DE102017003473B4

DE102017003473B4 - Einschnecken-Plastifiziermaschine

Info

Publication number: DE102017003473B4
Application number: DE102017003473.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: DE102017003473A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einschnecken-Plastifiziermaschine zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln. Dabei weist die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone mit einem Hauptsteg und einem Barrieresteg auf. Die Gangsteigung des Haupt- und Barrieresteges soll im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone bis 50% der axialen Länge der Barrierezone 8 bis 1000 Mal stufenweise geändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einschnecken-Plastifiziermaschine und dabei insbesondere die Ausgestaltung der Schnecke einer Einschnecken-Plastifiziermaschine. In der Einschnecken-Plastifiziermaschine soll ein beliebiges Ausgangsmaterial verarbeitet werden können. Bevorzugt soll das Ausgangsmaterial mindestens zum Teil aufschmelzbar sein. Neben dem aufschmelzbaren Anteil können nicht aufschmelzbare Komponenten, z.B. Holz, Kalziumcarbonat, Sand, Glasfasern, Ruß, mineralische Substanzen oder ähnliches enthalten sein. Bevorzugt sollen thermoplastische Polymere und für die Verarbeitung benötigte Additive oder Füllstoffe auf der Einschnecken-Plastifiziermaschine verarbeitet werden. Außerdem können aufschmelzbare Lebensmittel auf der Einschnecken-Plastifiziermaschine verarbeitet werden.
Neben dem Ausgangsmaterial, hier im weiteren Verlauf Feststoff genannt, können der Einschnecken-Plastifiziermaschine auch andere Materialien in flüssigem oder gasförmigem Zustand zugeführt werden, die mindestens teilweise auch in der zu erzeugenden Schmelze vorliegen können.
Einschnecken-Plastifiziermaschinen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt und bewährt. Sie dienen beispielsweise in der Kunststoffverarbeitung der Plastifizierung eines zunächst meistens granulat- oder pulverförmig vorliegenden Feststoffes, zumeist Kunststoffrohmaterials, der Förderung der erzeugten Schmelze und dem Druckaufbau für ein nachfolgendes Werkzeug, zum Beispiel ein Spritzgießwerkzeug oder ein Extrusionswerkzeug. Einen ähnlichen Aufbau findet man bei der Verarbeitung von aufschmelzbaren Lebensmitteln.
Immer häufiger weisen Einschnecken-Plastifiziermaschinen eine sogenannte Barrierezone auf, in der sowohl Feststoff, als auch Schmelze vorliegen. Die Barrierezone ist dadurch gekennzeichnet, dass sich im Schneckengang, der durch einen Hauptsteg gebildet wird, ein zusätzlicher Schneckensteg, der sogenannte Barrieresteg, befindet, der den Schneckengang in zwei Bereiche, den Feststoffkanal und Schmelzekanal unterteilt. Während im Schmelzekanal im Allgemeinen nahezu ausschließlich Schmelze vorliegt, kann im Feststoffkanal bereits neben dem Feststoff auch ein nicht unwesentlicher Anteil an Schmelze vorliegen.
Die Anforderungen an eine Einschnecken-Plastifiziermaschine sind sehr zahlreich. So soll der Feststoff nach dem Verlassen der Einschnecken-Plastifiziermaschine als eine mechanisch und thermisch möglichst homogene Schmelze vorliegen. Des Weiteren soll die Schmelze zumeist eine möglichst niedrige Temperatur aufweisen. Diese Eigenschaften sollen über ein möglichst breites Spektrum von Materialien erreicht werden.
Eine Vielzahl von unterschiedlich ausgestalteten Einschnecken-Plastifiziermaschinen mit Barrierezone findet sich im Stand der Technik.
Die US 3 358 327 A beschreibt eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit Barrierezone, wobei der Barrieresteg einen diagonalen Verlauf von der aktiven zur passiven Flanke des Hauptsteges aufweist. Hierdurch nimmt die Breite des Feststoffkanals kontinuierlich ab, während die Breite des Schmelzekanals kontinuierlich zunimmt. In der Mitte der Barrierezone weist der Feststoffkanal in etwa nur noch die halbe Breite im Vergleich zum Beginn der Barrierezone auf. Durch die kontinuierliche Verkleinerung der Breite des Feststoffkanals entlang der Barrierezone wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff reduziert und zum anderen die Gefahr eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal unnötig erhöht. Gleichzeitig steigt entlang der Barrierezone die Breite des Schmelzekanals und damit der Energieeintrag in die Schmelze. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
Die US 3 698 541 A beschreibt eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit Barrierezone, wobei der Barrieresteg über einen langen Bereich die gleiche Gangsteigung wie der Hauptsteg aufweist. Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals zu Beginn der Barrierezone deutlich. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff reduziert und zum anderen die Gefahr eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal zu Beginn der Barrierezone unnötig erhöht. Gleichzeitig liegt bereits kurz nach dem Beginn der Barrierezone der Schmelzekanal mit einer relativ großen Breite vor, was zu einem höheren Energieeintrag in die Schmelze führt. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
Die DE 21 21 914 A beschreibt eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit Barrierezone, wobei der Hauptsteg zu Beginn der Barriere eine größere Gangsteigung aufweist als in der Einzugszone. Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals zu Beginn der Barrierezone wenn überhaupt nur unwesentlich und bleibt während eines Großteils der Barrierezone nahezu konstant. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff auf einem hohen Niveau gehalten und zum anderen die Gefahr für ein Verblocken des Feststoffbettes im Feststoffkanal zu Beginn der Barrierezone reduziert. Durch den nahezu konstanten Verlauf der Breite des Feststoffkanals finden jedoch keine diskontinuierlichen Umlagerungsprozesse im Feststoffbett statt, wodurch der Leistungsgrad der Aufschmelzung des Feststoffes begrenzt wird.
Gleichzeitig liegt bereits kurz nach dem Beginn der Barrierezone der Schmelzekanal mit einer relativ großen Breite vor, was zu einem höheren Energieeintrag in die Schmelze führt. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
Die US 2011217406 A1 beschreibt ebenfalls eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit Barrierezone, bei der der Hauptsteg zu Beginn der Barriere eine größere Gangsteigung aufweist als in der Einzugszone. Gleichzeitig wird die Gangsteigung des Barrieresteges geändert. Hierdurch soll die Breite des Feststoffbereichs in der Barrierezone auf einem ähnlichen Niveau gehalten werden, wie in der Einzugszone vorliegend. Auch hier soll die Breite des Schmelzekanals über einen Großteil der Länge der Barrierezone konstant gehalten werden und zügig diese Breite erreichen. Es ergeben sich daher die gleichen Nachteile bzw. Grenzen wie in der DE 21 21 914 A , nämlich ein geringer Leistungsgrad der Aufschmelzung im Feststoffkanal und eine mögliche Erhöhung der Schmelzetemperatur.
Die US 5,071,256 A beschreibt ebenfalls eine Einschnecken-Pastifiziermaschine mit Barrierezone, bei der die Steigung des Barrierestegs sprunghaft geändert wird, dass sie abwechselnd höher oder geringer als die Steigung des Hauptsteges ist. Dies ist nur durch eine Erhöhung gefolgt von einer Verringerung der Gangsteigung des Barrieresteges zu erreichen. Die Breite des Schmelzekanals nimmt dazu korrespondierend zunächst zu und dann ab und dann wieder zu usw.. Die Breite des Feststoffkanals verhält sich dazu reziprok. Die Gangsteigung des Hauptsteges bleibt hierbei konstant. Hierbei wirkt sich nachteilig aus, dass bei schwer aufzuschmelzendem Material ein Verblocken des Feststoffkanals aufgrund der zügigen Reduzierung der Breite des Feststoffkanals erfolgen kann, was für eine hohe Qualität der Schmelze vermieden werden sollte und zum Pumpen oder im Extremfall zum Stoppen der Plastifiziermaschine führen kann. Bei leicht aufzuschmelzendem Material liegt dieses früh als Schmelze vor und wird durch den vorgeschlagenen Verlauf des Barrieresteges mehrfach über den Barrieresteg gefördert, wobei die Schmelzetemperatur unnötig weiter erhöht wird.
Die DD110799 A5 beschreibt ebenfalls eine Einschnecken-Pastifiziermaschine mit Barrierezone. Hierbei werden unterschiedliche Verläufe des Barrieresteges vorgeschlagen, die grundsätzlich mit einem Querriegel beginnen und enden. Die Gangsteigung des Hauptsteges bleibt in allen Fällen unverändert. Es kann zwischen zwei Ausgestaltungen unterschieden werden, die für die vorliegende Anmeldung relevant sind: Zum einen Ausgestaltungen bei denen die Breite des Feststoffkanals stufenweise abnimmt und die Breite des Schmelzekanals korrespondierend stufenweise zunimmt. Zum anderen Ausgestaltungen, bei denen die Breite des Feststoffkanals und des Schmelzekanals über eine längere Strecke konstant bleibt und gleich groß ist. In all diesen Ausgestaltungen liegt bereits vor der Mitte der Barrierezone ein Schmelzekanal vor, dessen Breite genauso groß ist wie die Breite des Feststoffkanals. Hierdurch steigt der Energieeintrag in die Schmelze. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen. Bei weiteren Ausführungen wird die Breite des Feststoffkanals bereits zu Beginn auf einen Bruchteil reduziert. Diese Ausführungen sind nicht zu empfehlen, da Sie zu einem Verblocken des Feststoffbettes führen können.
Die DE 1918567A beschreibt eine Einschnecken-Pastifiziermaschine mit einem Knetbereich. Diese Plastifiziermaschine wird für die Verarbeitung von Kautschuk und kautschuk-ähnlichen Kunststoffen vorgeschlagen, für die der Einsatz eines Knetbereichs grundsätzlich vorteilhaft ist. In dem Knetbereich befindet sich zwischen den Hauptstegen ein Steg, in der Schrift Gewindegang genannt, dessen Steigung mehrfach zu- und abnimmt. Auch der Hauptsteg kann so ausgestaltet sein, dass dessen Steigung im Knetbereich zu- und abnimmt. Sowohl beim Hauptsteg, als auch beim Gewindegang ist die Anzahl von Steigungszunahme und -abnahme gleich oder um nur um den Wert eins verschieden. Die Funktion und Aufgabe des Knetbereiches ist eine völlig andere als die Funktion einer Barrierezone. Während im Knetbereich das Material zwischen den vorliegenden Rillen mehrfach über den Gewindegang hin- und hergeschoben und dabei homogenisiert werden soll, soll das Material in der Barrierezone möglichst in einem Kanal in überwiegend unaufgeschmolzener Form vorliegen, nur einmal über den Barrieresteg treten und im anderen Kanal überwiegend schmelzeförmig vorliegen.
Die EP 2204272 A1 beschreibt eine Einschnecken-Pastifiziermaschine mit Barrierezone, bei der die Steigung des Haupt- und Barrierestegs in der Barrierezone geändert wird. Die Steigungsänderung des Barrieresteges ist dabei grundsätzlich größer als die Steigungsänderung des Hauptsteges, was dazu führt, dass die Breite des Feststoffkanals immer abnimmt, während die Breite des Schmelzekanals immer zunimmt. Hierdurch steigt der Energieeintrag in die Schmelze. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, die Änderungen der Steigung der beiden Stege jeweils nach einer Umdrehung des jeweiligen Steges um die Schnecke durchzuführen. Hierdurch ergeben sich für eine Barriereschnecke nach dem Stand der Technik ca. 3-5 Änderungen der Steigung von Haupt- und Barrieresteg in der ersten Hälfte der Barrierezone. Durch diese sehr geringe Zahl von Steigungsänderungen finden größere Breitenänderungen sowohl im Feststoff-, als auch im Schmelzebereich statt, die zu Scherspitzen und damit zur Schädigung des Ausgangsmaterials und zu Ablagerungen führen können.
Im Folgenden wird häufig auf eine axiale Richtung oder eine axiale Länge Bezug genommen. Mit einer axialen Richtung ist hiermit die Richtung entlang der Schneckenachse gemeint. Diese Richtung ist in 1 mit dem Pfeil 10 gekennzeichnet. Die axiale Länge z.B. der Barrierezone ist dabei die Längenausprägung der Barrierezone entlang der Schneckenachse. Die Länge der Barrierezone entlang der Schneckenachse wird im Folgenden als Barrierezonenlänge bezeichnet. Als Stufenbereich wird im Folgenden der Bereich bezeichnet, der bei 5% der Barrierezonenlänge beginnt und bei 50% der Barrierezonenlänge, also entlang der Schneckenachse genau in der Mitte der Barrierezone endet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst diese Aufgabe eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Barrierezone, bei der die Gangsteigung von beiden in der Barrierezone vorliegenden Stegen, also dem Hauptsteg und dem Barrieresteg mehrfach stufenweise im Stufenbereich geändert wird. Dabei soll die Gangsteigung des jeweiligen Steges stufenweise 8 bis 1000 Mal geändert werden, bevorzugt 10 bis 1000 Mal. Dabei kann jede beliebige Verteilung der stufenweisen Änderungen im Stufenbereich vorliegen. Durch die große Anzahl der stufenweisen Änderungen der Gangsteigung im Stufenbereich finden im Feststoffbett diskontinuierliche Umlagerungsprozesse statt, wodurch es zu einer verbesserten Aufschmelzung des Ausgangsmaterials kommt ohne das Scherspitzen entstehen. Die Größe der Änderungen soll dabei so gewählt werden, dass diskontinuierliche Umlagerungen des Feststoffbettes möglich sind, jedoch die Gefahr einer Verblockung des Feststoffbettes gering ist. Abhängig vom verwendeten Typ des Ausgangsmaterial bzw. der Form des Ausgangsmaterials kann eine geringe Anzahl von eher größeren stufenweisen Änderungen sinnvoll sein oder eine größere Anzahl von eher kleinen stufenweisen Änderungen oder eine Mischung von beidem.
Auch vor oder hinter dem Stufenbereich können Änderungen der Gangsteigung, auch stufenweise Änderungen, in der Barrierezone oder außerhalb der Barrierezone vorliegen, die z.B. das Breitenverhältnis von Feststoffkanal und Schmelzekanal beeinflussen, die Breite des Schneckenkanals beeinflussen oder den Einlauf und Auslauf des Barrieresteges festlegen.
Die stufenweisen Änderungen beider Stege innerhalb des Stufenbereiches ermöglicht auf einfache Weise die Anzahl der diskontinuierlichen Umlagerungen zu erhöhen und dabei die Breite des Feststoffkanals möglichst groß bzw. nahezu konstant bis auf die Stufen zu halten und damit dem Feststoffkanal eine große Projektionsfläche zum Zylinder zu ermöglichen, wodurch der Energieeintrag in den Feststoff möglichst groß bleibt. Gleichzeitig kann die Breite des Schmelzekanals möglichst gering gehalten werden, damit der Schmelzekanal eine kleine Projektionsfläche zum Zylinder hat und damit der Energieeintrag in die Schmelze möglichst klein bleibt.
Dabei soll der Quotient aus der Projektionsfläche des Schmelzekanals zum Zylinder (Zähler) und der Projektionsfläche des Feststoffkanals zum Zylinder (Nenner) auf den ersten 50 % der axialen Länge der Barrierezone möglichst kleiner als 0,35 sein, bevorzugt kleiner als 0,25 sein, besonders bevorzugt kleiner als 0,2 sein.
Für eine effiziente und wirtschaftlichere Herstellung der Schnecke kann mindestens ein Teil der stufenweisen Änderungen der Gangsteigung im Stufenbereich des jeweiligen Steges in axialer Richtung der Barrierezone äquidistant angeordnet sein, möglichst sollen mindestens 50%, bevorzugt mindestens 90% besonders bevorzugt mindestens 95% äquidistant angeordnet sein.
Die stufenweisen Änderungen im Stufenbereich an beiden Stegen können für eine wirtschaftlichere Herstellung mindestens teilweise an den gleichen axialen Positionen der Barrierezone vorliegen, möglichst in mindestens 50% der Fälle, bevorzugt in mindestens 90% der Fälle besonders bevorzugt in mindestens 95% der Fälle.
Für eine wirtschaftlichere Herstellung können die im Stufenbereich vorliegenden stufenweisen Änderungen der Gangsteigung eines Steges den gleichen Änderungsbetrag der Gangsteigung aufweisen. Der Änderungsbetrag sollte dann bei möglichst mindestens 30% der Gangsteigungsänderungen eines Steges im Stufenbereich gleich sein, bevorzugt bei mindestens 90%, besonders bevorzugt bei mindestens 95%. Diese Art der Ausgestaltung kann auch bei beiden Stegen angewendet werden, wobei der Änderungsbetrag der Gangsteigungsänderungen des Barrieresteges vom Änderungsbetrag der Gangsteigungsänderungen des Hauptsteges abweichen kann, aber nicht muss.
Für eine andere Ausgestaltung für eine wirtschaftlichere Herstellung können im Stufenbereich die vorliegenden stufenweisen Änderungen der Gangsteigung so in Gruppen zusammengefasst werden, dass jeweils die Gangsteigungsänderungen in einer Gruppe vorliegen, die den gleichen Änderungsbetrag aufweisen. Mindestens eine Gruppe muss dabei mindestens drei Gangsteigungsänderungen aufweisen. Bevorzugt liegen die Gangsteigungsänderungen, die in einer Gruppe zusammengefasst wurden, mindestens größtenteils nebeneinander. Diese Art der Ausgestaltung kann auch bei beiden Stegen angewendet werden, wobei sich die jeweiligen Gruppen auf einen Steg beziehen.
Sofern der Hauptsteg oder der Barrieresteg aufgrund der vorliegenden Auslegung mindestens einmal unterbrochen wird, gelten im Rahmen der vorliegenden Schrift die dabei vorliegenden Teile des jeweiligen Steges zusammen als „ein Steg“. Es liegen also unabhängig von Unterbrechungen im Barrieresteg oder Hauptsteg bei einer eingängigen Schnecke ein Barrieresteg und ein Hauptsteg vor.
Die Erfindung kann sowohl bei Schnecken zum Einsatz kommen, die mindestens in der Barrierezone der Schnecke eingängig sind, also nur einen Feststoffkanal und einen Schmelzekanal aufweisen, als auch bei Schnecken die mindestens in der Barrierezone der Schnecke mehrgängig sind, also mindestens zwei Feststoffkanäle und zwei Schmelzekanäle aufweisen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand diverser Figuren erläutert werden.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Schnecke mit Barrierezone.
2 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit einem diagonalen Barrieresteg.
3 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit einem Barrieresteg, der über einen Großteil der Länge der Barrierezone parallel zum Hauptsteg verläuft.
4 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit einem Barrieresteg. Hierbei wird die Gangsteigung sowohl vom Haupt- als auch vom Barrieresteg geändert, wobei dies nicht über mehrere stufenweisen Änderungen erfolgt.
5 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit Haupt- und Barrieresteg, wobei in diesem Fall nach einer erfindungsgemäßen Ausprägung die Gangsteigungen beider Stege innerhalb des Stufenbereiches der Barrierezone stufenweise mehrfach erhöht werden.
6 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Verlauf der Gangsteigung im Stufenbereich der Barrierezone entlang der Schneckenachse nach einer erfindungsgemäßen Ausprägung.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Schnecke mit Barrierezone. Die gestrichelte Linie 4 trennt dabei exemplarisch die Einzugszone 1 von der Barrierezone 2 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone. Die gestrichelte Linie 5 trennt exemplarisch die Barrierezone 2 von der Meteringzone 3 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone. Der Barrieresteg 6 trennt den Schneckenkanal, der durch den Hauptsteg 9 erzeugt wird in einen Feststoffkanal 8 und den Schmelzekanal 7. Die Ausrichtung der Schneckenachse ist mit dem Pfeil 10 gekennzeichnet.
2 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit einem diagonalen Barrieresteg, ähnlich wie in der US 3 358 327 A beschrieben. Die gestrichelte Linie 104 trennt dabei exemplarisch die Einzugszone 101 von der Barrierezone 102 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone. Die gestrichelte Linie 105 trennt exemplarisch die Barrierezone 102 von der Meteringzone 103 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone. Der Barrieresteg 106 startet zu Beginn der Barrierezone 102 von der aktiven Flanke des Hauptsteges 109 und verläuft diagonal durch den Kanal bis zur passiven Flanke des Hauptsteges 109. Dabei werden im Schneckenkanal der Feststoffkanal 108 und der Schmelzekanal 107 erzeugt. Sowohl die Gangsteigung des Hauptsteges 109, als auch die Gangsteigung des Barrieresteges 106 sind hierbei konstant, wobei der Barrieresteg 106 eine höhere Gangsteigung als der Hauptsteg 109 aufweist. Die Ausrichtung der Schneckenachse ist mit dem Pfeil 110 gekennzeichnet.
Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals kontinuierlich entlang der Barrierezone. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff reduziert und zum anderen die Gefahr eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal unnötig erhöht. Gleichzeitig steigt entlang der Barrierezone die Breite des Schmelzekanals und damit der Energieeintrag in die Schmelze. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
3 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit einem Barrieresteg, der über einen Großteil der Länge der Barrierezone parallel zum Hauptsteg verläuft, ähnlich wie in der US 3 698 541 A beschrieben. Die gestrichelte Linie 204 trennt dabei exemplarisch die Einzugszone 201 von der Barrierezone 202 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone. Die gestrichelte Linie 205 trennt exemplarisch die Barrierezone 202 von der Meteringzone 203 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone. Der Barrieresteg 206 startet zu Beginn der Barrierezone 202 von der aktiven Flanke des Hauptsteges 209 mit einer kurzfristig konstant hohen Gangsteigung. Danach verlaufen der Hauptsteg 209 und der Barrieresteg 206 mit der gleichen Gangsteigung über einen großen Bereich der Barrierezone 202 parallel zueinander. Zum Ende der Barrierezone 202 läuft der Barrieresteg 206 an der passiven Flanke des Hauptsteges 209 aus. Durch den Barrieresteg 206 werden im Schneckenkanal der Feststoffkanal 208 und der Schmelzekanal 207 erzeugt. Die Gangsteigung des Hauptsteges bleibt innerhalb der Barrierezone 202 unverändert auf dem Niveau der Einzugszone 201. Die Ausrichtung der Schneckenachse ist mit dem Pfeil 210 gekennzeichnet.
Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals zu Beginn der Barrierezone 202 deutlich. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff reduziert und zum anderen die Gefahr eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal zu Beginn der Barrierezone 202 unnötig erhöht. Gleichzeitig liegt bereits kurz nach dem Beginn der Barrierezone 202 der Schmelzekanal mit einer relativ großen Breite vor, was zu einem höheren Energieeintrag in die Schmelze führt. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
4 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone, ähnlich wie in der US 2011217406 A1 beschrieben. Die gestrichelte Linie 304 trennt dabei exemplarisch die Einzugszone 301 von der Barrierezone 302 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone. Die gestrichelte Linie 305 trennt exemplarisch die Barrierezone 302 von der Meteringzone 303 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone. Die Gangsteigung des Hauptsteges 309 wird zu Beginn der Barrierezone 302 erhöht. Der Barrieresteg 306 startet zu Beginn der Barrierezone mit einer Gangsteigung die höher ist, als die Gangsteigung des Hauptsteges in der Einzugszone 301. Danach verlaufen der Hauptsteg 309 und der Barrieresteg 306 mit der gleichen Gangsteigung über einen großen Bereich der Barrierezone 302 parallel zueinander. Zum Ende der Barrierezone 302 läuft der Barrieresteg 306 an der passiven Flanke des Hauptsteges 309 aus. Durch den Barrieresteg 306 werden im Schneckenkanal der Feststoffkanal 308 und der Schmelzekanal 307 erzeugt. Die Ausrichtung der Schneckenachse ist mit dem Pfeil 310 gekennzeichnet.
Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals zu Beginn der Barrierezone 302 wenn überhaupt nur unwesentlich und bleibt während eines Großteils der Barrierezone 302 nahezu konstant. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff auf einem hohen Niveau gehalten und zum anderen die Gefahr für ein Verblocken des Feststoffbettes im Feststoffkanal zu Beginn der Barrierezone 302 reduziert. Durch den nahezu konstanten Verlauf der Breite des Feststoffkanals finden jedoch keine diskontinuierlichen Umlagerungsprozesse im Feststoffbett statt, wodurch der Leistungsgrad der Aufschmelzung des Feststoffes begrenzt wird. Gleichzeitig liegt bereits kurz nach dem Beginn der Barrierezone 302 der Schmelzekanal mit einer relativ großen Breite vor, was zu einem höheren Energieeintrag in die Schmelze führt. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
5 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung einer erfindungsgemäßen Ausprägung des Schneckenkanals im Bereich der Barrierezone mit Haupt- und Barrieresteg. Die gestrichelte Linie 404 trennt dabei exemplarisch die Einzugszone 401 von der Barrierezone 402 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone. Die gestrichelte Linie 405 trennt exemplarisch die Barrierezone 402 von der Meteringzone 403 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone 402. Die Gangsteigung des Hauptsteges 409 wird im Stufenbereich 414 der Barrierezone 402 stufenweise mehrfach an diversen Positionen 412 erhöht. Zur einfachen Anschauung sind nur 5 der erfindungsgemäß 8-300 vorliegenden Änderungen eingezeichnet. Die Gangsteigung des Barrierestegs 406 wird im Stufenbereich 414 der Barrierezone 402 stufenweise mehrfach an diversen Positionen 411 erhöht. Zur einfachen Anschauung sind nur 5 der erfindungsgemäß 8-300 vorliegenden Änderungen eingezeichnet. Zum Ende der Barrierezone 402 läuft der Barrieresteg 406 mit drei stufenweisen Gangsteigungsänderungen 415 außerhalb des Stufenbereiches 414 an der passiven Flanke des Hauptsteges 409 aus. Durch den Barrieresteg 406 werden im Schneckenkanal der Feststoffkanal 408 und der Schmelzekanal 407 erzeugt. Die stufenweisen Änderungen der Gangsteigung des Hauptsteges 409 außerhalb des Stufenbereiches 414 an der Position 416 dient dazu, die Breite des kompletten Schneckenganges, bestehend aus Feststoffkanal 408 und Schmelzekanal 407 zu beeinflussen. Die Ausrichtung der Schneckenachse ist mit dem Pfeil 410 gekennzeichnet.
Bei dieser Variante der Barrierezone verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals zu Beginn der Barrierezone 402 wenn überhaupt nur unwesentlich und bleibt während eines Großteils der Barrierezone 402 nahezu konstant. Hierdurch wird zum einen der mögliche Energieeintrag in den Feststoff auf einem hohen Niveau gehalten und zum anderen das Risiko für ein Verblocken des Feststoffbettes im Feststoffkanal zu Beginn der Barrierezone 402 reduziert. Gleichzeitig liegt im vorderen Bereich der Barrierezone 402 der Schmelzekanal mit einer relativ geringen Breite vor, was zu einem niedrigen Energieeintrag in die Schmelze führt. Durch die stufenweise im Stufenbereich 414 vorliegenden Änderungen der Gangsteigung des Hauptsteges 409 an den Positionen 412 und des Barrieresteges 406 an den Positionen 411 finden diskontinuierliche Umlagerungsprozesse im Feststoffbett statt, wodurch es zu einer verbesserten Aufschmelzung des Feststoffes kommt.
6 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Verlauf der Gangsteigung im Stufenbereich 514 der Barrierezone entlang der Schneckenachse nach einer erfindungsgemäßen Ausprägung. Dabei wird abstrakt der Verlauf der Gangsteigung der schematischen, nicht maßstäblichen Abwicklung des Schneckenkanals aus 5 dargestellt. Die gestrichelte Line 504 markiert dabei den Beginn der Barrierezone. Die Linie 516 kennzeichnet dabei den Verlauf der Gangsteigung des Barrieresteges und die Linie 519 den Verlauf der Gangsteigung des Hauptsteges. Beide Gangsteigungen werden im vorliegenden Beispiel innerhalb des Stufenbereiches 514 mehrfach stufenweise erhöht, um diskontinuierliche Umlagerungsprozesse im Feststoffbett zu erzeugen. Zur einfachen Anschauung sind nur 5 der erfindungsgemäß 8-300 vorliegenden Änderungen eingezeichnet.
Die 5 und 6 zeigen schematische, nicht maßstäbliche Abwicklungen des Schneckenkanals, um so die wesentlichen Merkmale der Erfindung herauszustellen. Das maßstäbliche Verhältnis der Länge des Kanals zur Breite ist deutlich größer. Entlang des deutlich längeren Kanals (bezogen auf die Breite), können erfindungsgemäß deutlich mehr stufenweise Änderungen der Gangsteigung vorliegen, als hier in den Figuren darstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Einzugszone
2: Barrierezone
3: Meteringzone
4: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
5: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
6: Barrieresteg
7: Schmelzekanal
8: Feststoffkanal
9: Hauptsteg
10: Richtung der Schneckenachse
101: Einzugszone
102: Barrierezone
103: Meteringzone
104: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
105: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
106: Barrieresteg
107: Schmelzekanal
108: Feststoffkanal
109: Hauptsteg
110: Richtung der Schneckenachse
201: Einzugszone
202: Barrierezone
203: Meteringzone
204: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
205: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
206: Barrieresteg
207: Schmelzekanal
208: Feststoffkanal
209: Hauptsteg
210: Richtung der Schneckenachse
301: Einzugszone
302: Barrierezone
303: Meteringzone
304: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
305: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
306: Barrieresteg
307: Schmelzekanal
308: Feststoffkanal
309: Hauptsteg
310: Richtung der Schneckenachse
401: Einzugszone
402: Barrierezone
403: Meteringzone
404: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
405: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
406: Barrieresteg
407: Schmelzekanal
408: Feststoffkanal
409: Hauptsteg
410: Richtung der Schneckenachse
411: Positionen von Gangsteigungsänderungen am Barrieresteg innerhalb des Stufenbereiches
412: Positionen von Gangsteigungsänderungen am Hauptsteg innerhalb des Stufenbereiches
414: Stufenbereich in der Barrierezone
415: Positionen von Gangsteigungsänderungen am Barrieresteg außerhalb des Stufenbereiches
416: Position einer Gangsteigungsänderung am Hauptsteg außerhalb des Stufenbereiches
504: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
514: Stufenbereich in der Barrierezone
516: Verlauf der Gangsteigung des Barrieresteges
519: Verlauf der Gangsteigung des Hauptsteges

Claims

Einschnecken-Plastifiziermaschine, zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei eine Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone (402) aufweist, wobei die Barrierezone (402) einen Hauptsteg (409) und einen Barrieresteg (406) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangsteigung beider in der Barrierezone (402) vorliegenden Stege (409, 406) im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone bis 50% der axialen Länge der Barrierezone stufenweise 8 bis 1000 Mal geändert wird, bevorzugt 10 bis 1000 Mal und die Änderungen der Gangsteigung des Hauptsteges und des Barrieresteges in mindestens 90% der Fälle zu einer Erhöhung der Gangsteigung führen, bevorzugt in mindestens 95% der Fälle.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von stufenweisen Änderungen der Gangsteigung am Hauptsteg (409) und Barrieresteg (406) gleich ist.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von stufenweisen Änderungen der Gangsteigung am Hauptsteg (409) und Barrieresteg (406) unterschiedlich ist.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierezone (402) einen Schmelzekanal (407) und einen Feststoffkanal (408) aufweist, wobei der Quotient aus der Projektionsfläche des Schmelzekanals (407) zum Zylinder und der Projektionsfläche des Feststoffkanals (408) zum Zylinder auf den ersten 50% der axialen Länge der Barrierezone kleiner ist als 0,35, bevorzugt kleiner ist als 0,25, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,2.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das mindestens 50% der stufenweisen Änderungen der Gangsteigung des jeweiligen Steges (409, 406) entlang der Schneckenachse äquidistant angeordnet sind, bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der stufenweisen Änderungen vom Barrieresteg (406) bezogen auf die jeweilige axiale Position entlang der Schneckenachse an der gleichen Position vorliegen, wie die jeweilige stufenweise Änderung vom Hauptsteg (409), bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 30% der stufenweisen Änderungen der Gangsteigung jeweils eines Steges (409, 406) den gleichen Änderungsbetrag aufweisen, bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorliegenden stufenweisen Änderungen der Gangsteigung jeweils eines Steges (409, 406) so in Gruppen zusammengefasst werden, dass die Gangsteigungsänderungen in einer Gruppe vorliegen, die den gleichen Änderungsbetrag aufweisen und mindestens eine Gruppe mindestens drei Gangsteigungsänderungen aufweist.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke mindestens in der Barrierezone (402) mehrgängig ist und mindestens zwei Feststoffkanäle (408) und zwei Schmelzekanäle (407) aufweist.