DE102011054409A1

DE102011054409A1 - Extrudervorrichtung und Extrusionsverfahren, insbesondere zur Compoundierung von Kunststoffen

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Publication number: DE102011054409A1
Application number: DE102011054409A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kempt; Stefan Uhlmann; Bernd Weise; Hellmut Tenner; Ralf Tenner
Original assignee: Noris Plastic & Co KG GmbH
Current assignee: Noris Plastic & Co KG GmbH
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: DE102011054409B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extrudervorrichtung und ein Extrusionsverfahren, insbesondere zur Herstellung von Kunststoff-Compositen, unter Verwendung von zwei nebeneinander angeordneten Schnecken. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extrudervorrichtung und ein Extrusionsverfahren der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchen insbesondere thermisch empfindliche Kunststoffe auf effiziente Weise und dennoch schonend compoundierbar sind. Die Aufgabe wird einerseits durch eine Extrudervorrichtung und andererseits durch ein Extrusionsverfahren zur Herstellung von Kunststoff-Compositen mit zwei nebeneinander angeordneten Schecken gelöst, bei welchen die Schnecken durchgehend durch die gesamte Extrudervorrichtung nicht kämmende Schnecken mit zwei separaten Antrieben sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extrudervorrichtung und ein Extrusionsverfahren, insbesondere zur Herstellung von Kunststoff-Compositen, unter Verwendung von zwei nebeneinander angeordneten Schnecken.
Die Entwicklung von Kunststoffcompounds ist in zunehmendem Maße durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen als Verstärkungs- und Füllstoffsystem und erdöl- oder biobasierten Kunststoffen als Matrixwerkstoff gekennzeichnet. So werden beispielsweise Gemische aus Polypropylen und Holzmehl oder anderen faserförmigen Verstärkungsmaterialien, wie Flachs, Hanf oder Sisal, hergestellt. Diese Werkstoffklasse stellt spezifische Verarbeitungsanforderungen an die Aufbereitungsprozesse, die einerseits durch hohe Misch- und Dispergierleistungen und andererseits wegen der eingeschränkten Thermostabilität durch niedrige Schubspannungen charakterisiert sind.
Für die Aufbereitung von Kunststoffen und die Herstellung von Compositen werden im Stand der Technik gleich- und gegenläufige parallele Doppelschneckenextruder eingesetzt. Diese Doppelschneckenextruder sind "kämmend", wodurch die Höhe der in das zu verarbeitende Produkt eingeleiteten Schubspannungen entscheidend durch den zwischen den beiden Schnecken entstehenden Kernspalt bestimmt wird.
Für Verfahrenstechnologien mit hohen Dispergieranforderungen (und damit der notwendigen Einleitung hoher Schubspannungen) haben sich die "kämmenden" Systeme bewährt. Diese erreichen dann ihre Grenzen, wenn die Verfahrensaufgaben niedrige Schubspannungen und hohe Prozessraum- bzw. Einzugsvolumen erforderlich machen.
Bisher bekannte „nichtkämmende“ Systeme, mit welchen höhere Volumina zwischen den Schnecken zur Verfügung gestellt werden können, werden mit gegenläufigen Schnecken und sich anschließender Einschneckenaustragszone realisiert. In den Druckschriften US 3,078,511 , US 3,742,093 , US 3,993,292 , US 4,110,843 und US 4,148,991 beschriebene Verfahren und Vorrichtungen nutzen die höheren Prozessraumvolumen insbesondere für Koagulations- und Entgasungsprozesse von Polymeremulsionen während der Polymerherstellung. Die in den Druckschriften EP 19890312019 und EP 94307597.8 dargestellten Verfahrenslösungen (Pfropfcopolymerisation von Polypropylen bzw. Einfärben von aus der Polymerisation ausgetragener PMMA-Schmelze) verwenden dieses Wirkprinzip wegen der größeren Einzugsvolumen und besseren Entgasungswirkung.
Die an die Compoundierung von thermisch empfindlichen Werkstoffsystemen gestellten Anforderungen, wie hohe Misch- und Dispergierwirkung bei niedrigen Schubspannungen, können mit den bekannten Systemen nicht erfüllt werden. So besteht zwischen den kämmenden Schnecken der bekannten Systeme eine Scherung bzw. Friktion, welche in einem zu compoundierenden Kunststoff in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme kann zu einer thermischen Schädigung des Werkstoffes führen. Dieser Effekt wurde im Stand der Technik noch dadurch verstärkt, dass die kämmenden Schnecken mit möglichst hoher Drehzahl betrieben wurden, um eine gewünschte Ausbeute zu erzielen. Eine höhere Drehzahl der Schnecken führt bei kämmenden Systemen jedoch zu einer höheren Temperatur in der Extrudervorrichtung. Die Drehzahl der Schnecken kann daher nur bis zu einer bestimmten thermischen Grenze erhöht werden, wenn Degradationsabbauprozesse vermieden werden sollten.
Man versuchte bisher im Stand der Technik, dieses Problem, welches sich aus dem Gegensatz zwischen schonender Compoundierung und hohem Durchsatz ergab, über Spaltgrößen und Schneckengestaltungen zu lösen. Jedoch scheiterte man immer daran, dass nahezu proportional zu einer Erhöhung der Drehzahl auch eine Temperaturerhöhung im Extruder erfolgte. Eine höhere Effizienz bei gleichbleibender Qualität konnte somit bei bisherigen Extrudern nicht erzielt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extrudervorrichtung und ein Extrusionsverfahren der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchen insbesondere thermisch empfindliche Kunststoffe auf effiziente Weise und dennoch schonend compoundierbar sind.
Die Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch eine Extrudervorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Schecken gelöst, bei welcher die Schnecken durchgehend durch die gesamte Extrudervorrichtung nicht kämmende Schnecken mit zwei separaten Antrieben sind.
Die vorliegende Erfindung geht somit einen völlig anderen Weg als der Stand der Technik. So werden in der vorliegenden Erfindung – in Abkehr zu den im Stand der Technik vorgezeichneten Wegen zur Kunststoffcompoundierung – nicht kämmende, das heißt hinsichtlich ihres Achsabstandes auseinander gerückte Schnecken verwendet. Auf diese Weise kann die Scherung bzw. Friktion zwischen den Schnecken minimiert werden. Dadurch führt bei den erfindungsgemäß verwendeten nicht kämmenden Schnecken eine Erhöhung der Schneckendrehzahl nicht zu einer Erhöhung der Temperatur zwischen den Schnecken. Mit der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung ist somit eine sich drehzahlunabhängig einstellende Prozesstemperatur möglich. Da die Drehzahl der Schnecken erfindungsgemäß ohne Rücksichtnahme auf die Prozesstemperatur erhöht werden kann, können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung besonders hohe Effektivitäten, das heißt ein höherer Durchsatz bei gleichbleibender Qualität, erzielt werden.
Besonders hervorzuheben ist bei der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung, dass die Schnecken über den gesamten Verfahrensweg, das heißt durchgehend durch die Extrudervorrichtung, nicht kämmend sind. Der erfindungsgemäße Vorteil der drehzahlunabhängigen Prozesstemperatur ergibt sich somit in jedem Verfahrensabschnitt der Extrudervorrichtung, sodass durchgehend eine besonders schonende Compoundierung gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Extrudervorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kunststoff-Compositen unter Verwendung thermisch empfindlicher Kunststoffe und Additive, kann aber auch zur Herstellung bzw. Verarbeitung ganz anderer Produkte, wie biologischer Gemische oder ganz aus anorganischen Bestandteilen zusammengesetzten Compositmaterialien, verwendet werden.
Damit eliminiert das die Erfindung betreffende nicht kämmende System mit gleichläufigen Schnecken die oben genannten Nachteile der bekannten Extrudervorrichtungen und erschließt darüber hinaus weitere verfahrenstechnische Vorteile.
So ist ein Effekt der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung, dass die im Kernspalt zwischen den Schnecken auftretenden hohen Schubspannungen und die daraus resultierenden thermischen Schädigungen bei temperaturempfindlichen, zu compoundierenden Werkstoffen ausgeschlossen werden können.
Außerdem ist, wie bereits oben erwähnt, die sich einstellende Schmelzetemperatur innerhalb der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung weitestgehend unabhängig von der Schneckendrehzahl und kann durch die Zylindertemperaturen gezielt auf das für die Verarbeitungsaufgabe erforderliche Niveau eingestellt werden.
Ein ebenfalls vorteilhafter Nebeneffekt der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung ist, dass durch die Vergrößerung der Spalte zwischen den Schnecken der Verschleiß reduziert sowie eine verringerte Empfindlichkeit gegen Fremdkörpereinflüsse erreicht wird, was insbesondere für Aufgaben des Kunststoffrecyclings von Vorteil ist.
Schließlich wird bei der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung auch das Prozessraumvolumen vergrößert, was für verweilzeitabhängige Verfahrensanforderungen, wie reaktive Prozesse oder Entgasungsprozesse, entscheidende Verbesserungen bringt.
Ferner führt bei der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung die Vergrößerung des Einzugsvolumens und die dadurch bedingte Verbesserung des Einzugsverhaltens zu höheren Schneckenfüllgraden, insbesondere bei schlecht rieselfähigen, voluminösen Inputmaterialien mit niedriger Schüttdichte, was insbesondere beim Recycling von Kunststoff eine große Rolle spielt.
In einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung sind die Schnecken in gleicher Richtung drehende, d. h. gleichlaufende, Schnecken. Durch die in gleicher Richtung drehenden Schnecken wird auf besonders günstige Weise der für eine schonende Mischwirkung notwendige Masseaustausch zwischen den Schnecken bewirkt. Darüber hinaus wird die Übergabe des Materials von einer Schnecke zur anderen bei der Variante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung, die gleichlaufende Schnecken nutzt, im Zwickelbereich weniger als bei kämmenden Schnecken behindert, wodurch eine Verbesserung des Mischeffektes erreicht wird. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Extrudervorrichtung jedoch auch mit gegenläufig drehenden Schnecken ausgebildet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung ist es besonders von Vorteil, wenn die Antriebe der Schnecken jeweils stufenlos regelbare Antriebsmotoren sind. In dieser bevorzugten Erfindungsvariante kann somit jede der Schnecken separat angetrieben werden. Durch die einzeln angetriebenen Schnecken kann beispielsweise im Zwickelbereich gezielt Friktion zwischen den Schnecken als zusätzlicher verfahrenstechnischer Parameter zur Anpassung an die erforderlichen Schubspannungen eingestellt werden.
Es hat sich zudem als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn gemäß einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung eine Verdrehstellung der Schnecken zueinander zwischen 0° und 180° einstellbar ist. Unterschiedliche Stellungen der Schnecken zueinander zwischen 0° und 180° ermöglichen eine Anpassung einzelner Schneckenbereiche an die jeweiligen Verfahrenserfordernisse. So können beispielsweise Verfahrensabschnitte mit maximalem Druckaufbau gestaltet werden. Ferner ist es möglich, durch die Verdrehstellung der Schnecken Verfahrensabschnitte mit maximaler Mischwirkung zu realisieren.
Dabei ist es besonders günstig, wenn einzelne Bereiche der Schnecken auf bestimmte Gradzahlen segmentiert werden, sodass unterschiedliche Schneckenbereiche mit unterschiedlichen Wirkungen ausgebildet werden.
In einer besonders geeigneten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung sind die Schnecken verfahrensabhängig mit Knet-, Misch-, Stau- und/oder rückwärtsfördernden Elementen ausgerüstet. Darüber hinaus sind auch noch weitere, auf bestimmte Aufgaben zugeschnittene Werkzeuge an den Schnecken vorsehbar. So kann man einzelne Schneckenbereiche mit jeweils unterschiedlichen Aufgaben ausbilden, um unterschiedlichste Verfahrensabläufe realisieren zu können.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung weisen die Schnecken die gleiche Schneckenlänge auf. Durch die gleiche Schneckenlänge ergibt sich bei dieser Ausführungsform eine effektivere Gesamtprozesslänge.
In einer weiteren Option der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung weisen die Schnecken einen gleichen Schneckenaußendurchmesser über die gesamte Schneckenlänge auf. Dies hat den Vorteil eines geringeren Fertigungsaufwandes für die Schnecken.
Um verschiedene verfahrenstechnische Effekte im Verlauf des Verfahrensweges auf das zu compoundierende Material zu realisieren, kann der Schneckenkerndurchmesser über die Schneckenlänge hinweg variabel gestaltet werden.
In einer speziellen Variante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung weist wenigstens eine der Schnecken einen sich konisch über die Schneckenlänge verringernden Schneckenaußendurchmesser auf. Hierdurch kann im Verlauf des Verfahrensweges eine sich kontinuierlich erhöhende Komprimierung des zu compoundierenden Materials vorgenommen werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Komprimierung des zu compoundierenden Materials im Verlauf des Verfahrensweges durch die Extrudervorrichtung zu erhöhen, ergibt sich, wenn wenigstens eine der Schnecken eine sich konisch über die Schneckenlänge verringernden Schneckenkerndurchmesser aufweist.
Weiterhin ist es möglich, die Gangtiefe der Schnecken über die gesamte Verfahrenslänge konstant zu gestalten. Andererseits ist es auch möglich, die Gangtiefe der Schnecken im Verlauf des Verfahrensweges kontinuierlich geringer auszubilden, wodurch der Druck im Zwickelbereich noch erhöht werden kann. Grundsätzlich ist bei der vorliegenden Erfindung die Schneckengangtiefe der Schnecken der Extrudervorrichtung über den Verfahrensweg variabel gestaltbar.
Die Aufgabe wird ferner verfahrenstechnisch durch ein Extrusionsverfahren unter Verwendung einer Extrudervorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Schnecken gelöst, wobei die Schnecken auf dem gesamten Verfahrensweg durch die Extrusionsvorrichtung einander nicht kämmen und durch zwei separate Antriebe angetrieben werden.
Wie bereits oben ausführlich erörtert, erreicht man dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Extrusionsverfahren die Schnecken nicht kämmen, die Einstellung einer schneckendrehzahlunabhängigen Prozesstemperatur. Dadurch ist es möglich, die Drehzahl der Schnecken auf ein effizientes Maß zu steigern und somit den Durchsatz des Extrusionsverfahrens zu erhöhen, ohne dass die Qualität des Extrusionsergebnisses hierunter leidet. Vielmehr kann mit dem erfindungsgemäßen Extrusionsverfahren eine besonders hohe Qualität der beispielsweise erfindungsgemäß herstellbaren Kunststoff-Composite erzielt werden, da die Prozesstemperatur trotz hohem Durchsatz auf einem voreinstellbaren Wert gehalten werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Material durch in gleicher Richtung drehende Schnecken schonend durchmischt und der notwendige Masseaustausch zwischen den Schnecken bewirkt. Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, gegenläufig drehende Schnecken zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Extrusionsverfahren führt zu besonders guten Ergebnissen, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Schnecken mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Vorzugsweise wird dies durch separate drehzahlvariable Antriebe an den Schnecken realisiert.
Weitere Vorteile ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Extrusionsverfahren, wenn eine Verdrehstellung der Schnecken zueinander so eingestellt wird, dass in wenigstens einem Verfahrensabschnitt ein maximal mit der Extrudervorrichtung erzielbarer Druck aufgebaut wird.
Andererseits ist es gemäß einer optionalen Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Extrusionsverfahrens auch möglich, eine Verdrehstellung der Schnecken zueinander so einzustellen, dass in wenigstens einem Verfahrensabschnitt eine maximal mit der Extrudervorrichtung erzielbare Mischwirkung erreicht wird.
Weitere Verfahrensvarianten ergeben sich aus den oben diskutierten unterschiedlichen konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei
1 schematisch einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit einer Verdrehstellung der Schnecken zueinander von 0° zeigt;
2 schematisch die Ausführungsform von 1 in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
3 schematisch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit einer Verdrehstellung der Schnecken zueinander von 0°, aber mit gegenüber der Ausführungsform von 1 größerer Steigung zeigt;
4 schematisch einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit einer Verdrehstellung der Schnecken zueinander von 180° zeigt;
5 schematisch die Ausführungsform aus 4 in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
6 schematisch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit einer Verdrehstellung der Schnecken zueinander von 180°, aber mit gegenüber der Ausführungsform von 4 größerer Steigung zeigt;
7 schematisch anhand eines Ausschnittes eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung die Möglichkeit demonstriert, einen Schneckenbereich einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit Knet-, Misch-, Stau- und/oder rückwärts fördernden Elementen auszurüsten;
8 schematisch den Ausschnitt der Extrudervorrichtung aus 7 in einer geschnittenen Seitenansicht mit Sicht auf die linke Seite von 7 zeigt;
9 schematisch den Ausschnitt der Extrudervorrichtung aus 7 in einer geschnittenen Seitenansicht mit Sicht auf die rechte Seite von 7 zeigt;
10 schematisch einen Ausschnitt einer noch weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit sich in Verfahrenslänge veränderbarem Schneckenkerndurchmesser einer Schnecke zeigt;
11 schematisch die Ausführungsform aus 10 in einer geschnittenen Seitenansicht mit Sicht auf die linke Seite von 10 zeigt;
12 schematisch die Ausführungsform aus 10 in einer geschnittenen Seitenansicht mit Sicht auf die rechte Seite von 10 zeigt;
13 schematisch eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit sich konisch verringernden Schneckenaußendurchmesser der Schnecken bei konstanter Gangtiefe über die Schneckenlänge zeigt; und
14 schematisch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung mit sich konisch verringerndem Schneckenaußendurchmesser und sich darüber hinaus stetig verringernder Gangtiefe der Schnecken zeigt.
1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10. Die Extrudervorrichtung 10 weist zwei nebeneinander angeordnete Schnecken 1, 2 auf, von welchen in 1 nur kurze Abschnitte in einer Seitenansicht dargestellt sind.
Die beiden Schnecken 1, 2 weisen in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen gleichen Schneckenaußendurchmesser A auf. Ferner ist die Gangtiefe als auch die Schneckenlänge L der Schnecken 1, 2 in der gezeigten Ausführungsform gleich. Jede der beiden Schnecken 1, 2 weist einen hier nicht gezeigten separaten Antrieb auf. Der Antrieb weist vorzugsweise für jede der Schnecken 1, 2 einen stufenlos regelbaren Antriebsmotor auf. Hierdurch ist es möglich, die Schnecken 1, 2 mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben. Charakteristisch an beiden Antrieben für die beiden Schnecken 1, 2 ist jedoch, dass die beiden Schnecken 1, 2 jeweils in die gleiche, in 1 mit x bezeichnete Richtung gedreht werden, also gleichläufig drehen.
Der Achsabstand zwischen den Schnecken 1, 2 ist so groß, dass die Schnecken 1, 2 nicht kämmen. Das heißt, die Schnecken 1, 2 greifen nicht ineinander. Damit ist ein ausreichend großer Abstand zwischen den Schnecken 1, 2 vorhanden, durch welchen Friktion und Scherung zwischen den Schnecken 1, 2 minimiert werden können. Auf diese Weise können die Schnecken 1, 2 mit einer relativ hohen Drehzahl gedreht werden, ohne dass die Prozesstemperatur hiervon beeinflusst wird. Auch bei einer stetigen Erhöhung der Drehzahl während eines Extrusionsvorganges kann die Prozesstemperatur beibehalten werden.
Damit eignet sich die in 1 dargestellte Extrudervorrichtung 10 insbesondere zur Herstellung von Kunststoff-Compositen, die temperaturempfindliche Kunststoffe und Additive beinhalten. Dadurch dass bei der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10 die Prozesstemperatur unter einem Grenzwert gehalten werden kann, auch wenn die Drehzahl der Schnecken 1, 2 erhöht wird, sind die Kunststoffe keiner Degradation in der Extrudervorrichtung 10 ausgesetzt und können somit schonend mit anderen Materialien, wie beispielsweise nachwachsenden Rohstoffen, vermischt werden.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, in welcher die Schnecken 1, 2 eine Verdrehstellung zueinander von 0° aufweisen, kann ein besonders hoher Druckaufbau realisiert werden, ohne dass hierbei zu hohe Prozesstemperaturen auftreten.
2 zeigt schematisch die Extrudervorrichtung 10 aus 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Aus dieser Abbildung ist besonders gut ersichtlich, dass die Verdrehstellung der Schnecken 1, 2 der Extrudervorrichtung 10 0° beträgt und die Schnecken 1, 2 nicht kämmende Schnecken sind.
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10a. Gegenüber der Ausführungsform von 1 weisen die Schnecken 1a, 2a der Extrudervorrichtung 10a aus 3 eine größere Steigung auf. Auch bei der Extrudervorrichtung 10a weisen die Schnecken 1a, 2a eine Verdrehstellung zueinander von 0° auf. Ferner sind auch hier die Schnecken 1a, 2a mit gleichem Schneckenaußendurchmesser A und gleicher Schneckenlänge L ausgebildet.
Eine andere mögliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10b ist in 4 dargestellt. Die ebenfalls nur ausschnittweise und in einer Seitenansicht dargestellte Extrudervorrichtung 10b weist zwei nebeneinander angeordnete Schnecken 1 und 2b auf, bei welchen eine Verdrehstellung der Schnecken 1, 2b zueinander von 180° eingestellt ist. Auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante weisen die Schnecken 1, 2b den gleichen Schneckenaußendurchmesser A über ihre gesamte Schneckenlänge L auf. Zudem sind die Schnecken 1, 2b so weit voneinander beabstandet, dass die Schnecken 1, 2b nicht kämmen. Demzufolge kann die Drehzahl der Schnecken 1, 2b erhöht werden, ohne dass die Prozesstemperatur in der Extrudervorrichtung 10b steigt. Damit kann auch bei der Extrudervorrichtung 10b eine besonders hohe Effizienz bei hoher Qualität des Mischergebnisses erzielt werden. Durch die in 4 dargestellte Verdrehstellung der Schnecken 1, 2b von 180° kann eine maximale Mischwirkung bedingt durch ein besonders hohes Mischvolumen erzielt werden.
5 zeigt schematisch die Extrudervorrichtung 10b aus 4 in einer geschnittenen Seitenansicht. Hier ist ebenfalls gut erkennbar, dass die Schnecken 1, 2b eine Verdrehstellung zueinander von 180° besitzen.
6 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10c, in welcher ebenfalls die Schnecken 1c, 2c eine Verdrehstellung zueinander von 180° besitzen. Gegenüber der Ausführungsform von 4 sind in der Ausführungsform von 6 die Schnecken 1c, 2c jedoch mit größerer Steigung ausgebildet.
Wie oben bereits erwähnt, weisen die Schnecken 1, 1a, 1c; 2, 2a, 2b, 2c der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10, 10a, 10, 10c vorzugsweise die gleiche Verfahrens- bzw. Schneckenlänge L auf. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Schnecken 1, 1a, 1c; 2, 2a, 2b, 2c jedoch auch unterschiedliche Verfahrenslängen besitzen. Jede dieser Varianten besitzt ihre Vor- und Nachteile. Bei Verwendung von Schnecken mit unterschiedlichen Verfahrenslängen kann man den Effekt nutzen, dass man bei der jeweils austragenden Schnecke einen geeigneten Druckaufbau realisieren kann. Andererseits führen unterschiedliche Längen der Schnecken auch zu Problemen. So kann eine Materialübergabe auf einem letzten Stück der Schnecke bei unterschiedlichen Schneckenlängen fließtechnisch problematisch sein. Dieses Problem wird durch gleiche Schneckenlängen gelöst, wodurch darüber hinaus eine effektivere Gesamtprozesslänge erzielt wird.
Ferner können an den in den 1 bis 6 dargestellten Schnecken 1, 1a, 1c; 2, 2a, 2b, 2c, wie in 7 anhand der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10d gezeigt, verfahrensabhängig Knet-, Misch-, Stau- und/oder rückwärtsfördernde Elemente 3a, 3b, 3c vorgesehen sein. Somit können bestimmte Bereiche der Schnecken 1, 1a, 1c; 2, 2a, 2b, 2c mit jeweils anderen Aufgaben ausgebildet werden.
8 zeigt schematisch den Ausschnitt der in 7 dargestellten Extrudervorrichtung 10d in einer Seitenansicht mit Sicht auf die linke Seite von 7, während 9 den Ausschnitt der Extrudervorrichtung 10d aus 7 mit Sicht auf die rechte Seite von 7 zeigt.
10 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10e, wobei in 10 nur eine Schnecke 1e der Extrudervorrichtung 10e dargestellt ist. Charakteristisch an dieser Ausführungsform ist, dass der Schneckenkerndurchmesser der Schnecke 1e bis zum Schneckenende variabel gestaltbar ist, wie es schematisch in 10 durch die Pfeile B und b dargestellt ist. Der Schneckenaußendurchmesser A der Schnecke 1e bleibt jedoch in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über die gesamte Schneckenlänge konstant. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zusätzlich, wie in 14 gezeigt, mit der Verringerung des Schneckenkerndurchmessers B, b auch eine Verringerung der Schneckengangtiefe C, c vorgesehen werden, so dass sich der Schneckenaußendurchmesser A ebenfalls von Schneckenanfang bis Schneckenende verringert.
Die 11 und 12 zeigen die Extrudervorrichtung 10e aus 10 in geschnittener Seitenansicht, 11 mit Sicht auf 10 von links und 12 mit Sicht auf 10 von rechts.
13 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10f mit sich konisch verringerndem Schneckenaußendurchmesser B, b und konstanter Schneckengangtiefe C der Schnecken 1f, 2f in einer Vorder- und in zwei geschnittenen Seitenansichten auf die Schnecken 1f, 2f.
14 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung 10g in einer Vorder- und in zwei geschnittenen Seitenansichten auf die Schnecken 1g, 2g. Die Extrudervorrichtung 10g ist mit sich konisch verringerndem Schneckenaußendurchmesser B, b sowie mit sich stetig (konisch) verringernder Schneckengangtiefe C, c der Schnecken 1g, 2g ausgebildet.
Es versteht sich von selbst, dass neben den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Extrudervarianten auch Unterkombinationen dieser Extrudervorrichtungen zum Einsatz kommen können. Ungeachtet dessen, welche Variante der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung verwendet wird, sind all diese Extrudervorrichtungen Doppelschneckenextrudersysteme, die sich durch eine hohe Energieeffizienz und eine hohe Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Verarbeitungserfordernisse auszeichnen.
Die erfindungsgemäße Extrudervorrichtung als auch das erfindungsgemäße Extrusionsverfahren können in unterschiedlichsten Bereichen, d. h. sowohl in der Kunststoffindustrie als auch in der Lebensmittelindustrie und der Pharmazie, Anwendung finden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3078511 [0005]
US 3742093 [0005]
US 3993292 [0005]
US 4110843 [0005]
US 4148991 [0005]
EP 19890312019 [0005]
EP 94307597 [0005]

Claims

Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) mit zwei nebeneinander angeordneten Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g), dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) durchgehend durch die gesamte Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) nicht kämmende Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) mit zwei separaten Antrieben sind.
Extrudervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken in gleicher Richtung (x) drehende Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) sind.
Extrudervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) zwei stufenlos regelbare Antriebsmotoren sind.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehstellung der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) zueinander zwischen 0° und 180° einstellbar ist.
Extrudervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) Schneckenabschnitte mit unterschiedlichen Verdrehstellungen der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) zueinander aufweist.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) mit Knet-, Misch-, Stau- und/oder rückwärts fördernden Elementen (3, 3a, 3b, 3c) ausgerüstet sind.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) die gleiche Schneckenlänge (L) aufweisen.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) einen gleichen Schneckenaußendurchmesser (A) über die gesamte Schneckenlänge (L) aufweisen.
Extrudervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) einen über ihre Schneckenlänge (L) unterschiedlich gestalteten Schneckenkerndurchmesser (B, b) aufweisen.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) einen sich konisch über die Schneckenlänge (L) verringernden Schneckenaußendurchmesser (A, a) aufweist.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) einen sich konisch über die Schneckenlänge (L) verringernden Schneckenkerndurchmesser (B, b) aufweist.
Extrudervorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) eine sich über die Schneckenlänge (L) ändernde Schneckengangtiefe (C, c) aufweist.
Extrudervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneckengangtiefe (C, c) über die Schneckenlänge (L) der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) konisch verringert.
Extrusionsverfahren unter Verwendung einer Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) mit zwei nebeneinander angeordneten Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g), dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) auf dem gesamten Verfahrensweg durch die Extrusionsvorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) einander nicht kämmen und jede der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) durch einen separaten Antrieb angetrieben wird.
Extrusionsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) in gleicher Richtung (x) drehen.
Extrusionsverfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.
Extrusionsverfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehstellung der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) zueinander so eingestellt wird, dass in wenigstens einem Verfahrensabschnitt ein maximal mit der Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) erzielbarer Druck aufgebaut wird.
Extrusionsverfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehstellung der Schnecken (1, 1a, 1b, 1c, 1e, 1f; 2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g) zueinander so eingestellt wird, dass in wenigstens einem Verfahrensabschnitt eine maximal mit der Extrudervorrichtung (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) erzielbare Mischwirkung erreicht wird.