DE102020001456A1

DE102020001456A1 - Extruder mit Mischzone

Info

Publication number: DE102020001456A1
Application number: DE102020001456.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-03-07
Also published as: DE102020001456B4; WO2021175357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Extruder mit mindestens einer Mischzone und dabei insbesondere die Ausführung mindestens einer Mischzone mindestens einer Schnecke des Extruders zum thermischen und/oder distributiven Mischen eines Verarbeitungsmaterials. Dabei soll durch vorgeschlagene Ausführungen von mindestens einer Mischzone und deren Anordnung eine verbesserte Förderung des Verarbeitungsmaterials nach Möglichkeit in Kombination mit einem verbesserten Druckverlauf innerhalb der Mischzone und entlang des Extruders erreicht werden, wobei hier z.B. ein Druckaufbau, eine Druckneutralität oder möglichst niedriger Druckverlust innerhalb der Mischzone erreicht werden soll. Außerdem soll die thermische und/oder stoffliche Homogenität von Verarbeitungsmaterialien verbessert werden. Dazu wird vorgeschlagen, Mischzonen mit höhenbegrenzten Lücke-WandBereichen und/oder höhenbegrenzten Strömungsbereichen in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen und Anordnungen einzusetzen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder mit mindestens einer Mischzone und dabei insbesondere die Ausführung und Anordnung mindestens einer Mischzone mindestens einer Schnecke des Extruders zum thermischen und/oder distributiven Mischen.
In dem Extruder soll ein beliebiges Verarbeitungsmaterial verarbeitet werden können. Mindestens ein Bestandteil des Verarbeitungsmaterials ist dabei aufschmelzbar und wird im Extruder mindestens teilweise aufgeschmolzen und/oder dem Extruder mindestens teilweise im aufgeschmolzenen Zustand zugeführt und liegt zumeist mindestens teilweise nach einer optionalen Ausformung feststoffförmig vor z.B. aber nicht ausschließlich nach einem Extrusionswerkzeug oder in einem Spritzgießwerkzeug und den jeweiligen Prozess entsprechenden Kühlmethoden. Neben diesen aufschmelzbaren Bestandteilen können nicht aufschmelzbare Materialien, z.B. Holz, Kalziumcarbonat, Fasern, z.B. Kohlenstofffasern, Ruß, mineralische Substanzen oder ähnliches ebenfalls Bestandteile des Verarbeitungsmaterials sein. Andere Bestandteile können auch Materialien sein, die erst bei sehr hohen Temperaturen aufschmelzen, wie z.B. Sand, Glaskugeln oder ähnliches, Glashohlkörper, Fasern, z.B. Glasfasern oder ähnliches. Diese Bestandteile sind, wie beschrieben, zwar ebenfalls aufschmelzbar, bleiben im - Extruder aber üblicher Weise aufgrund ihrer hohen Aufschmelztemperatur im festen Zustand. Im Rahmen der hier vorliegenden Schrift sind mit aufschmelzbaren Bestandteilen des Verarbeitungsmaterials die Bestandteile gemeint, die im Extrusionsprozess üblicher Weise mindestens teilweise aufgeschmolzen werden. Bevorzugt liegt die Aufschmelztemperatur dieser aufschmelzbaren Bestandteile unter 450°C, bevorzugt unter 400°C, besonders bevorzugt unter 350°C.
Bevorzugt ist mindestens ein Teil des Verarbeitungsmaterials mindestens ein thermoplastisches Polymer. Besonders bevorzugt wird das thermoplastische Polymer mindestens zusammen mit Additiven und/oder Füllstoffen im Extruder verarbeitet.
Bevorzugt ist mindestens ein Teil des Verarbeitungsmaterials mindestens ein aufschmelzbares Lebensmittel.
Häufig wird ein Großteil der Bestandteile des Verarbeitungsmaterials dem Extruder als Feststoff zugeführt. Daneben oder stattdessen können dem Extruder aber auch Bestandteile des Verarbeitungsmaterials im bereits schmelzeförmigem, flüssigem und/oder gasförmigem Zustand zugeführt werden. Ein Teil des Verarbeitungsmaterials kann im Extruder vor der Hauptaustragungszone abgeführt werden. Auch ist die Zuführung von festen und flüssigen Materialien möglich, die erst durch eine weitere Temperaturzuführung, Scherung und/oder Druckreduzierung flüssig oder gasförmig werden, wie z.B. Treibmittel. Das Verarbeitungsmaterial kann dem Extruder an einer oder mehreren Stellen zugeführt werden.
Bei der gemittelten Aufschmelztemperatur des Verarbeitungsmaterials werden nur die Aufschmelztemperaturen der Bestandteile des Verarbeitungsmaterials berücksichtigt, deren Aufschmelztemperatur unterhalb von 450°C, bevorzugt unterhalb von 400°C, besonders bevorzugt unterhalb von 350°C liegen. Bei diesen Bestandteilen handelt es sich im Wesentlichen, aber nicht ausschließlich um aufschmelzbare thermoplastische Polymere oder aufschmelzbare Lebensmittel. Die Basis für die Ermittlung des Mittelwertes ist dabei das Gewicht und nicht das Volumen der einzelnen Bestandteile. Bestandteile, deren Aufschmelztemperatur nicht berücksichtigt werden, sind im Wesentlichen, aber nicht ausschließlich Glasbestandteil, wie z.B. Glasfasern oder Glaskugeln, sowie Sand und weitere mindestens teilweise mineralische Füllstoffe.
Als Extruder werden im Rahmen der hier vorliegenden Schrift alle Vorrichtungen bezeichnet, in denen sich mindestens eine Schnecke in einem Gehäuse dreht und dabei ein Verarbeitungsmaterial gefördert und/oder plastifiziert und/oder aufgeschmolzen und/oder abgekühlt wird.
Bevorzugt wird der Extruder mit Mischzone in einem Plastifizieraggregat eingesetzt, in dem das Verarbeitungsmaterial aufgeschmolzen und/oder die Homogenität des Verarbeitungsmaterials verbessert werden soll.
Bevorzugter wird der Extruder mit Mischzone in einer Vorrichtung zum Extrudieren von Faserverbundformteilen oder Faserverbundhalbzeugen eingesetzt, besonders bevorzugt zum Extrudieren von Faserverbundkunststoffformteilen oder F aserverbu nd kunststoffhalbzeugen.
Bevorzugt wird der Extruder mit Mischzone in einer Vorrichtung zum Spritzgießen eingesetzt, z.B. einer sogenannten Spritzgießmaschine oder einem sogenannten Spritzgießaggregat. Dabei kann der Spritzdruck sowohl über mindestens eine verschiebbar gelagerte Schnecke erzeugt werden, als auch über einen oder mehrere Kolben, die über mindestens eine Schnecke gefüllt werden.
Bevorzugt wird der Extruder mit Mischzone in einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Faserverbundformteilen, bevorzugt Faserverbundkunststoffformteilen eingesetzt. Dabei kann der Spritzdruck sowohl über mindestens eine verschiebbar gelagerte Schnecke erzeugt werden, als auch über einen oder mehrere Kolben, die über mindestens eine Schnecke gefüllt werden.
Bevorzugt wird der Extruder mit Mischzone als Kühlextruder eingesetzt, in dem die Temperatur des bereits vorab erwärmten und/oder aufgeschmolzenen Verarbeitungsmaterials reduziert werden soll und/oder die Homogenität des Verarbeitungsmaterials verbessert werden soll. Ein Sonderfall stellt dabei der Kühlextruder in der Schaumherstellung dar. Hier ist eine besonders hohe Homogenität des Verarbeitungsmaterials erforderlich.
Ein weiterer bevorzugter Einsatz des Extruders mit Mischzone ist als Extruder mit mindestens einer Nebenabführungszone, um z.B. Wasser oder monomere Bestandteile aus dem Verarbeitungsmaterial mindestens teilweise zu entfernen.
Extruder 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 Extrusionswerkzeug. Einen ähnlichen Aufbau findet man bei der Verarbeitung von aufschmelzbaren Lebensmitteln.
Immer häufiger weisen Schnecken in Extrudern sogenannte Misch- oder Scherteile auf, um das Verarbeitungsmaterial zu homogenisieren und nach dem Austrag aus dem Extruder 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 Rahmen der hier vorliegenden Schrift wird häufig auf eine axiale Richtung Bezug genommen. Mit der axialen Richtung ist die Austragsrichtung entlang des Extruders gemeint. Am häufigsten werden Extruder mit einer Schnecke verwendet, da diese am wirtschaftlichsten hergestellt werden können und einfach zu betreiben sind. Bei Extrudern mit einer Schnecke ergibt sich die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung aus der Richtung der Schneckenachse von der Hauptzuführungszone zur Hauptaustragungszone. Die axiale Richtung ist beispielhaft für einen Extruder mit einer Schnecke in 1 mit dem Pfeil 110 gekennzeichnet.
Liegen in einem Extruder mehrere Schnecken vor, liegen alle Schneckenachsen zumeist parallel zueinander. In diesem Fall ergibt sich die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung aus einer Richtung einer beliebigen Schneckenachse von der Hauptzuführungszone zur Hauptaustragungszone.
In seltenen Fällen, z.B. bei konischen Doppelschneckenextrudern, liegen in einem Extruder mehrere Schnecken vor und mindestens zwei Schneckenachsen liegen nicht parallel zueinander. Bevorzugt ergibt sich in diesem Fall die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung aus dem Mittelwert der Richtung aller Schneckenachsen von der Hauptzuführungszone zur Hauptaustragungszone.
Wird auf eine Länge, eine Lage, einen Anfang oder ein Ende von Positionen, Abschnitten, Bereichen, Zonen, Gebieten oder Teilen in der hier vorliegenden Schrift Bezug genommen, ist damit die Länge, die Lage, der Anfang oder das Ende von Positionen, Abschnitten, Bereichen, Zonen, Gebieten oder Teilen in axialer Richtung zu verstehen, sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort ein anderer Bezug gemeint ist.
Für die folgenden Beschreibungen wird auf die 1 verwiesen, in der schematisch und nicht maßstäblich ein Extruder mit einer Schnecke dargestellt ist.
Die Länge z.B. der Zone 122 ist entsprechend den obigen Ausführungen die axiale Längenausprägung der Zone 122 entlang der axialen Richtung 110. Der gleiche Sprachgebrauch gilt auch für die Länge von Abschnitten, Bereichen, Gebieten und Teilen.
Die Zonen 123 und 124 liegen in axialer Richtung nach oder hinter der Zone 122. Die Zonen 122 und 123 liegen in axialer Richtung vor der Zone 124. Die Zone 123 liegt in axialer Richtung direkt nach der Zone 122 und direkt vor der Zone 124. Der gleiche Sprachgebrauch gilt auch für Positionen, Abschnitte, Bereiche, Gebiete und Teile.
Der Anfang der Zone 123 liegt an der gestrichelten Linie 104 und damit an dem Ende der Zone 122 und das Ende der Zone 123 an der gestrichelten Linie 105 und damit am Anfang der Zone 124. Dies bedeutet auch, dass das Ende der Zone 122 mit dem Anfang der Zone 123 zusammenfällt, also an der gleichen axialen Position vorliegt. Der gleiche Sprachgebrauch gilt auch für den Anfang und das Ende von Abschnitten, Bereichen, Gebieten und Teilen.
Die Schnecke im Extruder ist während des Betriebs in einem sogenannten 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 Schnecke üblicher Weise mit dem Verarbeitungsmaterial in Kontakt kommt bzw. kommen kann, also mit anderen Worten, die Wandung der Zylinderbohrung.
Bei Einschneckenextrudern ist, wie bereits vorab beschrieben, im Zylinder eine Bohrung mit einem Bohrungsdurchmesser eingebracht und man spricht dabei im Allgemeinen von einer Zylinderbohrung. Bei Extrudern mit mehreren Schnecken spricht man häufig ebenfalls von einer Zylinderbohrung, obwohl der Querschnitt der Zylinderbohrung nicht zwingend rund sein muss, sondern z.B. bei Doppelschneckenextrudern eher eine Acht-Form aufweist. Auch muss der Zylinder außen nicht zwingend rund sein, sondern kann auch außen z.B. eine eckige Form aufweisen. Der runde Zylinder ist aber zumeist am kostengünstigsten herstellbar und kann auch zumeist am leichtesten mit z.B. Aggregaten zum Heizen oder Kühlen der äußeren Oberfläche ausgestattet werden. Wenn im Rahmen der hier vorliegenden Schrift ein Zylinder bzw. ein Extrusionszylinder beschrieben wird, sind damit auch alle Formen gemeint, die das Gehäuse des Extruders aufweisen kann, um die mindestens eine Schnecke des Extruders aufzunehmen. Wenn im Rahmen der hier vorliegenden Schrift eine Zylinderbohrung beschrieben wird, sind damit auch alle Formen gemeint, die das Gehäuse auf der Innenseite aufweisen kann, um die mindestens eine Schnecke des Extruders aufzunehmen.
Eine Vielzahl von unterschiedlich ausgestalteten Extrudern mit Mischzone findet sich im Stand der Technik.
Eine Einschnecke mit Mischfunktion zum bevorzugten Einsatz in einem Einschnecken-Plastifizierextruder oder Kühlextruder ist durch die Patentschrift der Anmelderin DE10 2018 006 234 A1 bekannt. Es werden verschiedene Varianten von Mischzonen beschrieben, die höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche und/oder höhenbegrenzte Strömungsbereiche für die Homogenisierung eines Verarbeitungsmaterials aufweisen. Die Schwierigkeit für einen erfolgreichen Einsatz der Einschnecke mit Mischfunktion liegt in der konkreten Ausführung der Mischzone und insbesondere in der Optimierung der zahlreichen Parameter zum Betrieb, wie z.B. Massetemperatur, Verweilzeit und Energieeintrag. Diese Optimierung ist insbesondere dann schwierig, wenn dem Verarbeitungsmaterial Füllstoffe, Fasern oder ähnliches beigefügt sind oder eine optimale Homogenisierung, z.B. für die Schaumerzeugung erforderlich ist. Außerdem erweist sich die Optimierung dann als schwierig, wenn optimale Druckverläufe entlang des Extruders oder ein hoher Druckaufbau oder eine verbesserte Förderung des Verarbeitungsmaterials erforderlich sind. Auf eine Optimierung des Druckverlaufes oder eine verbesserte Förderung innerhalb der Schnecke wird in der DE10 2018 006 234 A1 jedoch nicht eingegangen. Mit anderen Worten macht die Druckschrift keine näheren Angaben zu hilfreichen geometrischen Ausführungen der Mischzone, die über die höhenbegrenzten Bereiche und die damit verbundene verbesserte Wirbelbildung hinausgehen.
Die DE 101 50 627 A1 beschreibt einen Extruder zum Entzug von niedermolekularen Bestandteilen und Erreichen höherer Molekülgrößen mit einer Extruderschnecke, die einen Abschnitt aufweist, auf dem sich mehrere Schneckenspindeln abwälzen.
Die DE 10 2013 008 201 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkörpers mit mehreren Extrudern, wobei mindestens ein Extruder mit einer Extruderschneckenvorrichtung und mehreren Schneckenspindeln, die auf dem Umfang der Extruderschneckenvorrichtung verteilt sind, ausgestattet ist. Auch hierbei sollen Temperaturunterschiede zwischen unterschiedlichen Radialpositionen im Querschnitt der Kunststoffschmelze verringert werden.
Auch die DE 10 2013 008 202 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkörpers mit mehreren Extrudern, wobei mindestens ein Extruder mit einer Extruderschneckenvorrichtung und mehreren Schneckenspindeln, die auf dem Umfang der Extruderschneckenvorrichtung verteilt sind, ausgestattet sein kann. Auch hierbei sollen Temperaturunterschiede zwischen unterschiedlichen Radialpositionen im Querschnitt der Kunststoffschmelze verringert werden.
Sowohl in der DE 101 50 627 A1 , also auch in der DE 10 2013 008 201 A1 und der DE 10 2013 008 202 A1 werden ausschließlich Schneckenspindeln beschrieben und gezeigt, die, wie bei Schneckenspindeln üblich, durchgehend umlaufende Schneckenstege aufweisen. Hierdurch tritt nur eine geringe Menge an Verarbeitungsmaterial aus einer Schneckenspindel aus und in die nächste Schneckenspindel ein. Eine radiale Durchmischung ist dadurch zwar gewährleistet. Eine Mischung über das gesamte Verarbeitungsmaterial in Umfangsrichtung wird dadurch erschwert. Auch auf eine Kombination einer verbesserten Förderung mit einer optimalen Umfangsmischung wird in den Schriften nicht eingegangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
Dabei liegt die Hauptaufgabe bei den hier vorgeschlagenen Ausführungen und Anordnung von Mischzonen in einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials nach Möglichkeit in Kombination mit einem verbesserten Druckverlauf innerhalb der Mischzonen und entlang des Extruders, wobei hier z.B. ein Druckaufbau, eine Druckneutralität oder möglichst niedriger Druckverlust innerhalb der Mischzonen erreicht werden soll. Außerdem soll die thermische und/oder stoffliche Homogenität von Verarbeitungsmaterialien verbessert werden und dabei insbesondere aber nicht ausschließlich Bestandteile wie Fasern und/oder Treibmittel und/oder Gase verbessert eingemischt werden. Eine weitere nicht ausschließliche Aufgabe liegt in der Verbesserung der sogenannten Entgasung von Verarbeitungsmaterialien. Dabei wird dem Verarbeitungsmaterial mindestens ein Teil mindestens eines Bestandteils in einer Zone des Extruders entzogen, z.B. aber nicht ausschließlich Wasser und/oder monomere Bestandteile.
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Schrift 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 Zonen des Extruders sowie Zonen, Bereiche und Abschnitte der Schnecke oder des Schneckensteges beschrieben. Dabei sind Zonen axiale Teile des Extruders und/oder der Schnecke und Bereiche Teile der Zonen und Abschnitte Teile der Bereiche.
Ein „Gebiet“ bezeichnet die Längenausprägung in axialer Richtung von Zonen, Bereichen, Abschnitten, Teilen oder Komponenten. Dabei beginnt das Gebiet z.B. einer Zone mit dem Anfang der Zone in axialer Richtung und endet mit dem Ende der Zone in axialer Richtung.
Ein „Stegabstand“ an einer axialen Position bezeichnet den minimalen radialen Abstand eines Schneckensteges zur Zylinderwandung an der axialen Position.
Das Schneckenspiel an einer axialen Position entspricht dem Stegabstand von dem Schneckensteg der an der axialen Position am kleinsten ist. Liegen also an einer axialen Position mehrere Schneckenstege auf dem Umfang verteilt mit unterschiedlichem Stegabstand vor, entspricht das Schneckenspiel an der axialen Position dem kleinsten Stegabstand. Das Schneckenspiel kann über die Länge der Schnecke variieren.
Es gibt auch axiale Positionen auf der Schnecke, an denen kein Steg vorliegt. Üblicherweise wird an diesen Positionen das Schneckenspiel über die höchste Erhebung, z.B. einen Pin, eine Raute, einen Ring oder ähnliches bestimmt. Liegt an einer axialen Position keine Erhebung, sondern nur der Schneckengrund vor, liegt an der Position auch kein Schneckenspiel vor.
Das Schneckenspiel liegt in dem axialen Teil des Extruders, in dem das Verarbeitungsmaterial mindestens teilweise als Schmelze vorliegt, üblicherweise aber nicht ausschließlich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, kann aber z.B. in Misch- und/oder Scherteilen auch über 1 mm betragen.
Am häufigsten wird ein Extruder mit einer Schnecke eingesetzt. Diesen bezeichnet man häufig als Einschneckenextruder. Bei Einschneckenextrudern mit einem Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von z.B. 70 mm abzüglich oder zuzüglich von Fertigungstoleranzmaßen und einer Schnecke 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 eines Mischteils von 210 mm bei einem Einschneckenextruder, der einen Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von 70 mm aufweist als eine Länge von 3 Schneckendurchmessern angegeben.
Ein „Grundabstand“ an einer axialen Position bezeichnet den maximalen radialen Abstand des Schneckengrundes eines Schneckenkanals zur Zylinderwandung an der axialen Position. Dabei entspricht die Schneckensteghöhe dem Grundabstand abzüglich dem Stegabstand.
Liegt kein Schneckensteg und kein Schneckenkanal an der axialen Position vor, ist der Grundabstand der maximale radiale Abstand des Schneckengrundes zur Zylinderwand an der axialen Position.
Schneckenstege und Schneckenkanäle verlaufen im Allgemeinen wendelförmig um die Schnecke herum. Dabei kann die Wendel an allen axialen Positionen die gleiche Steigung aufweisen, also mit anderen Worten monoton um die Schnecke herum verlaufen. Die Wendel kann aber auch mindestens teilweise an verschiedenen axialen Positionen verschiedene Steigungen aufweisen, also mit anderen Worten nicht monoton um die Schnecke herum verlaufen. Häufig wird die Steigung der Wendel auch als Gangsteigung bezeichnet.
Ein Schneckenkanal ist auf beiden Seiten durch einen Schneckensteg begrenzt. Diese Schneckenstege werden als umgebende Schneckenstege bezeichnet. Die Gangtiefe des Schneckenkanals an einer axialen Position ergibt sich aus dem Grundabstand an der axialen Position abzüglich des StegabstandsSchneckenspiels an der axialen Position.
Ein Schneckensteg ist größtenteils von zwei Schneckenkanälen umgeben. Diese beiden Schneckenkanäle, die als umgebende Schneckenkanäle bezeichnet werden, weisen jeweils einen Grundabstand auf. Sind die Grundabstände der beiden umgebenden Schneckenkanäle an einer axialen Position unterschiedlich, ist die Steghöhe des Schneckensteges für beide umgebenden Schneckenkanäle ebenfalls unterschiedlich und ergibt sich aus dem jeweiligen Grundabstand abzüglich des Stegabstandes.
Liegt in einem Schneckensteg eine Lücke vor, die mindestens teilweise eine Tiefe hat, die dem Grundabstand von einem umgebenden Schneckenkanal entspricht, endet der Schneckensteg an der axialen Position, an der die Lücke eine Tiefe hat, die dem Grundabstand entspricht. An der axialen Position, an der die Lücke endet oder eine Tiefe hat, die kleiner ist als der Grundabstand beginnt der Schneckensteg wieder. Mit anderen Worten: An der Stelle, wo die Tiefe der Lücke dem Grundabstand mindestens eines umgebenden Schneckenkanals entspricht, liegt kein Schneckensteg vor.
Viele Schnecken weisen einen Gang auf, der als Schneckenkanal um die Schnecke herum läuft. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Gänge den Schneckenkern umlaufen. Die Schnecke wird in solchen Fällen als mehrgängig bezeichnet. Dabei gibt die Gangzahl die Anzahl der Schneckengänge und damit Schneckenkanäle an. Üblicher Weise entspricht die Anzahl der Schneckenstege der Anzahl der Schneckenkanäle.
Ein „Dichtbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg, der auf einer axialen Länge von minimal dem halben Schneckendurchmesser einen Stegabstand 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 Stegabstand aufweist, der dem Schneckenspiel entspricht.
Mit „dem Schneckenspiel entspricht“ ist gemeint, dass der Stegabstand auch im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen vom Schneckenspiel abweichen kann.
Ist die Steghöhe entlang des Schneckensteges unterschiedlich, ergibt sich die Schneckensteghöhe des Dichtbereiches aus dem arithmetischen Mittel.
Sind die Grundabstände der beiden umgebenden Schneckenkanäle an mindesten einer axialen Position unterschiedlich, werden die Schneckensteghöhen und die Grundabstände des Dichtbereiches für beide umgebenden Schneckenkanäle jeweils separat gemittelt.
Ein „Strömungsbereich“ bezeichnet einen Bereich von einem Schneckensteg der auf einer axialen Länge von minimal dem halben Schneckendurchmesser einen Stegabstand 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 Stegabstand aufweist, der größer ist als das Schneckenspiel.
Bevorzugt ist der Stegabstand im Strömungsbereich deutlich größer als das Schneckenspiel, bevorzugt mindestens 2 Mal so groß wie das Schneckenspiel, besonders bevorzugt mindestens 3 Mal so groß wie das Schneckenspiel.
Bevorzugt kann über den Schneckensteg in einem Strömungsbereich Verarbeitungsmaterial strömen, besonders bevorzugt Verarbeitungsmaterial in schmelzeförmigem Zustand.
Im Strömungsbereich entspricht die Schneckensteghöhe an einer axialen Position dem Grundabstand der umgebenden Schneckenkanäle an der axialen Position abzüglich des Stegabstandes an der axialen Position. Variiert entlang des Strömungsbereichs der Grundabstand von mindestens einem der umgebenden Schneckenkanäle und/oder der Stegabstand, ergeben sich die Schneckensteghöhe und der Grundabstand des Strömungsbereichs jeweils aus dem arithmetischen Mittel.
Sind die Grundabstände der beiden umgebenden Schneckenkanäle an mindesten einer axialen Position unterschiedlich, werden die Schneckensteghöhen und die Grundabstände des Strömungsbereiches für beide umgebenden Schneckenkanäle jeweils separat gemittelt.
Ein „höhenbegrenzter Strömungsbereich“ liegt vor, wenn auf einem Schneckensteg ein Strömungsbereich vorliegt,
der zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von minimal 30% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist, bevorzugt eine Schneckensteghöhe von minimal 40%, besonders bevorzugt eine Schneckensteghöhe von minimal 45% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist
und der zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von maximal 70% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist, bevorzugt eine Schneckensteghöhe von maximal 60%, besonders bevorzugt eine Schneckensteghöhe von maximal 55% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist.
Ein „enger Strömungsbereich“ liegt vor, wenn auf einem Schneckensteg ein Strömungsbereich vorliegt, der zu mindestens einem umgebenden Schneckenkanal eine Schneckensteghöhe von mehr als 70% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist, bevorzugt eine Schneckensteghöhe von minimal 80%, besonders bevorzugt eine Schneckensteghöhe von minimal 85% des an der Stelle vorliegenden Grundabstandes aufweist.
Damit unterscheidet sich ein enger Strömungsbereich von einem höhenbegrenzten Strömungsbereich durch die Schneckensteghöhe und den daraus resultierenden Stegabstand.
Bevorzugt handelt es sich bei einem Schneckensteg mit engem Strömungsbereich um einen sogenannten Barrieresteg, der in einer Barrierezone eines Extruders zwischen dem Einlaufkanal, auch Feststoffkanal genannt und dem Auslaufkanal, auch Schmelzekanal genannt, üblicherweise so angeordnet ist, dass das Verarbeitungsmaterial, das sich in der Nähe der Zylinderwand befindet mindestens teilweise durch die Drehbewegung der Schnecke vom Einlaufkanal über den Barrieresteg zum Auslaufkanal geführt wird. Üblicherweise liegt der Stegabstand im Strömungsbereich eines Barrieresteges zwischen 0,4 mm bis 1,5 mm. Dabei liegen die kleinen Werte üblicherweise eher in Extrudern mit kleinem Schneckendurchmesser und die größeren Werte in Extrudern mit großem Schneckendurchmesser vor. Des Weiteren befindet sich in einer Barrierezone mindestens ein Hauptsteg.
Bevorzugt handelt es sich bei einem Schneckensteg mit engem Strömungsbereich um einen sogenannten Schersteg, der in einem Scherteil eines Extruders zwischen dem Einlaufkanal und dem Auslaufkanal, üblicherweise eingesetzt wird. Üblicherweise liegt der Stegabstand im Strömungsbereich eines Schersteges zwischen 0,4 mm bis 1,5 mm. Dabei liegen die kleinen Werte üblicherweise eher in Extrudern mit kleinem Schneckendurchmesser und die größeren Werte in Extrudern mit großem Schneckendurchmesser vor.
Ein „Mischwandabschnitt“ bezeichnet einen Abschnitt von einem Schneckensteg, der auf einer axialen Länge von kleiner als einem halben Schneckendurchmesser zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von mehr als 75% des Grundabstandes aufweist, bevorzugt von mehr als 85% des Grundabstandes aufweist, bevorzugt von mehr als 90% des Grundabstandes aufweist. Besonders bevorzugt weist der Schneckensteg einen Stegabstand auf, der dem Schneckenspiel entspricht. Liegt an einer axialen Position auf einem Schneckensteg ein Dichtbereich vor, liegt dort nicht gleichzeitig ein Mischwandabschnitt vor. Mit anderen Worten werden lange Dichtbereiche nicht durch kurze Mischwandabschnitte unterteilt.
Bevorzugt entspricht die axiale Länge eines Mischwandabschnitts maximal einem Drittel des Schneckendurchmessers, besonders bevorzugt maximal einem Viertel des Schneckendurchmessers.
Variiert entlang des Mischwandabschnitts der Grundabstand von mindestens einem der umgebenden Schneckenkanäle und/oder der Stegabstand, ergeben sich die Schneckensteghöhe und der Grundabstand des Mischwandabschnitts jeweils aus dem arithmetischen Mittel.
Sind die Grundabstände der beiden umgebenden Schneckenkanäle an mindesten einer axialen Position unterschiedlich, werden die Schneckensteghöhen und die Grundabstände des Mischwandabschnitts für beide umgebenden Schneckenkanäle jeweils separat gemittelt.
Ein „Mischlückenabschnitt“ bezeichnet einen Abschnitt von einem Schneckensteg, der auf einer axialen Länge von kleiner als einem halben Schneckendurchmesser zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von maximal 75% des Grundabstandes aufweist. Liegt an einer axialen Position auf einem Schneckensteg ein Strömungsbereich vor, liegt dort nicht gleichzeitig ein Mischlückenabschnitt vor. Mit anderen Worten werden lange Strömungsbereiche nicht durch kurze Mischlückenabschnitte unterteilt.
Bevorzugt entspricht die axiale Länge eines Mischlückenabschnitts maximal einem Drittel des Schneckendurchmessers, besonders bevorzugt maximal einem Viertel des Schneckendurchmessers.
In einer bevorzugten Ausführung ist ein Abschnitt der eine axiale Länge aufweist, die kleiner ist als der halbe Schneckendurchmesser, bevorzugt eine axiale Länge aufweist, die maximal einem Drittel des Schneckendurchmessers entspricht, besonders bevorzugt eine axiale Länge aufweist, die maximal einem Viertel des Schneckendurchmessers entspricht und der kein Mischwandabschnitt ist, ein Mischlückenabschnitt.
Variiert entlang des Mischlückenabschnitts der Grundabstand von mindestens einem der umgebenden Schneckenkanäle und/oder der Stegabstand, ergeben sich die Schneckensteghöhe und der Grundabstand des Mischlückenabschnitts jeweils aus dem arithmetischen Mittel.
Sind die Grundabstände der beiden umgebenden Schneckenkanäle an mindesten einer axialen Position unterschiedlich, werden die Schneckensteghöhen und die Grundabstände des Mischlückenabschnitts für beide umgebenden Schneckenkanäle jeweils separat gemittelt.
Ein „Lücke-Wand-Bereich“ bezeichnet den Bereich von einem Schneckensteg, in dem ausschließlich sich abwechselnde Mischlückenabschnitte und Mischwandabschnitte vorliegen. Liegt vor dem Lücke-Wand-Bereich ein Dichtbereich vor, beginnt der Lücke-Wand-Bereich mit dem ersten Mischlückenabschnitt. Liegt vor dem Lücke-Wand-Bereich ein Strömungsbereich vor, beginnt der Lücke-Wand-Bereich mit dem ersten Mischwandabschnitt. Liegt nach dem Lücke-Wand-Bereich ein Dichtbereich vor, endet der Lücke-Wand-Bereich mit dem letzten Mischlückenabschnitt. Beginnt ein Schneckensteg mit einem Mischlückenabschnitt oder einem Mischwandabschnitt, beginnt an dieser Stelle auch der Lücke-Wand-Bereich. Endet ein Schneckensteg mit einem Mischlückenabschnitt oder einem Mischwandabschnitt, endet an dieser Stelle auch der Lücke-Wand-Bereich.
Ein „höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich“ bezeichnet den Bereich von einem Schneckensteg auf dem ein Lücke-Wand-Bereich mindestens zwei Mischlückenabschnitte aufweist, bevorzugt mindestens 4, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 8 Mischlückenabschnitte aufweist, wobei mindestens 30% der Mischlückenabschnitte, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischlückenabschnitte zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von minimal 30% des Grundabstandes aufweisen, bevorzugt von minimal 40%, besonders bevorzugt zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von minimal 45% des Grundabstandes aufweisen
und zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von maximal 70% des Grundabstandes aufweisen, bevorzugt von maximal 60%, besonders bevorzugt zu beiden umgebenden Schneckenkanälen eine Schneckensteghöhe von maximal 55% des Grundabstandes aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführung weisen mindestens 30% der Mischwandabschnitte, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Mischwandabschnitte einen Abstand zur Zylinderwandung auf, der dem Schneckenspiel entspricht.
Eine „Mischzone“ bezeichnet den Teil einer Schnecke, in dem
auf mindestens einem mindestens teilweise wendelförmig, bevorzugt größtenteils wendelförmig, besonders bevorzugt ausschließlich wendelförmig um die Schnecke herum verlaufenden Schneckensteg mindestens ein Lücke-Wand-Bereich vorliegt und/oder auf mindestens einem mindestens teilweise wendelförmig, bevorzugt größtenteils wendelförmig, besonders bevorzugt ausschließlich wendelförmig um die Schnecke herum verlaufenden Schneckensteg mindestens ein Strömungsbereich vorliegt.
Dabei können Strömungsbereiche und/oder Lücke-Wand Bereiche auf demselben Schneckensteg oder verschiedenen Schneckenstegen vorliegen.
Liegt in einem axialen Teil der Schnecke nur auf genau einem Schneckensteg ein Lücke-Wand-Bereich vor, wobei der axiale Teil mit dem Anfang des Lücke-Wand-Bereichs beginnt und mit dem Ende des Lücke-Wand-Bereichs endet, und liegt in dem axialen Teil kein Strömungsbereich vor und direkt vor und direkt nach dem axialen Teil liegt kein Lücke-Wand-Bereich und kein Strömungsbereich vor, beginnt die Mischzone in axialer Richtung mit dem Anfang des axialen Teils und endet in axialer Richtung mit dem Ende des axialen Teils.
Liegt in einem axialen Teil der Schnecke nur auf genau einem Schneckensteg ein Strömungsbereich vor, wobei der axiale Teil mit dem Anfang des Strömungsbereichs beginnt und mit dem Ende des Strömungsbereichs endet, und liegt in dem axialen Teil kein Lücke-Wand-Bereich vor und direkt vor und direkt nach dem axialen Teil liegt kein Lücke-Wand-Bereich und kein Strömungsbereich vor, beginnt die Mischzone in axialer Richtung mit dem Anfang des axialen Teils und endet in axialer Richtung mit dem Ende des axialen Teils.
Liegen in einem axialen Teil der Schnecke nur auf genau einem Schneckensteg mehrere Lücke-Wand-Bereiche oder mehrere Strömungsbereiche vor, zwischen denen auf dem Schneckensteg jeweils Dichtbereiche vorliegen, gibt es in dem axialen Teil der Schnecke entsprechend mehrere Mischzonen.
Liegen in einem axialen Teil der Schnecke nur auf einem Schneckensteg Strömungsbereiche und Lücke-Wand-Bereiche vor, zwischen denen Dichtbereiche vorliegen, gibt es in dem axialen Teil der Schnecke entsprechend mehrere Mischzonen.
Liegen in einem axialen Teil der Schnecke nur auf einem Schneckensteg Strömungsbereiche und Lücke-Wand-Bereiche vor, die direkt nacheinander liegen, gehören diese Bereiche zur gleichen Mischzone und die Mischzone beginnt mit dem Anfang des in axialer Richtung ersten Bereichs und endet mit dem Ende des in axialer Richtung letzten Bereichs.
Liegen in einem axialen Teil der Schnecke mehrere Schneckenstege vor, die mindestens einen Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen Strömungsbereich aufweisen und die Bereiche liegen in axialer Richtung direkt nacheinander oder überlagern sich diese Bereiche von unterschiedlichen Schneckenstegen in axialer Richtung, beginnt die dazugehörige Mischzone mit dem Anfang des in axialer Richtung ersten Bereichs und endet mit dem Ende des in axialer Richtung letzten Bereichs.
Liegen in einem axialen Teil der Schnecke mehrere Schneckenstege vor, die Lücke-Wand-Bereiche und/oder Strömungsbereiche aufweisen und es gibt axiale Positionen in denen Dichtbereiche vorliegen, beginnt und/oder endet die jeweilige Mischzone an der axialen Position, an der auf allen an der axialen Position vorliegenden Schneckenstegen Dichtbereiche vorliegen.
Der Oberbegriff Mischzone bezieht sich auf folgende Ausführungen:

a) Eine „Wirbel-Mischzone“ bezeichnet die Mischzone einer Schnecke, in der alle vorhandenen Schneckenstege ausschließlich Lücke-Wand-Bereiche aufweisen.
b) Eine „Strömungs-Mischzone“ bezeichnet die Mischzone einer Schnecke, in der alle vorhandenen Schneckenstege ausschließlich Strömungsbereiche aufweisen.
c) Eine „Barriere-Mischzone“ bezeichnet die Mischzone einer Schnecke, in der mindestens ein Schneckensteg einen Strömungsbereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist und kein Schneckensteg einen Lücke-Wand-Bereiche aufweist.
d) Eine „Wirbel-Barriere-Mischzone“ bezeichnet die Mischzone einer Schnecke, in der mindestens ein Schneckensteg einen Lücke-Wand-Bereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Strömungsbereich aufweist.
e) Eine „Wirbel-Dicht-Mischzone“ bezeichnet die Mischzone einer Schnecke, in der mindestens ein Schneckensteg einen Lücke-Wand-Bereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist und kein Schneckensteg einen Strömungsbereich aufweist.

Eine „Homogenisierungszone“ ist die axiale Zone des Extruders, in der mindestens eine Schnecke des Extruders eine beliebige, im Rahmen der hier vorliegenden Schrift beschriebene Mischzone und/oder ein beliebiges Mischteil nach dem Stand der Technik und/oder ein beliebiges Scherteil nach dem Stand der Technik aufweist.
In einem Extruder können keine, eine oder mehrere Homogenisierungszone(n) vorliegen.
Die „Hauptzuführungszone“ ist die axiale Zone des Extruders, in der üblicherweise der größte Teil der aufschmelzbaren oder aufgeschmolzenen Bestandteile des Verarbeitungsmaterials oder das gesamte Verarbeitungsmaterial dem Extruder zugeführt wird. Zu diesem Zweck befindet sich in dieser Zone im Schneckenzylinder eine Öffnung, wie z.B. eine Bohrung. Die Ausprägung der Öffnung in axialer Richtung definiert die axiale Länge der Hauptzuführungszone. In einem Extruder liegt genau eine Hauptzuführungszone vor.
Eine „Nebenzuführungszone“ ist die axiale Zone des Extruders, in der ein Teil des Verarbeitungsmaterials und/oder zusätzliche Materialien, z.B. sogenannte Additive oder Füllstoffe dem Extruder zugeführt werden. Zu diesem Zweck befindet sich in dieser Zone im Schneckenzylinder eine Öffnung, wie z.B. eine Bohrung. Die Ausprägung der Öffnung in axialer Richtung definiert die axiale Länge der Nebenzuführungszone. In einem Extruder kann keine, eine oder mehrere Nebenzuführungszone(n) vorliegen.
Die „Hauptaustragungszone“ ist die axiale Zone, durch die mindestens ein Teil des Verarbeitungsmaterials, bevorzugt mindestens ein Großteil, besonders bevorzugt das gesamte Verarbeitungsmaterial zur Weiterverarbeitung, z.B. zu einem formgebenden Extrusionswerkzeug oder Spritzgießwerkzeug ausgetragen wird. Die Hauptaustragungszone liegt zumeist am Ende des Extruders, kann in Sonderfällen aber auch eine axiale Zone des Extruders sein, in der noch mindestens eine Schnecke vorliegt. Liegt die Hauptaustragungszone am Ende des Extruders, beginnt sie direkt nach dem Ende der Schnecke, die als letztes in axialer Richtung endet und sie endet am Ende des Extruders. Liegt im Extruder mindestens eine Schnecke vor, die am Ende teilweise in einer dem Extruder folgenden Komponente liegt, wie z.B. einem Siebwechsler, so beginnt und endet die Hauptaustragungszone mit dem Ende der letzten Schnecke. Liegt die Hauptaustragungszone in einem axialen Teil des Extruders, in dem noch mindestens eine Schnecke vorliegt, befindet sich dort zum Zweck der Austragung im Schneckenzylinder eine Öffnung, wie z.B. eine Bohrung. Die Ausprägung der Öffnung in axialer Richtung definiert die axiale Länge der Hauptaustragungszone. In einem Extruder liegt genau eine Hauptaustragungszone vor.
Eine „Nebenaustragungszone“ ist die axiale Zone des Extruders in der noch mindestens eine Schnecke vorliegt und in der aus dem Extruder ein Teil des Verarbeitungsmaterials und/oder mindestens ein Teil mindestens eines Bestandteils des Verarbeitungsmaterials ausgetragen wird. Dabei kann es sich um feste, flüssige, schmelzeförmige und/oder gasförmige Teile mindestens eines Bestandteils des Verarbeitungsmaterials handeln. Zu diesem Zweck befindet sich in dieser Zone im Zylinder eine Öffnung, wie z.B. eine Bohrung. Die Ausprägung der Öffnung in axialer Richtung definiert das Gebiet der Nebenaustragungszone. In einem Extruder können keine, eine oder mehrere Nebenaustragungszone(n) vorliegen.
Eine „Verfahrenszone“ ist die Zone einer Schnecke, in der die Schnecke üblicherweise für den Austrag des Verarbeitungsmaterials mit diesem in Kontakt kommt. Weist die Schnecke ein Rückfördergewinde, eine Verzahnung oder einen Schneckenschaft auf, so gehören diese Zonen nicht zur Verfahrenszone der Schnecke, selbst wenn diese mit dem Verarbeitungsmaterial in Kontakt kommen, außer es wird ausdrücklich erwähnt, dass diese Zonen zur Verfahrenszone dazugehören.
Allen folgenden Aspekten liegt dieselbe erfinderische Idee zugrunde, die vorab beschriebenen Mischzonen in vorteilhaften Ausführungen einzusetzen, um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke mindestens zwei Homogenisierungszonen (HZ1 und HZ2) aufweist,
wobei die Homogenisierungszone HZ1 eine Mischzone (MZ1) ist, die auf mindestens einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und/oder auf einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist
und die Homogenisierungszone HZ2 mindestens gleich viele Schneckenstege aufweist wie die Homogenisierungszone HZ1, bevorzugt mehr Schneckenstege aufweist, besonders bevorzugt ein ganzzahlig Vielfaches an Schneckenstegen der Homogenisierungszone HZ1 aufweist.
Bevorzugt liegt die Homogenisierungszone HZ1 vor der Homogenisierungszone HZ2.
In einer alternativen Ausführungsform liegt die Homogenisierungszone HZ1 nach der Homogenisierungszone HZ2.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Mischzone MZ1
eine Wirbel-Dicht-Mischzone
oder eine Barriere-Mischzone
oder eine Wirbel-Mischzone, mit mindestens einem Schneckensteg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich (LWB1), wobei die Summe der Längen aller Mischwandabschnitte des höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereiches LWB1 entlang des Schneckensteges mindestens 1,2 Mal so groß ist, bevorzugt mindestens 1,5 Mal so groß ist, besonders bevorzugt mindestens 2 Mal so groß ist wie die Summe der Längen aller Mischlückenabschnitte des Lücke-Wand-Bereiches LWB1 entlang des Schneckensteges
oder eine Wirbel-Barriere-Mischzone.
Bevorzugt ist die Homogenisierungszone HZ2 eine Mischzone (MZ2) die besonders bevorzugt auf mindestens einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Mischzone MZ2
eine Wirbel-Mischzone
oder eine Wirbel-Dicht-Mischzone, wobei bevorzugt mindestens 50% der Schneckenstege der Wirbel-Dicht-Mischzone, bevorzugt mindestens 70% der Schneckenstege, besonders bevorzugt mindestens 90% der Schneckenstege auf weniger als 50%, bevorzugt auf weniger als 40%, besonders bevorzugt auf weniger als 30% ihrer Länge einen Dichtbereich aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung und Anordnung der Homogenisierungszonen kann eine verbesserte Förderung des Verarbeitungsmaterials und ein verbesserter Druckverlauf entlang der Schnecke erzielt und zusätzlich eine gute Homogenisierung erreicht werden. Es können insbesondere aber nicht ausschließlich Teile von Schnecken nach dem Stand der Technik, bestehend aus üblichen Meteringzonen und Mischteilen in Bezug auf ähnliche Förderung des Verarbeitungsmaterials und ähnlichem Druckaufbau bei gleichzeitiger Verbesserung der Homogenisierungsleistung wirtschaftlich ersetzt werden.
Bevorzugt liegt die Homogenisierungszone HZ1 vor der Homogenisierungszone HZ2 und vom Anfang der Homogenisierungszone HZ1 liegt bis zum Ende der Homogenisierungszone HZ2 mindestens ein durchgehender Schneckensteg vor. Besonders bevorzugt weist der Schneckensteg mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und einen Dichtbereich auf. Besonders bevorzugt liegt der Schneckensteg bereits vor dem Anfang der Homogenisierungszone HZ1 vor. Besonders bevorzugt liegt der Schneckensteg auch nach dem Ende der Homogenisierungszone HZ2 vor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der maximale Grundabstand in der Homogenisierungszone HZ2 kleiner als der minimale Grundabstand der Homogenisierungszone HZ1. Bevorzugt weist die Homogenisierungszone HZ2 maximal 75%, besonders bevorzugt maximal 50% des minimalen Grundabstandes der Homogenisierungszone HZ1 auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Homogenisierungszone HZ2 eine andere Gangsteigung auf als Homogenisierungszone HZ1, bevorzugt ist die Gangsteigung der Homogenisierungszone HZ2 größer als die Gangsteigung der Homogenisierungszone HZ1. In einer alternativen Ausführungsform ist die Gangsteigung der Homogenisierungszone HZ2 kleiner als die Gangsteigung der Homogenisierungszone HZ1.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Länge der Homogenisierungszone HZ1 größer, als die Länge der Homogenisierungszone HZ2, bevorzugt ist die Homogenisierungszone HZ1 minimal 1,5 Mal so lang wie die Homogenisierungszone HZ2, besonders bevorzugt minimal 2 Mal so lang.
In einer alternativen Ausführungsform liegt die Homogenisierungszone HZ2 vor der Homogenisierungszone HZ1 und vom Anfang der Homogenisierungszone HZ2 liegt bis zum Ende der Homogenisierungszone HZ1 mindestens ein durchgehender Schneckensteg vor. Besonders bevorzugt weist der Schneckensteg mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und einen Dichtbereich auf. Besonders bevorzugt liegt der Schneckensteg bereits vor dem Anfang der Homogenisierungszone HZ2 vor. Besonders bevorzugt liegt der Schneckensteg auch nach dem Ende der Homogenisierungszone HZ1 vor.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke
mindestens einen Schneckensteg aufweist, auf dem mindestens teilweise mindestens ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich vorliegt und mindestens einen Schneckensteg aufweist, auf dem mindestens teilweise mindestens ein höhenbegrenzter Strömungsbereich vorliegt.
Bevorzugt liegt mindestens ein höhenbegrenzter Strömungsbereich nach mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich vor.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeigt zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen in mindestens 60% der Länge der Verfahrenszone der Schnecke gleich viele Schneckenstege vor, bevorzugt in mindestens 80%, besonders bevorzugt in mindestens 90%. Bevorzugt weist die Schnecke eine Gangzahl von mindestens 4 auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist mindestens ein axialer Teil der Schnecke mehr Schneckenstege mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich auf als Schneckenstege mit höhenbegrenzten Strömungsbereich. Bevorzugt liegt in einem axialen Teil der Schnecke kein Schneckensteg mit höhenbegrenztem Strömungsbereich vor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist mindestens ein axialer Teil der Schnecke mehr Schneckenstege mit höhenbegrenzten Strömungsbereich auf als Schneckenstege mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich. Bevorzugt liegt in einem axialen Teil der Schnecke kein Schneckensteg mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich vor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gebiet (GB1) die Gebiete aller Mischzonen, die mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweisen, wobei mindestens 50% des Gebietes GB1 an jeweils allen axialen Positionen die gleiche Gangzahl aufweist, besonders bevorzugt mindestens 75% des Gebietes an jeweils allen axialen Positionen die gleiche Gangzahl aufweist, besonders bevorzugt mindestens 90% des Gebietes an jeweils allen axialen Positionen die gleiche Gangzahl aufweist.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Barriere-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Barriere-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Dicht-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Barriere-Mischzone und mindestens eine Wirbel-Dicht-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Barriere-Mischzone und mindestens eine Wirbel-Mischzone auf.
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, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei
in mindestens einem axialen Teil (AT1) der Schnecke mindestens ein Schneckensteg einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist
und in mindestens einem anderen axialen Teil (AT2) der Schnecke mindestens ein Schneckensteg einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und kein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die axialen Teile AT1 und AT2 der Schnecke jeweils mindestens eine Länge von 0,5-Mal dem Schneckendurchmesser auf, bevorzugt eine Länge von mindestens 1-Mal dem Schneckendurchmesser auf, besonders bevorzugt eine Länge von mindestens 1,5-Mal dem Schneckendurchmesser auf.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeigt zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt. Dabei erhöhen die axialen Teile mit Dichtbereich die Förderwirkung bei gleichzeitiger Verbesserung der Homogenität innerhalb der Schneckenkanäle und die axialen Teile ohne Dichtbereich erhöhen die Homogenität in Umfangsrichtung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen in mindestens 60% der Summe der Längen aller Homogenisierungszonen der Schnecke gleich viele Schneckenstege vor, bevorzugt in mindestens 80%, besonders bevorzugt in mindestens 90%. Bevorzugt weist die Schnecke eine Gangzahl von mindestens 4 auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen in mindestens 60% der Summe der Längen aller Homogenisierungszonen der Schnecke, die mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweisen, gleich viele Schneckenstege vor, bevorzugt in mindestens 80%, besonders bevorzugt in mindestens 90%. Bevorzugt weist die Schnecke eine Gangzahl von mindestens 4 auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen in mindestens 60% der Länge der Verfahrenszone der Schnecke gleich viele Schneckenstege vor, bevorzugt in mindestens 80%, besonders bevorzugt in mindestens 90%. Bevorzugt weist die Schnecke eine Gangzahl von mindestens 4 auf.
Bevorzugt liegen die axialen Teile AT1 und AT2 direkt nacheinander vor.
In einer alternativen Ausführungsform liegt zwischen den axialen Teilen AT1 und AT2 mindestens ein Gebiet vor, in dem alle Schneckenstege ausschließlich Dichtbereiche aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die axialen Teile AT1 und AT2 in derselben Mischzone vor. In einer alternativen Ausführungsform liegen die axialen Teile AT1 und AT2 in verschiedenen Mischzonen vor.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Dicht-Mischzone auf.
Bevorzugt weist die Schnecke mindestens eine Wirbel-Dicht-Mischzone und mindestens eine Wirbel-Mischzone auf.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspektes mit dem Gegenstand des ersten Aspektes der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials,
wobei mindestens eine Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist, wobei mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf Mischlückenabschnitte in der Mischzone die gleiche Schneckensteghöhe und die gleiche Länge entlang des jeweiligen Schneckensteges aufweisen.
Mit „gleiche Länge“ und „gleiche Schneckensteghöhe“ ist gemeint, dass die Längen und Höhen jeweils im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen gleich sind.
Bevorzugt liegt mindestens ein Schneckensteg in einer Wirbel-Mischzone oder einer Wirbel-Dicht-Mischzone oder einer Wirbel-Barriere-Mischzone vor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf Mischlückenabschnitte entlang genau einer Wendel vor, die mit genau einer Steigung um die Schnecke herumläuft.
Auf diese Weise können die Lücke-Wand-Bereiche wirtschaftlicher hergestellt werden.
Bevorzugt liegen mindestens zwei Gruppen (MLA1, MLA2) von Mischlückenabschnitten vor, die jeweils mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf Mischlückenabschnitte aufweisen, wobei die Mischlückenabschnitte der Gruppe MLA1 entlang genau einer Wendel liegen, die mit genau einer Steigung (S1) um die Schnecke herumläuft und die Mischlückenabschnitte der Gruppe MLA2 entlang einer Wendel liegen, die mit genau einer Steigung (S2) um die Schnecke herumläuft, wobei die Steigung S2 von der Steigung S1 verschieden ist.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass auf diese Weise das Verhältnis aus Wirbelbildung und Umfangsmischung eingestellt werden kann, und damit diese Art der Ausführung zu einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials und einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke bei gleichzeigt verbesserter Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt, wobei eine äußerst wirtschaftliche Herstellung dieser Ausführung weiterhin möglich ist.
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, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist
der mindestens zwei Mischlückenabschnitte mit unterschiedlichen Längen entlang des Schneckensteges aufweist, die sich in mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich befinden
und/oder mindestens zwei Mischwandabschnitte mit unterschiedlichen Längen entlang des Schneckensteges aufweist, die sich in mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich befinden.
Dabei bleiben die Längenunterschiede entlang des Schneckensteges von Mischlückenabschnitten und Mischwandabschnitten, die sich direkt am Anfang oder am Ende des jeweiligen Lücke-Wand-Bereichs befinden unberücksichtigt.
Bevorzugt liegt der Schneckensteg in einer Wirbel-Mischzone oder Wirbel-Dicht-Mischzone oder Wirbel-Barriere-Mischzone vor.
Bevorzugt liegen die mindestens zwei Mischwandabschnitte gemeinsam in einer Mischzone vor.
Bevorzugt liegen die mindestens zwei Mischlückenabschnitte gemeinsam in einer Mischzone vor.
Bevorzugt liegen mehrere Mischzonen vor, wobei die mindestens zwei Mischwandabschnitte in unterschiedlichen Mischzonen vorliegen und/oder die mindestens zwei Mischlückenabschnitte in unterschiedlichen Mischzonen vorliegen.
Bevorzugt entstehen die Längenunterschiede dadurch, dass mindestens zwei Gruppen (MLA3, MLA4) von Mischlückenabschnitten vorliegen, die jeweils mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf
Mischlückenabschnitte aufweisen, wobei die Mischlückenabschnitte der Gruppe MLA3 entlang einer Wendel liegen, die mit genau einer Steigung (S3) um die Schnecke herumläuft und die Mischlückenabschnitte der Gruppe MLA4 entlang einer Wendel liegen, die mit genau einer Steigung (S4) um die Schnecke herumläuft, wobei die Steigung S4 von der Steigung S3 verschieden ist. Durch die Steigungen, die verschieden sind, ergeben sich, sofern die Länge der Mischlückenabschnitte konstant bleibt, Mischwandabschnitte mit unterschiedlichen Längen entlang des jeweils zugehörigen Schneckensteges.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials und einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeitig zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt, wobei eine äußerst wirtschaftliche Herstellung dieser Ausführung möglich ist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des fünften Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei die Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist,
wobei in mindestens einem axialen Teil (AT4) der Mischzone eine höhere Gangzahl vorliegt, als in einem anderen axialen Teil (AT3) der Mischzone.
Bevorzugt liegt im axialen Teil AT4 ein ganzzahliges Vielfaches der Gangzahl vom axialen Teil AT3 vor.
Bevorzugt liegt der axiale Teil AT4 nach, besonders bevorzugt direkt nach dem axialen Teil AT3.
Bevorzugt liegt der axiale Teil AT3 nach, besonders bevorzugt direkt nach dem axialen Teil AT4.
Bevorzugt weist der axialen Teil AT3 mindestens teilweise einen anderen Grundabstand auf, als der axiale Teil AT4.
Bevorzugt weist der axiale Teil AT3 mindestens teilweise eine andere Gangsteigung auf, als der axiale Teil AT4.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einer verbesserten Einstellung des Verhältnisses aus Förderung und Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des sechsten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines V era rbeitu ngsmaterials,
wobei die Schnecke mindestens eine Mischzone mit mindestens einem Schneckenkanal aufweist, wobei der Schneckenkanal mindestens teilweise auf mindestens einer Seite einen Schneckensteg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist, wobei der Quotient aus dem maximalen Grundabstand über der maximalen Breite des Schneckenkanals im Gebiet der Mischzone über eine axiale Länge von mindestens 0,5 Mal dem Schneckendurchmesser, bevorzugt von mindestens 1 Mal dem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einer axialen Länge von mindestens 1,5 Mal dem Schneckendurchmesser an jeder axialen Position maximal 1,4 beträgt, bevorzugt maximal 1,2 beträgt, besonders bevorzugt maximal 1,1 beträgt und minimal 0,1 beträgt, bevorzugt minimal 0,25 beträgt, besonders bevorzugt minimal 0,3 beträgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Schneckenkanäle der Mischzone mindestens teilweise auf einer Seite, bevorzugt mindestens teilweise auf beiden Seiten einen Schneckensteg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich auf, wobei der Quotient aus dem maximalen Grundabstand über der maximalen Breite des jeweiligen Schneckenkanals im Gebiet der Mischzone über eine axiale Länge von mindestens 0,5 Mal dem Schneckendurchmesser, bevorzugt von mindestens 1 Mal dem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einer axialen Länge von mindestens 1,5 Mal dem Schneckendurchmesser an jeder axialen Position maximal 1,4 beträgt, bevorzugt maximal 1,2 beträgt, besonders bevorzugt maximal 1,1 beträgt und minimal 0,1 beträgt, bevorzugt minimal 0,25 beträgt, besonders bevorzugt minimal 0,3 beträgt.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass durch diese Art der Ausführung die Wirbelbildung gesteigert wird und es zu einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials und einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeigt zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials kommt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des siebten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem achten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenzuführungszone aufweist und die Schnecke mindesten einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist,
wobei mindestens ein Teil des höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereiches und/oder mindestens ein Teil des höhenbegrenzten Strömungsbereiches nach der Nebenzuführungszone liegt.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil mindestens einer Wirbel-Dicht-Mischzone nach der Nebenzuführungszone vor.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil mindestens einer Barriere-Mischzone nach der Nebenzuführungszone vor.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil mindestens einer Wirbel-Mischzone nach der Nebenzuführungszone vor.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil mindestens einer Wirbel-Barriere-Mischzone nach der Nebenzuführungszone vor.
Besonders bevorzugt liegt nach einer Wirbel-Dicht-Mischzone und/oder nach einer Barriere-Mischzone mindestens eine Wirbel-Mischzone vor.
Bevorzugt ist ein Bestandteil des Verarbeitungsmaterials mindestens eine Faserart, besonders bevorzugt Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern.
Bevorzugt wird mindestens ein Teil der Fasern über die Nebenzuführungszone dem Extruder zugeführt.
Bevorzugt wird mindestens ein Teil der Fasern, bevorzugt mindestens 60% der Fasern, besonders bevorzugt mindestens 80% der Fasern erwärmt, bevor sie in der Nebenzuführungszone durch eine Öffnung in den Zylinder eintreten. Bevorzugt wird mindestens ein Teil der Fasern auf mindestens 70% der gewichtsgemittelten Aufschmelztemperatur des Verarbeitungsmaterials erwärmt, bevorzugt auf mindestens 80%, besonders bevorzugt auf mindestens 90%.
Als Einheit für die Temperatur gilt °C. Mit anderen Worten: Beträgt die gewichtsgemittelte Aufschmelztemperatur des Verarbeitungsmaterials 200°C, so beträgt 80% dieser Aufschmelztemperatur 160°C.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Extruder Bestandteil einer Spritzgießvorrichtung und der Extruder führt das Verarbeitungsmaterial zeitdiskret in mindestens zwei Kolben ein, die jeweils das Verarbeitungsmaterial zeitdiskret mindestens einem Spritzgießwerkzeug zuführen. Während mindestens zwei Kolbenfüllzyklen, bevorzugt während mindestens 4 Kolbenzyklen, besonders bevorzugt während mindestens 10 Kolbenzyklen, in denen jeweils alle vorhandenen Kolben zeitdiskret gefüllt werden, bleibt die Drehzahl mindestens einer Schnecke des Extruders konstant. Mit konstant ist dabei gemeint, dass die Drehzahl im Rahmen einer Regelung konstant bleibt, also auch noch als konstant gilt, wenn wegen eventueller Regelabweichungen die Drehzahl um maximal 1-2% des Mittelwertes schwankt.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials und einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeitig zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials und der durch die Nebenzuführungszone zugeführten Bestandteile führt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des achten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem neunten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenzuführungszone aufweist und zwischen dem Ende der ersten Nebenzuführungszone und dem Anfang der Hauptaustragungszone mindestens ein Teil mindestens einer Homogenisierungszone liegt, wobei die Gebiete aller Teile aller Homogenisierungszonen, die zwischen dem Ende der ersten Nebenzuführungszone und dem Anfang der Hauptaustragungszone liegen, in der Gruppe (HAR1) zusammengefasst sind,
wobei die Summe (AL1) der axialen Längen der Gebiete der Gruppe HAR1 größer ist als 50% der axialen Länge (AL2) des Gebietes vom Ende der ersten Nebenzuführungszone bis zum Anfang der Hauptaustragungszone, bevorzugt größer ist als 65%, besonders bevorzugt größer ist als 80% der axialen Länge AL2.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Gebiete der Gruppe HAR1 in axialer Richtung betrachtet benachbart sein können, aber nicht müssen. Mit anderen Worten können zwischen einzelnen Gebieten von Homogenisierungszonen der Gruppe HAR1 auch Teile des Extruders vorliegen, in denen auf keiner Schnecke eine Homogenisierungszone vorhanden ist.
Bevorzugt liegt in mindestens einem Gebiet einer Homogenisierungszone der Gruppe HAR1 mindestens eine Mischzone vor, die auf mindestens einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist.
Bevorzugt ist ein Bestandteil des Verarbeitungsmaterials mindestens eine Faserart, besonders bevorzugt Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern.
Bevorzugt wird mindestens ein Teil der Fasern über die Nebenzuführungszone dem Extruder zugeführt.
Bevorzugt liegt auf mindestens einem Schneckensteg, besonders bevorzugt auf genau einem Schneckensteg, der Gebiete der Gruppe HAR1 mindestens teilweise ein Dichtbereich vor.
Bevorzugt ist die Summe der axialen Längen auf denen in den Gebieten der Gruppe HAR1 auf mindestens einem Schneckensteg, besonders bevorzugt auf genau einem Schneckensteg ein Dichtbereich vorliegt, mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70% der axialen Länge AL1. Dabei kann ein Dichtbereich vorliegen oder es können in axialer Richtung mehrere Dichtbereiche vorliegen, die von anderen Bereichen unterbrochen sind.
Bevorzugt ist mindestens ein Teil der Schnecke mehrgängig und es liegt in den Gebieten der Gruppe HAR1 auf mehreren Schneckenstegen mindestens ein Dichtbereich vor, wobei Teile der Dichtbereiche auf mehreren Schneckenstegen nicht an der gleichen axialen Position vorliegen müssen, aber können. Mit anderen Worten können sich die Dichtbereiche, die auf unterschiedlichen Schneckenstegen vorliegen, axial überschneiden, müssen es aber nicht.
Bevorzugt ist die Summe der axialen Längen auf denen in den Gebieten der Gruppe HAR1 auf mindestens einem Schneckensteg mindestens ein Lücke-Wand-Bereich, besonders bevorzugt mindestens ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich vorliegt, mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% der axialen Länge AL1.
Bevorzugt ist die Summe der axialen Längen auf denen in den Gebieten der Gruppe HAR1 auf mindestens einem Schneckensteg mindestens ein Strömungsbereich, besonders bevorzugt mindestens ein höhenbegrenzter Strömungsbereich vorliegt, mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70% der axialen Länge AL1.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Art der Ausführung zu einer verbesserten Förderung des Verarbeitungsmaterials und einem verbesserten Druckverlauf entlang der Schnecke und gleichzeigt zu einer verbesserten Homogenität des Verarbeitungsmaterials und der durch die Nebenzuführungszone zugeführten Bestandteile führt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des neunten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem zehnten Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenabführungszone aufweist und die Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindesten einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist,
wobei sich das Gebiet mindestens einer Mischzone mindestens teilweise mit dem Gebiet der Nebenabführungszone überlagert.
Bevorzugt ist mindestens eine Mischzone eine Wirbel-Dicht-Mischzone.
Bevorzugt ist mindestens eine Mischzone eine Barriere-Mischzone.
Bevorzugt ist mindestens eine Mischzone eine Wirbel-Mischzone.
Bevorzugt ist die Schnecke innerhalb mindestens einer Mischzone mindestens teilweise mehrgängig.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass durch diese Art der Ausführung eine bessere Abführung von Abführungsprodukten erreicht wird und zu einer verbesserten Förderung und Homogenisierung des Verarbeitungsmaterials entlang der Schnecke führt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zehnten Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Nach einem elften Aspekt der Erfindung löst die oben genannte Aufgabe ein Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei die Schnecke an mindestens einer axialen Position, bevorzugt auf einem axialen Teil der Schnecke mit einer axialen Länge von mindestens 1 Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einem axialen Teil der Schnecke mit einer axialen Länge von mindestens 2 Schneckendurchmessern mindestens einen Schneckensteg (S6) aufweist, der einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich oder einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist
und mindestens einen weiteren Schneckensteg (S7) aufweist, der einen engen Strömungsbereich aufweist
und bevorzugt mindestens einen Schneckensteg (S5) aufweist, der einen Dichtbereich aufweist.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass diese Ausführung zu einem besseren Druckverlauf entlang der Schnecke und einer besseren Homogenität des Verarbeitungsmaterials führt und gleichzeitig eine kürzere und damit wirtschaftlichere Bauform ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführung liegt die axiale Position oder der axiale Teil in einer Mischzone, wobei sich die Mischzone mindestens teilweise mit einer Barrierezone überlagert und die Mischzone mit dem Anfang des Barrieresteges der Barrierezone beginnt oder vor dem Anfang des Barrieresteges der Barrierezone beginnt.
Bevorzugt ist mindestens ein Teil des Schneckenstegs S7 mindestens teilweise der Barrieresteg der Barrierezone.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil des Schneckenstegs S6 mindestens teilweise im Auslaufkanal der Barrierezone.
Bevorzugt liegt mindestens ein Teil des Schneckenstegs S6 mindestens teilweise im Einlaufkanal der Barrierezone.
Bevorzugt ist mindestens ein Teil des Schneckenstegs S5 mindestens teilweise der sogenannte Hauptsteg der Barrierezone.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist in einem mehrgängigen Teil der Mischzone auf mindestens 50% der axialen Länge der Mischzone an allen axialen Positionen der Schneckenstege S6 die gleiche Steigung auf, wie der Schneckensteg S5, besonders bevorzugt auf mindestens 75% der axialen Länge der Mischzone, besonders bevorzugt auf mindestens 90% der axialen Länge der Mischzone.
Bevorzugt liegt nach dem Ende der Barrierezone auf dem Schneckensteg S5 mindestens ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich und/oder ein höhenbegrenzter Strömungsbereich vor, besonders bevorzugt beträgt die axiale Länge des höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichs und/oder des höhenbegrenzten Strömungsbereichs mindestens 2 Schneckendurchmesser.
Bevorzugt endet die Mischzone in axialer Richtung erst nach dem Ende der Barrierezone.
In einer alternativen Ausführungsform endet die Mischzone mit dem Ende des Barrieresteges der Barrierezone oder nach dem Ende des Barrieresteges der Barrierezone.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schneckensteg S5 nach dem Dichtbereich mindestens einen Mischlückenabschnitt auf, bevorzugt mindestens einen Lücke-Wand-Bereich, besonders bevorzugt mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schneckensteg S5 vor dem Dichtbereich mindestens einen Mischlückenabschnitt auf, bevorzugt mindestens einen Lücke-Wand-Bereich, besonders bevorzugt mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich.
Bevorzugt weist der Schneckensteg S7 an der axialen Position und/oder den axialen Teilen eine andere Steigung auf, als der Schneckensteg S5, besonders bevorzugt ist die Drehrichtung des Schneckensteges S7 um die Schnecke entgegengesetzt zur Drehrichtung des Schneckensteges S5 um die Schnecke.
Bevorzugt ist die Mischzone eine Wirbel-Dicht-Mischzone.
Bevorzugt ist die Mischzone eine Barriere-Mischzone.
Bevorzugt ist die Mischzone eine Wirbel-Barriere-Mischzone.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des elften Aspektes mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ, sofern sich Gegenstände der Aspekte für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Die folgenden Ausführungen können einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ mit einem oder mehreren der vorherstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombiniert werden, sofern sich Gegenstände der Aspekte und/oder Ausführungen für den Fachmann technisch nicht ausschließen.
Bevorzugt ist mindestens eine Schnecke mindestens in einem Teil des Gebietes mindestens einer Mischzone mehrgängig.
Bevorzugt ist der Extruder Bestandteil einer Spritzgießvorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen in einem mehrgängigen Teil einer Mischzone auf mindestens 50% der axialen Länge der Mischzone alle Schneckenstege an jeweils allen axialen Positionen die gleiche Steigung auf, besonders bevorzugt auf mindestens 75% der axialen Länge der Mischzone, besonders bevorzugt auf mindestens 90% der axialen Länge der Mischzone.
Bevorzugt wird dem Extruder in der Hauptzuführungszone das Verarbeitungsmaterial mindestens größtenteils schmelzeförmig unter Druck zugeführt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Zylinderwandtemperatur in mindestens 25% der Länge der in axialer Richtung betrachtet zweiten Hälfte des Extruders unter der Aufschmelztemperatur des Verarbeitungsmaterials, bevorzugt in mindestens 50% der Länge der zweiten Hälfte des Extruders, besonders bevorzugt in mindestens 75%.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist in mindestens einer Mischzone mindestens ein axialer Teil (AT2) ein ganzzahliges Vielfaches an Schneckenstegen von mindestens einem anderen axialen Teil (AT1) auf. Bevorzugt liegt der axiale Teil AT2 in axialer Richtung nach dem axialen Teil AT1. Alternativ liegt der axiale Teil AT1 in axialer Richtung nach dem axialen Teil AT2.
In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Summe der Längen aller Homogenisierungszonen, die auf einer Schnecke liegen, minimal 50% der Länge der Verfahrenszone der Schnecke, bevorzugt minimal 60%, bevorzugt minimal 70%, besonders bevorzugt minimal 80% der Länge der Verfahrenszone der Schnecke.
Bevorzugt überlagert sich das Gebiet mindestens einer Mischzone mindestens teilweise mit dem Gebiet einer Nebenaustragungszone. Bevorzugt weist die Mischzone mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich auf. Bevorzugt beginnt die Mischzone vor der Nebenaustragungszone.
Bevorzugt überlagert sich das ganze Gebiet mindestens einer Nebenaustragungszone mit mindestens einem Teil des Gebietes einer Mischzone. Bevorzugt weist die Mischzone mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich auf. Vorteilhaft kann durch diese erfinderische Ausführung durch die verbesserte Homogenisierung mit anschließendem Druckaufbau die Leistung z.B. einer Entgasungszone verbessert werden.
Bevorzugt überlagert sich das Gebiet mindestens einer Mischzone mindestens teilweise mit dem Gebiet einer Nebenzuführungszone. Bevorzugt weist die Mischzone mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen Steg mit mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich auf. Bevorzugt beträgt die Länge der Mischzone nach der Nebenzuführungszone mindestens 2 Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt mindestens 3 Schneckendurchmesser. Bevorzugt beginnt die Mischzone vor der Nebenzuführungszone. Bevorzugt gibt es mindestens eine axiale Position im Gebiet der Nebenzuführungszone, an der auf allen Schneckenstegen kein Dichtbereich und kein Mischwandabschnitt vorliegt. Besonders bevorzugt liegt im Gebiet der Nebenzuführungszone auf allen Schneckenstegen kein Dichtbereich und kein Mischwandabschnitt vor.
Bevorzugt weist mindestens ein Schneckenkanal mindestens teilweise zum Schneckensteg mit einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder einem höhenbegrenzten Strömungsbereich einen Radius auf, der größer ist als 30% des jeweils an der axialen Position in dem Schneckenkanal vorliegenden Grundabstands, bevorzugt größer ist als 35%, besonders bevorzugt größer ist als 40% und kleiner ist als 70%, bevorzugt kleiner ist als 65% und besonders bevorzugt kleiner ist als 60% des jeweils an der axialen Position in dem Schneckenkanal vorliegenden Grundabstands.
Bevorzugt weist mindestens ein Schneckenkanal mindestens teilweise zum Schneckensteg mit einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder einem höhenbegrenzten Strömungsbereich einen Radius auf, der kleiner ist als das 1,5 fache der Schneckensteghöhe der Mischlückenabschnitte, besonders bevorzugt kleiner ist als das 1,2 fache der Schneckensteghöhe der Mischlückenabschnitte und größer ist als das 0,6 fache der Schneckensteghöhe der Mischlückenabschnitte, besonders bevorzugt größer ist als das 0,8 fache der Schneckensteghöhe der Mischlückenabschnitte.
Bevorzugt weist mindestens eine Mischzone mindestens eine axiale Position auf, an der auf allen an der axialen Position vorhandenen Schneckenstegen jeweils ein Mischlückenabschnitt oder ein Strömungsbereich vorliegen, besonders bevorzugt auf allen an der axialen Position vorhandenen Schneckenstegen jeweils ausschließlich ein Mischlückenabschnitt vorliegt. Bevorzugt liegt ein Großteil der Mischlückenabschnitte, besonders bevorzugt alle Mischlückenabschnitte in mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich. Bevorzugt liegt die axiale Position mindestens teilweise im Gebiet einer Nebenzuführungszone.
Bevorzugt weist der Extruder genau eine Schnecke auf.
In einer alternativen Ausführungsform weist der Extruder mindestens zwei Schnecken auf. Besonders bevorzugt liegen mindestens zwei Schneckenachsen, besonders bevorzugt alle Schneckenachsen parallel zueinander.
Bevorzugt liegen mindestens zwei Schnecken mit unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichem Schneckendurchmesser vor.
Bevorzugt liegen eine Grundschnecke (GS1) und mehrere zusätzliche Schnecken (ZS1) vor, die umfänglich um die Grundschnecke GS1 verteilt sind, wobei mindestens ein Teil der zusätzlichen Schnecken ZS1 mindestens einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen Lücke-Wand-Bereich und/oder einen Strömungsbereich aufweist. Besonders bevorzugt weißt die Grundschnecke GS1 mindestens einen Schneckensteg auf, der mindestens teilweise mindestens einen Lücke-Wand-Bereich und/oder einen Strömungsbereich aufweist.
Versuche an mehreren Prototypen haben gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Ausführung der zusätzlichen Schnecken ZS1 und/oder der Grundschnecke GS1 eine deutlich bessere Mischwirkung in Umfangsrichtung vorliegt, also eine Übergabe von Verarbeitungsmaterial von einer zusätzlichen Schnecke ZS1 in Richtung einer anderen zusätzlichen Schnecke ZS1 und/oder zur Grundschnecke GS1 besser gegeben ist und so eine bessere Homogenität des Verarbeitungsmaterials bei gleichzeitiger optimaler Förderung des Verarbeitungsmaterials erreicht wird.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand diverser Figuren erläutert werden.

1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Extruder mit einer Schnecke.
2 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 1.
3 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 2.
4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 3.
5 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach den Aspekten 4 und 5.
6 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 6.
7 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach den Aspekten 8 und 9.
8 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach den Aspekten 8 und 9.
9 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach Aspekten 10.
10 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 11.
11 zeigt ebenfalls schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 11.
Die 12 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders.
Die 13 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Querschnitt einer Schnecke und eines Zylinders.
Die 14 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Querschnitt einer Schnecke.

Wird in der Beschreibung der Figuren angegeben, dass etwas nach unten oder nach oben läuft, ist dies immer in Bezug auf die Ausrichtung der Figur gemeint. Die Ausrichtung der Figur ergibt sich aus der Ausrichtung des Textes, bzw. der Bezugszeichen.
Die genaue Schneckensteghöhe der höhenbegrenzten Bereiche lässt sich in den Figuren schlecht erkennen. Die Schneckensteghöhen in den höhenbegrenzten Bereichen entsprechen 50% des Grundabstandes der beiden umgebenden Schneckenkanälen sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort ein anderer Wert vorliegt.
1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Extruder mit einer Schnecke. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung 110 ergibt sich aus der Richtung der Schneckenachse von der Hauptzuführungszone zur Hauptaustragungszone. Die Drehrichtung der Schnecke 111 verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. Im vorliegenden Fall ist eine Schnecke mit Barrierezone 122 dargestellt. Die gestrichelte Linie 103 kennzeichnet den Anfang der Barrierezone 122 und die gestrichelte Line 104 kennzeichnet das Ende der Barrierezone 122. Direkt nach der Barrierezone 122 liegt eine Meteringzone 123 vor. Die gestrichelte Line 104 kennzeichnet den Anfang der Meteringzone 123 und die gestrichelte Line 105 kennzeichnet das Ende der Meteringzone 123. Direkt nach der Meteringzone 123 liegt eine Mischzone 124 vor. Die gestrichelte Line 105 kennzeichnet den Anfang der Mischzone 124 und die gestrichelte Line 106 kennzeichnet das Ende der Mischzone 124. Zusätzlich kennzeichnet die gestrichelte Line 106 das Ende des Extruders und den axialen Anfang und das axiale Ende der Hauptaustragungszone des Extruders. Die gestrichelte Linie 101 kennzeichnet den Anfang und die gestrichelte Linie 102 das Ende der Hauptzuführungszone 121 in axialer Richtung.
Die Länge z.B. der Zone 122 ist die axiale Längenausprägung der Zone 122 entlang der axialen Richtung 110.
Die Zonen 123 und 124 liegen in axialer Richtung nach oder hinter der Zone 122. Die Zonen 122 und 123 liegen in axialer Richtung vor der Zone 124. Die Zone 123 liegt in axialer Richtung direkt nach der Zone 122 und direkt vor der Zone 124.
2 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 1. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 210 gekennzeichnet. Der Pfeil 211 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung liegt die Homogenisierungszone 221 als Wirbel-Mischzone mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichen zwischen den gestrichelten Linien 201 und 202 vor. Direkt nach der Homogenisierungszone 221 liegt zwischen den gestrichelten Linien 202 und 203 die Meteringzone 222 vor, die ausschließlich Schneckenstege mit Dichtbereichen aufweist. Direkt nach der Meteringzone 222 liegt zwischen den gestrichelten Linien 203 und 204 die zweite Homogenisierungszone 223, die mehr Schneckenstege aufweist als die Homogenisierungszone 221. In der dargestellten Ausführung ist die Homogenisierungszone 223 eine Wirbel-Mischzone mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichen und weißt doppelt so viele Schneckenstege wie die Homogenisierungszone 221 auf. Außerdem liegt vom Anfang der Homogenisierungszone 221 bis zum Ende der Homogenisierungszone 223 der Schneckensteg 231 vor, wobei der Schneckensteg am Ende auf der Rückseite der Darstellung wie alle Schneckenstege der Homogenisierungszone 223 an der gestrichelten Line 204 endet.
3 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 2. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 310 gekennzeichnet. Der Pfeil 311 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung liegt zwischen den gestrichelten Linien 301 und 303 eine Wirbel-Barriere-Mischzone 321 vor. Dabei weisen zwischen den gestrichelten Linien 301 und 302 die Schneckenstege 332 und 334 höhenbegrenzte Strömungsbereiche und die Schneckenstege 331 und 333 Dichtbereiche auf. Außerdem liegen auf den Schneckenstegen 332 und 334 nach den Strömungsbereichen und auf den Schneckenstegen 331 und 333 nach den Dichtbereichen bis zur gestrichelten Linie 303 höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche vor. In der dargestellten Ausführung weist die Schnecke in der Wirbel-Barriere-Mischzone eine konstante Gangzahl von 4 auf.
4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 3. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 410 gekennzeichnet. Der Pfeil 411 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung liegt zwischen den gestrichelten Linien 401 und 403 eine Wirbel-Dicht-Mischzone 421 vor. Dabei weist zwischen den gestrichelten Linien 401 und 402 im axialen Teil 422 der Schneckenstege 431 einen Dichtbereich auf. Im axialen Teil 423, zwischen den gestrichelten Linien 402 und 403, folgt direkt nach dem Dichtbereich auf dem Schneckensteg 431 ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich. Auf allen anderen Schneckenstegen liegen zwischen den gestrichelten Linien 401 und 403 jeweils ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich vor. Somit weist die Wirbel-Dicht-Mischzone 421 im axialen Teil 423 keinen Dichtbereich auf. In der dargestellten Ausführung weist die Schnecke in der Wirbel-Dicht-Mischzone 421 eine konstante Gangzahl von 4 auf.
5 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach den Aspekten 4 und 5. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 510 gekennzeichnet. Der Pfeil 511 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung liegt zwischen den gestrichelten Linien 501 und 502 die Wirbel-Mischzone 521 vor. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche. Die Wendeln 531 und 532 sind keine Bauteile oder Bestandteile der Schnecke, bzw. des Extruders sondern dienen nur zur Veranschaulichung der Lage der jeweiligen Mischlückenabschnitte. In der dargestellten Ausführung weist die Wendel 531 über ihren gesamten Verlauf eine konstante Steigung S5 auf und die Wendel 532 weist über ihren gesamten Verlauf eine konstante Steigung S6 auf, wobei die Steigung S6 größer ist als die Steigung S5.
Alle Mischlückenabschnitte, die im Verlauf der Wendel 531 liegen, wie z.B. der Mischlückenabschnitt 534, weisen die gleiche Länge entlang des jeweiligen Schneckensteges und die gleiche Schneckensteghöhe auf.
Alle Mischlückenabschnitte, die im Verlauf der Wendel 532 liegen. wie z.B. der Mischlückenabschnitt 536, weisen die gleiche Länge entlang des jeweiligen Schneckensteges und die gleiche Schneckensteghöhe auf.
Alle Schneckenstege, wie z.B. der Schneckensteg 537, weisen sowohl Mischlückenabschnitte, die entlang des Wendels 531 liegen (wie z.B. Mischlückenabschnitt 534) auf, als auch Mischlückenabschnitte, die entlang des Wendels 532 liegen (wie z.B. Mischlückenabschnitt 536). Die Länge des Mischlückenabschnitts 534 entlang des Schneckensteges 537 ist kleiner, als die Länge des Mischlückenabschnitts 536 entlang des Schneckensteges 537.
Alle Schneckenstege, wie z.B. der Schneckensteg 537, weisen sowohl Mischwandabschnitte, die zwischen zwei Mischlückenabschnitten liegen, die entlang des Wendels 531 liegen (wie z.B. Mischwandabschnitt 533) auf, als auch Mischwandabschnitte, die zwischen zwei Mischlückenabschnitten liegen, die entlang des Wendels 532 liegen (wie z.B. Mischwandabschnitt 535). Die Länge des Mischwandabschnitts 533 entlang des Schneckensteges 537 ist kleiner, als die Länge des Mischwandabschnitts 535 entlang des Schneckensteges 537.
6 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 6. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 610 gekennzeichnet. Der Pfeil 611 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung liegt zwischen den gestrichelten Linien 601 und 603 die Wirbel-Mischzone 621 vor. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche. Dabei weist die Wirbel-Mischzone 621 zwischen den gestrichelten Linien 601 und 602 im axialen Teil 622 eine Gangzahl von 4 auf und zwischen den gestrichelten Linien 602 und 603 im axialen Teil 623 eine Gangzahl von 8 auf. Der axiale teil 623 liegt direkt nach dem axialen Teil 622.
7 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach den Aspekten 8 und 9. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 710 gekennzeichnet. Der Pfeil 711 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist der Extruder eine Nebenzuführungszone 725 auf. Die Nebenzuführungszone 725 beginnt mit dem Anfang der Öffnung 732 in der Zylinderwand 731 an der gestrichelten Linie 702 und endet mit dem Ende der Öffnung 732 in der Zylinderwand 731 an der gestrichelten Linie 703. Die Schnecke weist zwischen den gestrichelten Linien 701 und 704 die Wirbel-Dicht-Mischzone 721 auf, die die Nebenzuführungszone 725 komplett überlagert und teilweise vor und nach der Nebenzuführungszone 725 vorliegt. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche. Die Schnecke weist zwischen den gestrichelten Linien 705 und 706 die Wirbel-Mischzone 723 auf, die komplett nach der Nebenzuführungszone 725 liegt und auch nach der Wirbel-Dicht-Mischzone 721 liegt. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche.
Zwischen der Wirbel-Dicht-Mischzone 721 und der Wirbel-Mischzone 723 liegt die Meteringzone 722. Nach der Wirbel-Mischzone 723 liegt in der Zone 724 eine Schneckenspitze vor. Das axiale Ende der Schnecke und des Extruders ist mit der gestrichelten Linie 707 gekennzeichnet. Die gestrichelte Linie 707 kennzeichnet daher gleichzeitig den Anfang und das Ende der Hauptaustragungszone 726 in axialer Richtung.
In der dargestellten Ausführung beträgt die axiale Länge des Gebietes der Wirbel-Dicht-Mischzone 721, das nach dem Ende der Nebenzuführungszone 725 vorliegt, also die axiale Länge zwischen der gestrichelten Linie 703 und der gestrichelten Linie 704 ungefähr 35% der axialen Länge des Gebietes, das zwischen dem Ende der Nebenzuführungszone 725 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 726 vorliegt, also der axialen Länge zwischen der gestrichelten Linie 703 und der gestrichelten Linie 707. Die axiale Länge des Gebietes der Wirbel-Mischzone 723, das nach dem Ende der Nebenzuführungszone 725 vorliegt, also die axiale Länge zwischen der gestrichelten Linie 705 und der gestrichelten Linie 706 beträgt ungefähr 45% der axialen Länge des Gebietes, das zwischen dem Ende der Nebenzuführungszone 725 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 726 vorliegt. Die Summe der beiden Längen ergibt ungefähr 80% der axialen Länge des Gebietes, das zwischen dem Ende der Nebenzuführungszone 725 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 726 vorliegt.
In der dargestellten Ausführung weisen sowohl die Wirbel-Dicht-Mischzone 721, als auch die Wirbel-Mischzone 723 Schneckenstege mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichen auf.
Auf 100% der axialen Länge der Teile der Wirbel-Dicht-Mischzone 721 und der Wirbel-Mischzone 723, die zwischen dem Anfang der Nebenzuführungszone 725 und dem Ende der Hauptaustragungszone 726 vorliegen, liegt auf mindestens einem Schneckensteg ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich vor.
8 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach den Aspekten 8 und 9. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 810 gekennzeichnet. Der Pfeil 811 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist der Extruder eine Nebenzuführungszone 823 auf. Die Nebenzuführungszone 823 beginnt mit dem Anfang der Öffnung 832 in der Zylinderwand 831 an der gestrichelten Linie 802 und endet mit dem Ende der Öffnung 832 in der Zylinderwand 831 an der gestrichelten Linie 803. Die Schnecke weist zwischen den gestrichelten Linien 801 und 805 die Wirbel-Dicht-Mischzone 821 auf, die die Nebenzuführungszone 823 komplett überlagert und teilweise vor und nach der Nebenzuführungszone 823 vorliegt. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche.
Nach der Wirbel-Dicht-Mischzone 821 liegt in der Zone 822 eine Schneckenspitze vor. Das axiale Ende der Schnecke und des Extruders ist mit der gestrichelten Linie 806 gekennzeichnet. Die gestrichelte Linie 806 kennzeichnet daher gleichzeitig den Anfang und das Ende der Hauptaustragungszone 824 in axialer Richtung.
In der dargestellten Ausführung beträgt die axiale Länge des Gebietes der Wirbel-Dicht-Mischzone 821, das zwischen dem Ende der Nebenzuführungszone 823 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 824 vorliegt, mehr als 90% der axialen Länge des Gebietes, das zwischen Ende der Nebenzuführungszone 823 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 824 vorliegt.
Das Gebiet, in dem zwischen dem Ende der Nebenzuführungszone 823 und dem Anfang der Hauptaustragungszone 824 eine Homogenisierungszone vorliegt, ist durch die gestrichelten Linien 803 und 805 begrenzt. Bis zur gestrichelten Linie 804 liegt auf dem Schneckensteg 833 ein Dichtbereich vor. Die axiale Länge von der gestrichelten Linie 803 bis zur gestrichelten Linie 804 entspricht mehr als 60% der axialen Länge von der gestrichelten Linie 803 bis zur gestrichelten Linie 805
9 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil eines Extruders mit einer Schnecke nach Aspekten 10. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 910 gekennzeichnet. Der Pfeil 911 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist der Extruder eine Nebenaustragungszone 923 auf. Die Nebenaustragungszone 923 beginnt mit dem Anfang der Öffnung 932 in der Zylinderwand 931 an der gestrichelten Linie 902 und endet mit dem Ende der Öffnung 932 in der Zylinderwand 931 an der gestrichelten Linie 903. Die Schnecke weist zwischen den gestrichelten Linien 901 und 904 die Wirbel-Dicht-Mischzone 921 auf, die die Nebenzuführungszone 923 komplett überlagert und teilweise vor und nach der Nebenzuführungszone 923 vorliegt. Alle vorliegenden Lücke-Wand-Bereiche sind dabei höhenbegrenzte Lücke-Wand-Bereiche.
Nach der Wirbel-Dicht-Mischzone 921 liegt in der Zone 922 eine Schneckenspitze vor. Das axiale Ende der Schnecke und des Extruders ist mit der gestrichelten Linie 905 gekennzeichnet. Die gestrichelte Linie 905 kennzeichnet daher gleichzeitig den Anfang und das Ende der Hauptaustragungszone 924 in axialer Richtung.
10 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 11. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 1010 gekennzeichnet. Der Pfeil 1011 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist die Schnecke die Barrierezone 1021 auf, die durch die gestrichelten Linien 1001 und 1003 in axialer Richtung begrenzt ist. Dabei kennzeichnet die gestrichelte Linie 1001 den Anfang des Auslaufkanals und die gestrichelte Linie 1003 das Ende des Einlaufkanals.
Die Schnecke weist den Schneckensteg 1031 auf, der bis zur gestrichelten Linie 1004 einen Dichtbereich aufweist und ab der gestrichelten Linie 1004 mit dem Beginn des Mischlückenabschnitts 1034 einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist. Beim Schneckensteg 1031 handelt es sich von der gestrichelten Linie 1001 bis zur gestrichelten Linie 1003 um den Hauptsteg der Barrierezone 1021.
Die Schnecke weist den Schneckensteg 1032 auf, der einen engen Strömungsbereich aufweist. Beim Schneckensteg 1032 handelt es sich von der gestrichelten Linie 1001 bis zur gestrichelten Linie 1003 um den Barrieresteg der Barrierezone 1021.
Die Schnecke weist den Schneckensteg 1033 auf, der einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist. Der Schneckensteg 1033 beginnt an der gestrichelten Linie 1002 und liegt bis zur gestrichelten Linie 1003 im Auslaufkanal 1035 der Barrierezone 1021 und endet an der gestrichelten Linie 1005. Der Schneckensteg 1033 weist dabei an jeder axialen Position jeweils die gleiche Steigung wie der Schneckensteg 1031 auf.
Von der gestrichelten Linie 1000 bis zur gestrichelten Linie 1005 liegt die Wirbel-Barriere-Mischzone 1022 vor. Hierbei sei ausdrücklich angemerkt, dass die Barrierezone 1021 mit dem Anfang des Auslaufkanals an der gestrichelten Linie 1001 beginnt und der Schneckensteg 1032 mit dem engen Strömungsbereich an der gestrichelten Linie 1000 beginnt.
Von der gestrichelten Linie 1002 bis zur gestrichelten Linie 1003 weist in der dargestellten Ausführung die Wirbel-Barriere-Mischzone 1022 sowohl den Schneckensteg 1031 mit einem Dichtbereich auf, als auch den Schneckensteg 1033 mit einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich, sowie den Schneckensteg 1032 mit einem engen Strömungsbereich. Die axiale Länge zwischen den gestrichelten Linien 1002 und 1003 beträgt in der dargestellten Ausführung mehr als 2,5 Schneckendurchmesser.
Neben dem Schneckensteg 1033 liegen noch weitere Schneckenstege mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichen im Auslaufkanal der Barrierezone 1021 vor. Durch alle Schneckenstege mit höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereichen im Auslaufkanal wird die Homogenität des Verarbeitungsmaterials deutlich verbessert.
11 zeigt ebenfalls schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders nach Aspekt 11. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 1110 gekennzeichnet. Der Pfeil 1111 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist die Schnecke die Wirbel-Barriere-Mischzone 1121 auf, die durch die gestrichelten Linien 1101 und 1105 in axialer Richtung begrenzt ist.
Die Schnecke weist den Schneckensteg 1132 auf, der von der gestrichelten Linie 1102 bis zur gestrichelten Linie 1105 einen Dichtbereich aufweist. Von der gestrichelten Linie 1101 bis zur gestrichelten Linie 1102 weist der Schneckensteg 1132 einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich auf, der mit dem Ende des Mischlückenabschnitts 1133 endet. Von der gestrichelten Linie 1105 bis zur gestrichelten Linie 1106 weist der Schneckensteg 1132 einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich auf, der mit dem Anfang des Mischlückenabschnitts 1134 beginnt. Der Schneckensteg 1132 läuft mit einer rechtsgerichteten Steigung um die Schnecke. Rechtsgerichtet weist die Schnecke insgesamt 8 Schneckenstege auf. Alle Schneckenstege bis auf den Schneckensteg 1132 weisen zwischen den gestrichelten Linien 1101 und 1106 ausschließlich jeweils einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich auf.
Die Schnecke weist den Schneckensteg 1131 auf, der einen engen Strömungsbereich aufweist. Der Schneckensteg 1131 beginnt an der gestrichelten Linie 1103 und endet an der gestrichelten Linie 1104. Der Schneckensteg 1131 läuft mit einer linksgerichteten Steigung um die Schnecke. Je länger der Schneckensteg 1131 ausgeführt wird und je häufiger er den Schneckensteg 1132 kreuzt, umso häufiger muss das Verarbeitungsmaterial über ihn strömen und wird dabei geschert, was zu einem disipativen Mischen führt. In der dargestellten Ausführung beginnt der Schneckensteg 1131 am Schneckensteg 1132, kreuzt ihn einmal (auf der Rückseite der Zeichnung und daher nicht dargestellt) und endet schließlich am Schneckensteg 1132. Dies führt dazu, dass das Verarbeitungsmaterial den Schneckensteg 1131 zweimal überströmen muss.
Von der gestrichelten Linie 1103 bis zur gestrichelten Linie 1104 weist die Wirbel-Barriere-Mischzone 1121 in der dargestellten Ausführung sowohl den Schneckensteg 1132 mit einem Dichtbereich auf, als auch 7 Schneckenstege mit einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich, sowie den Schneckensteg 1131 mit einem engen Strömungsbereich. Die axiale Länge zwischen den gestrichelten Linie 1103 und 1104 beträgt in der dargestellten Ausführung mehr als 2,3 Schneckendurchmesser.
Durch die Integration des Überströmens in eine Mischzone kann die Schnecke zum einen eine kürzere und damit wirtschaftlichere Bauform aufweisen. Zum anderen wird das Verarbeitungsmaterial vor und nach dem Überströmen direkt distributiv gemischt, was die Homogenität des Verarbeitungsmaterials deutlich verbessern kann.
Die 12, 13 und 14 dienen der Verdeutlichung diverser Begriffe und werden im Folgenden gemeinsam erläutert. Die Zugehörigkeit der Bezugszeichen zu den Nummern der Figuren ergibt sich dabei jeweils aus den ersten zwei Ziffern der Bezugszeichen.
Die 12 zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Teil einer Schnecke eines Extruders. Die Austragsrichtung des Extruders und damit die axiale Richtung ist mit dem Pfeil 1210 gekennzeichnet. Der Pfeil 1211 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Diese verläuft auf der Vorderseite der Figur nach unten. In der dargestellten Ausführung weist die Schnecke 1236 eine Wirbel-Barriere-Mischzone auf, die durch die gestrichelten Linien 1201 und 1203 in axialer Richtung begrenzt ist. Die Schnecke 1236 befindet sich im Zylinder 1235.
Die 13 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Querschnitt der Schnecke 1236 und des Zylinders 1235 an der gestrichelten Linie 1202. Der Pfeil 1311 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die axiale Richtung 1310 geht in die Bildebene hinein.
Die 14 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den Querschnitt der Schnecke 1236 an der gestrichelten Linie 1202. Der Pfeil 1411 kennzeichnet die Drehrichtung der Schnecke. Die axiale Richtung 1410 geht in die Bildebene hinein. Diese Figur soll die Zugehörigkeit der Linien zu Schnecke und Zylinder der 13 verdeutlichen.
Der Schneckensteg 1231 weist durchgehend von der gestrichelten Linie 1201 bis zur gestrichelten Linie 1203 einen Dichtbereich auf.
Der Schneckensteg 1232 weist durchgehend von der gestrichelten Linie 1201 bis zur gestrichelten Linie 1203 einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich auf.
Der Schneckensteg 1233 weist durchgehend von der gestrichelten Linie 1201 bis zur gestrichelten Linie 1203 einen höhenbegrenzten Strömungsbereich auf.
Der Schneckensteg 1234 weist durchgehend von der gestrichelten Linie 1201 bis zur gestrichelten Linie 1203 einen engen Strömungsbereich auf.
Der Pfeil 1312 kennzeichnet den Grundabstand des Schneckenkanals zwischen dem Schneckensteg 1231 und dem Schneckensteg 1234 an der axialen Position, die durch die gestrichelte Linie 1202 gekennzeichnet ist. In der dargestellten Ausführung weisen alle Schneckenkanäle den gleichen Grundabstand an der axialen Position auf, die durch die gestrichelte Linie 1202 gekennzeichnet ist. Dies wird durch den gestrichelten Kreis 1301 gekennzeichnet. In der dargestellten Ausführung weisen alle Schneckenkanäle den gleichen Grundabstand über die gesamte Länge der Wirbel-Barriere-Mischzone auf.
Alle Schneckenstege weisen auf beiden Seiten zum Schneckengrund der Schneckenkanäle einen Radius auf, der 50% des Grundabstandes der Schneckenkanäle entspricht. Ein solcher Radius ist grundsätzlich für ein verbessertes Fließen und eine Wirbelbildung in den erfindungsgemäßen Mischzonen sinnvoll, wurde aber aufgrund der Übersichtlichkeit in den vorherigen Figuren nicht dargestellt.
Der Pfeil 1313 kennzeichnet den Stegabstand des Schneckensteges 1231, der einen Dichtbereich aufweist. Das Schneckenspiel entspricht diesem Stegabstand, da dieser Stegabstand der kleinste vorhandene Stegabstand aller Stege an der jeweiligen axialen Position ist.
Der Pfeil 1314 kennzeichnet den Stegabstand des Schneckensteges 1234, der einen engen Strömungsbereich aufweist. In der dargestellten Ausführung entspricht der Stegabstand 10% des Grundabstandes und damit entspricht die Schneckensteghöhe 90% des Grundabstandes.
Der Pfeil 1315 kennzeichnet den Stegabstand des Schneckensteges 1233, der einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist. In der dargestellten Ausführung entspricht der Stegabstand 55% des Grundabstandes und damit entspricht die Schneckensteghöhe 45% des Grundabstandes.
Der Pfeil 1316 kennzeichnet den Stegabstand eines Mischwandabschnitts des Schneckensteges 1232, der einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist.
In der dargestellten Ausführung entspricht der Stegabstand 10% des Grundabstandes und damit entspricht die Schneckensteghöhe 90% des Grundabstandes. Damit weist der Mischwandabschnitt als Stegabstand ebenfalls das Schneckenspiel auf.
Der Pfeil 1317 kennzeichnet den Stegabstand eines Mischlückenabschnitts des Schneckensteges 1232, der einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist.
In der dargestellten Ausführung entspricht der Stegabstand 55% des Grundabstandes und damit entspricht die Schneckensteghöhe 45% des Grundabstandes.
Bezugszeichenliste

101: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
102: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
103: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
104: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
105: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
106: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
110: Axiale Richtung
111: Drehrichtung der Schnecke
121: Hauptzuführungszone
122: Barrierezone
123: Meteringzone
124: Mischzone
201: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
202: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
203: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
204: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
210: Axiale Richtung
211: Drehrichtung der Schnecke
221: Homogenisierungszone
222: Meteringzone
223: Homogenisierungszone
231: Schneckensteg
301: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
302: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
303: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
310: Axiale Richtung
311: Drehrichtung der Schnecke
321: Wirbel-Barriere-Mischzone
331: Schneckensteg
332: Schneckensteg
333: Schneckensteg
334: Schneckensteg
401: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
402: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
403: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
410: Axiale Richtung
411: Drehrichtung der Schnecke
421: Wirbel-Dicht-Mischzone
422: Axialer Teil
423: Axialer Teil
431: Schneckensteg
501: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
502: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
510: Axiale Richtung
511: Drehrichtung der Schnecke
521: Wirbel-Mischzone
531: Wendel
532: Wendel
533: Mischwandabschnitt
534: Mischlückenabschnitt
535: Mischwandabschnitt
536: Mischlückenabschnitt
537: Schneckensteg
601: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
602: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
603: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
610: Axiale Richtung
611: Drehrichtung der Schnecke
621: Wirbel-Mischzone
622: Axialer Teil
623: Axialer Teil
701: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
702: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
703: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
704: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
705: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
706: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
707: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
710: Axiale Richtung
711: Drehrichtung der Schnecke
721: Wirbel-Dicht-Mischzone
722: Meteringzone
723: Wirbel-Mischzone
724: Zone
725: Nebenzuführungszone
731: Zylinderwand
732: Öffnung
801: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
802: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
803: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
804: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
805: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
806: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
810: Axiale Richtung
811: Drehrichtung der Schnecke
821: Wirbel-Dicht-Mischzone
822: Zone
823: Nebenzuführungszone
824: Hauptaustragungszone
831: Zylinderwand
832: Öffnung
833: Schneckensteg
901: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
902: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
903: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
904: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
905: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
910: Axiale Richtung
911: Drehrichtung der Schnecke
921: Wirbel-Dicht-Mischzone
922: Zone
923: Nebenzuführungszone
924: Hauptaustragungszone
931: Zylinderwand
932: Öffnung
933: Schneckensteg
1000: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1001: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1002: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1003: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1004: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1005: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1010: Axiale Richtung
1011: Drehrichtung der Schnecke
1021: Barrierezone
1022: Wirbel-Barriere-Mischzone
1031: Schneckensteg
1032: Schneckensteg
1033: Schneckensteg
1034: Schneckensteg
1101: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1102: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1103: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1104: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1105: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1106: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1110: Axiale Richtung
1111: Drehrichtung der Schnecke
1121: Barrierezone
1122: Wirbel-Barriere-Mischzone
1131: Schneckensteg
1132: Schneckensteg
1133: Mischlückenabschnitt
1134: Mischlückenabschnitt
1201: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1202: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1203: Gestrichelte Linie (Trennlinie)
1210: Axiale Richtung
1211: Drehrichtung der Schnecke
1221: Wirbel-Dicht-Mischzone
1222: Meteringzone
1223: Wirbel-Mischzone
1224: Zone
1225: Nebenzuführungszone
1231: Schneckensteg
1232: Schneckensteg
1233: Schneckensteg
1234: Schneckensteg
1235: Zylinderwand
1236: Schnecke
1301: Gestrichelter Kreis (Kennzeichen für Schneckengrund)
1310: Axiale Richtung
1311: Drehrichtung der Schnecke
1312: Pfeil (Kennzeichen für Grundabstand)
1313: Pfeil (Kennzeichen für Stegabstand)
1314: Pfeil (Kennzeichen für Stegabstand)
1315: Pfeil (Kennzeichen für Stegabstand)
1316: Pfeil (Kennzeichen für Stegabstand)
1317: Pfeil (Kennzeichen für Stegabstand)
1410: Axiale Richtung
1411: Drehrichtung der Schnecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018006234 A1 [0027]
DE 10150627 A1 [0028, 0031]
DE 102013008201 A1 [0029, 0031]
DE 102013008202 A1 [0030, 0031]

Claims

Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke mindestens zwei Homogenisierungszonen (HZ1 und HZ2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungszone HZ1 eine Mischzone ist, die auf mindestens einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und/oder auf einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist und die Homogenisierungszone HZ2 mindestens gleich viele Schneckenstege aufweist, wie die Homogenisierungszone HZ1, bevorzugt mehr Schneckenstege aufweist, besonders bevorzugt ein ganzzahlig Vielfaches an Schneckenstegen der Homogenisierungszone HZ1 aufweist.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schnecke mindestens einen Schneckensteg aufweist, auf dem mindestens teilweise mindestens ein höhenbegrenzter Lücke-Wand-Bereich vorliegt und mindestens einen Schneckensteg aufweist, auf dem mindestens teilweise mindestens ein höhenbegrenzter Strömungsbereich vorliegt, wobei bevorzugt mindestens ein höhenbegrenzter Strömungsbereich nach mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich liegt.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem axialen Teil der Schnecke mindestens ein Schneckensteg einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und mindestens ein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist und in mindestens einem anderen axialen Teil der Schnecke mindestens ein Schneckensteg einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist und kein Schneckensteg einen Dichtbereich aufweist.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf Mischlückenabschnitte in der Mischzone die gleiche Schneckensteghöhe und die gleiche Länge entlang des jeweiligen Schneckensteges aufweisen.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei mindestens eine Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckensteg mindestens zwei Mischlückenabschnitte mit unterschiedlichen Längen entlang des Schneckensteges aufweist, die sich in mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich befinden und/oder mindestens zwei Mischwandabschnitte mit unterschiedlichen Längen entlang des Schneckensteges aufweist, die sich in mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich befinden, wobei die Längenunterschiede entlang des Schneckensteges von Mischlückenabschnitten und Mischwandabschnitten, die sich direkt am Anfang oder am Ende des jeweiligen Lücke-Wand-Bereichs befinden, unberücksichtigt bleiben.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei die Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindestens einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem axialen Teil (AT4) der Mischzone eine höhere Gangzahl vorliegt, als in einem anderen axialen Teil (AT3) der Mischzone, wobei bevorzugt im axialen Teil AT4 ein ganzzahliges Vielfaches der Gangzahl vom axialen Teil AT3 vorliegt.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei die Schnecke mindestens eine Mischzone mit mindestens einem Schneckenkanal aufweist, wobei der Schneckenkanal mindestens teilweise auf mindestens einer Seite einen Schneckensteg mit mindestens einem höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einem höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus dem maximalen Grundabstand über der maximalen Breite des Schneckenkanals im Gebiet der Mischzone über eine axiale Länge von mindestens 0,5 Mal dem Schneckendurchmesser, bevorzugt von mindestens 1 mal dem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einer axialen Länge von mindestens 1,5 mal dem Schneckendurchmesser an jeder axialen Position maximal 1,4 beträgt, bevorzugt maximal 1,2 beträgt, besonders bevorzugt maximal 1,1 beträgt und minimal 0,1 beträgt, bevorzugt minimal 0,25 beträgt, besonders bevorzugt minimal 0,3 beträgt.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenzuführungszone aufweist und die Schnecke mindesten einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereiches und/oder mindestens ein Teil des höhenbegrenzten Strömungsbereiches nach der Nebenzuführungszone liegt.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenzuführungszone aufweist und zwischen dem Ende der ersten Nebenzuführungszone und dem Anfang der Hauptaustragungszone mindestens ein Teil mindestens einer Homogenisierungszone liegt, wobei die Gebiete aller Teile aller Homogenisierungszonen, die zwischen dem Ende der ersten Nebenzuführungszone und dem Anfang der Hauptaustragungszone liegen in der Gruppe (HAR1) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe (AL1) der axialen Längen der Gebiete der Gruppe HAR1, größer ist als 50% der axialen Länge (AL2) des Gebietes vom Ende der ersten Nebenzuführungszone bis zum Anfang der Hauptaustragungszone, bevorzugt größer ist als 65%, besonders bevorzugt größer ist als 80% der axialen Länge AL2, wobei bevorzugt in mindestens einem Gebiet einer Homogenisierungszone der Gruppe HAR1 mindestens eine Mischzone vorliegt, die auf mindestens einem Schneckensteg mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, wobei der Extruder mindestens eine Nebenabführungszone aufweist und die Schnecke mindestens eine Mischzone aufweist, die mindesten einen Schneckensteg aufweist, der mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich und/oder mindestens teilweise mindestens einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gebiet mindestens einer Mischzone mindestens teilweise mit dem Gebiet der Nebenabführungszone überlagert.
Extruder mit mindestens einer Schnecke zur Verarbeitung eines Verarbeitungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke an mindestens einer axialen Position, bevorzugt auf einem axialen Teil der Schnecke mit einer axialen Länge von mindestens einem Schneckendurchmesser, besonders bevorzugt auf einem axialen Teil der Schnecke mit einer axialen Länge von mindestens zwei Schneckendurchmessern mindestens einen Schneckensteg (S6) aufweist, der einen höhenbegrenzten Lücke-Wand-Bereich oder einen höhenbegrenzten Strömungsbereich aufweist und mindestens einen weiteren Schneckensteg (S7) aufweist, der einen engen Strömungsbereich aufweist und bevorzugt mindestens einen Schneckensteg (S5) aufweist, der einen Dichtbereich aufweist.