DE102018006234B4

DE102018006234B4 - Einschnecke mit Mischfunktion

Info

Publication number: DE102018006234B4
Application number: DE102018006234.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: DE102018006234A1

Abstract

Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens einen spiralförmigen Schneckensteg aufweist, wobei der Schneckensteg mindestens einen Mischbereich aufweistdadurch gekennzeichnet, dassder Mischbereich mindestens zwei Mischlückenbereiche (215) aufweist und zwischen den Mischlückenbereichen Mischwandbereiche (216) vorliegen, wobei mindestens 90% der Mischlückenbereiche (215) eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (215) vorliegenden Steghöhe aufweisen,und mindestens 90% der Mischlückenbereiche (215) eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (215) vorliegenden Steghöhe aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einschnecke mit Mischfunktion und dabei insbesondere die Ausgestaltung einer Mischzone und/oder eines Mischteils zum thermischen und distributiven Mischen. In der Einschnecke soll ein beliebiges Verarbeitungsmaterial verarbeitet werden können. Bevorzugt soll das Verarbeitungsmaterial mindestens zum Teil aufschmelzbar sein. Neben dem aufschmelzbaren Anteil können nicht aufschmelzbare Komponenten, z.B. Holz, Kalziumcarbonat, Sand, Fasern, z.B. Glasfasern und Kohlestofffasern sowie Ruß, mineralische Substanzen oder ähnliches enthalten sein. Bevorzugt sollen thermoplastische Polymere und für die Verarbeitung benötigte Additive oder Füllstoffe mit der Einschnecke verarbeitet werden. Außerdem sollen bevorzugt aufschmelzbare Lebensmittel auf der Einschnecke verarbeitet werden.
Neben dem im Allgemeinen aus Feststoffen bestehendem Verarbeitungsmaterial können der Einschnecke mit Mischfunktion auch andere Materialien in flüssigem oder gasförmigem Zustand zugeführt werden, die mindestens teilweise auch am Ende der Einschnecke in der Schmelze vorliegen können. Auch ist die Zuführung von festen und flüssigen Materialien möglich, die erst durch eine weitere Temperaturzufühung bzw. Scherung flüssig oder gasförmig werden.
Ein bevorzugter Einsatz der Einschnecke mit Mischfunktion ist in einem Einschnecken-Plastifizierextruder, in dem das Verarbeitungsmaterial aufgeschmolzen werden soll.
Ein weiterer bevorzugter Einsatz der Einschnecke mit Mischfunktion ist in einem Kühlextruder, in dem die Temperatur des bereits vorab erwärmten und/oder aufgeschmolzenen Verarbeitungsmaterials reduziert werden soll.
Einschnecken sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt und bewährt. Sie dienen beispielsweise in der Kunststoffverarbeitung der Plastifizierung eines zunächst meistens granulat- oder pulverförmig vorliegenden Verarbeitungsmaterials, 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.
In Kühlextrudern dienen Sie dazu, ein bereits erwärmtes und/oder aufgeschmolzenes Verarbeitungsmaterial auf ein bestimmtes Temperaturniveau zu kühlen und dabei möglichst weiter zu homogenisieren.
Immer häufiger weisen Einschnecken sogenannte Mischzonen oder Mischteile auf, um das Verarbeitungsmaterial und ggf. beigefügte Komponenten zu homogenisieren und nach dem Verlassen der Einschnecke als eine mechanisch und thermisch möglichst homogene Schmelze bereitzustellen. Des Weiteren soll die Schmelze zumeist eine möglichst niedrige Temperatur aufweisen. Diese Eigenschaften sollen über ein möglichst breites Spektrum von Verarbeitungsmaterialien erreicht werden.
Im Folgenden wird auf eine axiale Richtung oder eine axiale Länge Bezug genommen. Mit der axialen Richtung ist die Richtung entlang der Schneckenachse gemeint. Diese ist in 1 mit dem Pfeil 110 gekennzeichnet. Die axiale Länge z.B. der Mischzone ist dabei die Längenausprägung der Mischzone entlang dieser Schneckenachse.
Die Einschnecke ist während des Betriebs in einem Zylinder in einer sogenannten Zylinderbohrung verbaut. Wenn im Folgenden auf eine Zylinderwand oder Zylinderwandung verwiesen wird, ist damit die Innenwand dieses Zylinders gemeint, die während des Betriebs der Einschnecke üblicherweise mit dem Verarbeitungsmaterial in Kontakt kommt bzw. kommen kann, also mit anderen Worten, die Wandung der Zylinderbohrung.
Der sogenannte Schneckendurchmesser entspricht bis auf ein kleines, technisch übliches, sogenanntes Schneckenspiel dem Durchmesser der Zylinderbohrung. Das Schneckenspiel liegt in den Bereichen, in denen das Verarbeitungsmaterial mindestens teilweise als Schmelze vorliegt üblicher Weise zwischen 0,05 mm und 0,3 mm.
Bei einem Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von z.B. 70 mm abzüglich oder zuzüglich von Fertigungstoleranzmaßen und einer Einschnecke mit einem Schneckenspiel zur Zylinderwandung ist im Sprachgebrauch der Schneckendurchmesser üblicherweise ebenfalls 70 mm.
Üblicherweise werden diverse Angaben, zum Beispiel Längenangaben häufig in Abhängigkeit vom Schneckendurchmesser angegeben. So wird zum Beispiel die Länge einer Mischzone von 210 mm bei einer Einschnecke, die in einem Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von 70 mm betrieben wird als eine Länge von 3 Schneckendurchmessern angegeben.
Eine Vielzahl von unterschiedlich ausgestalteten Einschnecken mit Mischfunktion findet sich im Stand der Technik.
Die DE 100 00 938 A1 zeigt ein Kreuzlochmischteil, bei welchem Fräsungen von radial innen nach radial außen verlaufen. Diese münden in einen ausgeprägten Kanal am Zylinderumfang der Räder. Am Umfang des Mischrings zwischen diesen Kanälen findet eine Abdichtung mit dem Gehäuse statt. Ein Teil der Schmelze strömt unmittelbar in axialer Verlängerung in die Längsnut eines Teilungsrings. Ein anderer Teil gelangt über eine Schrägnut in den Mischring zu einer Bohrung des Teilungsrings in der Längsnut. Der Aufbau des Kreuzlochmischteils soll dazu führen, dass zylindernahe Schmelze über einen Kanal zum Schneckengrund geleitet wird und Schmelze, die am Schneckengrund liegt über einen Kanal zur Zylinderwand geführt wird. In der Praxis führen die Kanalströmungen zu erheblichen Druckverbräuchen. Außerdem ist das Kreuzlochmischteil konstruktionsbedingt so gestaltet, dass es viele Bereiche gibt, in denen kein Schneckensteg zwischen den Kreuzlochringen liegt. Dies führt ebenfalls zu Druckverbräuchen und zusätzlich zu einer erhöhten Möglichkeit der Bildung von Ablagerungen.
Die US 2017 / 0 297 227 A1 und die US 9 718 216 B1 zeigen ein kombiniertes Misch-/Scherteil. Dieses Misch-/Scherteil soll die Schmelze sowohl distributiv, als auch dispersiv verteilen. Hierzu liegen Stege vor, die flache Schernuten aufweisen, um die nötige hohe Scherung für das dispersive Mischen zu erzeugen. Wird die Bauform so gewählt, dass die Kanäle am Ende offen sind, gibt es Schmelzeanteile, die nicht über die Schernuten getreten sind und Schmelzeanteile, die über die Schernuten getreten sind. Dadurch können am Ende des Misch-/Scherteils Schmelzeanteile mit extrem unterschiedlicher Schervergangenheit vorliegen. Es besteht die Möglichkeit einen Ring an dem Misch-/Scherteil einzusetzen, um die Schmelze zu teilen. Ein Teil der zwischen den Stegen vorhandenen Kanäle kann über einen solchen Ring am Ende abgedichtet werden, um die gesamte Schmelze über die Schernuten zu führen und damit eine noch größere Scherung zu erhalten. Hierdurch kann es zu einer erheblichen Temperatursteigerung der Schmelze kommen.
Die US 2015 / 0 298 356 A1 beschreibt ebenfalls ein kombiniertes Misch-/Scherteil. Hierbei liegen Dicht und Scherstege vor, die beide durch Mischöffnungen durchbrochen sind, die jeweils nahezu die gleiche Tiefe haben, wie die Steghöhe. Da die Schmelze den Schersteg leichter durch die Mischöffnungen passieren kann, als über den Schersteg selbst, kann nicht ausgeschlossen werden, dass gerade die Schmelze, die noch geschert werden soll, durch die Mischöffnungen fließt. Außerdem kann am Ende des Misch-/Scherteils Schmelze mit extrem unterschiedlicher Schervergangenheit vorliegen.
Die US 3 941 535 A beschreibt ebenfalls ein kombiniertes Misch-/Scherteil, das das Material intensiv scheren und mischen soll. Dabei sollen im Schneckensteg Mischlückenbereiche vorliegen. Die Mischlückenbereiche starten hierbei flach am Eintritt des Schermischteils und vertiefen sich dann gleichmäßig progressiv bis zum Schneckengrund am Austritt. Am Ende des Misch-/Scherteils kann dadurch Schmelze mit unterschiedlicher Schervergangenheit vorliegen. Eine bevorzugte Steghöhe in Mischlückenbereichen wird nicht angegeben. Gerade die Mischlücken mit niedrigen Steghöhen führen zu einer Abschwächung der Schmelzewirbel in den Schneckenkanälen und damit zu einer Verringerung der thermischen Homogenität.
Die US 4 752 136 A beschreibt eine Schnecke, die Schneckenstege aufweist, zwischen denen in einem Misch/Scherbereich ein Schneckenkanal ausgebildet ist, in dem der Schneckengrund auf zwei Ebenen vorliegt. Eine relativ flache Ebene und eine relativ tiefe Ebene. Die Druckschrift unterscheidet ausdrücklich zwischen Ebenen und Stegen. Die Ebenen unterscheiden sich von klassischen Stegen durch Ihre Breite. So sollen beide Ebenen gleich breit sein oder maximal eine Ebene das 2-bis 3-Fache der Breite der anderen Ebene aufweisen. Im Vergleich dazu weisen Schneckenkanäle ein deutlich größeres Breitenverhältnis zu Schneckenstegen auf.
Die US 4 201 481 A beschreibt eine Schnecke, bei der im Schneckenkanal zwischen zwei Stegen Schaufeln oder Flügel vorgesehen sind, um das Verarbeitungsmaterial umzuleiten und zu homogenisieren. Zwischen den Schaufeln sind Lücken vorhanden, die bis zum Schneckengrund reichen. Eine Aufrechterhaltung eines Schmelzewirbels innerhalb des Schneckenkanals wird durch die Schaufeln nicht begünstigt, sondern deutlich verschlechtert, da für die Aufrechterhaltung eines Schmelzewirbels quer zu den Schneckenstegen kein Platz übrig bleibt. Des Weiteren ist die Fertigung dieses Mischteils sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.
Die US 2004 / 0 141 406 A1 beschreibt eine Schnecke, die zwischen einer Barrierezone und einem Wellenmischteil eine erfindungsgemäße Reorientierungszone aufweist. In den Ansprüchen wir diese Reorientierungszone nur noch untergeordnet erwähnt. Es wird vielmehr eine Scher-/Mischzone innerhalb des Meteringbereichs aufgeführt, die mindestens einen Steg mit Dichtbereich (Hauptsteg) und einen Steg mit Strömungsbereich (Barrieresteg) aufweist. Zusätzlich liegen im Hauptsteg und/oder Barrieresteg Mischlückenbereiche vor. Dabei können die Stege in den Mischlückenbereichen beliebige Höhen aufweisen. Dieser Aufbau soll zu einem gründlicheren Mischen führen. Eine bevorzugte Steghöhe in Mischlückenbereichen wird nicht angegeben. In den Zeichnungen weisen jedoch 50% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von 0 auf. Gerade diese Mischlücken mit niedrigen Steghöhen führen jedoch zu einer Abschwächung der Schmelzewirbel in den Schneckenkanälen und verringern damit die thermische Homogenität.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
Eine Kombination aus distributivem und dispersivem Mischen in einem kombinierten Misch-/Scherteil steht dabei nicht im Fokus dieser Aufgabe. Es gibt bereits im Stand der Technik äußerst gut funktionierende Scherteile, die einen Großteil der Schmelze mit einer nahezu gleichmäßigen Scherhöhe dispersiv mischen. Diese Scherteile liegen heutzutage auch in kurzen und förderwirksamen Ausführungen vor. Daher gibt es keinen technischen Grund, sowohl dispersives als auch distributives Mischen in einer einzigen Komponente (kombiniertes Misch-/Scherteil) durchzuführen und dabei die vorab genannten Nachteile in Kauf zu nehmen.
Des Weiteren können Barrierespalte von Barrierezonen in sogenannten Barriereschnecken heute bereits häufig technisch so ausgelegt werden, dass die nötige dispersive Mischung bereits in ausreichender Höhe über den Barrierespalt eingebracht wird. Dies kann bereits in vielen Fällen ein dispersives Mischen in einem nachgeschalteten Misch-/Scherteil oder Scherteil obsolet machen.
Außerdem gibt es bereits eine immer größere Anzahl an Verarbeitungsmaterialien, die bereits bei eher kleiner eingebrachter Scherenergie zum Abbau oder Verbrennen führen. Bei dem Einsatz solcher Verarbeitungsmaterialien sollte intensives dispersives Mischen durch Scherung so gut wie möglich vermieden werden.
Aus diesem Grund liegt der Fokus der Aufgabe bei den hier vorgeschlagenen Mischzonen bzw. Mischteilen auf distributivem und thermischem Mischen des Verarbeitungsmaterials.
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei ...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein ...“, „genau zwei ...“ usw. gemeint sein können.
Im Folgenden werden mehrere Bereiche des Schneckenstegs und der Einschnecke unterschieden:

Ein „Dichtbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg, der auf einer axialen Länge von minimal dem halben Schneckendurchmesser einen Abstand zur Zylinderwandung aufweist, der dem Schneckenspiel entspricht, bevorzugt auf einer axialen Länge von minimal dem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einer axialen Länge von minimal dem 1,5 fachen des Schneckendurchmessers einen Abstand zur Zylinderwandung aufweist, der dem Schneckenspiel entspricht. Über einem Dichtsteg liegt maximal eine kleine, sogenannte Leckströmung vor.
Ein Schneckensteg läuft im Allgemeinen spiralförmig um die Einschnecke herum. Quer zu dieser Richtung liegen neben dem Schneckensteg zwei Schneckenkanäle vor. Diese beiden Schneckenkanäle weisen dabei sogenannte Gangtiefen auf. Dabei ist die Gangtiefe der radiale Abstand des Schneckengrundes zur Zylinderwandung, zumeist abzgl. des sogenannten Schneckenspiels.

Im Dichtbereich entspricht die Steghöhe an einer axialen Position demzufolge der Gangtiefe an der axialen Position. Sind die Gangtiefen der beiden Schneckenkanäle an der axialen Position unterschiedlich, ergibt sich die Steghöhe des Dichtbereiches an der axialen Position aus dem arithmetischen Mittel.
Ein „Strömungsbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg der auf einer axialen Länge von minimal dem halben Schneckendurchmesser einen Abstand zur Zylinderwandung aufweist, der größer ist, als das Schneckenspiel, bevorzugt auf einer axialen Länge von minimal dem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einer axialen Länge von minimal dem 1,5 fachen des Schneckendurchmessers einen Abstand zur Zylinderwandung aufweist, der größer ist, als das Schneckenspiel. Über einen Strömungssteg kann üblicherweise Verarbeitungsmaterial, zumeist in schmelzeförmigem Zustand strömen.
Im Strömungsbereich entspricht die Steghöhe an einer axialen Position der Gangtiefe an der axialen Position abzüglich des radialen Abstandes des Schneckenstegs zur Zylinderwandung an der axialen Position. Sind die Gangtiefen der beiden Schneckenkanäle an der axialen Position unterschiedlich, ergibt sich die Steghöhe des Strömungsbereiches an der axialen Position aus dem arithmetischen Mittel.
Ein „Mischlückenbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg, der auf einer axialen Länge von kleiner als einem halben Schneckendurchmesser eine niedrigere Steghöhe aufweist, als entlang des Schneckenstegs betrachtet vor und hinter diesem Bereich. Bevorzugt ist die axiale Länge des Mischlückenbereichs kleiner als ein Drittel des Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Mischlücke kleiner als ein Viertel des Schneckendurchmesser.
Beginnt ein Schneckensteg mit einem Mischlückenbereich, so liegt entlang des Schneckenstegs betrachtet nur hinter dem Mischlückenbereich der Schneckensteg mit einer höheren Steghöhe vor. Endet ein Schneckensteg mit einem Mischlückenbereich, so liegt entlang des Schneckenstegs betrachtet nur vor dem Mischlückenbereich der Schneckensteg mit einer höheren Steghöhe vor.
Die Steghöhe eines Mischlückenbereichs entspricht der vorliegenden Gangtiefe abzüglich des radialen Abstandes des Schneckenstegs in diesem Bereich zur Zylinderwandung. Die Steghöhe des Mischlückenbereichs wird über die gesamte axiale Länge des Mischlückenbereichs gemittelt. Sind also die Gangtiefen der beiden Schneckenkanäle unterschiedlich und/oder es liegen unterschiedliche radiale Abstände des Schneckenstegs zur Zylinderwandung vor, ergibt sich die Steghöhe im Mischlückenbereich aus dem arithmetischen Mittel.
Ein „Mischwandbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg, mit einer axialen Länge von kleiner als einem halben Schneckendurchmesser, der eine höhere Steghöhe aufweist, als entlang des Schneckenstegs betrachtet vor und hinter diesem Bereich, also mit anderen Worten, den Bereich zwischen zwei Mischlückenbereichen. Bevorzugt ist die axiale Länge der Mischwandbereiche kleiner als ein Drittel des Schneckendurchmessers, besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Mischwandbereiche kleiner als ein Viertel des Schneckendurchmessers.
Beginnt ein Schneckensteg mit einem Mischwandbereich, so liegt entlang des Schneckenstegs betrachtet nur hinter dem Mischwandbereich der Schneckensteg mit einer niedrigeren Steghöhe vor. Endet ein Schneckensteg mit einem Mischwandbereich, so liegt entlang des Schneckenstegs betrachtet nur vor dem Mischwandbereich der Schneckensteg mit einer niedrigeren Steghöhe vor. Mit anderen Worten liegt in diesen beiden Ausnahmefällen der Mischwandbereich nicht zwischen zwei Mischlückenbereichen.
Die Steghöhe eines Mischwandbereichs entspricht der vorliegenden Gangtiefe abzüglich des radialen Abstandes des Schneckenstegs in diesem Bereich zur Zylinderwandung. Die Steghöhe des Mischwandbereichs wird über die gesamte axiale Länge des Mischwandbereichs gemittelt. Sind also die Gangtiefen der beiden Schneckenkanäle unterschiedlich und/oder es liegen unterschiedliche radiale Abstände des Schneckenstegs zur Zylinderwandung vor, ergibt sich die Steghöhe im Mischwandbereich aus dem arithmetischen Mittel.
Ein „Mischbereich“ bezeichnet den Bereich von einem Schneckensteg, in dem ausschließlich sich abwechselnde Mischlückenbereiche und Mischwandbereiche vorliegen. Liegt vor dem Mischbereich ein Dichtbereich vor, beginnt der Mischbereich mit dem ersten Mischlückenbereich. Liegt vor dem Mischbereich ein Strömungsbereich vor, beginnt der Mischbereich mit dem ersten Mischwandbereich. Liegt nach dem Mischbereich ein Dichtbereich vor, endet der Mischbereich mit dem letzten Mischlückenbereich. Beginnt ein Steg mit einem Mischlückenbereich oder einem Mischwandbereich, beginnt an dieser Stelle auch der Mischbereich. Endet ein Steg mit einem Mischlückenbereich oder einem Mischwandbereich, endet an dieser Stelle auch der Mischbereich.
Eine „Mischzone“ bezeichnet den Bereich in einer Einschnecke in axialer Richtung, in dem mindestens ein Mischbereich vorliegt. Liegt nur ein Schneckensteg mit einem Mischbereich vor, beginnt die Mischzone in axialer Richtung mit dem Beginn des Mischbereichs und endet in axialer Richtung mit dem Ende des Mischbereichs. Liegt nur ein Schneckensteg mit mehreren Mischbereichen vor, gibt es entsprechend mehrere Mischzonen auf der Schnecke. Liegen mehrere Schneckenstege mit Mischbereichen vor und überschneiden sich Mischbereiche von unterschiedlichen Stegen in axialer Richtung, beginnt die dazugehörige Mischzone mit dem Beginn des in Strömungsrichtung ersten Mischbereichs der sich axial überschneidenden Mischbereiche und endet mit dem Ende des in Strömungsrichtung letzten Mischbereichs der sich überschneidenden Mischbereiche. Liegen mehrere Schneckenstege mit Mischbereichen vor und es gibt axiale Bereiche, in denen auf keinem Schneckensteg Mischbereiche vorliegen und vor und hinter diesen Bereichen liegen Mischbereiche vor, liegen mehrere Mischzonen auf der Einschnecke vor. In vielen Ausgestaltungen wird die Komponente der Einschnecke in einer Mischzone üblicher Weise als Mischteil bezeichnet.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens einen spiralförmigen Schneckensteg aufweist, wobei der Schneckensteg mindestens einen Mischbereich aufweist der mindestens zwei Mischlückenbereiche aufweist, bevorzugt mindestens 4, bevorzugt mindestens 6 besonders bevorzugt mindestens 8 Mischlückenbereiche aufweist und zwischen den Mischlückenbereichen Mischwandbereiche vorliegen, wobei mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von minimal 40%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von minimal 45% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von maximal 60%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von maximal 55% der neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen.
Bevorzugt entspricht die Steghöhe von mindestens 30% der Mischwandbereiche, bevorzugt von mindestens 50%, bevorzugt von mindestens 70%, besonders bevorzugt von mindestens 90% der Mischwandbereiche der jeweils vorliegenden Gangtiefe.
Im Schneckenkanal wird, sofern mindestens ein Schneckensteg vorliegt, der nicht in Umfangsrichtung verläuft, neben einer Strömungskomponente, die in Kanalrichtung verläuft eine Strömungskomponente erzeugt, die quer zur Kanalströmung gerichtet ist. Diese bildet im Allgemeinen einen sogenannten Schmelzewirbel aus, der in der Nähe der Zylinderwand von der passiven zur aktiven Flanke des Schneckenstegs verläuft und in der Nähe des Schneckengrundes von der aktiven zur passiven Flanke.
Vorteilhaft kann durch die erfinderische Ausgestaltung nach dem ersten Aspekt erreicht werden, dass der Schmelzewirbel nur in einem kleinen Maße abgeschwächt wird und so eine verstärke Wirbelausprägung vorliegt. Mischlückenbereiche, die über die gesamte Steghöhe verlaufen verringern die Möglichkeit, dass Schmelze am Schneckengrund von der aktiven zur passiven Flanke strömen kann und verringern so die weitere Ausprägung des Schmelzewirbels. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht so eine Verbesserung der thermischen Mischgüte, die durch einen ausgeprägten Schmelzewirbel positiv beeinflusst wird und verringert die Möglichkeit von Ablagerungen. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung fließt durch die Mischlückenbereiche jedoch genug Schmelze, um eine distributive Verteilung der Schmelze zu gewährleisten.
In einer besonderen Ausgestaltung soll in mindestens einem Mischbereich die Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen des Mischbereichs minimal 11% von der Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen und des Schneckensteges des Mischbereichs betragen, bevorzugt minimal 15%, besonders bevorzugt minimal 19% von der Summe aller Mischöffnungen und des Schneckensteges des Mischbereichs betragen und die Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen des Mischbereichs maximal 35% von der Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen und des Schneckensteges des Mischbereichs betragen, bevorzugt maximal 31%, besonders bevorzugt maximal 27% von der Summe aller Mischöffnungen und des Schneckensteges des Mischbereichs betragen.
„Mischöffnung“ bezeichnet die Fläche in einem Mischbereich, in der kein Schneckensteg vorliegt. In radialer Richtung endet die Mischöffnung mit der Steghöhe der benachbarten Bereiche. Mit anderen Worten entspricht die Höhe der Mischöffnung der Differenz aus der Steghöhe des Schneckenstegs der benachbarten Bereiche und der Steghöhe des Mischlückenbereichs. Sind die Steghöhen der beiden zum Mischlückenbereich benachbarten Bereiche unterschiedlich und/oder die Höhe des Mischlückenbereichs nicht konstant, ergibt sich die Höhe der Mischöffnung aus dem arithmetischen Mittel.
Die Querschnittsflächen ergeben sich jeweils entlang des spiralförmigen Verlaufs des Schneckenstegs als das Produkt aus der Länge entlang des Verlaufs des Schneckenkanals und der Länge in radialer Richtung.
Versuche an mehreren Prototypen haben überraschend gezeigt, dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft der Schmelzefluss durch die Mischlückenbereiche so eingestellt werden kann, dass eine besonders gute distributive Mischgüte erreicht wird.
In einer besonderen Ausgestaltung soll das Produkt aus der Differenz der Gangtiefe und der Steghöhe im Mischlückenbereich und der Länge des Mischlückenbereichs in axialer Richtung minimal 0,5 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen, bevorzugt minimal 0,6 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen, besonders bevorzugt minimal 0,7 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen und das Produkt aus der Differenz der Gangtiefe und der Steghöhe im Mischlückenbereich und der Länge der Mischlückenbereiche in axialer Richtung maximal 1,2 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen, bevorzugt maximal 1,0 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen, besonders bevorzugt maximal 0,8 mm mal dem Schneckendurchmesser betragen.
Versuche an mehreren Prototypen von Einschnecken mit diversen Durchmessern haben überraschend gezeigt, dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft die distributive Mischwirkung und die thermische Mischwirkung eine besonders hohe Güte erreicht haben.
Die höhere thermische und/oder distributive Mischgüte kann die Qualität des Endproduktes verbessern und so den Anwendungsbereich des Endproduktes erweitern. Außerdem kann die höhere thermische und/oder distributive Mischgüte zu kürzeren Bauformen von Einschnecken führen, wodurch neben dem geringeren Platzaufwand am Ort der Installation auch ein insgesamt geringerer Materialaufwand bei der Herstellung der Einschnecken und den Aggregaten in denen die Einschnecken eingesetzt werden und ein geringerer Energieaufwand im Produktionsbetrieb erreicht werden können. Damit kann die Erfindung insgesamt effizientere Einschnecken ermöglichen.
Bevorzugt ist die Schnecke im axialen Bereich der Mischzone mehrgängig und bevorzugt weisen mindestens 50% der Schneckenstege in der Mischzone einen Mischbereich auf, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt weisen alle Schneckenstege in der Mischzone einen Mischbereich auf.
Bevorzugt liegen auf der Einschnecke mehrere Mischzonen vor.
Bevorzugt liegt auf der Einschnecke außer mindestens einer Mischzone mindestens eine Scherzone und/oder mindestens eine Barrierezone vor.
Bevorzugt verlaufen die Schneckenstege parallel zueinander. Das bedeutet, dass die Breite der Schneckenkanäle nahezu konstant bleibt. Hierunter wird verstanden, dass die Schneckenstege weitestgehend parallel ausgeführt sind. Unter weitestgehend parallel wird auch noch ein Verlauf verstanden, der um 1 oder 2 Grad abweicht.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens eine Mischzone aufweist in der mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege vorliegen. In der Mischzone weist mindestens die Hälfte der Schneckenstege einen Mischbereich auf, wobei diese Schneckenstege in der Gruppe S1 zusammengefasst sind und die übrigen Schneckenstege in die Gruppe S2, wobei der Mischbereich der Schneckenstege der Gruppe S1 mindestens zwei Mischlückenbereiche aufweist, bevorzugt mindestens 4, bevorzugt mindestens 6 besonders bevorzugt mindestens 8 Mischlückenbereiche aufweist. Die Anzahl der Mischlückenbereiche ist dabei A1. Zwischen den Mischlückenbereichen liegen Mischwandbereiche vor, wobei mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von minimal 40%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von minimal 45% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von maximal 60%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von maximal 55% der neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen.
Zusätzlich weist mindestens ein Schneckensteg der Gruppe S2 in der Mischzone die Anzahl A2 an Mischlückenbereichen auf und A2 beträgt maximal 0,33 mal A1, bevorzugt maximal 0,25 mal A1, besonders bevorzugt maximal 0,1 mal A1, und besonders bevorzugt weist der mindestens eine Schneckensteg der Gruppe S2 keine Mischlückenbereiche auf. Bevorzugt weisen alle Schneckenstege der Gruppe S2 in der Mischzone deutlich weniger Mischlückenbereiche als A1 auf und zwar maximal 0,33 mal A1, bevorzugt maximal 0,25 mal A1, besonders bevorzugt maximal 0,1 mal A1, besonders bevorzugt weisen alle Schneckenstege der Gruppe S2 in der Mischzone keine Mischlückenbereiche auf. Die geringere Anzahl von Mischlückenbereichen wird dabei A2 bezeichnet.
Vorteilhaft kann durch die erfinderische Ausgestaltung nach dem zweiten Aspekt erreicht werden, dass in den Kanälen zwischen den Stegen ein Schmelzewirbel mit einer besonderen Wirbelausprägung vorliegt. Die Schneckenstege der Gruppe S1 ermöglichen eine größere Querströmung als die Schneckenstege der Gruppe S2. Durch diesen Strömungsunterschied kommt es zu Rückströmungen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht so eine Verbesserung der thermischen und distributiven Mischgüte.
Bevorzugt entspricht die Steghöhe von mindestens 30% der Mischwandbereiche, bevorzugt von mindestens 50%, bevorzugt von mindestens 70%, besonders bevorzugt von mindestens 90% der Mischwandbereiche der jeweils vorliegenden Gangtiefe.
Bevorzugt weisen in mindestens einem Mischbereich mindestens 30% der Mischlückenbereiche, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine axiale Länge auf, die größer ist, als die axiale Länge der Mischwandbereiche, bevorzugt ist die axiale Länge der Mischlückenbereiche 1,5 mal größer als die axiale Länge der Mischwandbereiche, besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Mischlückenbereiche mindestens 2 mal größer als die axiale Länge der Mischwandbereiche. Besonders bevorzugt liegen diese Verhältnisse in allen Mischbereichen mindestens einer Mischzone vor.
In einer besonderen Ausgestaltung wechseln sich Bereiche auf mindestens einem Schneckensteg ab, in denen Mischlückenbereiche mit der Anzahl A1 und A2 vorliegen. Auf mindestens einem anderen Schneckensteg wechseln sich die Bereiche dann in umgekehrter Reihenfolge ab, also Mischlückenbereiche mit der Anzahl A2 und A1. Bevorzugt entspricht die axiale Länge der beiden Bereiche A1 und A2 auf mindestens einem Schneckensteg mindestens 1 Schneckendurchmesser, bevorzugt mindestens 1,5 Schneckendurchmessern, besonders bevorzugt mindestens 2 Schneckendurchmessern.
Bevorzugt verlaufen die Stege der Gruppe S1 und Gruppe S2 parallel zueinander. Das bedeutet, dass die Breite der Schneckenkanäle nahezu konstant bleibt. Hierunter wird verstanden, dass die Stege weitestgehend parallel ausgeführt sind. Unter weitestgehend parallel wird auch noch ein Verlauf verstanden, der um 1 oder 2 Grad abweicht.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der Kanalquerschnitt auf der Stromeingangsseite in Drehrichtung der Schnecke betrachtet vor dem Steg der Gruppe S1 größer als hinter dem Steg der Gruppe S1, besonders bevorzugt mindestens 2-mal so groß.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der Kanalquerschnitt auf der Stromausgangsseite in Drehrichtung der Schnecke betrachtet hinter dem Steg der Gruppe S1 größer als vor dem Steg der Gruppe S1, besonders bevorzugt mindestens 2-mal so groß.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft die Rückströmung über den Schneckensteg der Gruppe S1 erhöht und eine bessere distributive Mischgüte erreicht wird.
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 Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens ein Mischteil aufweist, dass in einem axial begrenzten Bereich (B1) mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege aufweist. In diesem Bereich B1 weisen mindestens die Hälfte der Schneckenstege einen Strömungsbereich auf, wobei diese Schneckenstege in der Gruppe S3 zusammengefasst sind und die übrigen Schneckenstege in die Gruppe S4. Zusätzlich weist mindestens ein Schneckensteg der Gruppe S4 in dem Bereich B1 einen Dichtbereich auf.
Mindestens 30% bzw. mindestens 90% der Schneckenstege der Gruppe S3 weisen eine Steghöhe von minimal 30% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe auf, bevorzugt eine Steghöhe von minimal 40%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von minimal 45% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe auf.
Mindestens 30% bzw. mindestens 90% der Schneckenstege der Gruppe S3 weisen eine Steghöhe von maximal 70% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe auf, bevorzugt eine Steghöhe von maximal 60%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von maximal 55% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe auf.
Vorteilhaft kann durch die erfinderische Ausgestaltung nach dem dritten Aspekt erreicht werden, dass in den Kanälen zwischen den Stegen ein Schmelzewirbel mit einer verstärken Wirbelausprägung vorliegt. Die geringe Steghöhe im Strömungsbereich ermöglicht eine große Querströmung und damit einen guten Materialaustausch zwischen den benachbarten Kanälen, die von einem Strömungsbereich getrennt werden. Durch die Größenordnung dieser Querströmung ist sichergestellt, dass es über dem Strömungsbereich zu einer Rückströmung und damit zu einer hohen distributiven Mischgüte kommt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht so eine Verbesserung der thermischen Mischgüte, die durch einen ausgeprägten Schmelzewirbel positiv beeinflusst wird und verringert die Möglichkeit von Ablagerungen. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung fließt durch die Rückströmung ebenfalls genug Schmelze über den Strömungsbereich, um eine distributive Verteilung der Schmelze zu gewährleisten.
Bevorzugt ist die Gangtiefe in mindestens einem Schneckenkanal im Bereich B1 konstant, besonders bevorzugt ist die Gangtiefe in allen Schneckenkanälen im Bereich B1 konstant. Hierunter wird verstanden, dass die Gangtiefe weitestgehend konstant ausgeführt ist. Unter weitestgehend konstant wird auch noch eine Änderung von 5% verstanden, besonders bevorzugt eine Änderung von 3% verstanden.
In einer besonderen Ausgestaltung wechseln sich auf mindestens einem Schneckensteg Dichtbereiche und Strömungsbereiche entlang des Schneckensteges ab. Auf mindestens einem anderen Schneckensteg wechseln sich in umgekehrter Reihenfolge entlang des Schneckensteges Strömungsbereiche und Dichtbereiche ab.
Bevorzugt entspricht die axiale Länge der Dichtbereiche von mindestens einem Schneckensteg mindestens einen Schneckendurchmesser, bevorzugt mindestens 1,5 Schneckendurchmessern, besonders bevorzugt mindestens 2 Schneckend urchmessern.
Besonders bevorzugt sind die Dichtbereiche dabei in axialer Richtung länger als die Strömungsbereiche.
In einer Ausgestaltung verlaufen die Schneckenstege der Gruppe S3 parallel zu den Schneckenstegen der Gruppe S4. Das bedeutet, dass die Breite der Schneckenkanäle nahezu konstant bleibt. Hierunter wird verstanden, dass die Schneckenstege weitestgehend parallel ausgeführt sind. Unter weitestgehend parallel wird auch noch ein Verlauf verstanden, der um 1 oder 2 Grad abweicht.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Querschnitt der Schneckenkanäle auf der Stromeingangsseite des Bereiches B1 in Drehrichtung der Schnecke betrachtet vor den Schneckenstegen der Gruppe S3 größer als hinter den Schneckenstegen der Gruppe S3, besonders bevorzugt ist der Querschnitt mindestens 2-mal so groß.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Querschnitt der Schneckenkanäle auf der Stromausgangsseite des Bereiches B1 in Drehrichtung der Schnecke betrachtet hinter den Schneckenstegen der Gruppe S3 größer als vor den Schneckenstegen der Gruppe S3, besonders bevorzugt ist der Querschnitt mindestens 2-mal so groß.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft die Rückströmung über den Schneckensteg S1 erhöht und eine bessere distributive Mischgüte erreicht 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.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe eine Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens ein Mischteil aufweist, dass in einem axial begrenzten Bereich (B2) mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege aufweist, In diesem Bereich B2 weist mindestens ein Schneckensteg (S5) mindestens einen Dichtbereich auf, dem in axialer Richtung ein Mischbereich folgt und mindestens ein Schneckensteg (S6) weist einen Mischbereich auf, dem in axialer Richtung ein Dichtbereich folgt.
Mindestens einer der Mischbereiche der Schneckenstege S5 und S6 weist mindestens zwei Mischlückenbereiche auf, bevorzugt mindestens 4, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 8 Mischlückenbereiche auf, wobei mindestens 30% der Mischlückenbereiche, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von minimal 40%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von minimal 45% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens 30% der Mischlückenbereiche, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen, bevorzugt eine Steghöhe von maximal 60%, besonders bevorzugt eine Steghöhe von maximal 55% der neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen.
Vorteilhaft kann durch die erfinderische Ausgestaltung nach dem vierten Aspekt erreicht werden, dass in den Kanälen zwischen den Stegen ein Schmelzewirbel mit einer verstärken Wirbelausprägung vorliegt. Die Mischbereiche ermöglichen eine große Querströmung und damit einen guten Materialaustausch zwischen den benachbarten Kanälen, die von einem Mischbereich getrennt werden. Durch die Größenordnung dieser Querströmung ist sichergestellt, dass es über dem Mischbereich zu einer Rückströmung und damit zu einer hohen distributiven Mischgüte kommt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht so eine Verbesserung der thermischen Mischgüte, die durch einen ausgeprägten Schmelzewirbel positiv beeinflusst wird und verringert die Möglichkeit von Ablagerungen.
Bevorzugt weisen in mindestens einem Mischbereich mindestens 30% der Mischlückenbereiche, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischlückenbereiche eine axiale Länge auf, die größer ist, als die axiale Länge der Mischwandbereiche, bevorzugt ist die axiale Länge der Mischlückenbereiche 1,5 mal größer als die axiale Länge der Mischwandbereiche, besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Mischlückenbereiche mindestens 2 mal größer als die axiale Länge der Mischwandbereiche. Besonders bevorzugt liegen diese Verhältnisse in allen Mischbereichen mindestens eines Mischteils vor.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des vierten 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.
In einer besonderen Ausgestaltung beträgt die Summe der Längen aller Mischzonen und/oder Bereiche B1 und/oder Bereiche B2 minimal 50% der Länge des Verfahrensbereichs der Einschnecke, bevorzugt minimal 60%, bevorzugt minimal 70%, besonders bevorzugt minimal 80% der Länge des Verfahrensbereichs der Einschnecke.
„Verfahrensbereich“ bezeichnet den Bereich der Einschnecke, in dem die Einschnecke üblicherweise mit dem Verarbeitungsmaterial in Kontakt kommt.
In einer besonderen Ausgestaltung liegt die axial vorliegende Zylinderwandtemperatur unter der Aufschmelztemperatur des Verarbeitungsmaterials die an der axialen Position vorliegt.
Vorteilhaft kann durch diese erfinderische Ausgestaltung bei einer Kühlschnecke die Homogenität der Schmelze und die Kühlleistung deutlich verbessert werden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand diverser Figuren erläutert werden.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Einschnecke in einer Einschnecken-Plastifiziermaschine.
2 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Mischzone nach Aspekt 1.
3 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Mischbereich eines Schneckensteges nach Aspekt 1.
4, 5 und 6 zeigen schematisch und nicht maßstäblich den Querschnitt von zwei Schneckenkanälen innerhalb einer Mischzone.
7 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Mischzone nach Aspekt 2.
8 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 3.
9 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 3 mit einer besonderen Ausgestaltung.
10 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 4.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Einschnecke in einer Einschnecken-Plastifiziermaschine. 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 unten. Im vorliegenden Fall ist eine Einschnecke mit Barrierezone dargestellt. Die gestrichelte Linie 105 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 106 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. Die gestrichelte Linie 107 trennt die Meteringzone 103 von der Mischzone 104 und kennzeichnet damit das Ende der Meteringzone in axialer Richtung bzw. den Anfang der Mischzone 104 in axialer Richtung. Die gestrichelte Linie 108 kennzeichnet das Ende der Mischzone 104 in axialer Richtung. Das Bezugszeichen 109 kennzeichnet ein Mischteil.
2 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Mischzone nach Aspekt 1. 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. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach unten. Das Bezugszeichen 215 kennzeichnet einen Mischlückenbereich auf einem Schneckensteg und das Bezugszeichen 216 kennzeichnet einen neben dem Mischlückenbereich 215 liegenden Mischwandbereich. Das Bezugszeichen 220 kennzeichnet die aktive Flanke eines anderen Schneckenstegs in einem Mischwandbereich. Das Bezugszeichen 221 kennzeichnet die passive Flanke eines weiteren Schneckenstegs ebenfalls in einem Mischwandbereich.
3 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Mischbereich eines Schneckensteges 337 nach Aspekt 1. Oberhalb des Schneckensteges 337 ist die Zylinderwandung 335 dargestellt. Der Schneckensteg 337 endet nach unten am Schneckengrund 336.
Der Mischwandbereich 316 beginnt mit der gestrichelten Linie 330 und endet mit der gestrichelten Linie 331. Der Mischlückenbereich 315 beginnt mit der gestrichelten Linie 331 und endet mit der gestrichelten Linie 332. Die Steghöhe des Mischwandbereichs 316 ist der Abstand vom Stegkopf 337 im Mischwandbereich 316 und dem Schneckengrund 336. Die Steghöhe des Mischlückenbereichs 315 ist der Abstand vom Stegkopf 338 im Mischlückenbereich 315 und dem Schneckengrund 336. Über dem Schneckensteg im Mischlückenbereich 315 liegt die Mischöffnung 319, die durch die gestrichelten Linien 331 und 332 begrenzt wird. Die Höhe der Mischöffnung ist der Abstand der gestrichelten Linie 334 vom Stegkopf 338 im Mischlückenbereich 315.
4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Querschnitt von zwei Schneckenkanälen 443 und 444 innerhalb einer Mischzone. Das Bezugszeichen 402 kennzeichnet dabei die Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand 401 quer zu den Schneckenkanälen 443 und 444. In dem dargestellten Querschnitt liegen an den Schneckenstegen 440, 441 und 442 ausschließlich Mischwandbereiche vor. Innerhalb der Schneckenkanäle 443 und 444 bilden sich aufgrund der Geschwindigkeitskomponente 402 der Zylinderwand 401 die Schmelzewirbel 410 und 411 aus, die in der Nähe der Zylinderwand 401 in Richtung der Geschwindigkeitskomponente 402 verlaufen und in der Nähe des Schneckengrundes 400 entgegen der Geschwindigkeitskomponente 402 verlaufen.
5 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den gleichen Querschnitt von zwei Schneckenkanälen 543 und 544 innerhalb einer Mischzone wie 4. Das Bezugszeichen 502 kennzeichnet dabei die Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand 501 quer zu den Schneckenkanälen 543 und 544. Die Verläufe 512 und 513, skizzieren die Geschwindigkeitsverläufe der Schmelze quer zu den Schneckenkanälen innerhalb eines Querschnitts in dem an den Schneckenstegen 540, 541 und 542 ausschließlich Mischwandbereiche vorliegen. Dabei liegt ungefähr auf der halben Höhe der Schneckenkanäle 543 und 544 keine Geschwindigkeit der Schmelze quer zu den Schneckenkanälen 543 und 544 vor.
6 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Querschnitt von zwei Schneckenkanälen 643 und 644 innerhalb einer Mischzone. Das Bezugszeichen 602 kennzeichnet dabei die Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand 601 quer zu den Schneckenkanälen 643 und 644. Die Verläufe 612 und 613 skizzieren die Geschwindigkeitsverläufe der Schmelze quer zu den Schneckenkanälen innerhalb eines Querschnitts in dem an den Schneckenstegen 640 und 642 Mischwandbereiche vorliegen und an dem Schneckensteg 641 ein Mischlückenbereich vorliegt. Dabei skizziert der Verlauf 614 den Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zu den Schneckenkanälen 643 und 644 durch die Mischöffnung im Mischlückenbereich des Schneckensteges 641. Da die Steghöhe des Schneckensteges 641 ungefähr halb so groß ist wie die Gangtiefe in diesem Bereich, weist der Geschwindigkeitsverlauf 614 eine ähnliche Gestalt auf wie die Geschwindigkeitsverläufe 612 und 613 im oberen Bereich der Schneckenkanäle 643 und 644. Dies führt dazu, dass die Ausprägung der Schmelzewirbel in den Schneckenkanälen 643 und 644 größtenteils erhalten bleibt und so die thermische Mischgüte hoch ist.
7 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Mischzone nach Aspekt 2. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 710 gekennzeichnet. Der Pfeil 711 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach unten. Das Bezugszeichen 715 kennzeichnet einen Mischlückenbereich dieses Schneckensteges 740 und das Bezugszeichen 716 kennzeichnet einen Mischwandbereich des Schneckensteges 740. Insgesamt weisen die Hälfte der dargestellten Schneckenstege einem Mischbereich auf, wie der Schneckensteg 740. Der Schneckensteg 741 weist in der Mischzone keinen Mischlückenbereich auf. Insgesamt weisen die Hälfte der dargestellten Schneckenstege keinen Mischlückenbereich auf. Der Schneckenkanal 742 liegt in Drehrichtung der Schnecke betrachtet vor dem Schneckensteg 740. Der Schneckenkanal 743 liegt in Drehrichtung der Schnecke betrachtet hinter dem Schneckensteg 740.
8 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 3. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 810 gekennzeichnet. Der Pfeil 811 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach unten. Der Schneckensteg 840 weist einen Strömungsbereich und der Schneckensteg 841 einen Dichtbereich auf. Durch die Drehbewegung der Schnecke kann das Verarbeitungsmaterial in der Nähe der Zylinderwand über den Strömungsbereich des Schneckensteges 840 vom Schneckenkanal 843 in den Schneckenkanal 842 strömen. Durch eine Rückströmung kann das Verarbeitungsmaterial in der Nähe des Schneckengrundes über den Strömungsbereich des Schneckensteges 840 vom Schneckenkanal 842 in den Schneckenkanal 843 strömen.
9 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 3 mit einer besonderen Ausgestaltung. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 910 gekennzeichnet. Der Pfeil 911 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach unten. Der Schneckensteg 940 weist zunächst einen Dichtbereich und danach einen Strömungsbereich auf und der Schneckensteg 941 weist zunächst einen Strömungsbereich und danach einen Dichtbereich auf.
10 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Einschnecke mit einem Mischteil nach Aspekt 4. Die Ausrichtung der Schneckenachse und damit die axiale Richtung der Schnecke ist mit dem Pfeil 1010 gekennzeichnet. Der Pfeil 1011 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Zeichnung nach unten. Dabei weist der Schneckensteg 1040 zunächst einen Dichtbereich und danach einen Mischbereich 1042 auf und der Schneckensteg 1041 weist zunächst einen Mischbereich 1043 und danach einen Dichtbereich auf.
Liste der verwendeten Bezugszeichen

101: Einzugszone
102: Barrierezone
103: Meteringzone
104: Mischzone
105: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Einzugszone und Barrierezone
106: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Barrierezone und Meteringzone
107: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Meteringzone und Mischzone
108: Gestrichelte Linie (Trennlinie) am Ende der Mischzone
109: Mischteil
110: Richtung der Schneckenachse
111: Drehrichtung der Schnecke
210: Richtung der Schneckenachse
211: Drehrichtung der Schnecke
215: Mischlückenbereich
216: Mischwandbereich
220: Aktive Flanke eines Schneckenstegs
221: Passive Flanke eines Schneckenstegs
310: Richtung der Schneckenachse
315: Mischwandbereich
316: Mischwandbereich
319: Mischöffnung
330: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zu Beginn eines Mischwandbereichs
331: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zwischen Mischwandbereich und Mischlückenbereich
332: Gestrichelte Linie (Trennlinie) zum Ende eines Mischlückenbereichs
334: Gestrichelte Linie am Stegkopf eines Mischwandbereichs
336: Schneckengrund
337: Stegkopf im Mischwandbereich (Ende des Stegs in radialer Richtung)
338: Stegkopf im Mischlückenbereich (Ende des Stegs in radialer Richtung)
400: Schneckengrund
401: Zylinderwand
402: Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand quer zum Schneckenkanal
410: Schmelzewirbel
411: Schmelzewirbel
440: Schneckensteg (Mischwandbereich)
441: Schneckensteg (Mischwandbereich)
442: Schneckensteg (Mischwandbereich)
443: Schneckenkanal
444: Schneckenkanal
501: Zylinderwand
502: Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand quer zum Schneckenkanal
512: Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zum Schneckenkanal
513: Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zum Schneckenkanal
540: Schneckensteg (Mischwandbereich)
541: Schneckensteg (Mischwandbereich)
542: Schneckensteg (Mischwandbereich)
543: Schneckenkanal
544: Schneckenkanal
601: Zylinderwand
602: Geschwindigkeitskomponente der Zylinderwand quer zum Schneckenkanal
612: Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zum Schneckenkanal
613: Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zum Schneckenkanal
614: Geschwindigkeitsverlauf der Schmelze quer zum Schneckenkanal durch eine Mischöffnung
640: Schneckensteg (Mischwandbereich)
641: Schneckensteg (Mischlückenbereich)
642: Schneckensteg (Mischwandbereich)
643: Schneckenkanal
644: Schneckenkanal
710: Richtung der Schneckenachse
711: Drehrichtung der Schnecke
715: Mischlückenbereich
740: Schneckensteg mit Mischbereich
741: Schneckensteg ohne Mischbereich (mit Dichtbereich)
742: Schneckenkanal
743: Schneckenkanal
810: Richtung der Schneckenachse
811: Drehrichtung der Schnecke
840: Schneckensteg mit Strömungsbereich
841: Schneckensteg mit Dichtbereich
842: Schneckenkanal
843: Schneckenkanal
910: Richtung der Schneckenachse
911: Drehrichtung der Schnecke
940: Schneckensteg mit Dichtbereich gefolgt von einem Strömungsbereich
941: Schneckensteg mit Strömungsbereich gefolgt von einem Dichtbereich
1010: Richtung der Schneckenachse
1011: Drehrichtung der Schnecke
1040: Schneckensteg mit Dichtbereich gefolgt von einem Mischbereich
1041: Schneckensteg mit Mischbereich gefolgt von einem Dichtbereich
1042: Mischbereich
1043: Mischbereich

Claims

Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens einen spiralförmigen Schneckensteg aufweist, wobei der Schneckensteg mindestens einen Mischbereich aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich mindestens zwei Mischlückenbereiche (215) aufweist und zwischen den Mischlückenbereichen Mischwandbereiche (216) vorliegen, wobei mindestens 90% der Mischlückenbereiche (215) eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (215) vorliegenden Steghöhe aufweisen, und mindestens 90% der Mischlückenbereiche (215) eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (215) vorliegenden Steghöhe aufweisen.
Einschnecke nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnecke im axialen Bereich einer Mischzone mehrgängig ist und bevorzugt mindestens 70% der Schneckenstege in der Mischzone einen Mischbereich aufweisen.
Einschnecke nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Mischbereich die Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen (319) des Mischbereichs minimal 11% von der Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen (319) und des Schneckensteges des Mischbereichs (315 und 316) betragen und die Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen (319) des Mischbereichs maximal 35% von der Summe der Querschnittfläche aller Mischöffnungen (319) und des Schneckensteges des Mischbereichs (315 und 316) betragen.
Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens eine Mischzone aufweist in der mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege vorliegen und mindestens die Hälfte der Schneckenstege einen Mischbereich aufweist, wobei diese Schneckenstege in der Gruppe S1 zusammengefasst sind und die übrigen Schneckenstege in die Gruppe S2 dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich der Schneckenstege der Gruppe S1 mindestens zwei Mischlückenbereiche (715) aufweist, wobei die Anzahl der Mischlückenbereiche (715) A1 ist und zwischen den Mischlückenbereichen (715) Mischwandbereiche (716) vorliegen, wobei mindestens 90% der Mischlückenbereiche (715) eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (715) vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens 90% der Mischlückenbereiche (715) eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen (715) vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens ein Schneckensteg der Gruppe S2 in der Mischzone die Anzahl A2 an Mischlückenbereichen (715) aufweist und A2 maximal 0,33 mal A1 beträgt.
Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens ein Mischteil aufweist, dass in einem axial begrenzten Bereich B1 mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege (840 und 841) aufweist, wobei in dem Bereich B1 mindestens die Hälfte der Schneckenstege (840) einen Strömungsbereich aufweisen, wobei diese Schneckenstege (840) in der Gruppe S3 zusammengefasst sind und die übrigen Schneckenstege (841) in die Gruppe S4 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schneckensteg (841) der Gruppe S4 in dem Bereich B1 einen Dichtbereich aufweist und mindestens 90% der Schneckenstege (840) der Gruppe S3 in dem Strömungsbereich eine Steghöhe von minimal 30% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe aufweisen und mindestens 90% der Schneckenstege (840) der Gruppe S3 in dem Strömungsbereich eine Steghöhe von maximal 70% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe aufweisen und dass die Schneckenstege (840) der Gruppe S3 parallel zu den Schneckenstegen (841) der Gruppe S4 verlaufen.
Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens ein Mischteil aufweist, dass in einem axial begrenzten Bereich B2 mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege (1040 und 1041) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich B2 mindestens ein Schneckensteg (1040) mindestens einen Dichtbereich aufweist dem in axialer Richtung ein Mischbereich (1042) folgt und im Bereich B2 mindestens ein Schneckensteg (1041) mindestens einen Mischbereich (1043) aufweist, dem in axialer Richtung ein Dichtbereich folgt wobei mindestens einer der Mischbereiche (1042 und 1043) der Schneckenstege (1040 und 1041) mindestens zwei Mischlückenbereiche aufweist, wobei mindestens 30% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von minimal 30% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen und mindestens 30% der Mischlückenbereiche eine Steghöhe von maximal 70% der jeweils neben den Mischlückenbereichen vorliegenden Steghöhe aufweisen.
Einschnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steghöhe von mindestens 30% aller Mischwandbereiche (316) der jeweils vorliegenden Gangtiefe entspricht.
Einschnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, bevorzugt zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren oder aufschmelzbaren Lebensmitteln, wobei die Einschnecke mindestens ein Mischteil aufweist, dass in einem axial begrenzten Bereich B1 mindestens zwei spiralförmige Schneckenstege (940 und 941) aufweist, wobei in dem Bereich B1 mindestens die Hälfte der Schneckenstege einen Strömungsbereich aufweisen, wobei diese Schneckenstege in der Gruppe S3 zusammengefasst sind und die übrigen Schneckenstege in die Gruppe S4 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schneckensteg (940) der Gruppe S4 in dem Bereich B1 einen Dichtbereich aufweist und mindestens 30% der Schneckenstege (941) der Gruppe S3 in dem Strömungsbereich eine Steghöhe von minimal 30% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe aufweisen und mindestens 30% der Schneckenstege (941) der Gruppe S3 in dem Strömungsbereich eine Steghöhe von maximal 70% der an der Stelle vorliegenden Gangtiefe aufweisen und sich bei mindestens einem Schneckensteg Dichtbereiche und Strömungsbereiche entlang des Schneckensteges abwechseln und bei mindestens einem anderen Schneckensteg sich in umgekehrter Reihenfolge entlang des Schneckensteges Strömungsbereiche und Dichtbereiche abwechseln.
Einschnecke nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Dichtbereiche von mindestens einem Schneckensteg (940) mindestens einen Schneckendurchmesser beträgt.
Einschnecke nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbereiche in axialer Richtung länger als die Strömungsbereiche sind.