung des Einsatzes 242 erfolgen kann (siehe 11). Ferner kann das Gatter 190 in vertikaler Richtung stufenlos gegenüber dem Einsatz 242 verstellt werden.
  • 10
    Mehrwellenextruder
    12
    Extrudergehäuse
    14
    Förderelement
    16
    Förderelement
    18
    Achse
    20
    Eingabebereich
    22
    Benetzungsbereich
    24
    Austrag- und Förderbereich
    26
    Zusatzstoffzuführeinheit
    28
    Zusatzstoff
    30
    Förderzone
    32
    Faserstrangzuführeinheit
    34
    Faserstrang
    36
    erste Verdichtungszone
    38
    Entgasungszone
    40
    weitere Verdichtungszone
    42
    Homogenisierungszone
    44
    Förderstrecke
    46
    Förderstrecke
    48
    Förderelement
    50
    Förderelement
    52
    Förderelement
    54
    Förderelement
    56
    Förderelement
    58
    Knetblock
    60
    Drehsinn
    62
    Förderelement
    64
    Förderelement
    66
    Knetblock
    68
    Förderelement
    70
    Rückförderelement
    72
    Rückförderelement
    74
    axiale Förderrichtung
    76
    Verfahrensraum
    78
    viskoser Arbeitsbereich
    80
    Faserstrangzugabeöffnung
    82
    Förderelementaußendurchmesser
    84
    Bereich
    86
    Radialabstand
    88
    Innenwand
    90
    anderer Bereich
    92
    Faserstrang-Zusatzstoffgemisch
    94
    Gasvolumen
    96
    Einheit
    98
    Förderelement
    100
    Förderelement
    102
    Gehäuseentgasungsöffnung
    104
    Vakuumquelle
    106
    Förderelement
    108
    Förderelementbereich
    110
    Förderelementbereich
    112
    Förderelement
    114
    Durchgangsbereich
    116
    Durchgangsbereich
    118
    Vorrichtungsbereich
    120
    Vorrichtungsbereich
    122
    Ringextruder
    124
    Umfangsrichtung
    126
    Förderelement
    128
    Faserstrangzuführung
    130
    Faserstrangzuführung
    132
    Übergabebereich
    134
    Übergabebereich
    136
    äußerer Verfahrensraum
    138
    Führungsfreiraum
    140
    radiale Richtung
    142
    Kern
    144
    Füllspalt
    146
    Innerer Verfahrensraum
    148
    Förderelement
    150
    Förderelementinnendurchmesser
    152
    Extrudergehäuse-Förderelementspalt
    154
    Ringspalt
    156
    Kanalhöhe
    158
    Ringextruder
    160
    Faserstrangzuführung
    162
    Faserstrangzuführung
    164
    Faserstrangzuführung
    166
    Faserstrangzuführung
    168
    Beschickungseinheit
    170
    Schnittfaser
    172
    Ringextruder
    174
    Förderelementposition
    176
    Leerposition
    178
    Leerposition
    180
    Förderelementeinheit
    182
    Vorimprägniervorrichtung
    184
    Beschichtungseinheit
    186
    Zuführeinheit
    188
    Düse
    190
    oszillierendes Gatter
    192
    erstes Führungselement
    194
    zweites Führungselement
    196
    Arbeitsfläche
    198
    Wärmequelle
    200
    Förderstrecke
    202
    Förderelement
    204
    Förderelement
    206
    Extrudergehäuseabschnitt
    208
    Extrudergehäusebereich
    210
    Kühlkanal
    212
    Übergang
    214
    Zerteilungseinheit
    216
    Umlenkelement
    218
    Förderelement
    220
    Förderelement
    222
    Entgasungszone
    224
    Gehäuseentgasungsöffnung
    226
    Abrisskante
    228
    Führungselement
    230
    führender Teil
    232
    Ringextruder
    234
    Förderelement
    236
    Förderelement
    238
    Förderelement
    240
    Kernsegment
    242
    Einsatz
    244
    Zuführformteil
    246
    Halterand
    248
    Längsschlitz
    250
    Gattersteg
    252
    Faserstrangzuführung
    254
    Übergabebereich
    256
    Radialabstandsreduzierung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4016784 A1 [0002]

Claims (33)

  1. Mehrwellenextrudervorrichtung mit zumindest zwei Förderelementen (14a, 14b, 14d, 16a, 16b, 16d, 4856, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 126, 148, 202, 204, 234238), die kämmend angeordnet und mit einem gleichen Drehsinn (60a, 60b) betreibbar sind, mit einer Zusatzstoffzuführeinheit (26a, 26b, 26e) zum Zuführen eines Zusatzstoffs (28a, 28b, 28e) und mit einer Faserstrangzuführeinheit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g), mittels der eine Zugabe von zumindest einem Faserstrang (34a, 34b, 34c, 34e, 34f, 34g) in einem viskosen Arbeitsbereich (78) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzuführeinheit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g) zumindest eine Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) aufweist, die in einen Verfahrensraum (76, 136) mündet, wobei im Verfahrensraum (76, 136) eine Förderzone (30a, 30b) angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebsmodus zwischen 30% und 80% mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) befüllt zu werden, und mit wenigstens einer nach der Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) angeordneten ersten Verdichtungszone (36), die dazu vorgesehen ist, ein eingeschlepptes Gasvolumen (94) um zumindest ein Viertel seines Volumens zu reduzieren.
  2. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungszone (36) dazu vorgesehen ist, das Gasvolumen (94) um zumindest eine Hälfte seines Volumens zu reduzieren.
  3. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungszone (36) dazu vorgesehen ist, das Gasvolumen (94) um zumindest 90% seines Volumens zu reduzieren.
  4. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit (96), die dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 80% zu 20% einzustellen.
  5. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (96) ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 60% zu 40% einstellt.
  6. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (96) ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 50% zu 50% einstellt
  7. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Verdichtungszone (40).
  8. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Entgasungszone (38).
  9. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten Verdichtungszone (36) die Entgasungszone (38) angeordnet und nach der Entgasungszone (38) die weitere Verdichtungszone (40) angeordnet ist.
  10. Mehrwellenextrudervorrichtung zumindest nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichtungszone (36), die Entgasungszone (38) und/oder die weitere Verdichtungszone (40) jeweils eine Längserstreckung von maximal dreimal einem Förderelementaußendurchmesser (82) aufweisen.
  11. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichtungszone (36), die Entgasungszone (38) und/oder die weitere Verdichtungszone (40) jeweils eine Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser (82) aufweisen.
  12. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f) eine Längserstreckung von maximal viermal einem Förderelementaußendurchmesser (82) aufweist.
  13. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Vakuumquelle (104), die zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums dient.
  14. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Homogenisierungszone (42), in der zumindest zwei Förderelemente (56, 112) Durchgangsbereiche (114, 116) aufweisen, so dass ein Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen (118, 120) ermöglichbar ist.
  15. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzuführeinheit (32b, 32c, 32g) mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses (12b, 12c, 12g) angeordnete Faserstrangzuführungen (128, 130, 160166, 252) mit Faserstrangzugabeöffnungen (80b, 80c, 80g) zu einer radialen Zuführung von Fasersträngen (34b, 34c, 34g) in den Verfahrensraum (136) aufweist.
  16. Mehrwellenextrudervorrichtung zumindest nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (5054, 98, 100, 106) der ersten Verdichtungszone (36), der Entgasungszone (38) und/oder der weiteren Verdichtungszone (40) ein-, zwei- und/oder dreigängig ausgeführt sind.
  17. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (148) in zumindest einem Bereich gegenüber zumindest einem anderen Bereich (22g) mit einem kleineren Da/Di ausgeführt ist, um einen vergrößerten Extrudergehäuse-Förderelementenspalt (152) zu erzielen.
  18. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, zumindest einen Ringspalt (154), der eine radiale Kanalhöhe (156) von maximal (Da–Di)/2 aufweist.
  19. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (84) der Faserstrangzugabeöffnung (80a) ein Radialabstand (86) zwischen einem Förderelementaußendurchmesser (82) eines Förderelements (14a, 16a) der Förderzone (30a) und einer Innenwand (88) eines Extrudergehäuses (12a) gegenüber wenigstens einem anderen Bereich (90) vergrößert ist.
  20. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Extrudergehäusebereich (208) einer Förderstrecke (200) eine Radialabstandreduzierung zwischen wenigstens einem Förderelement (204) und dem Extrudergehäusebereich (208) vorgesehen ist.
  21. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifisches Maschinendrehmoment mindestens 20 Nm/cm3 beträgt.
  22. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Maschinendrehmoment mindestens 40 Nm/cm3 beträgt.
  23. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Maschinendrehmoment mindestens 60 Nm/cm3 beträgt.
  24. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234238) in einem geschlossenen Teilkreis angeordnet sind.
  25. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen äußeren und/oder einen inneren Verfahrensraum (136, 146), die durch eine Anordnung der Förderelemente (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234238) gebildet sind.
  26. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein Rückförderelement (70g), das dazu vorgesehen ist, über die Zusatzstoffzuführeinheit (26g) zugeführten Zusatzstoff (28g) von dem inneren Verfahrensraum (146) in den äußeren Verfahrensraum (136) zu transportieren.
  27. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückförderelement (70g) in der axialen Förderrichtung (74g) vor der Faserstrangzugabeöffnung (80g) angeordnet ist.
  28. Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebsmodus eine Förderzone (30a, 30b) in einem Verfahrensraum (76, 136) zwischen 30% und 80% mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt wird und ein eingeschlepptes Gasvolumen (94) um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80% zu 20% eingestellt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 60% zu 40% eingestellt wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 50% zu 50% eingestellt wird.
  32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Aufbau und zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums an einer Entgasungszone (38) zu einer Reduzierung des Gasvolumens (94) eine Vakuumquelle (104) angelegt wird.
  33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Faserstränge (34b, 34c, 34g) an mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses (12b, 12c, 12g) angeordneten Faserstrangzugabeöffnungen (80b, 80c, 80g) radial in den Verfahrensraum (136) zugeführt werden.
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