DE102018002249B4

DE102018002249B4 - Einschnecken-Plastifiziermaschine

Info

Publication number: DE102018002249B4
Application number: DE102018002249.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: DE102018002249A1

Abstract

Einschnecken-Plastifiziermaschine, zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone (102) aufweist, wobei die Barrierezone (102) mindestens einen Hauptsteg (109) und mindestens einen Barrieresteg (106) aufweist und die Barrierezone (102) mindestens einen Feststoffkanal (108) und einen Schmelzekanal (107) aufweist dadurch gekennzeichnet, dassder Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals (A) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals (A) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) und des Schmelzekanals (A) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,25und der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals (A) der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals (A) der Barrierezone (102) und des gesamten Schmelzekanals (A) der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,4, bevorzugt kleiner ist als 0,35, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,3und der Kanalquerschnitt des Feststoffkanals (108) nach 50% der axialen Länge der Barrierezone (102) einen Wert zwischen 36% bis 64% des Kanalquerschnitts des Schneckenkanals aufweist, der an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone (102) vorliegt, - bevorzugt zwischen 40% bis 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55%, wobei die Verkleinerung des Kanalquerschnitts größtenteils auf einer Verkleinerung der Kanaltiefe des Feststoffkanals basiert.

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, Fasern, z.B. Glasfasern und Kohlenstofffasern sowie 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 im Allgemeinen aus Feststoffen bestehendem Ausgangsmaterial 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 Ausgangsmaterials, zumeist Kunststoffrohmaterials, sowie 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 üblicherweise 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 das Ausgangsmaterial 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 Ausgangsmaterialien erreicht werden.
Im Folgenden wird auf eine axiale Richtung oder eine axiale Länge Bezug genommen. Mit einer axialen Richtung ist die Richtung entlang der Schneckenachse gemeint. Diese ist in 1 mit dem Pfeil 110 gekennzeichnet. Die axiale Länge z.B. der Barrierezone ist dabei die Längenausprägung der Barrierezone entlang dieser Schneckenachse.
Der sogenannte Schneckendurchmesser entspricht bis auf ein kleines sogenanntes Schneckenspiel dem Durchmesser der Zylinderbohrung.
Als Kanaloberfläche wird die Oberfläche eines Schneckenkanals, Feststoffkanals oder Schmelzekanals zum Zylinder bezeichnet, als mit anderen Worten die Projektionsfläche des jeweiligen Kanals zum Zylinder. Diese Flächen werden üblicherweise auch bei sogenannten abgewickelten Kanälen dargestellt, da die Abwicklung im Allgemeinen über den Durchmesser der Zylinderbohrung einer Einschneckenplastifiziermaschine durchgeführt wird.
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 A1 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. 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 eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Kompressionszone, die sowohl einen Haupt-, als auch einen Barrieresteg aufweist. Der Hauptsteg soll zu Beginn einer Barrierezone eine größere Gangsteigung aufweisen als in der Einzugszone. Gleichzeitig wird die Gangsteigung des Barrieresteges geändert. Hierdurch soll die Breite des Feststoffkanals in der Barrierezone auf einem ähnlichen Niveau gehalten werden, wie in der Einzugszone vorliegend. Die Breite des Schmelzekanals soll schnell einen größeren Wert erreichen und dann über einen Großteil der Länge eher konstant bleiben. Es ergeben sich daher ähnliche Nachteile bzw. Grenzen wie in der DE 21 21 914 A .
Die EP 2204272 A1 beschreibt eine Einschnecken-Plastifiziermaschine 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 weiter abnimmt, während die Breite des Schmelzekanals immer weiter zunimmt. Hierdurch steigt der Energieeintrag in die Schmelze verhältnismäßig stark an. Dieser unnötige Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
Die DE 10 2017 003 473 A1 beschreibt eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Schnecke, die eine Barrierezone aufweist, bei der die Gangsteigung des Haupt- und Barrieresteges im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone bis 50% der axialen Länge der Barrierezone mehrmals stufenweise geändert wird und in einer besonderen Ausprägung 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 kleiner ist als 0,35, bevorzugt kleiner ist als 0,25, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,2. Diese Auslegung führt dazu, dass der Energieeintrag in der ersten Hälfte der Barrierezone in das Material, das sich im Schmelzekanal befindet, auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Es werden keine Vorschläge gemacht, wie der Energieeintrag in der zweiten Hälfte der Barrierezone in das Material, das sich im Schmelzekanal befindet, auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Des Weiteren werden keine näheren Erläuterungen zum Verlauf der Kanaltiefen genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
Mehrere Versuche an Prototypen haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, dass besondere Kombinationen aus Kanaloberflächenverhältnissen, Kanalquerschnitten und verfahrenstechnischen Parametern zu einem effizienteren und störungsärmeren Aufschmelzen des Ausgangsmaterials führen und damit die Prozesssteuerung vereinfachen und/oder die Qualität der erzeugten Schmelze verbessern.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecken-Plastifiziermaschine zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone aufweist, wobei die Barrierezone mindestens einen Hauptsteg und mindestens einen Barrieresteg aufweist, wobei der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals der ersten Hälfte der Barrierezone und des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone kleiner sein soll als 0,25.
Durch die erfinderische Ausgestaltung liegt in der ersten Hälfte der Barrierezone ein hoher Energieeintrag in den Feststoffkanal vor, während in den Schmelzekanal nur ein geringer Energieeintrag die Schmelzetemperatur nicht wesentlich erhöht.
Der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals der Barrierezone und des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone soll nach dem ersten Aspekt kleiner sein als 0,4, bevorzugt kleiner sein als 0,35, besonders bevorzugt kleiner sein als 0,3.
Hierdurch liegt zum einen über der gesamten Barrierezone ein hoher Energieeintrag in den Feststoffkanal vor, während in den Schmelzekanal nur ein geringer Energieeintrag die Schmelzetemperatur nicht wesentlich erhöht und zum anderen kann der Schmelzekanal geeignet in den Schneckenkanal der Meteringzone überführt werden.
Des Weiteren soll nach dem ersten Aspekt der Kanalquerschnitt des Feststoffkanals nach 50% der axialen Länge der Barrierezone einen Wert zwischen 36% bis 64% des Kanalquerschnitts des Schneckenkanals aufweisen, der an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone vorliegt, bevorzugt zwischen 40% bis 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55%, wobei die Verkleinerung des Kanalquerschnitts größtenteils auf einer Verkleinerung der Kanaltiefe des Feststoffkanals basiert. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Entladung des Ausgangsmaterials vom Feststoffkanal in den Schmelzekanal über die axiale Länge der Barrierezone relativ gleichmäßig erfolgt und demzufolge die eventuell im Feststoffkanal vorliegende Schmelze kontinuierlich und frühzeitig in den Schmelzekanal überführt wird, ohne im Feststoffkanal zu lange einem höheren Energieeintrag ausgesetzt zu sein.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecken-Plastifiziermaschine zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone aufweist, wobei die Barrierezone mindestens einen Hauptsteg und mindestens einen Barrieresteg aufweist, wobei der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals der ersten Hälfte der Barrierezone und Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone kleiner sein soll als 0,25.
Der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals der Barrierezone und des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone soll nach dem zweiten Aspekt kleiner sein als 0,4, bevorzugt kleiner sein als 0,35, besonders bevorzugt kleiner sein als 0,3.
Des Weiteren soll nach dem zweiten Aspekt der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals der Barrierezone und des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone größer sein als 0,25. Hierdurch wird die ausreichende Förderung des Materials im Schmelzekanal sichergestellt ohne den Energieeintrag zu groß werden zu lassen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspektes mit dem Gegenstand des ersten Aspektes der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecken-Plastifiziermaschine zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone aufweist, wobei die Barrierezone mindestens einen Hauptsteg und mindestens einen Barrieresteg aufweist, wobei der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals der ersten Hälfte der Barrierezone und des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone kleiner sein soll als 0,25.
Der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals der Barrierezone und des gesamten Schmelzekanals der Barrierezone soll nach dem dritten Aspekt kleiner sein als 0,4, bevorzugt kleiner sein als 0,35, besonders bevorzugt kleiner sein als 0,3.
Nach dem dritten Aspekt soll die Summe der Kanalquerschnitte von Feststoffkanal und Schmelzekanal während mindestens 70%, bevorzugt während mindestens 90% der axialen Länge der Barrierezone größer sein als 70% und kleiner sein als 130% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone, bevorzugt größer sein als 80% und kleiner sein als 120% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone, besonders größer sein als 90% und kleiner sein als 110% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone.
Auch diese Ausgestaltung soll bevorzugt zu einem geringen Druckverlust bzw. nach Möglichkeit zu einem Druckanstieg führen und damit zu einer höheren Förderrate beitragen, wodurch die Schneckendrehzahl in Bezug zum Durchsatz der Einschnecken-Plastifiziermaschine auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann und der Energieeintrag in den Schmelzebereich weiter reduziert werden kann. Diese Ausgestaltung wird ermöglicht, weil ein hoher Energieeintrag in den Feststoffkanal auch bei geringeren Schneckendrehzahlen aufgrund der erfindungsgemäßen Flächenverhältnisse in der Barrierezone gewährleistet wird.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Die folgenden Ausgestaltungen können einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ mit einem oder mehreren der vorherstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombiniert werden.
Die Tiefe des Schmelzekanals am Beginn der Barrierezone soll kleiner sein als die Tiefe des Schneckenkanals am Beginn der Meteringzone, bevorzugt kleiner als 75% der Tiefe des Schneckenkanals am Beginn der Meteringzone, besonders bevorzugt kleiner als 50%.
Der Zylinder soll auf der Innenseite bevorzugt mindestens eine Axial Nut oder mindestens eine Wendelnut aufweisen, bevorzugt mindestens einen Nutbuchsenbereich aufweisen, besonders bevorzugt mindestens einen Nutbuchsenbereich aufweisen, der axial in der Nähe der Einfüllöffnung der Einschnecken-Plastifiziermaschine liegt. Diese Ausgestaltung soll bevorzugt zu einer höheren Förderrate beitragen, wodurch die Schneckendrehzahl in Bezug zum Durchsatz der Einschnecken-Plastifiziermaschine auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann und der Energieeintrag in den Schmelzebereich weiter reduziert werden kann. Diese Ausgestaltung wird ermöglicht, weil ein hoher Energieeintrag in den Feststoffkanal auch bei geringeren Drehzahlen aufgrund der erfindungsgemäßen Flächenverhältnisse in der Barrierezone vorliegt und damit die Möglichkeit eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal reduziert wird.
Die axiale Länge der Barrierezone soll bevorzugt maximal dem 16-fachen des Schneckendurchmessers entsprechen, bevorzugt maximal dem 14-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 12-fachen. Auch diese Ausgestaltung ist aufgrund der erfindungsgemäßen Flächenverhältnisse in der Barrierezone durch den verbesserten Energieeintrag in den Feststoffbereich möglich.
Diese Flächenverhältnisse von Feststoff- und Schmelzekanal sollen bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Gangsteigung des Hauptsteges im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone bis 50% der axialen Länge der Barrierezone mehrfach geändert wird, bevorzugt mehrfach stufenweise geändert wird und/oder die Gangsteigung des Barrieresteges im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone bis 50% der axialen Länge der Barrierezone mehrfach geändert wird, bevorzugt mehrfach stufenweise geändert wird. Dabei sollten die Änderungen der Gangsteigung des Hauptsteges und des Barrieresteges bevorzugt in mindestens 90% der Fälle zu einer Erhöhung der Gangsteigung führen, besonders bevorzugt in mindestens 95% der Fälle.
Der Quotient aus Schmelzekanalbreite über Schmelzekanaltiefe soll während der ersten 30% der axialen Länge der Barrierezone in mindestens 70% dieser 30% der axialen Länge, bevorzugt in mindestens 90% dieser 30% der axialen Länge kleiner sein als 4, bevorzugt kleiner sein als 3,5, besonders bevorzugt kleiner sein als 3. Durch die relativ geringe Breite und relativ große Tiefe des Schmelzekanals wird der Energieeintrag in den Schmelzekanal weiter reduziert und demzufolge der Energieeintrag in den Feststoffkanal weiter erhöht.
Die Tiefe des Feststoffkanals sollte bevorzugt kontinuierlich und besonders bevorzugt nahezu linear abnehmen.
Die bevorzugte kürzere Länge der Barrierezone soll bevorzugt auch zu einer kürzeren Gesamtlänge der Schnecke führen. Die wirksame Länge der Schnecke, von der Vorderkante der Einfüllöffnung bis zur Schneckenspitze soll dann maximal dem 36-fachen des Schneckendurchmessers entsprechen, bevorzugt maximal dem 34-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 32-fachen.
Geringere Schneckendrehzahlen der Schnecke bei hohen Durchsätzen führen zu geringeren Energieeinträgen sowohl im Schmelzekanal, als auch im Feststoffkanal.
Das kann z.B. durch Nuten im Zylinder erreicht werden. Da der Energieeintrag in den Feststoffkanal aufgrund der erfindungsgemäßen Verhältnisse der Kanaloberflächen bei allen vorab genannten Aspekten hoch ist, können bevorzugt Maßnahmen umgesetzt werden, die zu einer Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeit im Betriebsbereich und damit zu einer Verringerung des Energieeintrags führen, da die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Feststoffkanals die Möglichkeit eines Verblockens des Feststoffbettes reduziert. Neben dem Einsatz von Nuten gibt es noch weitere Methoden, die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit zu reduzieren, wie z.B. größere Gangtiefen im Einzugs-, Barriere und Meteringbereich der Schnecke oder der Einsatz einer Schmelzepumpe nach dem Extruder.
Aus diesem Grund ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Einschnecken-Plastifiziermaschine, dass die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke im Betriebsbereich kleiner ist als 100 Meter pro Minute, bevorzugt kleiner ist als 90 Meter pro Minute, besonders bevorzugt kleiner ist als 80 Meter pro Minute.
In einer besonderen Ausgestaltung sollen die maximal einstellbaren Drehzahlen der Einschnecken-Plastifiziermaschine zu Umfangsgeschwindigkeiten führen, die kleiner sind als 150 Meter pro Minute, bevorzugt kleiner sind als 125 Meter pro Minute, besonders bevorzugt kleiner sind als 100 Meter pro Minute.
Bevorzugt soll die Tiefe des Schmelzekanals am Ende der Barrierezone größer sein als 50% der Tiefe des Feststoffkanals am Anfang der Barrierezone, bevorzugt größer als 75%, besonders bevorzugt größer als 100%. Hierdurch ergeben sich größere Förderraten und damit niedrigere Drehzahlen und niedrigere Energieeinträge.
Der Quotient aus Schmelzekanalbreite über Schmelzekanaltiefe soll während mindestens 70%, besonders bevorzugt während mindestens 90% der axialen Länge der Barrierezone größer sein als 2. Auch hierdurch wird die Förderrate erhöht.
In vielen Fällen werden im Stand der Technik am Anfang der Barrierezone offene Zugänge in den Schmelzekanal eingesetzt, um Ablagerungen am Beginn des Schmelzekanals zu verhindern. Eine Ursache der Ablagerungen ist häufig, dass der Schmelzekanal bereits am Anfang eine zu große Breite und/oder einen zu großen Querschnitt aufweist. Um Ablagerungen zu vermeiden liegt am Anfang der Barrierezone ein Bereich vor, in dem das Ausgangsmaterial nicht über den Barrieresteg treten muss, um in den Schmelzekanal zu gelangen. Hierbei wirkt sich jedoch nachteilig aus, dass in diesem Anteil Agglomerate vorliegen können.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine zu große Breite des Schmelzekanals am Anfang der Barrierezone vermieden. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Barrierezone ist daher die Verwendung eines sogenannten geschlossenen Barriereanfangs. Hierbei startet der Barrieresteg direkt an der aktiven Flanke des Hauptsteges und das Ausgangsmaterial muss auch am Anfang der Barrierezone über den Barrieresteg in den Schmelzekanal strömen.
Es gibt im Stand der Technik auch am Ende der Barrierezone offene Abgänge vom Feststoffkanal in den Schmelzekanal der Barrierezone oder den Schneckenkanal der Meteringzone, um Ablagerungen am Ende des Feststoffkanals zu vermeiden. Hier ist eine mögliche Ursache eine zu große Breite und/oder ein zu großer Querschnitt des Feststoffkanals am Ende der Barrierezone. Um Ablagerungen zu vermeiden liegt am Ende der Barrierezone ein Bereich vor, in dem das Ausgangsmaterial nicht über den Barrieresteg in den Schmelzekanal der Barrierezone oder den Schneckenkanal der Meteringzone gelangt. Auch hierbei wirkt sich nachteilig aus, dass in diesem Anteil Agglomerate vorliegen können.
Eine zu große Breite des Feststoffkanals am Ende der Barrierezone sollte deshalb vermieden werden. Zu diesem Zweck soll in einer bevorzugten Ausgestaltung die Gangsteigung des Hauptstegs an der axialen Position ein Viertel des Schneckendurchmessers vor Ende der Barrierezone maximal dem 1,3-fachen der Gangsteigung des Hauptsteges an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor dem Beginn der Barrierezone entsprechen, bevorzugt maximal dem 1,2-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 1,1-fachen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Barrierezone ist die Verwendung eines sogenannten geschlossenen Barriereendes. Hierbei endet der Barrieresteg direkt an der passiven Flanke des Hauptsteges und das Ausgangsmaterial muss auch am Ende der Barrierezone über den Barrieresteg In den Schmelzekanal oder den Schneckenkanal strömen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand diverser Figuren erläutert werden.
Für die Erfindung ist die Definition der Kanalbreiten und Querschnitte, sowie die Definition der Kanaloberflächen der einzelnen Kanäle von großer Bedeutung. Daher wird in diversen Figuren und dem beschreibenden Text die Definition dieser Werte erläutert, wie sie in dieser Schrift zur Anwendung kommt.

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 schematisch und nicht maßstäblich eine Abwicklung des Schneckenkanals im Anfangsbereich der Barrierezone zur Beschreibung der Kanalbreitendefinition.
4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Abwicklung des Schneckenkanals im Anfangsbereich der Barrierezone mit einer so genannten offenen Barriere.
5 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des erfindungsgemäßen Schneckenkanals nach Aspekt 1.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Einschnecken-Plastifiziermaschine mit einer Schnecke mit Barrierezone. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 110 gekennzeichnet. Der Pfeil 111 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach oben. Die gestrichelte Linie 104 trennt dabei die Einzugszone 101 von der Barrierezone 102 und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone in axialer Richtung bzw. das Ende der Einzugszone in axialer Richtung. Die gestrichelte Linie 105 trennt die Barrierezone 102 von der Meteringzone 103 und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone in axialer Richtung bzw. den Anfang der Meteringzone in axialer Richtung. Der Barrieresteg 106 trennt den Schneckenkanal, der durch den Hauptsteg 109 erzeugt wird, in einen Feststoffkanal 108 und den Schmelzekanal 107.
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 Darstellung des Schneckenkanals in einer Abwicklung ist üblich, um den Steigungs- und Breitenverlauf des Schneckenkanals abzubilden. Zur Darstellung der Abwicklung wird üblicherweise und auch in dieser Schrift als Abwicklungsradius der halbe Durchmesser der Zylinderbohrung verwendet. So ist in einer maßstäblichen Zeichnung die Länge einer 360° Abwicklung senkrecht zur axialen Richtung der Zylinderdurchmesser multipliziert mit π. Aus diesem Grund wird in dieser Schrift häufig von Kanaloberflächen zum Zylinder gesprochen. Damit ist nichts anderes gemeint, als die Oberfläche der Abwicklung mit dem Abwicklungsradius gleich dem halben Durchmesser der Zylinderbohrung.
Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 210 gekennzeichnet. Der Pfeil 211 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die gestrichelte Linie 204 trennt dabei die Einzugszone von der Barrierezone und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone bzw. das Ende der Einzugszone in axialer Richtung. Bei einem sogenannten geschlossenen Barriereanfang, bei dem der Schmelzekanal 207 durch den Barrieresteg 206 von Beginn an vom Feststoffkanal 208 getrennt wird, beginnt die Barrierezone in axialer Richtung, sobald ein Schmelzekanal 207 vorliegt.
Die gestrichelte Linie 205 trennt die Barrierezone von der Meteringzone und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone bzw. den Anfang der Meteringzone in axialer Richtung. Bei einem sogenannten geschlossenen Barriereende, bei dem der Schmelzekanal 207 durch den Barrieresteg 206 am Ende vom Feststoffkanal 208 getrennt wird, endet die Barrierezone in axialer Richtung, sobald kein Feststoffkanal 208 mehr vorliegt.
Die Barrierezone erstreckt sich also in axialer Richtung von der gestrichelten Linie 204 bis zur gestrichelten Linie 205. Der Barrieresteg 206 startet zu Beginn der Barrierezone von der aktiven Flanke 212 des Hauptsteges 209 und verläuft diagonal durch den Schneckenkanal bis zur passiven Flanke 213 des Hauptsteges 209. Dabei werden im Schneckenkanal der Feststoffkanal 208 und der Schmelzekanal 207 erzeugt. Sowohl die Gangsteigung des Hauptsteges 209, als auch die Gangsteigung des Barrieresteges 206 sind in diesem Beispiel im Bereich der Barrierezone konstant, wobei der Barrieresteg 206 eine höhere Gangsteigung als der Hauptsteg 209 aufweist. Die gestrichelte Linie 214 kennzeichnet die Mitte der Barrierezone in axialer Richtung unterteilt die Barrierezone in ihre erste und zweite Hälfte. Die Kanaloberfläche des Feststoffkanals in der ersten Hälfte der Barrierezone wird in diesem Beispiel definiert durch die gestrichelten Linien 204 und 214, der passiven Flanke 213 des Hauptsteges und der Flanke des Barrieresteges 206, die zum Feststoffkanal 208 gerichtet ist. Die Kanaloberfläche des Schmelzekanals der ersten Hälfte der Barrierezone wird in diesem Beispiel definiert durch die gestrichelten Linien 204 und 214, der aktiven Flanke 212 des Hauptsteges und der Flanke des Barrieresteges 206, die zum Schmelzekanal 207 gerichtet ist.
3 zeigt schematisch und nicht maßstäbliche eine Abwicklung des Schneckenkanals im Anfangsbereich der Barrierezone zur Beschreibung der Kanalbreitendefinition. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 310 gekennzeichnet. Der Pfeil 311 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die gestrichelte Linie 304 trennt dabei die Einzugszone von der Barrierezone und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone in axialer Richtung. Der Barrieresteg 306 unterteilt den Schneckenkanal in einen Schmelzekanal 307 und einen Feststoffkanal 308.
Der Barrieresteg 306 startet zu Beginn der Barrierezone von der aktiven Flanke 312 des Hauptsteges 309. Die gestrichelte Linie 315 kennzeichnet beispielhaft eine axiale Position im Bereich der Barrierezone, die im folgenden Position 315 genannt wird. Die Kanalbreite sowohl vom Schneckenkanal, als auch vom Feststoffkanal und Schmelzekanal wird üblicher Weise senkrecht zum Hauptsteg 309 angegeben. Da sich eine solche Kanalbreite über einen axialen Bereich erstreckt, in dem die Steigung variieren kann, bedarf es einer eindeutigen Definition, welche Kanalsteigung genau berücksichtigt wird. Für die Ermittlung der Schnecken-, Feststoff- und Schmelzekanalbreite gilt: $K a n a l b r e i t e = L \times s i n (a r c t a n (\frac{P}{π}))$
Zur Ermittlung der Feststoffkanalbreite, z.B. an Position 315, ist L dabei die Strecke senkrecht zur axialen Richtung von Punkt 323 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der Flanke des Barrieresteges 306, die zum Feststoffkanal gerichtet ist) bis Punkt 324 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der passiven Flanke 313 des Hauptsteges 309). P ist die Gangsteigung des Hauptsteges an den Punkten 324 und 321. Die Gangsteigung P wird als ein Vielfaches des Zylinderbohrungsdurchmessers angegeben. So ist P=1 bei einer Gangsteigung von 70 mm bei einem 70 mm Zylinderbohrungsdurchmesser. Üblicherweise ist die Gangsteigung des Hauptsteges 309 an der aktiven und passiven Flanke, also an den Punkten 324 und 321 gleich, da beide Punkte an der gleichen axialen Position liegen. In sehr seltenen Fällen (z.B. bei Breitenänderungen des Hauptsteges) kann es dazu kommen, dass die Steigungen jedoch unterschiedlich sind. In diesem Fall ist P das arithmetische Mittel der Gangsteigungen an der passiven und aktiven Flanke, also an den Punkten 324 und 321.
Zur Ermittlung der Schmelzekanalbreite, z.B. an Position 315, ist L die Strecke senkrecht zur axialen Richtung von Punkt 321 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der aktiven Flanke 312 des Hauptsteges 309) bis Punkt 322 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der Flanke des Barrieresteges 306, die zum Schmelzekanal gerichtet ist). Für die Gangsteigung P gilt das Gleiche wie beim Feststoffkanal.
Zur Ermittlung der Schneckenkanalbreite, z.B. an Position 315, ist L die Strecke senkrecht zur axialen Richtung von Punkt 321 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der aktiven Flanke 312 des Hauptsteges 309) bis Punkt 324 (dem Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der passiven Flanke 313 des Hauptsteges 309). Für die Gangsteigung P gilt das Gleiche wie beim Feststoffkanal.
Der Kanalquerschnitt von Feststoff-, Schmelze- und Schneckenkanal an einer axialen Position ergibt sich aus der jeweiligen oben definierten Breite und der an dieser axialen Position vorliegenden Kanaltiefe, also dem Abstand vom Schneckengrund zur Zylinderwand im jeweiligen Kanal. Liegen in einem der jeweiligen Kanäle auf einer axialen Position unterschiedliche Kanaltiefen vor, wird zur Ermittlung des jeweiligen Kanalquerschnitts das arithmetische Mittel der vorliegenden Kanaltiefen verwendet.
In 2 verkleinert sich die Breite des Feststoffkanals kontinuierlich entlang der Schneckenachse. Hierdurch wird der Energieeintrag in den Feststoffkanal und damit in das unaufgeschmolzene Ausgangsmaterial reduziert und damit die Gefahr eines Verblockens des Feststoffbettes im Feststoffkanal erhöht. Gleichzeitig steigt entlang der Schneckenachse die Schmelzekanalbreite und damit der Energieeintrag in die Schmelze kontinuierlich an. Dieser Energieeintrag kann zu einer Erhöhung der Schmelzetemperatur führen.
4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Abwicklung des Schneckenkanals im Anfangsbereich der Barrierezone mit einer so genannten offenen Barriere. In vielen Fällen gibt es bei offenen Barrieren am Anfang keine direkte Verbindung von Barrieresteg 406 und Hauptsteg 409.
Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 410 gekennzeichnet. Der Pfeil 411 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die gestrichelte Linie 404 trennt die Einzugszone von der Barrierezone und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone in axialer Richtung. Bei einer offenen Barriere am Anfang beginnt die Barrierezone, sobald der Barrieresteg 406 vorhanden ist und dieser den Schneckenkanal in einen Schmelzekanal 407 und einen Feststoffkanal 408 unterteilt.
Sofern eine offene Barriere am Ende der Barrierezone vorliegt, endet die Barrierezone in axialer Richtung auf gleiche Weise, nämlich sobald der Barrieresteg endet.
5 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Abwicklung des erfindungsgemäßen Schneckenkanals nach Aspekt1. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 510 gekennzeichnet. Der Pfeil 511 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die gestrichelte Linie 504 trennt dabei die Einzugszone von der Barrierezone und kennzeichnet damit den Beginn der Barrierezone bzw. das Ende der Einzugszone in axialer Richtung. Die gestrichelte Linie 505 trennt die Barrierezone von der Meteringzone und kennzeichnet damit das Ende der Barrierezone bzw. den Anfang der Meteringzone in axialer Richtung.
Der Barrieresteg 506 startet zu Beginn der Barrierezone von der aktiven Flanke 512 des Hauptsteges 509 und endet an der passiven Flanke 513 des Hauptsteges 509. Die gestrichelte Linie 514 kennzeichnet die Mitte der Barrierezone in axialer Richtung und unterteilt die Barrierezone in ihre erste und zweite Hälfte. Dies wird im Folgenden Position 514 genannt. Die Kanaloberfläche A_F1 des Feststoffkanals auf der ersten Hälfte der Barrierezone wird in diesem Beispiel definiert durch die gestrichelten Linien 504 und 514, der passiven Flanke 513 des Hauptsteges und der Flanke des Barrieresteges 506, die zum Feststoffkanal gerichtet ist. Die Kanaloberfläche A_S1 des Schmelzekanals auf der ersten Hälfte der Barrierezone wird in diesem Beispiel definiert durch die gestrichelten Linien 504 und 514, der aktiven Flanke 512 des Hauptsteges und der Flanke des Barrieresteges 506, die zum Schmelzekanal gerichtet ist.
Die Kanaloberfläche A_F2 des Feststoffkanals und A_S2 des Schmelzekanals auf der zweiten Hälfte der Barrierezone definieren sich auf ähnliche Weise, jedoch liegen diese zwischen den gestrichelten Linien 514 und 505. Die gesamte Kanaloberfläche des Feststoffkanals A_F in der Barrierezone ist die Summe aus A_F1 und A_F2 . Die gesamte Kanaloberfläche A_S des Schmelzekanals in der Barrierezone ist die Summe aus A_S1 und A_S2 .
Die gestrichelte Linie 516 kennzeichnet die axiale Position einen Schneckendurchmesser vor dem Beginn der Barrierezone. Diese axiale Position wird im Folgenden Position 516 genannt. Laut Aspekt 1 soll an der Position 514 der Kanalquerschnitt des Feststoffkanals einen Wert zwischen 36% bis 64% des Kanalquerschnitts des Schneckenkanals aufweisen, der an Position 516 vorliegt, bevorzugt zwischen 40% bis 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55%.
Da im vorliegenden Beispiel die Breite des Feststoffkanals an Position 514 nahezu identisch zur Breite des Schneckenkanals an Position 516 ist, sind die vorab genannten Prozentwerte die Randbedingungen für die Kanaltiefe des Feststoffkanals an der Position 514 bezogen auf die Kanaltiefe des Schneckenkanals an der Position 516.
Die 2 bis 5 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, also der Kanal in Richtung der Abwicklung deutlich länger bezogen auf die Breite.
Bezugszeichenliste

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
111: Drehrichtung der Schnecke
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
211: Drehrichtung der Schnecke
212: Aktive Flanke des Hauptsteges
213: Passive Flanke des Hauptsteges
214: Gestrichelte Linie kennzeichnet die Mitte der Barrierezone in axialer Richtung
304: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
306: Barrieresteg
307: Schmelzekanal
308: Feststoffkanal
309: Hauptsteg
310: Richtung der Schneckenachse
311: Drehrichtung der Schnecke
312: Aktive Flanke des Hauptsteges
313: Passive Flanke des Hauptsteges
315: Gestrichelte Linie (Trennlinie) kennzeichnet eine beispielhafte axiale Position in der Barrierezone
321: Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der aktiven Flanke des Hauptsteges
322: Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der Flanke des Barrieresteges die zum Schmelzekanal gerichtet ist
323: Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der Flanke des Barrieresteges die zum Feststoffkanal gerichtet ist
324: Schnittpunkt aus der gestrichelten Linie 315 und der passiven Flanke des Hauptsteges
404: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
406: Barrieresteg
407: Schmelzekanal
408: Feststoffkanal
409: Hauptsteg
410: Richtung der Schneckenachse
411: Drehrichtung der Schnecke
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
505: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
506: Barrieresteg
509: Hauptsteg
510: Richtung der Schneckenachse
511: Drehrichtung der Schnecke
512: Aktive Flanke des Hauptsteges
513: Passive Flanke des Hauptsteges
514: Gestrichelte Linie kennzeichnet die Mitte der Barrierezone in axialer Richtung
516: Gestrichelte Linie kennzeichnet die axiale Position einen Schneckendurchmesser vor dem Beginn der Barrierezone
A_F: Gesamte Kanaloberfläche des Feststoffkanals in der Barrierezone
A_F1: Kanaloberfläche des Feststoffkanals auf der ersten Hälfte der Barrierezone
A_F2: Kanaloberfläche des Feststoffkanals auf der zweiten Hälfte der Barrierezone
A_S: Gesamte Kanaloberfläche des Schmelzekanals in der Barrierezone
A_S1: Kanaloberfläche des Schmelzekanals auf der ersten Hälfte der Barrierezone
A_S2: Kanaloberfläche des Schmelzekanals auf der zweiten Hälfte der Barrierezone

Claims

Einschnecken-Plastifiziermaschine, zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone (102) aufweist, wobei die Barrierezone (102) mindestens einen Hauptsteg (109) und mindestens einen Barrieresteg (106) aufweist und die Barrierezone (102) mindestens einen Feststoffkanal (108) und einen Schmelzekanal (107) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals (A_F1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) und des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,25 und der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals (A_F) der Barrierezone (102) und des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,4, bevorzugt kleiner ist als 0,35, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,3 und der Kanalquerschnitt des Feststoffkanals (108) nach 50% der axialen Länge der Barrierezone (102) einen Wert zwischen 36% bis 64% des Kanalquerschnitts des Schneckenkanals aufweist, der an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone (102) vorliegt, - bevorzugt zwischen 40% bis 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55%, wobei die Verkleinerung des Kanalquerschnitts größtenteils auf einer Verkleinerung der Kanaltiefe des Feststoffkanals basiert.
Einschnecken-Plastifiziermaschine, zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone (102) aufweist, wobei die Barrierezone (102) mindestens einen Hauptsteg (109) und mindestens einen Barrieresteg (106) aufweist und die Barrierezone (102) mindestens einen Feststoffkanal (108) und einen Schmelzekanal (107) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals (A_F1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) und des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,25 und der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals (A_F) der Barrierezone (102) und des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,4, bevorzugt kleiner ist als 0,35, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,3 und der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals (A_F) der Barrierezone (102) und des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) größer ist als 0,25.
Einschnecken-Plastifiziermaschine, zur Verarbeitung eines Ausgangsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Schnecke der Einschnecken-Plastifiziermaschine mindestens eine Barrierezone (102) aufweist, wobei die Barrierezone (102) mindestens einen Hauptsteg (109) und mindestens einen Barrieresteg (106) aufweist und die Barrierezone (102) mindestens einen Feststoffkanal (108) und einen Schmelzekanal (107) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Kanaloberfläche des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des Feststoffkanals (A_F1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) und des Schmelzekanals (A_S1) der ersten Hälfte der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,25 und der Quotient aus der Kanaloberfläche des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) über der Summe der Kanaloberflächen des gesamten Feststoffkanals (A_F) der Barrierezone (102) und des gesamten Schmelzekanals (A_S) der Barrierezone (102) kleiner ist als 0,4, bevorzugt kleiner ist als 0,35, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,3 und die Summe der Kanalquerschnitte von Feststoffkanal (108) und Schmelzekanal (107) während mindestens 70%, bevorzugt während mindestens 90% der axialen Länge der Barrierezone (102) größer ist als 70% und kleiner ist als 130% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone (102), bevorzugt größer ist als 80% und kleiner ist als 120% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone (102), besonders bevorzugt größer ist als 90% und kleiner ist als 110% des Kanalquerschnittes des Schneckenkanals an der axialen Position einen Schneckendurchmesser vor Beginn der Barrierezone (102) und die Tiefe des Feststoffkanals abnimmt, bevorzugt kontinuierlich und besonders bevorzugt nahezu linear abnimmt.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Schmelzekanals (107) am Beginn der Barrierezone (102) kleiner ist als die Tiefe des Schneckenkanals am Beginn der Meteringzone (103), bevorzugt kleiner ist als 75% der Tiefe des Schneckenkanals am Beginn der Meteringzone (103), besonders bevorzugt kleiner ist als 50% der Tiefe des Schneckenkanals am Beginn der Meteringzone (103).
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder auf der Innenseite mindestens eine Axialnut oder mindestens eine Wendelnut aufweist, bevorzugt mindestens einen Nutbuchsenbereich aufweist, besonders bevorzugt einen Nutbuchsenbereich aufweist, der axial in der Nähe der Einfüllöffnung der Einschnecken-Plastifiziermaschine liegt und/oder die axiale Länge der Barrierezone (102) maximal dem 16-fachen des Schneckendurchmessers entspricht, bevorzugt maximal dem 14-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 12-fachen.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangsteigung des Hauptsteges (109) im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone (102) bis 50% der axialen Länge der Barrierezone (102) mehrfach geändert wird, bevorzugt mehrfach stufenweise geändert wird und/oder die Gangsteigung des Barrieresteges (106) im Bereich von 5% der axialen Länge der Barrierezone (102) bis 50% der axialen Länge der Barrierezone (102) mehrfach geändert wird, bevorzugt mehrfach stufenweise geändert wird, wobei bevorzugt die Änderungen der Gangsteigung des Hauptsteges (109) und/oder des Barrieresteges (106) in mindestens 90% der Fälle zu einer Erhöhung der Gangsteigung führen, besonders bevorzugt in mindestens 95% der Fälle.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine dazu eingerichtet ist, dass die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke im Arbeitspunkt kleiner ist als 100 Meter pro Minute, bevorzugt kleiner ist als 90 Meter pro Minute, besonders bevorzugt kleiner ist als 80 Meter pro Minute.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus Schmelzekanalbreite über Schmelzekanaltiefe während der ersten 30% der axialen Länge der Barrierezone (102) in mindestens 70% dieser ersten 30% der axialen Länge, bevorzugt in mindestens 90% dieser ersten 30% der axialen Länge kleiner ist als 4, bevorzugt kleiner ist als 3,5, besonders bevorzugt kleiner ist als 3 und/oder der Quotient aus Schmelzekanalbreite über Schmelzekanaltiefe während mindestens 70%, besonders bevorzugt während mindestens 90% der axialen Länge der Barrierezone (102) größer ist als 2.
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Schmelzekanals (107) am Ende der Barrierezone (102) größer ist als 50% der Tiefe des Feststoffkanals (108) am Anfang der Barrierezone (102), bevorzugt größer ist als 75% der Tiefe des Feststoffkanals (108) am Anfang der Barrierezone (102), besonders bevorzugt größer ist als 100% der Tiefe des Feststoffkanals (108) am Anfang der Barrierezone (102).
Einschnecken-Plastifiziermaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierezone (102) am Anfang einen geschlossenen Zugang zum Schmelzekanal (107) aufweist und/oder die Barrierezone (102) am Ende einen geschlossenen Abgang vom Feststoffkanal (108) aufweist.