DE102008029305A1

DE102008029305A1 - Schneckenelemente mit reduziertem Kammwinkel

Info

Publication number: DE102008029305A1
Application number: DE102008029305A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Bierdel; Thomas Dr. König; Ulrich Liesenfelder
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-24
Also published as: ES2403287T3; TWI492834B; RU2513427C9; US9944008B2; CN102066066A; RU2513427C2; ES2401333T3; CN102066067A; JP2011524281A; SG191688A1; EP2291270B1; CN102066067B; JP5646467B2; RU2522624C9; EP2291270A1; RU2522624C2; RU2011101757A; CN102066066B; CA2728440A1; KR101614176B1

Abstract

Die Erfindung betrifft Schneckenelemente für mehrwellige Schneckenmaschinen mit paarweise gleichsinnigen und paarweise exakt abschabenden Schneckenwellen, die Verwendung der Schneckenelemente in mehrwelligen Schneckenmaschinen sowie ein Verfahren zur Erzeugung der Schneckenelemente.

Description

Die Erfindung betrifft Schneckenelemente für mehrwellige Schneckenmaschinen mit paarweise gleichsinnigen und paarweise exakt abschabenden Schneckenwellen, die Verwendung der Schneckenelemente in mehrwelligen Schneckenmaschinen sowie ein Verfahren zur Erzeugung der Schneckenelemente.
Gleichsinnig drehende Zwei- oder ggf. Mehrwellenmaschinen, deren Rotoren sich gegenseitig exakt abschaben, sind bereits seit langem bekannt (DP 862 668). In der Polymerherstellung und -verarbeitung haben Schneckenmaschinen, die auf dem Prinzip exakt abschabender Profile beruhen, eine vielfältige Nutzung erfahren. Dies beruht vor allem darauf, dass Polymerschmelzen an Oberflächen anhaften und unter üblichen Verarbeitungstemperaturen mit der Zeit degradieren, was durch die selbstreinigende Wirkung der exakt abschabenden Schnecken unterbunden wird. Regeln zur Erzeugung exakt abschabender Schneckenprofile wurden beispielsweise in Klemens Kohlgräber. Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser Verlag München 2007, S. 96 ff [1] dargestellt. Dort wird die Konstruktion von ein-, zwei- und dreigängigen Profilen beschrieben.
Dem Fachmann ist bekannt, dass im Bereich der Schneckenkämme besonders viel Energie in der Schmelze dissipiert wird, was lokal zu starken Überhitzungen im Produkt führt. Dies ist beispielsweise in [1] auf den Seiten 160 ff dargestellt. Diese lokalen Überhitzungen können zu Schädigungen im Produkt wie z. B. Veränderung in Geruch, Farbe, chemischer Zusammensetzung oder Molekulargewicht oder zur Bildung von Inhomogenitäten im Produkt wie Gelkörpern oder Stippen führen. Vor allem ein großer Kammwinkel ist hierbei schädlich.
Der Energieeintrag erfolgt in einem Doppelschneckenextruder in Form von hochwertiger elektrischer Energie, so dass eine Reduzierung des Energieeintrages aus Kosten- und Umweltgründen anzustreben ist. Weiterhin führt ein hoher Energieeintrag zu hohen Produkttemperaturen, was wiederum zu Nachteilen in der Qualität führen kann. Weiterhin begrenzt ein hoher Energieeintrag bei vielen Prozessen auch den möglichen Durchsatz des Doppelschneckenextruders und damit die Wirtschaftlichkeit.
Der Energieeintrag in einem Doppelschneckenextruder wird durch die Prozessparameter Durchsatz und Drehzahl, durch die Materialeigenschaften des Produktes sowie durch die Geometrie der eingesetzten Schneckenwellen festgelegt. Moderne Doppelschneckenextruder verfügen über ein Baukastensystem, bei dem verschiedene Schneckenelemente auf einer Kernwelle aufgezogen werden können. Hiermit kann der Fachmann den Doppelschneckenextruder an die jeweilige Verfahrensaufgabe anpassen. In der Regel werden heute Schneckenelemente mit zwei- und dreigängigen Profilen verwendet, da eingängige Schneckenprofile aufgrund ihres großen Kammwinkels einen viel zu hohen Energieeintrag haben.
Nach dem Stand der Technik [1] liegt die Geometrie der exakt abschabenden Schneckenelemente durch Angabe der unabhängigen Größen Gangzahl Z, Achsabstand A und Gehäusedurchmesser (entspricht dem Durchmesser der exakt abschabenden Kontur DE) fest. Die Gangzahl ist hierbei die Zahl der Kreisbögen eines Elementes, die die Außenwand abreinigen. Der Kammwinkel, in dessen Bereich alle Punkte des Profils das Gehäuse abreinigen, ist nach dem Stand der Technik keine einstellbare und an die Aufgabenstellung anpassbare Größe, sondern ergibt sich aus Gl. 1 zu KW0 = πZ – 2arccos(ADE ) (G1. 1)wobei KW0 der Kammwinkel des exakt abschabenden Profils im Bogenmaß und π die Kreiszahl (π ≈ 3,14159) ist. Die Summe der Kammwinkel über beide Elemente eines dicht kämmenden Elementepaars SKW0 ergibt sich zwangsläufig zu SKW0 = 2π – 4Zarccos(ADE ) (Gl. 2)
Werden Bereiche eines Doppelschneckenextruders mit Schmelze teilgefüllt betrieben, was z. B. zur Entgasung oder als Reserve für eine Druckaufbauzone geschieht, so rotiert die Schmelze vor den Kämmen [1]. Jedes Schneckenprofil hat hierbei eine „schiebende” und eine „ziehende” Flanke. Die Schneckenwelle dreht sich so, dass die „schiebende” Flanke vorauseilt und die ziehende Flanke nachzieht. Im teilgefüllten Zustand rotiert die Schmelze vor der „schiebenden” Flanke. Die Energiedissipation sowie die Effektivität z. B. für Entgasungsaufgaben in dieser rotierenden Schmelze hängt – neben dem Kammwinkel und den Spielen – auch von der Geometrie des Schmelzekanals vor der „schiebenden” Flanke ab. Eine Möglichkeit, diese Geometrie an die Aufgabenstellung anzugleichen, fehlt nach dem Stand der Technik.
Im Betrieb sind mehrwellige Doppelschneckenextruder üblicherweise an der Antriebsseite, die gleichzeitig die Produktzugabeseite darstellt, im Getriebe gelagert. Zur Seite des Produktausstoßes wird eine Lagerung im schmelzeflüssigen Produkt vorgenommen, da eine externe Lagerung an der Zone des Produktausstoßes hinderlich wäre. Bevor ein Mehrwellenextruder bei einem Anfahrvorgang mit Produkt beschickt wird, laufen die Wellen ohne Schmierung auf ihren Kämmen auf dem Material der Gehäuse. Dies kann zu Abrieb, Beschädigung von Welle und Gehäuse sowie zu Kontamination des Produktes führen. Um einen übermäßigen Verschleiß der Kämme zu vermeiden, ist ein gewisser Mindest-Kammwinkel notwendig. Wünschenswert wäre daher, diesen Kammwinkel frei wählen zu können.
Doppelschneckenextruder können auch Verschleiß unterworfen sein. Dieser kann bei reinen Polymeren in der Aufschmelzzone auftreten. Produkte, die mit festen Füll- und Verstärkungsstoffen wie z. B. Talkum, Calciumcarbonat oder besonders Glasfasern gefüllt sind, erzeugen besonders starken Verschleiß. Auch Korrosionsangriffe sind möglich, wenn das Produkt z. B. Säuren enthält oder abspaltet. Derartige Abrasions- und Korrosionsangriffe wirken besonders stark auf die Kanten, die den Kamm eines Profils begrenzen, wo es z. B. zu Materialabtrag oder zu Ausbröckeln kommen kann. Solche Veränderungen am Profilkamm beeinflussen die Wirksamkeit des Mehrwellenextruders in entscheidender Weise, was unerwünscht ist. Abgerundete Kanten sind gegen derartige Einflüsse deutlich weniger anfällig, sind nach dem Stand der Technik aber ohne Verlust der Selbstreinigung nicht möglich.
Es stellt sich daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe, dicht kämmende Schneckenelemente für mehrwellige Schneckenmaschinen bereitzustellen, die nicht den oben genannten Limitierungen von Schneckenelementen nach dem Stand der Technik unterworfen sind. Es stellt sich die Aufgabe, Schneckenelemente bereitzustellen, bei denen der Energieeintrag verringert ist. Es stellt sich ferner die Aufgabe, Schneckenelemente bereitzustellen, bei denen die Geometrie der schiebenden und ziehenden Flanke in Hinblick auf die jeweilige Aufgabenstellung hin so gestaltet werden kann, dass eine optimale Bearbeitung des Produkts in der mehrwelligen Schneckenmaschine gegeben ist.
Überraschend wurden Schneckenelemente mit einem gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Kammwinkel gefunden, welche diese Aufgaben lösen. Gegenstand der Erfindung sind daher Schneckenelemente für mehrwellige Schneckenmaschinen mit paarweise gleichsinnigen und paarweise exakt abschabenden Schneckenwellen, mit zwei oder mehr Schneckengängen, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aller Kammwinkel eines Elementepaars frei wählbar, größer als 0 und kleiner als 2π – 4Zarccos(ADE ) ist, wobei Z die Gangzahl, A der Achsabstand zwischen zwei Schneckenelementen und DE der Außendurchmesser der Schneckenelemente ist. Bei erfindungsgemäßen Schneckenelementen können die Geometrien auf der schiebenden und der ziehenden Flanke nach Bedarf individuell gestaltet werden und die die Kämme begrenzenden Kanten nach Bedarf abgerundet werden.
Dabei ist die Erfindung nicht auf Schneckenelemente aus der heutzutage üblichen Modulbauweise einer Schnecke aus Schneckenelementen und Kernwellen beschränkt, sondern auch auf Schnecken in Massivbauweise anwendbar. Daher sind unter dem Begriff Schneckenelemente auch Schnecken in Massivbauweise zu verstehen.
Die Gangzahl Z erfindungsgemäßer Schneckenelemente beträgt bevorzugt 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8; besonders bevorzugt beträgt sie 2 bis 4.
Der Außenradius eines Schneckenprofils beträgt RE = DE/2, der Innendurchmesser DK und der Innenradius RK = DK/2. Damit gilt stets A = RE + RK.
Das Profil der erfindungsgemäßen Schneckenelemente („Schneckenprofil”) setzt sich bevorzugt aus Kreisbögen zusammen, die tangential ineinander übergehen.
Die Größe eines Kreisbogens ist durch die Angabe seines Zentriwinkels und seines Radius gegeben. Im Folgenden wird der Zentriwinkel eines Kreisbogens kurz als der Winkel eines Kreisbogens bezeichnet. Die Position eines Kreisbogens ist durch die Position seines Mittelpunkts und durch die Position seiner beiden Endpunkte gegeben. Das Profil erfindungsgemäßer Schneckenelemente zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Kreisbögen einen Radius der Größe Null haben können. In diesem Fall weist das Profil einen oder mehrere Knicke auf.
Ein vorgegebenes Schneckenprofil auf einer ersten Welle eines Doppelschneckenextruders (das „erzeugende”) legt das Schneckenprofil auf einer benachbarten zweiten Welle (das „erzeugte”) eindeutig fest. Das Schneckenprofil auf der ersten Welle des Doppelschneckenextruders wird daher als das erzeugende Schneckenprofil bezeichnet, während das Schneckenprofil auf der zweiten Welle des Doppelschneckenextruders als das erzeugte Schneckenprofil bezeichnet wird. Bei einem Mehrwellenextruder werden das erzeugende Schneckenprofil und das erzeugte Schneckenprofil auf benachbarten Wellen immer abwechselnd eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Schneckenprofile sind stets geschlossen und konvex. Die Summe der Winkel der einzelnen Kreisbögen für jedes Element ist stets 2π.
Erfindungsgemäße Schneckenelemente zeichnen sich dadurch aus, dass jeweils ein Kreisbogen des erzeugten Schneckenprofils mit einem Kreisbogen des erzeugenden Schneckenprofils „korrespondiert”. Unter „korrespondieren” wird verstanden, dass

• die Winkel von korrespondierenden Kreisbögen gleich groß sind,
• die Summe der Radien korrespondierender Kreisbögen gleich dem Achsabstand ist,
• je eine der Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt eines Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils und dessen Endpunkten parallel zu je einer der Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils und dessen Endpunkten verläuft,
• die Richtungen, in denen die Endpunkte eines Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils vom Mittelpunkt des Kreisbogens aus liegen, jeweils entgegengesetzt sind zu den Richtungen, in denen die Endpunkte des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils vom Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils aus liegen,
• der Mittelpunkt eines Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils einen Abstand zum Mittelpunkt eines korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofil hat, der dem Achsabstand entspricht,
• die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt eines Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils und dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofile parallel zu der Verbindungslinie zwischen dem Drehpunkt des erzeugenden Schneckenprofils und dem Drehpunkt des erzeugten Schneckenprofils ist,
• die Richtung, in die der Mittelpunkt eines Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils verschoben werden müsste, um mit dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils zur Deckung gebracht zu werden, die gleiche ist, in die der Drehpunkt des erzeugenden Schneckenprofils verschoben werden muss, um mit dem Drehpunkt des erzeugten Schneckenprofils zur Deckung gebracht zu werden.

1 zeigt ein Beispiel von zwei korrespondierenden Kreisbögen. Der Drehmittelpunkt der erzeugenden Schnecke ist DR und der Drehmittelpunkt der erzeugten Schnecke DL. In dieser Figur ist Kreisbogen 1 der erzeugende und der Kreisbogen 1' der erzeugte.
Ein erzeugendes Schneckenprofil erfindungsgemäßer Schneckene1emente hat Z Kreisbögen, deren Radien gleich RE sind und deren Mittelpunkte mit dem Drehmittelpunkt zusammenfallen („Kammbögen”).
Ein erzeugendes Schneckenprofil erfindungsgemäßer Schneckenelemente hat Z Kreisbögen, deren Radien gleich RK sind und deren Mittelpunkte mit dem Drehmittelpunkt zusammenfallen („Nutbögen”). Das korrespondierende erzeugte Schneckenprofil besitzt ebenfalls Z Kammbögen und Z Nutbögen.
Die Summe der Winkel der Kamm- und Nutbögen der erfindungsgemäßen erzeugenden Schneckenprofile ist frei wählbar und kleiner als 2π – 4Zarccos(ADE ).
Die Summe aller Kammbögen des erzeugten und des erzeugenden Schneckenprofils ist gleich der Summe der Kamm- und Nutwinkel der erzeugenden Schnecke ist und erfindungsgemäß kleiner als 2π – 4Zarccos(ADE ).
In einer bevorzugten Ausführung erfindungsgemäßer Schneckenelemente sind Kammbögen und Nutbögen so angeordnet, dass sie beim Umlauf um das Profil abwechselnd auftreten, d. h. es folgt beim Umlauf auf jeden Kammbogen ein Nutbogen und auf jeden Nutbogen ein Kammbogen. Hieraus ergibt sich für das erzeugte Schneckenprofil zwangsweise, dass die Kammbögen und Nutbögen so angeordnet sind, dass sie beim Umlauf um das Profil abwechselnd auftreten, d. h. es folgt beim Umlauf auf jeden Kammbogen ein Nutbogen und auf jeden Nutbogen ein Kammbogen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäßer Schneckenelemente lässt sich für ein erzeugendes Schneckenelement eine Linie „K₁” finden, die ausgehend von dem Drehmittelpunkt des Elementes bis zu einem Punkt auf einem Kammbogen geführt wird, so dass (Z – 1) weitere Linien existieren, die sich im Drehmittelpunkt mit der ersten Linie schneiden und dort in einem Winkel 2·(i – 1)·π/Z zu der ersten Linie stehen und jeweils einen weiteren Kammbogen des erfindungsgemäßen Profils schneiden, wobei i alle Zahlen von 2 bis Z durchläuft. Diese Linien werden im Weiteren als K_i bezeichnet.
Für diese bevorzugte Ausführungsform gilt weiterhin, dass jede Linie, die vom Drehmittelpunkt ausgeht und zu der Linie „K₁” in einem Winkel von (2·j – 1)·π/Z steht, einen Nutbogen schneidet, wobei j alle Zahlen von 1 bis Z durchlauft. Diese Linien werden im Weiteren als N_j bezeichnet.
Zwei Linien K_i und N_j werden als „benachbart” bezeichnet, wenn der Winkel zwischen beiden Linien genau π/Z beträgt. Dies ist der Fall für die Linien K₁ und N₁, K₂ und N₂, ... sowie für die Linien N₁ und K₂, N₂ und K₃, ... bis zu N_Z und K₁.
Für die weiteren Ausführungen wird das Schneckenprofil zwischen zwei benachbarten Linien K_i und N_j als „Teilprofil” bezeichnet. Man kann sich ein gesamtes Schneckenprofil aus 2·Z Teilprofilen aufgebaut denken.
Zwei Teilprofile werden als „benachbart” bezeichnet, wenn sie durch eine gemeinsame Linie K_i und N_j voneinander abgegrenzt werden.
Zwei Teilprofile werden als korrespondierend bezeichnet, wenn alle Teilkreise der beiden Teilprofile miteinander korrespondieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneckenelemente ist mindestens ein Kreisbogen des erzeugenden Schneckenprofils, der zu einem Kammbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit dem Radius 0 (d. h. eine scharfe Kante) und mindestens ein Kreisbogen, der zu einem Nutbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit dem Radius A. Dies führt zwangsläufig dazu, dass auf dem erzeugten Schneckenprofil mindestens ein Kreisbogen, der zu einem Kammbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit dem Radius 0 ist und mindestens ein Kreisbogen, der zu einem Nutbogen benachbart ist, den Radius A hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Schneckenelemente ist mindestens ein Kreisbogen des erzeugenden Schneckenprofils, das zu einem Kammbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit einem Radius > 0 und kleiner als 0,02 mal dem Schneckendurchmesser und mindestens ein Kreisbogen des erzeugenden Schneckenprofils, das zu einem Nutbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit einem Radius kleiner als A und größer als A – 0,02·DE. Dies führt zwangsläufig dazu, dass auf dem erzeugenden Schneckenprofil mindestens ein Kreisbogen, der zu einem Kammbogen benachbart ist, ein Kreisbogen mit einem Radius > 0 und kleiner als 0,02 mal dem Schneckendurchmesser ist und mindestens ein Kreisbogen, der zu einem Nutbogen benachbart ist, einen Radius kleiner als A und größer als A – 0,02·DE hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schneckenprofil erfindungsgemäßer Schneckenelemente auf den beiden Schneckenwellen – bis ggf. auf eine Drehung um π/Z für gerade Z – identisch und punktsymmetrisch zum Drehpunkt des jeweiligen Profils. Dieses Profil ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei Arten von Teilprofilen besteht (im Weiteren mit „X” und „Y” bezeichnet). Das Teilprofil X gehört zu dem erzeugenden Schneckenprofil und das Teilprofil Y gehört zu dem erzeugten Schneckenprofil. Durch Drehung des Profils X um den Drehmittelpunkt des erzeugenden Schneckenprofils um 2πk/Z, wobei k alle ganzen Zahlen von 1 bis Z – 1 durchläuft, wird das Schneckenprofil in den jeweiligen Teilabschnitten ergänzt. Durch Drehung des Profils Y um den Drehmittelpunkt des erzeugenden Schneckenprofils um 2πk/Z, wobei k alle ganzen Zahlen von 1 bis Z – 1 durchlauft, wird das Schneckenprofil in den jeweiligen Teilabschnitten ergänzt. Weiterhin wird das erzeugende Schneckenprofil durch Teilprofile Y ergänzt, und zwar dergestalt, dass die Teilprofile Y von dem erzeugten Schneckenprofil durch Verschiebung um den Achsabstand in Richtung von dem Drehmittelpunkt des erzeugten Schneckenprofils zum Drehmittelpunkt des erzeugenden Schneckenprofils und bei geradem Z zusätzlich durch Drehung um π/Z auf das erzeugende Profil kopiert werden. Weiterhin wird das erzeugte Schneckenprofil durch Teilprofile X ergänzt, und zwar dergestalt, dass die Teilprofile X von dem erzeugenden Schneckenprofil durch Verschiebung um den Achsabstand in Richtung von dem Drehmittelpunkt des erzeugenden Schneckenprofils zum Drehmittelpunkt des erzeugten Schneckenprofils und bei geradem Z zusätzlich durch Drehung um π/Z auf das erzeugte Profil kopiert werden. Die Zahl der Kreisbögen eines Teilabschnittes ist größer oder gleich vier, bevorzugt größer oder gleich sechs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schneckenprofil auf beiden Schneckenwellen – bis ggf. auf eine Drehung um π/Z für gerade Z – identisch, punktsymmetrisch zum Drehpunkt des jeweiligen Profils und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass alle Linien K_i und N_j Symmetrielinien des Profils darstellen. In diesem Fall ist das Profil eindeutig durch das Teilprofil zwischen den Linien K₁ und N₁ bestimmt und wird, ausgehend von diesem Teilprofil, jeweils für ein benachbartes Teilprofil durch Spiegelung an der Symmetrielinie zwischen den beiden Teilprofilen erhalten.
Für die Beschreibung der Punkt- und spiegelsymmetrischen Schneckenprofile wird die Linie FP eingeführt. FP hat einen minimalen Abstand vom Drehmittelpunkt, der A/2 beträgt, schneidet die Linien K₁ und N₁ und steht senkrecht auf der Winkelhalbierenden zwischen N₁ und K₁.
Das Teilprofil zwischen den Linien K₁ und N₁ dieser bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäßer Schneckenelemente zeichnet sich dadurch aus, dass die Kreisbögen des Teilprofils in einem Punkt, der auf FP liegt, tangential ineinander übergehen. Dadurch ist FP eine Tangente an diese Kreisbögen. Durch den Punkt, an dem die Kreisbögen FP tangieren, wird das Teilprofil X in zwei Teile unterteilt, X1 und X2. Der Teil X1 umfasst diejenigen Kreisbögen, ausgehend von K1 bis zum Berührpunkt an FP und der Teil X2 diejenigen Kreisbögen, ausgehend vom Berührpunkt an FP bis zu N1. Das Teilprofil Y1 auf der erzeugten Schnecke sei dasjenige, was zu den Kreisbögen von X1 korrespondiert. Durch Spiegelung an einer Gerade, die senkrecht in der Mitte zwischen den Drehpunkten der beiden Schneckenprofile steht, und durch anschließende Drehung um den Drehmittelpunkt des erzeugten Profils um π/Z, wird das Teilprofil Y1 auf das Teilprofil X2 überführt. Das damit komplettierte Teilprofil X kann durch fortlaufende Spiegelung an den Linien N1, K2, N2, ... das vollständige erzeugende Schneckenprofil erzeugen. Das Schneckenprofil auf der erzeugten Schnecke wird durch Verschiebung des Schneckenprofils auf der erzeugenden Schnecke und, falls Z gerade ist, durch Drehung um den Drehmittelpunkt des erzeugten Profils um π/Z erhalten.
Dem Fachmann ist bekannt, dass direkt abschabende Schneckenprofile nicht direkt in einen Doppelschneckenextruder eingesetzt werden können, vielmehr sind Spiele zwischen den Schnecken erforderlich. Hierfür sind in [1] auf den Seiten 28 ff verschiedene mögliche Strategien beschrieben. Für die Schneckenprofile erfindungsgemäßer Schneckenelemente können Spiele im Bereich von 0,1 bis 0,001, bezogen auf den Durchmesser des Schneckenprofils, verwendet werden, bevorzugt 0,002 bis 0,05 und besonders bevorzugt 0,004 bis 0,02. Die Spiele können, wie dem Fachmann bekannt ist, zwischen Schnecke und Gehäuse und zwischen Schnecke und Schnecke unterschiedlich groß oder gleich sein. Die Spiele können auch konstant oder, in den angegebenen Grenzen, variabel sein. Es ist auch möglich, innerhalb der Spiele ein Schneckenprofil zu verschieben. Mögliche Spielstrategien sind die in [1] auf den Seiten 28 ff beschriebene Möglichkeit der Achsabstand-Vergrößerung, der Längsschnitt-Äquidistanten und der Raumäquidistanten, die alle dem Fachmann bekannt sind. Bei der Achsabstand-Vergrößerung wird ein Schneckenprofil kleineren Durchmessers konstruiert und um den Betrag des Spiels zwischen den Schnecken auseinandergerückt. Bei der Methode der Längsschnitt-Äquidistanten wird die Längsschnitt-Profilkurve (parallel zur Achse) um das halbe Spiel Schnecke-Schnecke nach innen verschoben. Bei der Methode der Raumäquidistanten wird, ausgehend von der Raumkurve, auf der die Schneckenelemente sich abreinigen, das Schneckenelement in der Richtung senkrecht zu den Flächen des exakt abschabenden Profils um das Spiel zwischen Schnecke und Schnecke vergrößert. Bevorzugt wird die Längsschnitt-Äquidistante und die Raumäquidistante, besonders bevorzugt die Raumäquidistante verwendet.
Das Verhältnis RE/A vom Außenradius RE des Schneckenelements zum Achsabstand A beträgt für zweigängige erfindungsgemäße Schnecken bevorzugt zwischen 0,54 und 0,7 und besonders bevorzugt zwischen 0,58 und 0,63, für dreigängige Schnecken bevorzugt zwischen 0,53 und 0,57 und besonders bevorzugt zwischen 0,54 und 0,56, sowie für viergängige Schnecken bevorzugt zwischen 0,515 und 0,535.
Die erfindungsgemäßen Schneckenelemente können als Förderelemente oder Knetelemente oder Mischelemente ausgebildet sein.
Ein Förderelement zeichnet sich bekanntlich dadurch aus (siehe zum Beispiel [1], Seiten 227–248), dass das Schneckenprofil in Achsrichtung kontinuierlich schraubenförmig verdreht und fortgesetzt wird. Dabei kann das Förderelement rechts- oder linksgängig sein. Die Steigung des Förderelements liegt bevorzugt im Bereich des 0,1-fachen bis 10-fachen des Achsabstandes, wobei unter der Steigung die axiale Länge verstanden wird, die für eine vollständige Drehung des Schneckenprofils erforderlich ist, und die axiale Länge eines Förderelements liegt bevorzugt im Bereich des 0,1-fachen bis 10-fachen des Schneckendurchmessers.
Ein Knetelement zeichnet sich bekanntlich dadurch aus (siehe zum Beispiel [1], Seiten 227–248), dass das Schneckenprofil in Achsrichtung absatzweise in Form von Knetscheiben fortgeführt wird. Die Anordnung der Knetscheiben kann rechts- oder linksgängig oder neutral erfolgen. Die axiale Länge der Knetscheiben liegt bevorzugt im Bereich des 0,05-fachen bis 10-fachen des Achsabstands. Der axiale Abstand zwischen zwei benachbarten Knetscheiben liegt bevorzugt im Bereich des 0,002-fachen bis 0,1-fachen des Schneckendurchmessers.
Mischelemente werden bekanntlich dadurch gebildet (siehe zum Beispiel [1], Seiten 227–248), dass Förderelemente mit Durchbrüchen in den Schneckenkämmen ausgeführt werden. Die Mischelemente können rechts- oder linksgängig sein. Ihre Steigung liegt bevorzugt im Bereich des 0,1-fachen bis 10-fachen des Achsabstandes und die axiale Länge der Elemente liegt bevorzugt im Bereich des 0,1-fachen bis 10-fachen des Achsabstandes. Die Durchbrüche haben bevorzugt die Form einer u- oder v-förmigen Nut, die bevorzugt gegenfördernd oder achsparallel angeordnet sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen Schneckenelemente in mehrwelligen Schneckenmaschinen. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Schneckenelemente in zweiwelligen Schneckenmaschinen eingesetzt. Die Schneckenelemente können in den mehrwelligen Schneckenmaschinen in Form von Knet-, Misch- oder Förderelementen vorliegen. Es ist ebenso möglich, Knet-, Förder-, und Mischelemente in einer Scheckenmaschine miteinander zu kombinieren. Die erfindungsgemäßen Schneckenelemente können auch mit anderen Schneckenelementen, die z. B. nach dem Stand der Technik bekannt sind, kombiniert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Schneckenelemente. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die geometrische Konstruktion von korrespondierenden Teilprofilen nur mit Zirkel und Winkellineal, so dass es leicht nachzuvollziehen ist. Vorteilhaft wird es als Computerprogramm implementiert.
Zunächst werden die definierenden Größen Z, DE und A der zu konstruierenden Schneckenelemente festgelegt. Dann werden die Drehpunke des erzeugenden und des erzeugten Teilprofils mit dem Abstand A eingezeichnet. Die Linie K₁, die auf einen Punkt des Kammbogens führt, wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass sie von dem Drehpunkt des erzeugenden Profils ausgeht und in Richtung des Drehpunkts des erzeugten Profils führt.
Die Linie N₁ wird im Drehpunkt des erzeugenden Teilprofils in einem Winkel von π/Z zu der Linie K₁ gezeichnet. Die Größen RE = DE/2 und RK = A – RE werden berechnet. Dann wird die Zahl der Kreisbögen des Teilprofils n festgelegt. Die Zahl der Kreisbögen n ist bevorzugt 6, kann aber auch kleiner oder größer sein.
Als nächstes wird der Kammwinkel α gewählt und ein Bogen mit Winkel α/2 und Radius RE mit dem Mittelpunkt der erzeugenden Schnecke als Kreismittelpunkt geschlagen, wobei ein Ende des Bogens auf der Linie K₁ liegt und der Bogen in Richtung N₁ geschlagen wird. Für den Nutwinkel wählt man den Winkel β, der gleich α sein kann, aber nicht zwingend sein muss. Dafür schlägt man einen Bogen β/2 von der Linie N₁ in Richtung K₁, der den Nutbogen n darstellt.
Als nächstes zeichnet man den tangierenden Kreisbogen 2, der an den Kammbogen anschließt. Für diesen Kreisbogen kann man Winkel und Radius auswählen, wobei der Radius kleiner oder gleich dem Achsabstand sein muss. Bei der Wahl kann es geschehen, dass in nachfolgenden Schritten das Schließen des Teilprofils nicht mehr gelingt, weil die Bedingungen „geschlossenes Profil” oder „konvexes Profil” verletzt werden. Ist dies der Fall, so muss man den Winkel oder den Radius verkleinern und einen neuen Versuch starten. Der Kreisbogen kann auch den Radius 0 haben.
Zur Konstruktion eines tangierenden Kreisbogens fällt man stets ein Lot auf den Endpunkt des Kammbogens in Richtung des Drehmittelpunktes des erzeugenden Schneckenprofils. Dieses Lot wird als „Begrenzung” zweier Kreisbögen bezeichnet. Auf der Begrenzung liegen stets die Mittelpunkte beider tangierender Kreisbögen. Den Mittelpunkt des gesuchten Kreisbogens erhält man, indem man einen Kreis um den Endpunkt des Kreisbogens mit gleichem Radius wie der gesuchte Kreisbogen schlägt. Der Schnittpunkt dieses Kreises mit der Begrenzung ist der gesuchte Mittelpunkt.
Danach kann man noch einen oder mehrere tangierende Kreisbögen 3, 4, ... bis n – 4 anschließen. Für die Kreisbögen n – 3, n – 2 und n – 1 werden die Radien r_n-3, r_n-2 und r_n-1 festgelegt. Der Radius des Kreisbogens n – 1 wird gleich A gewählt, wenn das erzeugte Schneckenprofil eine scharfe Kante am Kamm haben soll.
Das Profil wird dann auf folgende Weise geschlossen: Um den Mittelpunkt des Kreisbogen n – 3 wird ein Kreis mit dem Radius r_n-3 – r_n-2 geschlagen. Um den Mittelpunkt des Kreisbogens n – 1 wird ein Kreis mit dem Radius r_n-1 – r_n-2 geschlagen. Derjenige der beiden Schnittpunkte dieser Kreise, der zwischen N1 und K1 liegt, ist der Mittelpunkt des Kreises n – 2. Die Begrenzung des Kreisbogens n – 1 ergibt sich dann durch die Verbindung des Mittelpunktes des Kreisbogens n – 1 mit dem Mittelpunkt des Kreisbogens n – 2, entsprechend für die Begrenzung des Kreisbogens n – 3 und n – 2. Die Kreisbögen n – 3, n – 2 und n – 1 werden dann, begrenzt durch ihre Begrenzung, geschlagen.
Das korrespondierende Teilprofil auf der erzeugten Schnecke wird folgendermaßen erzeugt: Alle Mittelpunkte der Kreisbögen M1, M2 bis Mn werden parallel zur Linie zwischen dem Drehpunkt des erzeugenden Profils und dem Drehpunkt des erzeugten Profils um den Achsabstand in Richtung erzeugtes Profil verschoben und ergeben so die korrespondierenden Punkte M1', M2' bis Mn'. Die Begrenzungen, die die Punkte M1 bis Mn schneiden, werden zunächst ebenfalls parallel zur Linie zwischen dem Drehpunkt des erzeugenden Profils und dem Drehpunkt des erzeugten Profils um den Achsabstand in Richtung erzeugtes Profil verschoben. Die Begrenzungen werden dann über die Punkte, die M1', M2' bis Mn' hinaus verlängert, bis sie Achsabstand haben. Die Verlängerungen bilden dann die Begrenzungen für die Kreise 1', 2' bis n'.
Es empfiehlt sich, das Verfahren zur Erzeugung der Schneckenprofile auf einem Computer durchzuführen. Die Abmessungen der Schneckenelemente liegen dann in einer Form vor, in der sie einer CAD-Fräsmaschine zur Erzeugung der Schneckenelemente zugeführt werden können.
Nachdem die Profile auf die beschriebene Weise erzeugt worden sind, können die erfindungsgemäßen Schneckenelemente z. B. mit einer Fräsmaschine erzeugt werden. Bevorzugte Materialien zur Erzeugung der Schneckenelemente sind Stähle, insbesondere Nitrierstähle, Chrom-, Werkzeug- und Edelstähle, sowie pulvermetallurgisch hergestellte metallische Verbundwerkstoffe auf Basis von Eisen, Nickel oder Cobalt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert ohne sie jedoch auf diese zu beschränken.
1 zeigt ein Beispiel von zwei korrespondierenden Kreisbögen eines erzeugenden und eines erzeugten Schneckenprofils. Der Drehmittelpunkt des erzeugenden Schneckenprofils ist DR und der Drehmittelpunkt des erzeugten Schneckenprofils DL. In dieser Figur ist Kreisbogen 1 der erzeugende und der Kreisbogen 1' der erzeugte. Kreisbogen 1 hat einen Radius r1 und einen Winkel α1. Kreisbogen 1' hat einen Radius r1' und einen Winkel α1', der erfindungsgemäß gleich α1 ist. Die Summe der Radien r1 und r1' ist erfindungsgemäß gleich dem Achsabstand A. Die gestrichelt eingezeichneten Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens 1 und seinen Endpunkten verlaufen jeweils parallel zu den gestrichelt eingezeichneten Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens 1' und seinen Endpunkten.
Die Richtungen, in denen die Endpunkte des Kreisbogens 1 vom Mittelpunkt des Kreisbogens 1 aus liegen, sind jeweils entgegengesetzt sind zu den Richtungen, in denen die Endpunkte des korrespondierenden Kreisbogens 1' vom Mittelpunkt des Kreisbogens 1' aus liegen.
Der Mittelpunkt des Kreisbogens 1 hat einen Abstand zum Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens 1', der dem Achsabstand entspricht.
Die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens 1 und dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens 1' verläuft parallel zu der Verbindungslinie zwischen dem Drehpunkt DR und dem Drehpunkt DL.
Die Richtung, in die der Mittelpunkt des Kreisbogens 1 verschoben werden müsste, um mit dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens 1' zur Deckung gebracht zu werden, ist die gleiche, in die der Drehpunkt DR werden muss, um mit dem Drehpunkt DL zur Deckung gebracht zu werden.
2 zeigt die Profile von zweigängigen, nach dem Stand der Technik bekannten Schneckenelementen. Der Achsabstand beträgt 48 mm, der Außendurchmesser eines Schneckenprofils 58 mm, der Innendurchmesser entsprechend 38 mm und der Kammwinkel 0,3788 (entsprechend 21.7°). Die Summe aller Kammwinkel beträgt 1,5152.
3 zeigt beispielhaft für zweigängige erfindungsgemäße Schneckenelemente mit einem Achsabstand von 48 mm, einem Außendurchmesser eines Schneckenprofils von 58 mm und einem Innendurchmesser von 38 mm das Teilprofil X des erzeugenden Schneckenprofils und das dazu korrespondierende Teilprofil Y des erzeugten Schneckenprofils, die Mittelpunkte der jeweilig korrespondierenden Kreisbögen sowie die Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten und den Endpunkten der Kreisbögen. Das Teilprofil X ist aus sechs Kreisbögen zusammengesetzt, die gegen den Uhrzeigersinn von 1 bis 6 durchnumeriert sind. Die Mittelpunkte sind entsprechend von M1 bis M6 durchnummeriert. Der Kreisbogen 1 ist der Kammbogen des erzeugenden Teilprofils, Kreisbogen 6 der Nutbogen. Kreisbogen 2 hat einen Radius 0, d. h. am Kammbogen hat das erzeugende Profil einen Knick. Die Linie K1 verläuft waagerecht, die Linie N1 senkrecht zu einer Verbindungslinie durch die Drehmittelpunkte. Die korrespondierenden Kreise auf dem erzeugten Teilprofil sind mit 1', 2', ... bis 6' bezeichnet, entsprechend die Mittelpunkte M1', M2', ... bis M6'. Das Kammprofil des erzeugten Schneckenprofils (6') grenzt an einen Bogen mit Radius 0, d. h. das erzeugte Schneckenprofil hat an dieser Stelle einen Knick.

Die folgende Tabelle 1 zeigt für ein Koordinatensystem, dessen Ursprung im Drehpunkt der erzeugenden Schneckenwelle liegt, dessen x-Achse in Richtung des Drehpunktes der erzeugten Schneckenwelle liegt und dessen y-Achse senkrecht zur x-Achse (in den Figuren nach oben) liegt, die Radien der Kreisbögen, die x-Koordinaten und y-Koordinaten der Mittelpunkte der Kreisbögen, den Anfangswinkel der Kreisbögen, den Endwinkel der Kreisbögen sowie den Winkel der Kreisbögen für 3.

Kreisbogen	Radius	x-Koordinate Mittelpunkt	y-Koordinate Mittelpunkt	Anfrangswinkel	Endwinkel	Winkel
	mm	mm	mm	rad	rad	rad
1	29	0	0	0.00000	0.08727	0.08727
2		28.8896	2.52750	0.08727	0.34907	0.2618
3	44	–12.4568	–12.5214	0.34907	0.53093	0.18187
4		22.8989	8.2385	0.53093	0.97032	0.43939
5	48	–2.5275	–28.8896	0.97032	1.48353	0.51321
6	19	0	0	1.48353	1.5708	0.08727
1'	19	48	0	–3.14159	–3.05433	0.08727
2'	48	76.8896	2.5275	–3.05433	–2.79253	0.2618
3'	4	35.5432	–12.5214	–2.79253	–2.61066	0.18187
4'	45	70.8989	8.2385	–2.61066	–2.17127	0.43939
5'	0	45.4725	–28.8896	–2.17127	–1.65806	0.51321
6'	29	48	0	–1.65806	–1.5708	0.08727

Tabelle 1: Geometrische Größen der Teilprofile X und Y erfindungsgemäßer Schneckenelemente, die in Figur 3 dargestellt sind.

4 zeigt erfindungsgemäße Schneckenelemente mit einem punktsymmetrischen Schneckenprofil, das sich aus 3 ergibt, wenn es punktsymmetrisch fortgesetzt wird. Der Kammwinkel beträgt 0,17454 (10°). Die Summe aller Kammwinkel beträgt 0,698, weniger als die Hälfte des Elementes nach dem Stand der Technik. Das ist ein deutlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Dieses Schneckenprofil hat auch den Vorteil, dass die schiebende Flanke einen deutlich größeren Winkel zum Gehäuse bildet als die ziehende Seite, was nochmals zu einem deutlich geringerem Energieeintrag führt.
5 zeigt erfindungsgemäße Schneckenelemente mit einem spiegel- und punktsymmetrischen Schneckenprofil. Der Achsabstand beträgt 48 mm, der Außendurchmesser des Schneckenprofils 58 mm, der Innendurchmesser entsprechend 38 mm und der Kammwinkel 0,175 (10°). Die Summe aller Kammwinkel beträgt 0,69813, weniger als die Hälfte als die Summe der Kammwinkel des Elementes nach dem Stand der Technik. Der Vorteil liegt hierbei in der geringeren Energiedissipation.
6 zeigt zweigängige, nach dem Stand der Technik bekannte Schneckenelemente. Der Achsabstand beträgt 48 mm, der Außendurchmesser eines Schneckenprofils 56 mm, der Innendurchmesser 20 mm und der Kammwinkel 0,4886. Die Summe aller Kammwinkel auf beiden Elementen beträgt 1,954. Vergleicht man dieses Schneckenprofil mit dem der 2, so erkennt man deutlich die nach dem Stand der Technik nachteilhafte Abhängigkeit des Kammwinkels vom Verhältnis aus Achsabstand und Durchmesser nach Gleichung 1.
7 zeigt zwei korrespondierende Teilprofile X (erzeugendes Schneckenprofil) und Y (erzeugtes Schneckenprofil) erfindungsgemäßer Schneckenelemente. Der Achsabstand beträgt 48 mm, der Außendurchmesser eines Schneckenprofils 56 mm, der Innendurchmesser 20 mm. Das Teilprofil X ist aus sechs Kreisbögen zusammengesetzt, die gegen den Uhrzeigersinn von 1 bis 6 durchnumeriert sind. Die Mittelpunkte sind jeweils mit M1 bis M6 bezeichnet. Der Kreisbogen 1 ist der Kammbogen und Kreisbogen 6 der Nutbogen des erzeugenden Teilprofils. Der Kreisbogen 2, der an den Kammbogen anschließt, hat einen Radius > 0, d. h. das Profil hat an dieser Stelle im Gegensatz zu dem Profit in 3 keine Kante. Die Linie K1 verläuft waagerecht, die Linie N1 senkrecht zu einer Verbindungslinie durch die Drehmittelpunkte. Die korrespondierenden Kreise auf dem erzeugten Teilprofil sind mit 1', 2' ... bezeichnet. Der Kreisbogen 5', der an den Kammbogen 6' angrenzt, hat einen Radius 0, d. h. am Kammbogen hat das erzeugte Profil einen Knick. Der Mittelpunkt des Kreisbogens 5' fällt mit dem Knick zusammen. Die „Größe des Knicks” ist durch den entsprechenden Winkel gegeben, d. h. der Übergang vom Kreisbogen 4' auf den Kreisbogen 6' erfolgt durch Drehung um den Winkel des Kreisbogens 5'. Oder anders ausgedrückt: eine Tangente an den Kreisbogen 4' im Mittelpunkt des Kreisbogen 5' schneidet eine Tangente an den Kreisbogen 6' ebenfalls im Mittelpunkt des Kreisbogens 5' in einem Winkel, der dem Winkel des Kreisbogens 5' entspricht. Unter Berücksichtigung des Kreisbogens 5' gehen jedoch alle benachbarten Kreisbögen 4' → 5', 5' → 6' erfindungsgemäß tangential ineinander über.

Die folgende Tabelle 2 zeigt für ein Koordinatensystem, dessen Ursprung im Drehpunkt der erzeugenden Schneckenwelle liegt, dessen x-Achse in Richtung des Drehpunktes der erzeugten Schneckenwelle liegt und dessen y-Achse senkrecht zur x-Achse (in den Figuren nach oben) liegt, die Radien der Kreisbögen, die x-Koordinaten und y-Koordinaten der Mittelpunkte der Kreisbögen, den Anfangswinkel der Kreisbögen, den Endwinkel der Kreisbögen sowie den Winkel der Kreisbögen für 7.

Kreisbogen	Radius	x-Koordinate Mittelpunkt	y-Koordinate Mittelpunkt	Anfrangswinkel	Endwinkel	Winkel
	mm	mm	mm	rad	rad	rad
1	28	0	0	0	0.06981	0.06981
2	3	24.9391	1.7439	0.06981	0.41888	0.34907
3	44	–12.5163	–14.9323	0.41888	0.72856	0.30968
4	3	18.0752	12.3654	0.72856	1.10954	0.38098
5	48	–1.9532	–27.9318	1.10954	1.50098	0.39144
6	20	0	0	1.50098	1.5708	0.06981
1'	20	48	0	–3.14159	–3.07178	0.06981
2'	45	72.9391	1.7439	–3.07178	–2.72271	0.34907
3'	4	35.4837	–14.9323	–2.72271	–2.41303	0.30968
4'	45	66.0752	12.3654	–2.41303	–2.03205	0.38098
5'	0	46.0468	–27.9318	–2.03205	–1.64061	0.39144
6'	28	48	0	–1.64061	–1.5708	0.06981

Tabelle 2: Geometrische Größen der Teilprofile X und Y erfindungsgemäßer Schneckenelemente, die in Figur 7 dargestellt sind.

8 zeigt erfindungsgemäße Schneckenelemente mit punktsymmetrischem Schneckenprofil, das sich aus 3 ergibt, wenn es punktsymmetrisch fortgesetzt wird. Der Kammwinkel beträgt 0,14, die Summe aller Kammwinkel 0,56. Mit einem solchen Schneckenprofil gelingt also hier eine Reduzierung des Kammwinkels um einen Faktor von etwa 3,5, was zu einem deutlich reduziertem Energieeintrag führt. Außerdem ist – bei Rotation gegen den Uhrzeigersinn – die Kante der schiebenden Flanke abgerundet, was Vorteile bei dem Verschleiß bietet.
9 zeigt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Konstruktion eines symmetrischen Profils anhand eines dreigängigen Profils. Der Achsabstand ist A = 48 mm, der Durchmesser des Schneckenprofils 52 mm und die Gangzahl ist 3. Dargestellt sind die Kreisbögen 1, 2 und 3 sowie die korrespondierenden Kreisbögen 1', 2' und 3' mit ihren Mittelpunkten.

Die folgende Tabelle 3 zeigt für ein Koordinatensystem, dessen Ursprung im Drehpunkt der erzeugenden Schneckenwelle liegt, dessen x-Achse in Richtung des Drehpunktes der erzeugten Schneckenwelle liegt und dessen y-Achse senkrecht zur x-Achse (in den Figuren nach oben) liegt, die Radien der Kreisbögen, die x-Koordinaten und y-Koordinaten der Mittelpunkte der Kreisbögen, den Anfangswinkel der Kreisbögen, den Endwinkel der Kreisbögen sowie den Winkel der Kreisbögen für 9.

Kreisbogen	Radius	x-Koordinate Mittelpunkt	y-Koordinate Mittelpunkt	Anfrangswinkel	Endwinkel	Winkel
	mm	mm	mm	rad	rad	rad
1	26	0	0	0	0.0524	0.0524
2	0	25.964	1.361	0.0524	0.3286	0.2762
3	44	–15.681	–12.839	0.3286	0.5236	0.1950
1'	22	48	0	–3.1416	–3.0892	0.0524
2'	48	73.964	1.361	–3.0892	–2.8130	0.2762
3'	4	32.319	–12.839	–2.8130	–2.6180	0.1950

Tabelle 3: Geometrische Größen der Teilprofile X und Y erfindungsgemäßer Schneckenelemente, die in Figur 9 dargestellt sind.

10 zeigt erfindungsgemäße Schneckenelemente mit einem spiegel- und punktsymmetrischen Schneckenprofil, das sich aus 9 ergibt, wenn es spiegelsymmetrisch fortgesetzt wird. Der Kammwinkel beträgt 0.1048 (6°), gegenüber einem Kammwinkel von 0.2576 bei konventionellen Schneckenelementen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Klemens Kohlgräber. Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser Verlag München 2007, S. 96 ff [0002]

Claims

Schneckenelemente für mehrwellige Schneckenmaschinen mit paarweise gleichsinnigen und paarweise exakt abschabenden Schneckenwellen, mit zwei oder mehr Schneckengängen mit Achsabstand A und Außendurchmesser DE, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Kammwinkel eines Elementepaares kleiner ist als 2π – 4Zarccos(ADE ).
Schneckenelemente nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Profile von erzeugendem und erzeugtem Schneckenprofil aus zwei oder mehr Kreisbögen mit einem Radius größer oder gleich Null und kleiner oder gleich A zusammensetzen, wobei die Kreisbögen an ihren Endpunkten tangential ineinander übergehen.
Schneckenelemente nach Anspruch 2 wobei jeweils ein Paar von so genannten korrespondierenden Kreisbögen des erzeugten und erzeugenden Schneckenprofils dadurch gekennzeichnet ist, dass – die Winkel von korrespondierenden Kreisbögen gleich groß sind, – die Summe der Radien korrespondierender Kreisbögen gleich dem Achsabstand ist, – je eine der Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils und dessen Endpunkten parallel zu je einer der Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils und dessen Endpunkten verläuft, – die Richtungen, in denen die Endpunkte des Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils vom Mittelpunkt des Kreisbogens aus liegen, jeweils entgegengesetzt sind zu den Richtungen, in denen die Endpunkte des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils vom Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils aus liegen, – der Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils einen Abstand zum Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofil hat, der dem Achsabstand entspricht, – die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils und dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofile parallel zu der Verbindungslinie zwischen dem Drehpunkt des erzeugenden Schneckenprofils und dem Drehpunkt des erzeugten Schneckenprofils ist, – die Richtung, in die der Mittelpunkt des Kreisbogens des erzeugenden Schneckenprofils verschoben werden müsste, um mit dem Mittelpunkt des korrespondierenden Kreisbogens des erzeugten Schneckenprofils zur Deckung gebracht zu werden, die gleiche ist, in die der Drehpunkt des erzeugenden Schneckenprofils verschoben werden muss, um mit dem Drehpunkt des erzeugten Schneckenprofils zur Deckung gebracht zu werden.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einen Kammbogen des Profils ein Kreisbögen mit Radius 0 anschließt.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einen Kammbogen des Profils ein Kreisbogen mit Radius > 0 und kleiner als 0,02 mal dem Schneckendurchmesser anschließt.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich Kammbögen und Nutbögen beim Umlauf um das Profit abwechseln.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenelemente eine Anzahl von Symmetrieachsen haben, die denen der Gangzahl entspricht.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenelemente eine Punktsymmetrie, aber keine Spiegelsymmetrie haben.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ausgeführt als Förderelemente.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ausgeführt als Knetelemente.
Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ausgeführt als Mischelemente.
Verwendung der Schneckenelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Mehrwellenschneckenmaschine.
Verfahren zur Erzeugung von Schneckenelementen für mehrwellige Schneckenmaschinen mit paarweise gleichsinnigen und paarweise exakt abschabenden Schneckenwellen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Schneckenprofile zwei oder mehr Kreisbögen mit einem Radius größer oder gleich Null und kleiner oder gleich A zusammengesetzt werden, wobei die Kreisbögen an ihren Endpunkten tangential ineinander übergehen und die Summe der Kammwinkel des Elementepaares kleiner ist als 2π – 4Zarccos(ADE ).