-
Die Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Einschneckenextruder mit einer Einzugszone zum Einziehen von zu plastifizierendem Material, der eine Einfüllöffnung zugeordnet ist, sowie mit einer Plastifizierzone, die in Förderrichtung hinter der Einzugszone angeordnet ist, wobei die Einzugszone und die Plastifizierzone in einem Wandungsbereich zumindest abschnittsweise mit ersten Wendelnuten versehen sind.
-
Die Erfindung betrifft zudem einen Einschneckenextruder mit einem solchen Zylinder.
-
Aus der
DE 199 28 870 C2 ist ein Einschneckenextruder bekannt, der einen zweiteiligen Zylinder sowie eine in dem Zylinder drehbar gelagerte Barriereschnecke aufweist. Der eine Teil des Zylinders weist die Einzugszone auf. Der andere Teil des Zylinders weist die Plastifizierzone auf. Der mit der Einzugszone versehene Teil des Zylinders ist mit einer Buchse versehen, in die Axialnuten eingebracht sind. Diese Axialnuten sind auch in dem anderen Teil des Zylinders über einen Teil der Plastifizierzone fortgesetzt, wobei die Axialnuten miteinander fluchten.
-
Die
DE 10 2017 207 357 A1 offenbart einen Einschneckenextruder mit einem Zylinder, bei dem zwischen einer Einzugszone und einer Plastifizierzone noch eine sich konisch verjüngende Übergangszone vorgesehen ist. Sowohl die Einzugszone als auch die Übergangszone und die Plastifizierzone sind mit Wendelnuten versehen, die sich zumindest jeweils über einen Teil der entsprechenden Zone erstrecken und die beim Übergang von der einen zur anderen Zone jeweils fluchtend und bündig ineinander übergehen. Der Zylinder ist durchgängig einteilig gestaltet. In dem Zylinder ist eine zylindrische Schnecke drehbar gelagert.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinder sowie einen Einschneckenextruder der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Plastifizierung ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird für den Zylinder dadurch gelöst, dass der Wandbereich der Einzugszone und/oder der Plastifizierzone zusätzlich mit einer Anzahl von zweiten Wendelnuten versehen ist, die - in Förderrichtung gesehen - in Abstand zu der Einfüllöffnung beginnen und bis zu einem Endbereich der Plastifizierzone erstreckt sind. Die zweiten Wendelnuten beginnen - in Förderrichtung gesehen - in Abstand zu der Einfüllöffnung und damit frühestens im Bereich der Einzugszone an einem Abschnitt, in dem schon erste Wendelnuten vorhanden sind. Mit anderen Worten, die zweiten Wendelnuten kommen - in Förderrichtung gesehen - versetzt in Abstand zu einem Beginn der ersten Wendelnuten hinzu. Die zusätzliche Anzahl von zweiten Wendelnuten im Bereich der Einzugszone und/oder Plastifizierzone ermöglicht eine Reduktion des Schmelzefilms. Dadurch wird der Wärmeübergang von der Zylinderinnenwand in das zu plastifizierende Material verbessert, wodurch sich eine erhöhte Aufschmelzleistung bei gleicher Länge der Plastifizierzone ergibt. Durch die Wendelnuten verringert sich außerdem der Verschleiß in dieser Zone. Zudem ist es möglich, einen Förderdurchsatz des zu plastifizierenden Materials zu erhöhen. Der Zylinder ist entweder mehrteilig oder einteilig gestaltet. Bei einer mehrteiligen Gestaltung des Zylinders sind die Wendelnuten im Bereich des mit der Einzugszone versehenen Zylinderteils separat eingebracht zu den Wendelnuten des mit der Plastifizierzone versehenen Zylinderteils. Die Wendelnuten in dem mit der Einzugszone versehenen Zylinderteil können in einer Nutbuchse vorgesehen sein, die axial in den Zylinder eingefügt ist. Bei einer einteiligen Gestaltung des Zylinders erstrecken sich die ersten Wendelnuten durchgängig über den Bereich der Einzugszone und über den Bereich der Plastifizierzone. Die zweiten Wendelnuten beginnen vorteilhaft in der Plastifizierzone, entweder gleich am Anfang der Plastifizierzone oder in einem in Förderrichtung dahinterliegenden Bereich der Plastifizierzone, und sind zumindest nahezu bis zu einem Ende der Plastifizierzone durchgängig erstreckt. Die ersten und zweiten Wendelnuten können auch über das Ende der Plastifizierzone hinaus in einen weiteren Funktionsabschnitt erstreckt sein, der insbesondere eine Mischfunktion oder eine Entgasungsfunktion aufweist. Der Begriff des Endbereichs der Plastifizierzone umfasst einen endseitigen Teilabschnitt der Plastifizierzone, so dass die zweiten Wendelnuten in diesem Abschnitt enden oder über den gesamten Abschnitt bis zu einem Ende der Plastifizierzone und darüber hinaus erstreckt sein können. Der Zylinder ist sowohl in einteiliger als auch in mehrteiliger Ausführung aus Metall, vorzugsweise aus Stahl hergestellt. Im Bereich der Plastifizierzone ist der Zylinder mit einer geeigneten Heizeinrichtung versehen, die die Aufheizung der Plastifizierzone und demzufolge die Plastifizierung des geförderten Materials ermöglicht.
-
In Ausgestaltung der Erfindung erstrecken die zweiten Wendelnuten sich parallel zu den ersten Wendelnuten. In vorteilhafter Weise erstreckt sich jeweils eine zweite Wendelnut - in Umfangsrichtung gesehen - mittig zwischen zwei ersten Wendelnuten, so dass die ersten und zweiten Wendelnuten in Umfangsrichtung jeweils gleiche Abstände zueinander aufweisen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Anzahl von zweiten Wendelnuten der Anzahl von ersten Wendelnuten. Dadurch verdoppelt sich die Anzahl der Wendelnuten im Bereich der Plastifizierzone, bezogen auf die Anzahl von Wendelnuten im Bereich der Einzugszone.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wendelnuten sich V-artig nach innen zu einer Mitte des Zylinders hin erweiternde Seitenwandungsabschnitte auf. Die Seitenwandungsabschnitte können eben oder konkav oder konvex gekrümmt ausgeführt sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wendelnuten jeweils einen trapezartigen Querschnitt auf mit einem Bodenabschnitt und zwei auf gegenüberliegenden Seiten in einem stumpfen Winkel von dem Bodenabschnitt aus nach innen abragenden Seitenwandungsabschnitten. Die Winkel der Seitenwandungsabschnitte relativ zu dem Bodenabschnitt im Bereich jeder Wendelnut ändern sich in Förderrichtung vorzugsweise nicht.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstrecken die Seitenwandungsabschnitte jeder Wendelnut sich betragsmäßig gleichwinklig von dem Bodenabschnitt aus nach innen. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Querschnitt für jede Wendelnut nach Art eines gleichschenkligen Trapezes.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung reduziert eine Tiefe jeder ersten Wendelnut sich in Förderrichtung. Vorzugsweise ist eine Tiefe jeder Wendelnut im Bereich der Plastifizierzone gegenüber der Tiefe jeder Wendelnut im Bereich der Einzugszone wenigstens halbiert. Dadurch wird im Bereich der Plastifizierzone in Umfangsrichtung Platz geschaffen, um die zweiten Wendelnuten einbringen zu können. Eine vorzugsweise stetige Reduzierung der Tiefe ist vorzugsweise lediglich ausgehend von einem Beginn der Einzugszone bis zu der Plastifizierzone vorgesehen, in der die zweiten Wendelnuten beginnen.
-
Für den Einschneckenextruder der eingangs genannten Art mit einem Zylinder, wie er zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen beschrieben wurde, sowie mit einer in dem Zylinder drehbar gelagerten Schnecke wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schnecke als Barriereschnecke gestaltet ist. Eine solche Barriereschnecke weist einen Schneckengang mit einem Feststoff- und einem Schmelzekanal auf, der durch einen weiteren Steg aufgetrennt ist. Dieser weitere Steg wird als Barrieresteg bezeichnet und ist gegenüber einem primären Steg, wie er von herkömmlichen zylindrischen Schecken bekannt ist, kleiner ausgeführt. Hierdurch lässt der Barrieresteg auch eine Querströmung von Schmelze von dem Feststoffkanal in den Schmelzekanal zu. Ein Querschnitt des Schmelzekanals erhöht sich stromabwärts, d.h. in Förderrichtung. Der Querschnitt des Feststoffkanals hingegen wird stromabwärts ständig kleiner, um die erwünschte Förderwirkung der Barriereschnecke aufrechtzuerhalten. Dieser Barrieresteg mit der Möglichkeit der Querströmung verbessert einen Wärmeübergang zwischen Zylinder und Schneckenoberfläche zu noch nicht aufgeschmolzenem, zu plastifizierendem Material, insbesondere Granulat, hin. Die Barriereschnecke kann mit einem oder mehr als einem Kanalpaar versehen sein, so dass sich ein oder mehr als ein Feststoff- und ein oder mehr als ein Schmelzekanal ergeben. Die Barriereschnecke ist eine dem Fachmann geläufige Schneckenform, die in einschlägiger Fachliteratur detailliert beschrieben ist. Lediglich beispielhaft wird auf die Fachliteratur „Der Einschneckenextruder-Grundlagen und Systemoptimierung“ aus dem VDI-Verlag von 1997 verwiesen.
-
Alternativ ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen zuvor beschriebenen Zylinder statt mit einer Barriereschnecke mit einer bekannten zylindrischen Schnecke mit lediglich einem primären Schneckensteg zu kombinieren.
-
Als weitere Alternative ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen Einschneckenextruder der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einem Zylinder gemäß den zuvor beschriebenen unterschiedlichen Ausgestaltungen versehen ist und in dem eine Wellenschnecke drehbar gelagert ist. Bei einer solchen Wellenschnecke variiert eine Querschnittsfläche eines Schneckenkanals in einer Richtung entlang des Schneckenkanals bereichsweise zunehmend und bereichsweise abnehmend. Das Variieren der Querschnittsfläche des Schneckenkanals kann insbesondere durch ein Variieren der Gangtiefe des Schneckenkanals, d. h. eines Abstandes zwischen einem Gewindegrund und einer Innenoberfläche des Zylinders bewirkt werden. Alternativ kann die Querschnittsfläche des Schneckenkanals auch durch ein Variieren des Abstandes zwischen benachbarten Stegbereichen verändert werden. Vorzugsweise ist der Gewindegrund derart geformt, dass sich ein Querschnitt des Schneckenkanals entlang seiner wendelförmigen Erstreckungsrichtung periodisch vergrößert und wieder verkleinert. Dabei hat der Gewindegrund in Teilbereichen einen größeren Abstand zu einer umgebenden Innenoberfläche des Zylinders als in anderen Teilbereichen, in denen der Gewindegrund lediglich einen kleineren Abstand zu dieser Innenoberfläche aufweist. Durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen des Schneckenkanals in den genannten Teilbereichen werden in diesen Teilbereichen unterschiedliche Drücke auf das darin geförderte Material ausgeübt. Eine solche Wellenschnecke ist in der
DE 10 2012 010 854 B4 beschrieben und dargestellt.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
- 1 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einschneckenextruders,
- 2 in einem Längsschnitt den Einschneckenextruder nach 1,
- 3 eine Draufsicht auf einen Zylinder des Einschneckenextruders nach 1,
- 4 einen Längsschnitt durch den Zylinder gemäß 3,
- 5 in vergrößerter Längsschnittdarstellung einen Teilbereich des Einschneckenextruders nach 2 in einem Übergangsbereich zwischen dem Vorhandensein erster und zweiter Wendelnuten,
- 6 in vergrößerter Längsschnittdarstellung einen Teilbereich des Zylinders nach 4 mit einer Einzugszone und einer daran anschließenden Plastifizierzone,
- 7 einen Querschnitt durch den Zylinder nach 6 entlang der Schnittlinie VII-VII in 6 und
- 8 einen Querschnitt durch eine Zylinderwandung des Zylinders nach 6 entlang der Schnittlinie VIII-VIII in 6.
-
Ein Einschneckenextruder 1 nach den 1, 2 und 5 ist zur Plastifizierung von Kunststoffgranulat vorgesehen. Der Einschneckenextruder 1 weist einen einteiligen Zylinder 2 auf, in dem eine Barriereschnecke 3 um eine Drehachse D drehbar gelagert ist. Der Einschneckenextruder 1 weist weitere Funktionseinheiten auf, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Dazu gehören ein Schneckenantrieb, ein Einzugsschacht sowie eine den Zylinder 2 zumindest abschnittsweise umschließende Heizeinrichtung sowie eine Tragstruktur zum Aufstellen und Positionieren des Zylinders 2. Der Einzugsschacht schließt radial zu einer Drehachse D der Barriereschnecke 3 an eine Einfüllöffnung 4 an.
-
Der Zylinder 2 weist eine Einzugszone 5 sowie eine Plastifizierzone 6 auf, wobei die Plastifizierzone 6 in Förderrichtung der Barriereschnecke an die Einzugszone 5 anschließt. Der Zylinder 2 bildet einen über eine gesamte Länge des Zylinders 2 erstreckten, zu beiden Stirnseiten hin offenen Zylinderraum, in dem die Einzugszone 5 und die Plastifizierzone 6 angeordnet sind. Eine Zylinderwandung des Zylinderraums ist im Bereich der Einzugszone 5 mit ersten Wendelnuten 8 versehen, zwischen die ab der Plastifizierzone 6 zusätzlich zweite Wendelnuten 9 eingefügt sind. Die zweiten Wendelnuten 9 erstrecken sich parallel zu den ersten Wendelnuten 8 und weisen demzufolge eine identische Gewindesteigung auf wie die ersten Wendelnuten 8.
-
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Beginn der in die Zylinderwandung eingebrachten zweiten Wendelnuten 9 abgestimmt auf einen Beginn einer Barrierezone der Barriereschnecke 3. Anhand der 2 und 5 ist erkennbar, dass die Barriereschnecke 3 im Bereich der Barrierezone Barrierestege 7 ausbildet, die zusätzlich zu den nicht näher bezeichneten Primärstegen in der Barrierezone vorgesehen sind. Die Barrierezone und demzufolge auch die Barrierestege 7 erstrecken sich - in Förderrichtung der Barriereschnecke 3 gesehen - bis zu einem Ende der Barriereschnecke 3. An die Barriereschnecke 3 schließen sich - in Förderrichtung gesehen - endseitig zwei weitere, nicht näher bezeichnete Funktionsschneckenabschnitte an, die in 2 linksseitig erkennbar sind, und die eine Mischfunktion in einem Abschnitt des Zylinders 2 ermöglichen, der in Förderrichtung hinter der Plastifizierzone liegt.
-
Wie anhand der 6 erkennbar ist, reduziert sich eine Tiefe der ersten Wendelnuten 8 in Förderrichtung des Zylinders 2 und der Barriereschnecke 3. Dabei weisen die ersten Wendelnuten 8 im Bereich der Einzugszone 5 einen Nutquerschnitt auf, der anhand der 7 in vergrößerter Darstellung erkennbar ist. Im Bereich der Plastifizierzone 6 und damit im Bereich der Barrierezone der Barriereschnecke 3 weisen die ersten Wendelnuten 8 einen reduzierten Nutquerschnitt auf, der anhand der Schnittlinie VIII-VIII in 6 durch die 8 in vergrößerter Darstellung erkennbar ist. Die zweiten Wendelnuten 9, die ab der Barrierezone der Barriereschnecke zusätzlich in der Plastifizierzone 6 des Zylinders 2 parallel zu den ersten Wendelnuten 8 eingebracht sind, weisen identische Nutquerschnitte auf wie die Wendelnuten 8 im Bereich der Barrierezone, wie sie in 8 erkennbar sind. Anhand der 6 ist erkennbar, dass sich eine Nuttiefe der ersten Wendelnuten 8 ausgehend von dem Einzugsbereich 4 der Einzugszone 5 in Richtung der Plastifizierzone 6 allmählich reduziert. Ab dem Bereich, in dem die Barrierezone der Barriereschnecke 3 beginnt, d.h. ab dem Bereich, ab dem der Barrieresteg 7 zusätzlich an der Barriereschnecke 3 vorgesehen ist, weisen die Wendelnuten 8 wie auch die ab diesem Bereich zusätzlich eingefügten zweiten Wendelnuten 9 identische Querschnitte auf, die analog 8 gestaltet sind. Sowohl die ersten Wendelnuten 8 als auch die zweiten Wendelnuten 9 weisen jeweils einen trapezartigen Nutquerschnitt auf mit einem weitgehend ebenen Bodenabschnitt 10, von dessen gegenüberliegenden Seiten aus zwei Seitenwandungsabschnitte sich in jeweils einem spitzen Winkel α relativ zu einer Orthogonalen des Bodenabschnitts 10 nach innen zu einer Mitte des Zylinders 2 hin erstrecken. Der Nutquerschnitt der Wendelnuten 8, 9 erweitert sich hierdurch ausgehend von dem Bodenabschnitt 10 zur Mitte des Zylinders hin stetig. Anhand der 8 ist erkennbar, dass sich die Winkel α der Seitenwandungsabschnitte 11 relativ zur jeweiligen Orthogonalen des jeweiligen Bodenabschnitts 10 auch im Bereich der Plastifizierzone 6 nicht verändern. Auch eine Breite b des Bodenabschnitts 10 bleibt unverändert. Dadurch, dass sich eine Tiefe der ersten Wendelnuten 8 von der Einzugszone 5 in Richtung der Plastifizierzone 6 allmählich und stetig reduziert, reduziert sich zwangsläufig auch eine Breite einer zur Mitte des Zylinders 2 gewandten offenen Seite der jeweiligen Wendelnut 8, 9, nämlich von einem Breitenquerschnitt c1 zu einem Breitenquerschnitt c2, wobei c2 kleiner ist als c1. Diese reduzierte Breite der ersten Wendelnuten 8 ermöglicht zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Wendelnuten 8 einen ausreichenden Raum, um die zusätzlichen zweiten Wendelnuten 9 ab der Barrierezone der Barriereschnecke in die Zylinderwandung einzubringen. Anhand der 6 ist gut erkennbar, dass die zweiten Wendelnuten 9 mit gleicher Steigung und in gleichem Abstand in Umfangsrichtung parallel zu den ersten Wendelnuten 8 verlaufen.
-
In Verbindung mit der Barriereschnecke 3 ergibt sich aufgrund des zusätzlichen Vorsehens der zweiten Wendelnuten 9 ab dem Bereich der Barrierezone der Barriereschnecke 3 die Möglichkeit einer verbesserten und schnelleren Aufschmelzung des zu plastifizierenden Materials, vorliegend des Kunststoffgranulats. Zudem ergibt sich hierdurch die Möglichkeit einer erhöhten Förderleistung bei dennoch vollständiger Plastifizierung des Kunststoffgranulats.
-
Bei einer nicht dargestellten Variante der Erfindung ist der Einschneckenextruder ähnlich den
1 und
2 zwar mit einem Zylinder gemäß der
3,
4 und
6 bis
8 versehen, nicht jedoch mit einer Barriereschnecke
3. Vielmehr ist bei dieser Variante die Barriereschnecke durch eine Wellenschnecke ersetzt, wie sie ihrem grundsätzlichen Aufbau nach in der
DE 10 2012 010 854 B4 beschrieben und gezeigt ist.
-
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 19928870 C2 [0003]
- DE 102017207357 A1 [0004]
- DE 102012010854 B4 [0015, 0022]
