DE102018128884A1

DE102018128884A1 - Multischneckensystem und Verfahren zur Verarbeitung von Polymerschmelze damit

Info

Publication number: DE102018128884A1
Application number: DE102018128884.0A
Authority: DE
Inventors: Detlef Gneuss; Stephan Gneuss; Daniel Gneuss
Original assignee: Gneuss GmbH
Current assignee: Gneuss GmbH
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Multischneckensystem (100) zur Verarbeitung von Polymerschmelze, wenigstens umfassend:- ein Gehäuse (30) mit◯ einem Zulaufbereich (20) mit einer Zulauföffnung,◯ einer Gehäuseausnehmung und◯ einem Auslaufbereich (40) mit einer Auslauföffnung; sowie- eine Polyrotationseinheit (10), die in der Gehäuseausnehmung rotierbar angeordnet ist und die wenigstens umfasst:◯ ein Rotorelement (11), mit einem sich über den Außenumfang eines Wellenkerns (15) erstreckenden Hauptschneckensteg (12) und◯ wenigstens ein Satellitenmischelement (16), das in einer Aufnahmenut (13) drehbar gelagert ist, welche sich wenigstens entlang wenigstens eines Teils der Länge der Polyrotationseinheit (10) erstreckt, wobei das Satellitenmischelement (16) vollständig innerhalb des Umkreises des Hauptschneckenstegs (12) angeordnet ist.Dabei variiert der Einfassungsgrad des Satellitenmischelements (16) über die Länge des Rotorelements (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Multischneckensystem zur Verarbeitung von Polymerschmelze mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von Polymerschmelze damit.
Bei der Aufbereitung von Polykondensaten wie insbesondere Polyester ist es wichtig, das Spaltprodukt - meist Wasser - stetig abzuführen, um die Polymerkettenlänge zu vergrößern oder zumindest zu erhalten und eine weitere Degradation des aufgeschmolzenen Polymers zu verhindern. Dies ist gerade bei anspruchsvollen Fertigungstechniken wie der Herstellung feiner Spinnfasern wichtig, welche eine hohe Polymerqualität und insbesondere eine hohe intrinsische Viskosität erfordern.
Die WO 2013 180 941 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Bulk Continuous Carpet Filament (Carpet-BCF) aus Recycling-Polyester. Dabei ist vorgesehen, einen Strom von aufgeschmolzenem Polymer in wenigstens zwei Einzelströme aufzuteilen. Die Einzelströme sollen getrennt voneinander durch Anlegen und Halten eines Vakuums in gesonderten Extrudern entgast werden, bevor sie wieder zu einem Gesamtschmelzestrom vereinigt werden, der dann einer nachgeschalteten Spinnvorrichtung direkt zugeführt werden soll. Die Aufteilung in mehrere Einzelströme, die in parallel angeordneten Extrudern verarbeitet werden, führt aber zu einem hohen apparativen Aufwand hinsichtlich Kosten, Platzbedarf, Synchronisation usw. Zur Durchführung des Verfahrens ist als Ausführungsbeispiel weiterhin ein Mehrwellenextruder angegeben, welcher die Funktion der mehreren separaten Extruder in einer einzigen Baueinheit abbilden soll und welcher die getrennten Schmelzeströme voneinander unabhängig entgasen soll, bevor sie wiedervereinigt werden. Dazu rotiert ein Multirotationseinheit um eine zentrale Achse, in dem mehrere Satellitenschnecken rotierbar gelagert sind. Zur Entgasung ist ein Gehäuse vorgesehen, das eine Öffnung besitzt, welche mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Die Aufteilung in voneinander getrennte Teil-Schmelzeströme hat zwar gegenüber einem Monostrom den Vorteil, dass die Polymeroberfläche, an der ein Gasaustausch erfolgen kann, vergrößert ist. Die Entgasung der einzelnen Schmelzeströme, welcher über die Satellitenschnecken geleitet werden, kann jedoch nur in dem kurzen Moment stattfinden, in welchem während der Rotation des Polyrotationseinheit die jeweilige Satellitenschnecke mit ihrem Teil-Schmelzestrom an der Öffnung im Gehäuse vorbeigeführt wird. Es bleibt offen, wie die dauerhafte Aufrechterhaltung eines konstant niedrigen Drucks zwecks Entgasung in jedem Teil-Schmelzestrom aufrechterhalten werden soll, obwohl die zugehörige Satellitenschnecke immer nur kurz durch die Öffnung des Gehäuses hindurch bewegt wird und dann für den Rest der Umdrehung außerhalb des Einflussbereichs des Vakuums ist.
Die WO 2003 033 240 A1 beschreibt ein Multischneckensystem, welches mehrere Satellitenschnecken umfasst. Diese bewirkt eine deutliche Vergrößerung der Oberfläche der Polymerschmelze und verbessert die Schmelzequalität deutlich. Querströmungen über das Rotorelement hinweg, von einer Satellitenschnecke zur nächsten, sind möglich und erwünscht. Den Satellitenschnecken ist der Hauptteil der Förderung der Polymerschmelze auferlegt, während ein nur schwach ausgeprägter Schneckensteg auf dem Rotorelement einen kleineren Anteil an der Förderung hat, der vornehmlich dazu dient, das Rotorelement mit Schmelze zu umgeben und so quasi eine Schmierung im Gehäuse zu bewirken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Multischneckensystem anzugeben, mit dem die Qualität der darin verarbeiteten Polymerschmelze erhöht werden kann. Insbesondere soll eine große Polymeroberfläche erzeugt werden und/oder ein hoher Oberflächenaustausch in der Polymerschmelze bewirkt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Multischneckensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Als „Einfassungsgrad“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das Verhältnis zwischen denjenigem Anteil des Umfangs des Satellitenmischelements bezeichnet, welcher durch Wandungen des Rotorelements und seines Hauptschneckenstegs abgeschirmt ist, im Verhältnis zum Gesamtumfang.
Der erfindungsgemäße Ansatz ist genau konträr zu dem oben beschriebenen Stand der Technik nach WO 2013 180 941 A1 . Die Erfindung sieht zwar eine ähnliche Bauweise mit einem in einer Gehäusebohrung rotierenden Rotorelement und mit mehreren darin eigenständig rotierenden Satellitenelementen vor. Die Satellitenelemente können als Satellitenschnecke mit wenigstens einer Schneckenwendel auf dem Außenumfang ausgebildet sein. Sie können aber auch als reine Mischelemente mit an der Außenseite aufgebrachten Paddelelementen ausgeführt sein.
In jedem Fall erfolgt die Förderwirkung ganz überwiegend durch wenigstens einen Hauptschneckensteg, der außen auf dem Rotorelement ausgebildet ist. Der Hauptschneckensteg ist so hoch über einem Wellenkern des Rotorelements ausgebildet, dass eine Förderwirkung gegeben ist und das Multischneckensystem als Ersatz für einen Ein- oder Doppelschneckenextruder bei der Schmelzeaufbereitung und -förderung in einer Kunststoffverarbeitungsanlage geeignet ist.
Demgegenüber tritt die Förderwirkung der Satellitenelemente, auch wenn diese als Satellitenschnecke ausgebildet sind, deutlich zurück oder hat gar keinen nennenswerten Anteil mehr daran. Stattdessen dienen die Satellitenschnecken der Umwälzung, Auflockerung und Durchmischung der Polymerschmelze. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Satellitenschnecken beim dem Multischneckensystem nach der Erfindung über die Länge einen unterschiedlichen Einfassungsgrad besitzen. Dort, wo die Satellitenschnecken durch den Hauptschneckenstege hindurchlaufen, sind sie zu mindestens 80% des Umfangs eingefasst. Damit können nur geringe Strömungen längs des Rotorelements durch die verbleibenden Freiräume zwischen Hauptschneckensteg und Satellitenschnecke gelangen. Die Förderwirkung des Hauptschneckenstegs bleibt erhalten. In dem Längenbereich zwischen benachbarten Teilen des Hauptschneckenstegs sind die Satellitenschnecken hingegen deutlich weniger von der Aufnahmenut, in der sie angeordnet sind, eingefasst und liegen mindestens zur Hälfte offen. Damit bilden sie kein Förderelement wie bei einem Extruder mehr, sondern sind Mischelemente für die Polymerschmelze.
Das Rotorelement bietet mit seinem großen Durchmesser und Umfang, über den wenigstens ein nahezu ununterbrochener Hauptschneckensteg verläuft, zum einen eine große Oberfläche, auf der der Schmelzestrom ausgebreitet wird. Dies begünstigt zum Beispiel die Entgasung der Polymerschmelze, wenn sie an einer Gehäuseöffnung entlang geführt wird, an der ein Vakuum anliegt. Zum anderen führen die zwischen den benachbarten Teilen des Hauptschneckenstegs liegenden Schneckengänge einen einheitlichen Schmelzestrom mit sich anstatt vieler einzelner Schmelzströme. Der einheitliche Schmelzestrom wird aufgrund der Rotation des Rotorelements mehrfach gezielt an der Gehäuseöffnung vorbeigeführt, an der das Vakuum anliegt. Es gibt also insbesondere eine definierte Verweilzeit im Einflussbereich des Vakuums.
Die als Satellitenschnecken ausgebildeten Satellitenelemente dienen erfindungsgemäß, wie bereits ausgeführt, nicht der Förderung von einzelnen Schmelzeströmen. Sie liegen vielmehr soweit offen im Schneckengang des Rotorelements, dass sie kaum Förderwirkung besitzen, aber vor allem eine Umwälzung derjenigen Anteile der Schmelze bewirken, welche sich unten im Fuß der Schneckengänge des Hauptschneckenstegs befindet. Die Satellitenschnecken bewirken somit eine Auflockerung, Durchmischung und Ortsveränderung einzelner Teile eines ansonsten einheitlichen Schmelzestroms, welcher durch den Gang der Hauptschnecke hindurch läuft und sorgen dafür, dass die Entgasungswirkung durch das Vakuum ständig bei dem ganzen über das Rotorelement geförderten Schmelzestrom besteht und nicht nur bei den ganz außen befindlichen Anteilen.
Zur Auswahl der Anzahl von Satellitenmischelemente gelten folgende Überlegungen:

- Wird das Multischneckensystem vor allem zur Durchmischung mehrerer Komponenten oder Homogenisierung einer Komponente eingesetzt, so kann die Mischwirkung durch eine Erhöhung der Anzahl der Satellitenmischelemente erhöht werden.
- Liegt der Fokus auf der Entgasung, so ergibt sich ein Einfluss der Mischwirkung auf die Entgasungseffizienz. Bei erhöhter Anzahl der Mischelemente kann der erforderliche Partialdruck im Gasraum erhöht werden, also der Druck im Einflussbereich des Vakuums erhöht werden.
- Im Falle der Begasung ist der Einfluss der Anzahl von Mischelementen entsprechend umgekehrt.

Bei gegebener Anwendung legt man somit die Zahl der Satellitenmischelemente fest und kommt durch einen einfachen Versuch zum gewünschten optimalen Druckbereich für die Verfahrensführung, indem schrittweise ein Druck von kleiner 0,1 mbar bis über 1 bar angelegt wird und das auf diese Weise behandelte Produkt für mehrere Versuchsstufen analysiert wird.
Die Querschnittsfläche im Hauptschneckengang ist im Verhältnis zu einem Nenn-Volumenstrom für den Entgasungsextruder so gewählt, dass der Querschnitt im Normalbetrieb nicht voll gefüllt ist. Damit kann sich die Saugwirkung des Vakuums indirekt auch auf all jene Umfangsbereiche an dem Rotorelement erstrecken, die sich gerade nicht unmittelbar im Bereich der Gehäuseöffnung befinden.
Erfindungswesentlich ist, dass der Hauptschneckensteg jeweils nur eine kleine Öffnung an derjenigen Stelle besitzt, an der die Satellitenschnecken durch den Hauptschneckensteg hindurchlaufen. Dabei ist entweder die Oberkante des Hauptschneckenstegs gar nicht unterbrochen, so dass dieser sich wie eine Brücke über das Satellitenmischelement hinweg erstreckt, oder er besitzt eine Durchbrechung, welche durch den Querschnitt des Satellitenmischelement wieder ausgefüllt ist. Das Satellitenmischelement ist hier zu 80% ihres Umfangs von Querschnittsflächen des Rotorelements einschließlich des Hauptschneckenstegs eingefasst. Das heißt, die verbleibende Fläche der Durchbrechung im Hauptschneckensteg ist maximal etwa 20% größer als der durch das Satellitenmischelement wieder verdeckte, projizierte Öffnungsquerschnitt. Die ganz überwiegende Abdeckung der Öffnung erhält die Förderwirkung des Hauptschneckenstegs, das heißt, die Schmelze folgt unweigerlich dem Verlauf des Hauptschneckenstegs und wird mehrfach an der Gehäuseöffnung vorbeigeführt. Die Schmelze kann aber kaum in einer Nebenströmung über den Hauptschneckensteg hinweg nach vorn strömen und Abschnitte der Hauptschnecke überspringen.
Bei Betrachtung des axialen Verlaufs der Satellitenmischelemente ergibt sich somit eine alternierende Folge von Abschnitten, an denen das jeweilige Satellitenmischelement von dem Hauptschneckensteg und zugleich von der Flanke einer Aufnahmenut im Rotorelement fast vollständig umgeben ist, und solchen Abschnitten, an denen das Satellitenmischelement nur teilweise von der Aufnahmenut umhüllt ist und ansonsten frei liegt.
Ein weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Entgasungsextruders ist die Abstimmung der folgenden Parameter:

- Außendurchmesser des Rotorelements, gemessen an der Oberkante des Hauptschneckenstegs;
- Höhe des Hauptschneckenstegs;
- Durchmesser des Teilkreises auf dem Rotorelement, auf dem das wenigstens eine Satellitenmischelement angeordnet sind, und
- Durchmesser der Satellitenschneckenstege.

Schon ein einzelnes Satellitenmischelement verbessert die Durchmischung und Oberflächenvergrößerung der Polymerschmelze. Vorzugsweise sind wenigstens drei Satellitenmischelemente in gleichmäßiger Winkelteilung auf dem Rotorelement angeordnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen nicht nur in einer besseren Durchmischung und einer besseren Entgasung. Weiterhin wird die Scherung des Polymers vermindert. Die Minderung der mechanischen Scherung führt schon allein zu einer verbesserten Schmelzequalität. Außerdem wird mit geringerer Scherung der Wärmeeintrag in die Schmelze reduziert; Überhitzungen werden vermieden.
Dadurch, dass die Satellitenschnecken oder die anderen Satellitenelemente mit einem großen Anteil ihrer Mantelfläche aus dem Rotorelement herausragen, vergrößert sich die Oberfläche der Hauptschnecke entsprechend. Eine größere Oberfläche führt zu einer stärkeren Ausbreitung in die Fläche und verbessert die Entgasungswirkung.
Die Summe aus dem Durchmesser des Teilkreises und dem Durchmesser der Satellitenschneckenstege sollte nicht größer sein als der Außendurchmesser des Rotorelements. Das bedeutet, dass die Stege der Satellitenmischelemente niemals radial über die Oberkante des Hauptschneckenstegs hinausragen. Dadurch kann der Spalt zwischen der Außenkante des Hauptschneckenstegs und der Gehäuseausnehmung sehr klein gehalten werden.
Auf der anderen Seite müssen Teilkreis und Durchmesser der Satellitenmischelemente so gewählt sein, dass die im Falle des Einsatzes von Satellitenschnecken deren Stege und bei anderen das Satellitenmischelementen die umfänglich angebrachten Mischelemente überhaupt ausreichend über den Grund der Schneckengänge im Hauptschneckensteg hinausragen, um ihre Wirkung erzielen zu können.
Vorzugsweise ist eine Abstimmung in der Weise vorgesehen, dass die das Satellitenmischelemente außerhalb der Stellen, an denen sie durch den Hauptschneckensteg hindurch geführt sind, mit maximal 50% ihres Umfangs von der Aufnahmenut umgeben sind und ansonsten außerhalb davon frei im Schneckengang liegen.
Vorgesehen ist weiterhin vorzugsweise, dass bei dem Einsatz von Satellitenschnecken eine gegensätzliche Orientierung des Schneckenstegs und eine gegenläufige Rotation im Vergleich zum Rotorelement gegeben ist. Dadurch können die Satellitenschnecken endseitig mit Ritzeln versehen sein, die in direktem Eingriff mit einem Zahnkranz sind, der am Rotorelement ausgebildet oder befestigt ist.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Multischneckensystems zur Verarbeitung von Polymerschmelze sind wenigstens folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

- Zuführen eines Schmelzestroms zu dem in der Gehäuseausnehmung drehbar angeordneten Rotorelement, das am Umfang mehrere drehbare Satellitenmischelemente aufweist;
- flächige Verteilung des Schmelzestroms auf dem Umfang des Rotorelements und auf den Satellitenmischelementen durch Rotation des Rotorelements gegenüber dem Gehäuse;
- Abführen der Polymerschmelze von dem Rotorelement und von den Satellitenmischelementen zu wenigstens einem Auslaufkanal.

Dabei wird die auf dem Rotorelement verteilte Polymerschmelze über die Länge des Rotorelements mittels wenigstens eines auf dem Außenumfang des Rotorelements angeordneten Hauptschneckenstegs gefördert. Wenn mehrere Satellitenmischelemente vorhanden sind, wird dadurch zugleich Polymerschmelze zwischen den benachbarten Satellitenmischelementen ausgetauscht.
Vorteilhaft ist es in dem Verfahren, wenn der Volumenstrom der zum Multischneckensystem zugeführten Polymerschmelze und der davon abgeführte Volumenstrom derart aufeinander abgestimmt werden, dass das zwischen den benachbarten Abschnitten des Hauptschneckenstegs, der Außenseite des Rotorelements und der Innenseite der Gehäuseausnehmung eingeschlossene Fördervolumen bzw. der im Längsschnitt des Rotorelements betrachtete Förderquerschnitt zu weniger als 100% mit Polymerschmelze gefüllt ist, insbesondere zu weniger als 80%. Die Reduktion des sogenannten Füllgrads ermöglicht, dass ausreichend Raum zur Verfügung steht, um die Polymerschmelze durch die Satellitenmischelemente zu verwirbeln, die Oberfläche zu vergrößern und die Durchmischung benachbarter Anteile des Schmelzestroms zu intensivieren.
Mit dem Verarbeitungsverfahren unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Multischneckensystem können insbesondere folgende Polymerschmelzen verarbeitet werden:

- Polyester für verschiedene Anwendungsgebiete, insbesondere auch Polyester in verschiedenen Faserformen wie Bulk Continuous Filament (BCF), das zur Teppichherstellung geeignet ist. Dabei kann das in einem Multischneckensystem nach der Erfindung behandelte Polyester direkt in einen Spinnprozess eingeleitet werden.
- Polyamid.
- Polystyrol, das insbesondere zur Bildung eines Polymerschaums mit Butan durchmischt wird, wobei auf das Anlegen eines Vakuums in diesem Fall verzichtet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 ein Multischneckensystem in seitlicher Ansicht;
2 das Multischneckensystem in perspektivischer Ansicht;
3 Teile eines Rotorelements in perspektivischer Ansicht;
4 Teile des Rotorelements nach einer ersten Ausführungsform im Schnitt; und
5 Teile eines Rotorelements nach einer zweiten Ausführungsform im Schnitt.

In 1 ist ein Multischneckensystem 100 nach der Erfindung in seitlicher Ansicht dargestellt. Dieser umfasst neben einem Gehäuse 30 in der Mitte einen Zulaufbereich 20, der im dargestellten Ausführungsbeispiel lang ausgebildet ist und in einem innenliegenden Zulaufkanal eine rotierende Schneckenwelle 21 aufweist. Weiterhin schließt sich zur anderen Seite des Gehäuses 30 ein Auslaufbereich 40 mit einem innenliegenden Auslaufkanal an, in dem ebenfalls eine rotierende Schneckenwelle 41 angeordnet ist. Das Gehäuse 30 ist von derjenigen Seite gesehen dargestellt, die zwei Gehäuseöffnungen 32 nebeneinander aufweist, welche innerhalb eines Flanschbereichs 31 angeordnet sind, an welchem wiederum eine Vakuumsaugleitung angebracht werden kann. Durch die Gehäuseöffnungen 32 hindurch sind im Inneren Teile einer Polyrotationseinheit 10 sichtbar, wobei insbesondere die im Vergleich zum Stand der Technik ganz wesentlich vergrößerte Gangtiefe bzw. Steghöhe eines Hauptschneckenstegs 12, der sich über den Außenumfang eines Rotorelements 11 erstreckt, auffällt.
2 zeigt Teile des Multischneckensystems 100 in perspektivischer Ansicht, wobei das Gehäuse 30 entfernt und nur angedeutet ist, um den Blick ins Innere des Gehäuses 30 und die dort gelagerte Polyrotationseinheit 10 frei zu geben.
Die Polyrotationseinheit 10 umfasst das Rotorelement 11 mit dem Hauptschneckensteg 12. Das Rotorelement 11 bildet somit selbst eine Extruderschnecke mit großen Außendurchmesser und breiten, tief eingeschnittenen Schneckengängen und einer entsprechenden Förderwirkung.
Hinzu kommen mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Satellitenmischelemente, die hier als Satellitenschnecken 16 ausgebildet sind und die achsparallel zum Rotorelement 11 angeordnet sind. Die Satellitenschnecken 16 liegen teils abgesenkt in Aufnahmenuten im Rotorelement 11, teils ragen sie daraus heraus. Im Ausführungsbeispiel liegen sie so tief, dass sie zwar den Hauptschneckensteg 12 an den Ausnehmungen durchdringen, dass aber radial außerhalb der jeweiligen Ausnehmung der Bereich am Hauptschneckensteg 12 um die Oberkante erhalten bleibt und nicht unterbrochen ist.
Die Orientierung der jeweiligen Schneckenwendel an den Satellitenschnecken 16 ist insbesondere gegenläufig zum Hauptschneckensteg 12.
3 stellt das Rotorelement 11 allein in einer perspektivischen Ansicht dar. Ein Wellenkern 15 ist an seinem Außenumfang von dem Hauptschneckensteg 12 umgeben. Außerdem sind am Außenumfang insgesamt drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Aufnahmenuten 13 ausgebildet, die in den Schneckengängen offen liegen und die mit zusätzlichen Ausnehmungen 14 im Hauptschneckensteg 12 ergänzt sind. Der Hauptschneckensteg 12 ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rotorelements 11 über seinen gesamten Verlauf an keiner Stelle vollständig unterbrochen.
Die wesentlichen Zusammenhänge an der Polyrotationseinheit 10 nach der Erfindung ergeben sich aus der Schnittansicht in 4.
Am Wellenkern 15 des Rotorelements 11 sind drei Aufnahmenuten 13 eingefräst, die um 120° zueinander versetzt auf einem gemeinsamen Teilkreis 19 angeordnet sind:

- Die linkere untere Aufnahmenut 13 und eine dazu benachbarte Ausnehmung 14 im Hauptschneckensteg 12 sind in 4 zur Veranschaulichung offen dargestellt. Eine Linie 13.1 markiert die durch die Aufnahmenut 13 gebildete Flanke der Öffnung.
- Bei der oberen Aufnahmenut 13 ist die Form der Ausnehmung 14 im Hauptschneckensteg 12 durch eine Schraffur markiert.
- Bei der rechten unteren Aufnahmenut 13 ist eine Satellitenschnecke 16 mit einem Schneckensteg 17 in die Aufnahmenut 13 eingesetzt.

Die Zentren der Ausnehmungen 13 und der Satellitenschnecke 16 liegen auf dem Teilkreis 19, welcher etwas kleiner ist als der Durchmesser des Wellenkerns 15. Durch wird erreicht, dass sich die Flanke 13.1 der Aufnahmenut über etwa 180° erstreckt, so dass die Satellitenschnecke 16 genau zur Hälfte abgedeckt ist und mit der anderen Hälfte innerhalb der Schneckengänge des Hauptschneckenstegs 12 nicht eingefasst ist, also offen liegt. An denjenigen Stellen, wo die Satellitenschnecke 16 den Hauptschneckensteg 12 durchlaufen soll, muss die zusätzliche Ausnehmung 14 im Hauptschneckensteg 12 eingebracht sein, die mondsichelförmig ist und zusammen mit dem Öffnungsquerschnitt der Aufnahmenut 13 einen offenen Kreisquerschnitt bildet. Dieser Kreisquerschnitt ist durch die projizierte Querschnittsfläche der Satellitenschnecke 16 samt ihrem Schneckensteg 17 nahezu vollständig wieder ausgefüllt. Das heißt, dass es - abgesehen von einem kleinen Ringspalt am Umfang der Satellitenschnecke 16, welcher deren ungehinderte Drehbewegung sicherstellt - keine verbleibende Restöffnung gibt, die eine unkontrollierte Längsströmung durch den Hauptschneckensteg 12 hindurch ermöglichen würde.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Polyrotationseinheit 10' im Schnitt dargestellt. Der Unterschied zu der zuvor beschriebenen Variante besteht darin, dass ein Teilkreis 19', der die Lage der Zentren von Aufnahmenuten 13' und Satellitenschnecken 16' vorgibt, einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des Wellenkerns 15'. Bei ansonsten gleichen geometrischen Verhältnissen zwischen Wellenkerndurchmesser, Satellitenschneckendurchmesser und Steghöhe des Hauptschneckenstegs ergibt sich dadurch zum einen eine weniger tiefe Aufnahmenut 13'. Deren Flanke 13.1' erstreckt sich über weniger als 180°, so dass entsprechend auch weniger als die Hälfte des Umfangs der Satellitenschnecke 16' eingefasst ist. Zum anderen wandert die Satellitenschnecke 16' soweit radial nach außen, dass die Außenkante ihres eigenen Schneckenstegs 17 genau die äußere Umfangslinie des Hauptschneckenstegs 11' berührt. Dies stellt die maximale äußere radiale Lage der Satellitenschnecke 16' dar. Durch die nach außen verlagerte Satellitenschnecke 16' und den reduzierten Querschnitt der Aufnahmenut 13' muss die Ausnehmung 14' im Hauptschneckensteg 12' entsprechend größer ausfallen. Zudem reicht die Ausnehmung bis ganz nach außen, so dass der Hauptschneckensteg 11' durch die Ausnehmung 14' vollständig unterbrochen ist. Jedoch ist auch bei einer solchen Ausführungsform das Bestreben, die verbleibenden Öffnungsflächen im Hauptschneckensteg 11' auf ein Minimum zu reduzieren. Daher sieht das dargestellte Ausführungsbeispiel eine Omegaförmige Kontur der Ausnehmung 14' vor, die so nah wie möglich am Außenumfang der Satellitenschnecke 16' bleibt. Die Ω-förmige Kontur ist insbesondere an der Ausnehmung 14' unten links in 5 erkennbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013180941 A1 [0003, 0008]
WO 2003033240 A1 [0004]

Claims

Multischneckensystem (100) zur Verarbeitung von Polymerschmelze, wenigstens umfassend: - ein Gehäuse (30) mit ◯ einem Zulaufbereich (20) mit einer Zulauföffnung, ◯ einer Gehäuseausnehmung und ◯ einem Auslaufbereich (40) mit einer Auslauföffnung; sowie - eine Polyrotationseinheit (10), die in der Gehäuseausnehmung rotierbar angeordnet ist und die wenigstens umfasst: ◯ ein Rotorelement (11; 11'), mit einem sich über den Außenumfang eines Wellenkerns (15; 15') erstreckenden Hauptschneckensteg (12; 12') und ◯ wenigstens ein Satellitenmischelement (16), das in einer Aufnahmenut (13; 13') drehbar gelagert ist, welche sich wenigstens entlang wenigstens eines Teils der Länge der Polyrotationseinheit (10; 10') erstreckt, wobei das Satellitenmischelement (16) vollständig innerhalb des Umkreises des Hauptschneckenstegs (12; 12') angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Einfassungsgrad des Satellitenmischelements (16) über die Länge des Rotorelements (11; 11') variiert.
Multischneckensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschneckensteg (12; 12') oberhalb einer Aufnahmenut (13; 13') eine Ausnehmung (14; 14') zur Durchführung des Satellitenmischelements (16) durch den Hauptschneckensteg (12; 12') aufweist.
Multischneckensystem (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Satellitenmischelement (16) beim Durchgang durch den Hauptschneckensteg (12; 12') zu mehr als 80% eingefasst ist.
Multischneckensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante des Hauptschneckenstegs (12) an wenigstens einer Ausnehmung (14) nicht unterbrochen ist und sich brückenförmig über das Satellitenmischelement (16) hinweg erstreckt, wobei die Ausnehmung (14) im Hauptschneckensteg (12) eine mondsichelförmige Querschnittsfläche hat.
Multischneckensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante des Hauptschneckenstegs (12') an dem Satellitenmischelement (16) durch eine Ausnehmung (14') unterbrochen ist.
Multischneckensystem (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Ausnehmung (14') im Hauptschneckensteg (12') Ω-förmig ist.
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfassungsgrad des Satellitenmischelements (16) außerhalb des Durchgangs durch den Hauptschneckensteg (12; 12') kleiner als 50% ist und die Aufnahmenut (13; 13') nicht hinterschnitten ist.
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (19) der Aufnahmenut (13) kleiner als der Durchmesser des Wellenkerns (15) ist.
Multischneckensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (19') der Aufnahmenut (13') größer als der Durchmesser des Wellenkerns (15') ist.
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rotorelement (11; 11') mehrere Aufnahmenuten (13; 13') ausgebildet sind und mehrere Satellitenmischelemente (16) auf dem Rotorelement (11; 11') drehbar gelagert sind.
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Satellitenmischelement (16) als Satellitenschnecke ausgebildet sind.
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steghöhe des Hauptschneckenstegs (12; 12') größer ist als die Höhe des jeweiligen Stegs (17) an dem Satellitenmischelement (16).
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steghöhe des Hauptschneckenstegs (12; 12') größer ist als der Radius der Satellitenmischelemente (16).
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steghöhe des Hauptschneckenstegs (12; 12') größer ist als die maximale Gangtiefe der Aufnahmenuten (13; 13').
Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) wenigstens eine sich bis in die Gehäuseausnehmung erstreckende Ansaugöffnung (32) aufweist, die mit einer Vakuumpumpe zu verbinden ist.
Verfahren zur Verarbeitung von Polymerschmelze mit einem Multischneckensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens folgenden Schritten: - Zuführen eines Schmelzestroms zu dem in der Gehäuseausnehmung drehbar angeordneten Rotorelement (11; 11'), das am Umfang wenigstens ein drehbares Satellitenmischelement (16) aufweist; - flächige Verteilung des Schmelzestroms auf dem Umfang des Rotorelements (11; 11') und auf dem wenigstens einen Satellitenmischelement (16); - Abführen der Polymerschmelze von dem Rotorelement (11; 11') und von dem Satellitenmischelement (16) zu wenigstens einem Auslaufkanal, wobei die auf dem Rotorelement (11; 11') verteilte Polymerschmelze über die Länge des Rotorelements (11; 11') mittels wenigstens eines auf dem Außenumfang des Rotorelements (11; 11') angeordneten Hauptschneckenstegs (12; 12') gefördert wird und wobei wenigstens ein Satellitenmischelement (16) verwendet wird, das derart offenliegend am Außenumfang des Rotorelements (11; 11') angeordnet ist, dass es keine wesentliche Förderwirkung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der zum Multischneckensystem (100) zugeführten Polymerschmelze und der davon abgeführte Volumenstrom, derart aufeinander abgestimmt werden, dass das zwischen den benachbarten Abschnitten des Hauptschneckenstegs (12; 12'), der Außenseite des Rotorelements (11; 11') und der Innenseite der Gehäuseausnehmung eingeschlossene Fördervolumen zu weniger als 100% mit Polymerschmelze gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen zu weniger als 80% mit Polymerschmelze gefüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze durch Anlegen eines Vakuums an die Gehäuseausnehmung entgast wird.