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Hintergrund
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Die Erfindung betrifft ein Mischteil einer Schneckenmaschine mit verbesserter radialer Homogenisierungswirkung, insbesondere in der Kunststoffverarbeitung.
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In Extrudern wird der Kunststoff-Rohstoff im Wesentlichen durch Umwandlung von Reibung, d.h. durch Friktion, in Wärme verflüssigt bzw. plastifiziert. Diese Umwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie, als Dissipation bezeichnet, wird hauptsächlich durch das Design der Schnecke beeinflusst. Zur Erreichung einer möglichst großen Aufschmelzleistung ist es notwendig, möglichst viel Friktion im Extruder zu erzeugen. Gleichzeitig führt eine hohe Friktion aber auch zu starken mechanischen Beanspruchungen der Schmelze, zu einer starken Temperaturentwicklung sowie hohen Reibkräften und damit Verschleiß.
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Die Schnecke eines Extruders gilt als das „Herzstück“ der Maschine und kann einen wesentlichen Einfluss auf die erreichbare Produktqualität, den erreichbaren maximalen Durchsatz sowie die Effizienz der Produktionsanlage ausüben. Es existieren unterschiedliche grundsätzliche Konzepte des Schneckendesigns, die verschiedene Vor- und Nachteile mit sich bringen. Ziel bei der Auslegung einer Schnecke ist es somit, einen Kompromiss zwischen hoher Aufschmelzleistung und schonender Verarbeitung zu finden.
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Zur Erreichung einer hohen Produktqualität werden heutzutage sehr häufig Additive den Rohstoffen beigemischt, die eine Veränderung bzw. Verbesserung der Produkteigenschaften hervorrufen. So können heutzutage Kunststoffprodukte hergestellt werden, die in Bereichen eingesetzt werden können, in denen der Einsatz von reinen Kunststoffen undenkbar wäre. Die Qualität des Endproduktes wird jedoch nicht nur durch die Anwesenheit der Additive bestimmt, auch der Verarbeitungsprozess spielt dabei eine sehr wesentliche Rolle.
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Im Anschluss an die Aufschmelzzone der Extrusionsschnecke folgt üblicherweise die eigentliche Meteringzone des Extruders, dessen Aufgabe die Homogenisierung der Schmelze sowie das Ausgleichen von Druck- und Förderschwankungen ist. Zudem werden in der Meteringzone ggf. noch vorhandene Granulatkörner aufgeschmolzen. Zur Optimierung dieser Wirkung werden im Anschluss an die Meteringzone häufig dynamische Mischteile eingesetzt, die Bestandteil der Schnecke sind und somit mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit rotieren und die Durchmischung der Schmelze verbessern.
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Am Markt existieren unterschiedlichste geometrische Formen an Mischteilen, wobei die verschiedenen Mischteile grob in zwei Kategorien eingeteilt werden können, die die Wirkungsweise des Mischteils beschreibt. Es wird unterschieden in zerteilendes, d.h. dispersives, und verteilendes, also distributives, Mischen.
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Beim dispersiven Mischen werden größere Anhäufungen einer Komponente, sogenannte Agglomerate, zerteilt. So entstehen aus wenigen großen Agglomeraten viele einzelne Partikel, die in der Dimension deutlich kleiner sind. Hierzu ist es notwendig, dass äußere Kräfte auf die Agglomerate wirken, welche größer sind als die Bindungskräfte zwischen den Molekülen des Agglomerates. Dazu werden Mischteile eingesetzt, die in der Schmelze ein Dehn- und Schubspannungsfeld erzeugen. Durch die Krafteinwirkung brechen die Agglomerate auf und es entstehen Einzelpartikel, die später besser in der Gesamtmatrix verteilt werden können.
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Sofern eine zerteilende Wirkung erreicht werden soll, ist es hilfreich ein möglichst betragsmäßig hohes Schub- und Dehnspannungsfeld in der Schmelze zu erzeugen. Dies kann durch den Einsatz von Schermischteilen, beispielsweise dem häufig eingesetzten „Wendelschermischer“ erreicht werden. Durch die hier vorgesehenen engen Spalte entsteht eine hohe Scherung des Materials, wodurch Agglomerate aufgebrochen werden können, aber auch Molekülketten zerschlagen bzw. getrennt werden können.
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Das distributive oder verteilende Mischen wird meist dann eingesetzt, wenn keine Agglomerate mehr vorhanden sind oder die Partikelgröße der miteinander zu vermischenden Komponenten bereits eine Sollgröße erreicht hat. In den meisten Fällen werden die distributiven Mischteile somit ggf. nach den dispersiv wirkenden Mischteilen eingesetzt, oder in Alleinstellung bei entsprechenden Ausgangsbedingungen der Schmelze und des Additivs. Die Aufgabe des Distributivmixers ist es dann, eine Vergrößerung der Grenzfläche zwischen partikelreichen und partikelarmen Gebieten und damit eine Umlagerung von Partikeln zu erreichen, so dass eine gute Verteilung realisiert werden kann. Als distributive Mischteile werden häufig Rautenmischer oder Zahnscheibenmischer eingesetzt. Insgesamt lassen sich Mischteile oft nicht vollständig einer der beiden Kategorien zuordnen, da die meisten Mischteile sowohl eine dispersive als auch eine distributive Wirkung besitzen. Tendenziell sind jedoch Mischteile (auch Scherteile genannt) die von der Geometrie her ähnlich einer Schnecke gestaltet sind den scherenden, dispersiv wirkenden Mischteilen zuzuordnen und die Mischteile die über einzelne Stifte verfügen den distributiv wirkenden Mischteilen zuzuordnen.
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Die Erfahrung zeigt, dass der Einsatz von Mischteilen heutzutage in mehr als 95% der Fälle eine Verbesserung der Schmelzequalität hervorruft. Lediglich in den Fällen in denen das Material z.B. aufgrund sehr hoher Durchsätze auf kleinen Anlagen bereits zu stark geschert wird oder das Material extrem schersensitiv oder temperatursensitiv ist, zeigten Mischteile negative Auswirkungen. Tendenziell geht der Trend eindeutig in Richtung des vermehrten Einsatzes von Mischteilen, was insbesondere auch mit den immer höheren zu erreichenden Durchsätzen und gewünschten Produktqualitäten zusammenhängt.
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Bei den bekannten Mischteilen ist vor diesem Hintergrund eine Verbesserung der Mischteile hinsichtlich der erzielbaren Produktqualitäten und zu erreichenden Durchsätzen wünschenswert. In diesem Zusammenhang beschreibt die
US Patentschrift 5,932,159 einen Schneckenextruder mit verbessertem distributiven Mischen, bei dem ein Mischabschnitt einer Extruderschnecke vorgesehen ist, welcher spezifisch ausgestaltete Schneckengänge mit Flanken und einem Profil, das die vielfältigen Bereiche mit hoher Dehnungs- und Scherbeanspruchung erzeugt, die beim Bewerkstelligen einer verstärkten dispersiven Vermischung entscheidend sind. Es sind hier weiterhin Schlitze in den Schneckengängen zum Verstärken der distributiven Vermischung vorgesehen. Diese Schlitze sind optional, und ihre Größe und Anordnung können beträchtlichen Abweichungen unterliegen, was für den Fachmann offensichtlich sein wird. Zusätzlich können viele andere distributive Mischvorrichtungen verwendet werden, zu denen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Stifte oder Vorsprünge, die rund, rechteckig, rhombenförmig oder von unregelmäßiger Form sein können, Sekundärgänge mit Durchbrüchen, Wechsel in der Kanaltiefe oder -breite zählen. Die Flankenprofile der Schneckengänge sind so ausgestaltet, dass sie in Verbindung mit der Zylinderwand des Extruders zur Bildung sich zunehmend verengender Passagen verwendet werden, um das Material unter Druck in Bereiche mit hoher Beanspruchung zu pressen. Mithin findet eine primäre Verdrängung des Materials vom Schneckengrund nach außen hin statt. Das hat zur Folge, dass mit einem erhöhten Druckbedarf und mit einer hohen Schererwärmung für dieses Mischteil zu rechnen ist. Dies begrenzt besonders bei temperatursensitiven Materialien und Anwendungen den Durchsatz. Weiterhin führt eine höhere mittlere Temperatur zu einem höheren Energiebedarf in der Kühlstrecke.
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Aufgabe
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Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Verbesserung bereitzustellen, die einen geringeren Temperatureintrag bei gleicher oder besserer Homogenisierungswirkung erreichen kann, eine verbesserte Homogenisierung der Temperatur und der Verteilung von Additiven über den Austrittsquerschnitt zeigt, eine Minimierung der Ausschussproduktion aufweist und einen geringen Energiebedarf hat.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Mischteil nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Die Erfindung betrifft ein Mischteil einer Schneckenmaschine zur Kunststoffverarbeitung, aufweisend einen rotationssymmetrischen Mischteilkörper mit einer als Schneckengrund bezeichneten Außenfläche und eine Vielzahl von auf dem Schneckengrund angeordneten Mischelementen, wobei die Mischelemente jeweils eine Grundfläche, eine Außenkontur und eine Kopffläche aufweisen, wobei die Grundfläche auf dem Schneckengrund angeordnet ist und die Außenkontur sich in radialer Richtung vom Schneckengrund bis zur Kopffläche des Mischelements erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- a) die Normale der Kopffläche des Mischelements nicht identisch mit der radialen Raumachse des Mischteilkörpers ist,
- b) der Querschnittsverlauf des Mischelements derart gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche in radialer Richtung zunimmt oder abnimmt, und
- c) die Außenkontur des Mischelements derart gestaltet ist, dass der Mischelementkörper um die radiale Achse tordiert ist.
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Im Hinblick auf die technischen Vorteile der Merkmale a), b) und c) des erfindungsgemäßen Mischteils ist festzustellen, dass erst die Kombination der speziellen Gestaltung der Kopffläche, des Querschnittsverlaufs und der Torsion der Außenkontur der Mischelemente bewirkt, dass bei geringer Scherung und damit bei geringem Druckbedarf sowie geringer Schererwärmung Schmelze einerseits von der Zylinderwand des Extruders in Richtung Schneckengrund transportiert wird und andererseits die zwischen Zylinder und Schneckengrund befindliche Schmelze in Richtung des Schneckengrunds verdrängt wird. Dadurch werden sowohl die Temperatur als auch die Verteilung von Additiven über den Austrittsquerschnitt sehr gut homogenisiert. Dies hat eine sehr gute Produktqualität zur Folge und damit auch, dass die Ausschussproduktion minimiert wird. Entsprechend kommt es zu einer Energie- und Ressourceneinsparung.
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Zusätzlich konnte überraschend festgestellt werden, dass die verbesserte Homogenisierung der Temperatur im Arbeitsbereich des Mischteils insgesamt zu einer geringeren mittleren Temperatur führt, so dass neben einer breiten Anwendbarkeit des Mischteils höhere Durchsätze bei temperatursensitiven Materialien und Anwendungen möglich sind. Auch sinkt die in der Kühlstrecke aufzubringende Energie.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Mischteils in Kombination mit den vorgenannten sind zum Beispiel:
- • gutes Förderverhalten für Schmelze
- • gute Plastifizierleistung
- • gute thermische Homogenisierleistung
- • gute stoffliche Homogenisierleistung
- • Vermeidung von Materialschädigung
- • große Verarbeitungsbandbreite
- • gutes Reinigungsverhalten
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Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Mischteils zur Kunststoffverarbeitung in Einschnecken- oder Mehrschneckenextrudern oder in Plastifizierungsaggregaten.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische perspektivische Draufsicht gemäß Aspekten der Erfindung,
- 2 zeigt schematische Schnittansichten normal zur Extrusionsachse gemäß weiteren Aspekten der Erfindung,
- 3 zeigt schematische Schnittansichten normal zur radialen Achse gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, und
- 4a, b zeigt je eine schematische Darstellung als Schnittansichten normal zur Extrusionsachse zur Erläuterung von vorliegend verwendeten geometrischen Bezeichnungen.
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Ausführliche Darstellung der Erfindung
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
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1 zeigt in einer stark schematisierten perspektivischen Draufsicht ein Mischteil 10 einer Schneckenmaschine zur Kunststoffverarbeitung, aufweisend einen rotationssymmetrischen Mischteilkörper (hier nur im Ausschnitt angedeutet) mit einer als Schneckengrund 13 bezeichneten Außenfläche und einem von einer Vielzahl von auf dem Schneckengrund 13 angeordneten Mischelement 11. Das stellvertretend für eine Vielzahl von Mischelementen 11 gezeigte Mischelement 11 weist eine Grundfläche, eine Außenkontur 12 und eine Kopffläche 14 auf, wobei die Grundfläche auf dem Schneckengrund 13 angeordnet ist und die Außenkontur 12 sich in radialer Richtung vom Schneckengrund 13 bis zur Kopffläche 14 des Mischelements 11 erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- a) die Normale der Kopffläche 14 des Mischelements 11 nicht identisch mit der radialen Raumachse des Mischteilkörpers ist,
- b) der Querschnittsverlauf des Mischelements 11 derart gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche in radialer Richtung zunimmt oder abnimmt, und
- c) die Außenkontur 12 des Mischelements 11 derart gestaltet ist, dass der Mischelementkörper um die radiale Achse tordiert ist.
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Mit anderen Worten handelt es sich im Kern der vorliegenden Erfindung um eine Optimierung von verschiedenen Aspekten der Mischelementgeometrie, die eine Kombination aus drei zentralen Geometrie-Merkmalen umfassen. Basierend auf den bisher bekannten Mischelementen wie sie in üblichen Rautenmischteilen Anwendung gefunden haben, ist es mit der vorliegenden Erfindung gelungen, durch die Kombination der Gestaltung der Kopffläche, des Verlaufs der Außenkonturen und durch eine Torsion des Mischelementkörpers um die radiale Achse überraschende und die Produktqualität und Energieeffizienz deutlich verbessernde Ergebnisse zu erzielen. Es sei dabei herausgestellt, dass die genannten Geometrie-Merkmale in Alleinstellung keine entsprechenden Effekte zeigen, und erst das Zusammenwirken der optimierten Geometrien einen synergistischen Effekt sowohl im Hinblick auf die Produktqualität als auch auf die Energieeffizienz der Schneckenmaschine erzielen, wie im Detail nachfolgend weiter ausgeführt wird.
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Ein Mischteil 10 im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein um die Extrusionsachse rotierendes Maschinenbestandteil, welches zur Homogenisierung des fluiden Materials dient. Aufgrund der hohen Durchsätze bei modernen Hochleistungsextrudern reichen konventionelle Schnecken in der Pulverwie in der Granulatverarbeitung oft nicht mehr aus. Für optimale Qualität von Schmelze und beispielsweise Additiv- und Farbverteilung werden daher Mischteile an den Schneckenwellen angebracht, so dass sie zumeist an der Spitze der Schnecke und damit dem Austrittsende zugewandt positioniert sind. Sie sind häufig auf die Eigenschaften des Materials, auf das Schnecken-Zylinder-System und auf das Werkzeug abgestimmt. Das Mischteil ist im Allgemeinen Bestandteil der Schnecke und rotiert somit mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit und verbessert die Durchmischung der Schmelze. Es existieren unterschiedlichste geometrische Formen an Mischteilen, wobei die vorliegende Erfindung sich eher auf ein distributives Mischteil mit einer Vielzahl an auf der Mischteiloberfläche angeordneten Mischelementen bezieht.
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Die Grundfläche und/oder die Kopffläche 14 der Mischelemente 11 ist bevorzugt rautenförmig, rechteckig oder quadratisch.
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Dies hat fertigungstechnische Vorteile.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist gemäß Merkmal a) ein Mischelement 11 gezeigt, welches eine Kopffläche 14 aufweist, deren Normale nicht identisch mit der radialen Raumachse des Mischteilkörpers ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, tritt eine Verkippung der Kopffläche 14 im Verhältnis zur Bodenfläche des Mischelements ein. Es ergibt sich ein Winkelversatz zwischen der Normalen der Kopffläche 14 und der Normalen der Bodenfläche. Dieser Winkelversatz kann in eine Komponente in Umfangsrichtung und eine Komponente in Förderrichtung zerlegt werden.
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Strömungsmechanische und fertigungsmechanische Randbedingungen beschränken die Winkel in Umfangsrichtung und Förderrichtung auf Werte zwischen -45 Grad und +45 Grad. Als besonders nützlich hat sich eine Ausführung erwiesen, in der Winkel der Verkippung gemäß Merkmal a) in Umfangsrichtung etwa 20 Grad und der Winkel der Verkippung der Kopffläche in Förderrichtung etwa -5 Grad beträgt.
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Die Breite BZ der Kopffläche 14, gemessen entlang des maximalen Durchmessers des Mischteils 11 in Umlaufrichtung, in Relation zum Durchmesser des Schneckengrunds D, gemessen von Schneckengrund 13 zu gegenüberliegendem Schneckengrund, ist bevorzugt größer als 0,05 und kleiner als 0,3, insbesondere größer als 0,1 und kleiner als 0,25.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen den Außenkonturen 12 zweier benachbarter Mischelemente 11 AZ, gemessen entlang des maximalen Durchmessers des Mischteils in Umlaufrichtung, in Relation zum Durchmesser des Schneckengrunds D, gemessen von Schneckengrund 13 zu gegenüberliegendem Schneckengrund, größer ist als 0,05 und kleiner als 0,3, insbesondere größer als 0,1 und kleiner als 0,25.
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In einer weiteren Ausführungsform nimmt der radiale Verlauf der Querschnittsfläche der Mischelemente 11 linear ab oder zu, quadratisch ab oder zu, oder exponentiell ab oder zu, insbesondere nimmt der Verlauf der Querschnittsfläche in radialer Richtung linear zu, wie hier in der 1 gezeigt.
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Auf diese Weise wird bei einfacher und damit kostengünstiger Herstellung des Mischteils ein hoher radialer Stoffaustausch und eine gute Temperaturhomogenität erzielt.
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Bei Mischelementen 11 mit in radialer Richtung abnehmender Querschnittsfläche ist die Breite BG des Mischelements, gemessen auf dem Schneckengrund 13 in Umfangsrichtung, in Relation zum minimalen Abstand AZ zwischen zwei benachbarten Mischelementen 11, gemessen entlang des maximalen Durchmessers des Mischteils in Umlaufrichtung, bevorzugt kleiner als 0,5. Bei Mischelementen 11 mit in radialer Richtung zunehmender Querschnittsfläche, wie in der 1 gezeigt, ist die Breite BZ des Mischelements 11, gemessen auf dem maximalen Durchmesser des Mischteils in Umfangsrichtung, in Relation zum minimalen Abstand AG zwischen zwei benachbarten Mischelementen 11, gemessen auf dem Schneckengrund 13 in Umfangsrichtung, bevorzugt kleiner als 0,5 und insbesondere etwa 0,25.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform gezeigt, in der der Verlauf der Querschnittsfläche in radialer Richtung linear zunimmt. Eine Beschränkung findet das Verhältnis von Kopffläche 14 und Bodenfläche des Mischelements 11 durch die kunststofftechnische Forderung, den Durchtritt von Schmelze durch den Raum zwischen zwei benachbarten Mischelementen 11 nicht zu sehr zu erschweren. Daraus folgt, dass die erfindungsgemäßen Mischelemente 11 und Mischteile 10 die vorstehend genannten Verhältnisse in Bezug auf die geometrischen Größen BZ und AG sowie BG und AZ bevorzugt einhalten. Als besonders nützlich hat sich eine Ausführung erwiesen, in der der Verlauf der Querschnittsfläche in radialer Richtung linear zunimmt und BZ etwa 0,25 AG beträgt. Hierdurch wird ein sehr guter radialer Stoffaustausch erzielt, der zudem eine verbesserte Homogenisierung der Temperatur und damit eine niedrigere mittlere Temperatur des Materials erreicht. Dies wiederum führt zu einer sehr guten Energieeffizienz, da weniger Kühlleistung aufgebracht werden muss, weniger Produktionsabfälle zu verzeichnen sind und auch eher temperaturempfindliche Materialien effizient und schnell verarbeitet werden können. Der verbesserte radiale Stoffaustausch führt auch zu einem verbesserten Wärmeaustausch und gleichmäßigerer Verteilung von Additiv-Partikeln in radialer Richtung. Diese gleichmäßigere Verteilung führt regelmäßig zu besseren Produkteigenschaften.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Mischelemente ist die Torsion der Außenkontur 12 um die radiale Achse, auch als Merkmal c) bezeichnet. Diese Torsion kann mit anderen Worten auch als Torsion des Mischelements zwischen Kopffläche 14 und Bodenfläche durch Rotation der Kopffläche 14 um die radiale Achse des Mischelements 11 beschrieben werden. Mit anderen Worten beschreibt das Merkmal c) solche Mischelemente 11, bei denen die Flächen des Mischelementkopfes 14 gegenüber den Flächen des Mischelementbodens in zumindest in ihrer radialen Orientierung so stark voneinander abweichen, dass die Seitenkanten bzw. Außenkonturen 12 des Mischelements 11 nicht mehr senkrecht zum Schneckengrund 13 stehen. Es entsteht somit ein prismatoider Mischelementkörper, dessen Querschnittsfläche ein radiales Profil aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischteils 10 beträgt die Torsion des Mischelementkörpers um die radiale Achse zwischen -90 Grad und +90 Grad, insbesondere zwischen -30 Grad und + 30 Grad und besonders bevorzugt beträgt sie etwa +/- 10 Grad.
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Auch die Torsion des Mischelements 11 um die radiale Achse leistet einen wesentlichen Beitrag zur erheblich verbesserten radialen Homogenisierung sowohl in stofflicher als auch in wärmeaustauschender Hinsicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenkontur 12 und die Ränder der Kopffläche 14 ganz oder teilweise verrundet.
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Eine Verrundung jedweder Kontur, die im Kontakt mit Schmelze steht, weist eine bessere Abreinigung der Oberfläche auf. An „harten“ oder „scharfen“ Kanten ergibt sich häufig eine lange Verweilzeit der Schmelze, was zur Degradation derselben führt. Die degradierte Schmelze löst sich dann statistisch-zufällig in einem längeren Zeitraum von der Oberfläche und tritt wieder in den Schmelzestrom ein. Folge davon sind statistisch-zufällig auftretende „Pickel“ aus degradierter Schmelze im extrudierten Produkt, die nicht nur mechanische Schwachstellen darstellen, sondern auch einen Reklamationsgrund der Kunden, die z.B. optische einwandfreie Folien bestellt haben. Insofern überwiegt selbst bei höherem fertigungstechnischem Aufwand der Qualitätsvorteil des Produkts.
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Im Hinblick auf die technischen Vorteile der Merkmale a), b) und c) des erfindungsgemäßen Mischteils 10 ist festzustellen, dass erst die Kombination der speziellen Gestaltung der Kopffläche 14, des Querschnittsverlaufs und der Torsion der Außenkontur 12 der Mischelemente 11 bewirkt, dass bei geringer Scherung und damit bei geringem Druckbedarf sowie geringer Schererwärmung Schmelze einerseits von der Zylinderwand des Extruders in Richtung Schneckengrund 13 transportiert wird und andererseits die zwischen Zylinder und Schneckengrund 13 befindliche Schmelze in Richtung des Schneckengrunds 13 verdrängt wird. Dadurch werden sowohl die Temperatur als auch die Verteilung von Additiven über den Austrittsquerschnitt sehr gut homogenisiert. Dies hat eine sehr gute Produktqualität zur Folge und damit auch, dass die Ausschussproduktion minimiert wird. Entsprechend kommt es zu einer Energie- und Ressourceneinsparung. Zusätzlich konnte überraschend festgestellt werden, dass die verbesserte Homogenisierung der Temperatur im Arbeitsbereich des Mischteils insgesamt zu einer geringeren mittleren Temperatur führt, so dass neben einer breiten Anwendbarkeit des Mischteils höhere Durchsätze bei temperatursensitiven Materialien und Anwendungen möglich sind. Auch sinkt die in der Kühlstrecke aufzubringende Energie.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Mischteils 10 in Kombination mit den vorgenannten sind zum Beispiel:
- • gutes Förderverhalten für Schmelze
- • gute Plastifizierleistung
- • gute thermische Homogenisierleistung
- • gute stoffliche Homogenisierleistung
- • Vermeidung von Materialschädigung
- • große Verarbeitungsbandbreite
- • gutes Reinigungsverhalten
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2 zeigt schematische Schnittansichten normal zur Extrusionsachse des Mischteils 10 gemäß weiteren Aspekten der Erfindung. In vier unterschiedlichen Höhen entlang der radialen Achse werden Schnitte S1, S2, S3 und S4 einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mischelements 11 in den zugehörigen Diagrammansichten genauer dargestellt. Man erkennt, dass die Kopffläche 14 gegenüber der Bodenfläche um die radiale Achse des Elementkörpers gedreht ist. Zusätzlich wird verdeutlicht, dass die Außenkontur 12 in radialer Richtung linear zunimmt, d.h. der Elementkörper des Mischelements weist eine größere Kopffläche 14 als Bodenfläche auf.
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3 zeigt schematische Schnittansichten normal zur radialen Achse des Mischteils 10 gemäß weiteren Aspekten der Erfindung. In drei unterschiedlichen Schnitten S1, S2, S3 eines vereinfachten und schematischen Schnitts normal zur radialen Achse wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung noch näher dargestellt. Im Vergleich und im Verlauf dieser Schnitte S1, S2 und S3 wird die Torsion eines Mischelements 11 durch Drehung der Kopffläche 14 gegenüber der Bodenfläche um die radiale Achse des Mischelements 11 noch besser erkennbar. Die Außenfläche der Schnecke 13 und die Mischelemente 11 sind in dieser Ansicht nur rein schematisch wiedergegeben.
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Die 4a und 4b dienen nur zur rein schematischen Veranschaulichung der vorstehend verwendeten geometrischen Bezeichnungen BZ, BG, AZ und AG und sind daher auf ein bzw. zwei Mischelemente 11 auf dem Mischteilkörper beschränkt, obwohl erfindungsgemäß eine Vielzahl von Mischelementen 11 auf dem Mischteilkörper 15 vorgesehen ist.
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Die Anordnung und die Form der Mischelemente 11 kann unter anderem mit den folgenden geometrischen Parametern beschrieben werden, welche in den 4a und 4b näher dargestellt sind:
- - die Breite BG des Mischelements 11, gemessen auf dem Schneckengrund 13 in Umfangsrichtung,
- - die Breite BZ der Kopffläche 14, gemessen entlang des maximalen Durchmessers des Mischteils 11 in Umlaufrichtung,
- - der Abstand AZ zwischen den Außenkonturen 12 zweier benachbarter Mischelemente 11, gemessen entlang des maximalen Durchmessers des Mischteils in Umlaufrichtung, und
- - der Abstand AG zwischen zwei benachbarten Mischelementen 11, gemessen auf dem Schneckengrund 13 in Umfangsrichtung.
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In Bezug auf die Dimensionierung der Mischelemente werden diese geometrischen Angaben zumeist in Relation zum Schneckendurchmesser D angegeben, welcher im Sinne der vorliegenden Erfindung von Schneckengrund 13 zu gegenüberliegendem Schneckengrund gemessen wird, um Ungenauigkeiten in der Bestimmung des Parameters D aufgrund der Verkippung der Kopfflächen 14 der Mischelemente 11 zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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