DE202007013114U1 - Extrudereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken, die in einem die beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen sind, wobei das Gehäuse zwei entlang der Längsachse des Doppelschneckenextruders sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der Schnecken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des Doppelschneckenextruders um wenigstens ein Einschneckenextruder-Element verlängert ist, wobei ein als Förderschnecke ausgebildetes Verlängerungsstück einer der Schnecken des Doppelschneckenextruders in einem die Förderschnecke umschließenden Gehäuse aufgenommen ist, derart, dass das von den beiden gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken geförderte und an das Einschneckenextruder-Element übergebene Material durch Rotation der verlängerten Schnecke des Doppelschneckenextruders von der Förderschnecke des Einschneckenextruder-Elements ohne Ausbildung eines signifikanten Rückstaus in dem Doppelschneckenextruder abtransportiert und in dem oder den Schneckengängen des Einschneckenextruder-Elements nach und nach ein Füllgrad von 100% erreicht werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft desweiteren eine mit einer derartigen Extrudereinrichtung ausgestattete Compounder-Spritzgießmaschine.
  • Aus der DE 1985743 U ist eine Extrudereinrichtung zum stufenweisen Entziehen eliminerbarer Bestandteile aus einem Kunststoff-Material bekannt, die zwei gleichsinnig drehende Schnecken aufweist, die an ihrem vorderen Ende jeweils ein in einem zylindrischen Gehäuse fliegend gelagertes Verlängerungsstück aufweisen. Im Bereich einer Einfüllöffnung für das Kunststoff-Material sind die beiden Schnecken auf dem Boden eines Gehäuses von etwa halbkreisförmigem Querschnitt gelagert, so dass oberhalb der Schnecken ein Freiraum gebildet wird. Das Gehäuse verjüngt sich in Förderrichtung und geht anschließend in zwei separate zylindrische Gehäuseteile über. Sowohl in dem Bereich der Doppelschnecke als auch im Bereich der beiden Verlängerungsstücke sind in dem Gehäuse Öffnungen vorgesehen.
  • Aus der GB 1314465 ist eine Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken bekannt, wobei eine der Schnecken ein Verlängerungsstück aufweist, bei dem der Aussendurchmesser dieser Schnecke unverändert beibehalten wird. Um den sich dadurch ausbildenden Rückstau zu begrenzen bzw. zu reduzieren, weist das Verlängerungsstück einen auf einem Schneckenkern umlaufenden Schneckensteg auf, der an mehreren Stellen Unterbrechungen aufweist.
  • Aus der EP 1306187 A1 ist eine Compounder-Spritzgießmaschine mit einer Schneckenvorplastifizierung und einer Kolben-Spritzeinheit bekannt, wobei die Schneckenvorplastifizierung einen Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken aufweist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Extrudereinrichtung anzugeben, die einen verbesserten Druckaufbau am Materialaustrag aufweist, ohne dass es in der Extrudereinrichtung selbst zu einem signifikanten Rückstau kommt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Extrudereinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Durch die Ausgestaltung der Extrudereinrichtung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Einschneckenextruder-Element wird erreicht, dass am vorderen Ende des Einschneckenextruder-Elements ein Druck erzielt werden kann, wie er von dem Doppelschneckenextruder allein unter gleichen Betriebsbedingungen nicht erzielbar ist. Vielmehr wird der Wirkungsgrad beim Druckaufbau durch das Einschneckensystem signifikant erhöht. Die vom Antrieb in den Doppelschneckenextruder eingebrachte Energie wird nur zu etwa 8-10% in Druckaufbau umgesetzt. Dieser Wirkungsgrad wird durch die Erfindung mehr als verdoppelt.
  • In einer ersten Ausführungsform gemäß den Unteransprüchen 2 bis 9 ist ein einzelnes Einschneckenextruder-Element vorgesehen, wobei der Aussendurchmesser D2 der Förderschnecke des Einschneckenextruder-Elements größer ist als der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen. Um das gesamte von dem Doppelschneckenextruder geförderte Material ohne nennenswerten Rückstau abtranssportieren und zur Austragsöffnung der Extrudereinrichtung fördern zu können, ist D2 signifikant größer als D1. Das Verhältnis von D2 zu D1 richtet sich zum einen nach der Förderleistung des Einschneckenextruder-Elements und zum anderen nach der gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders. Dabei kann sich D2 im Bereich von 1,2 × D1 bis 1,7 × D1 und darüber bewegen; D2 kann auch doppelt so groß wie D1 sein. Der Innendurchmesser DiF der Förderschnecke kann gleich oder größer sein als der Innendurchmesser DiS, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen. Desweiteren kann die Gangtiefe im Bereich der Förderschnecke größer sein als die Gangtiefe einer der beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders.
  • In einer zweiten Ausführungsform gemäß den Unteransprüchen 10 bis 14 sind zwei Einschneckenextruder-Elemente vorgesehen, wobei beide Schnecken des Doppelschneckenextruders ein als Förderschnecke ausgebildetes Verlängerungsstück aufweisen, und wobei der Aussendurchmesser D3 der Förderschnecken kleiner ist als der Aussendurchmesser D1 der Schnecken des Doppelschneckenextruders. Das Verhältnis von D2 zu D1 richtet sich auch hier zum einen nach der Förderleistung der beiden Einschneckenextruder-Elemente und zum anderen nach der gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders. D3 kann zwischen 50% und 85% von D1, vorzugsweise zwischen 70% und 85% von D1 beträgen.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 näher beschrieben werden.
  • In der 1 ist im Längsschnitt schematisch eine Extrudereinrichtung dargestellt, die einen Doppelschneckenextruder 1 mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken 2 und 2' aufweist, die in an sich bekannter Weise drehantreibbar sind und einen Außendurchmesser von D1 aufweisen. Die Schnecken 2 und 2' sind in einem die beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen, das zwei sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der Schnecken aufweist. Dieser Bereich 8, in dem sich die Bohrungen überlappen, so dass in dem Gehäuse eine Öffnung zur Aufnahme der beiden Schnecken mit einem Querschnitt entsprechend einer liegenden Acht gebildet wird, wird teilweise auch Zwickelbereich genannt. Am vorderen Ende des Doppelschneckenextruders ist ein Einschneckenextruder-Element 3 angeordnet, das eine Förderschnecke 4 in einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse 5 aufweist und mit dem Doppelschneckenextruder 1 in strömungstechnisch günstiger Weise verbunden ist. Die Förderschnecke 4 ist als Verlängerungsstück der Schnecke 2 des Doppelschneckenextruders ausgebildet und dreht bei Rotation der Schnecke 2 mit. Der Durchmesser D2 der Förderschnecke ist signifikant größer als der Durchmesser D1 einer Schnecke 2 bzw 2'. Je nach Förderleistung des Doppelschneckenextruders liegen die Werte von D2 bei etwa 1,2 × D1 bis 1,5 × D1; sie können auch darüber liegen, beispielsweise im Bereich von etwa 2 × D1. Die Förderschnecke 4 und die Schnecke 2 liegen auf einer Achse A und zwischen dem vorderen Ende der Schnecke 2 und der Förderschnecke 4 befindet sich ein konusförmiges Übergangsstück 6. Die Schnecke 2 weist einen Schneckensteg 7 auf, der auf dem Übergangsstück 6 und auf der Förderschnecke 4 fortgeführt ist. Das Übergangsstück kann aber auch ohne Schneckenstege ausgebildet sein. Die Steigung des Schneckenstegs 7 kann in Förderrichtung gleichbleiben, wie dies in der 1 dargestellt ist; sie kann aber auch variieren und insbesondere zum vorderen Ende der Förderschnecke hin abnehmen. Die Schnecken 2 und 2' des Doppelschneckenextruders können ein- oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein; ebenso kann die Förderschnecke ein- oder mehrgängig, d.h. mit einem oder mit mehreren Schneckengängen ausgeführt sein. Am vorderen Ende der Förderschnecke 4 geht das Gehäuse 5 in eine hier nicht dargestellte Austrags- oder Austrittsöffnung über.
  • Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich dadurch von der in 1 dargestellten Ausführungsform, dass nunmehr zwei Einschneckenextruder-Elemente 3 und 3' vorgesehen sind, die Förderschnecken 4 und 4' in einem Gehäuse 5 aufweisen. Die beiden Schnecken 2 und 2' sind über konusförmige Übergangsstücke 6 und 6' mit den Förderschnecken 4 und 4' verbunden. Der Durchmesser D3 der Förderschnecken 4 bzw. 4' ist signifikant kleiner als der Durchmesser D1 der Schnecken 2 bzw. 2'. Die Werte von D3 liegen zwischen 50% und 85% von D1, vorzugsweise zwischen 70% und 85% von D1, wobei sich die Auslegung von D3 nach der im Betrieb gewünschten Förderleistung des Doppelschneckenextruders ausrichtet. Die Schnecken 2 und 2' weisen Schneckenstege 7, 7' auf, die jeweils auf den Übergangsstücken 6, 6' und auf den Förderschnecken 4, 4' fortgeführt sind, je nach Bedarf mit oder ohne Unterbrechung. Das Übergangsstück kann auch ohne Schneckenstege ausgebildet sein. Die Steigung der Schneckenstege 7, 7' kann in Förderrichtung gleichbleiben; sie kann aber auch variieren und insbesondere zum vorderen Ende der Förderschnecken hin abnehmen. Die Schnecken 2, 2' des Doppelschneckenextruders sowie die Förderschnecken 4, 4' können ein- oder mehrgängig ausgeführt sein. Am vorderen Ende der Förderschnecken 4, 4' geht das Gehäuse 5 in eine hier nicht dargestellte Austrags- oder Austrittsöffnung über.
  • In beiden Ausführungsformen kann die Gangtiefe in den Förderschnecken signifikant größer sein als die Gangtiefe der Schnecken des Doppelschneckenextruders.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch den Doppelschneckenextruder 1 entlang der Linie A-A der 1 und 2.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch die beiden Einschneckenextruder-Elemente 3, 3' entlang der Linie B-B in der 2.
  • 5 zeigt einen Querschnitt durch das Einschneckenextruder-Element 3 entlang der Linie C-C in der 1.
  • Eine an sich bekannte Compounder-Spritzgießmaschine wie sie beispielsweise aus der der eingangs genannten EP 1306187 A1 bekannt ist, kann mit einer erfindungsgemäßen Extrudereinrichtung zum Plastifizieren eines Kunststoffmaterials ausgestattet werden, um den Druck in der vom Ausgang des Extruders ausgehenden Schmelzeleitung mit einem besseren Wirkungsgrad aufzubauen. Die Förderschnecken 4, 4' der Einschneckenextruder-Elemente dienen dabei zur Druckerhöhung, wobei die Förderleistung der Förderschnecken für den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine in der Regel ausreicht und wobei der Doppelschneckenextruder in Anpassung an den intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine ohnhin unterfüttert, d.h mit reduzierter Förderleistung, betrieben wird. Eine derartige Compounder-Spritzgießmaschine verfügt ferner über eine an sich bekannte Schließeinheit sowie über geeignete Formwerkzeuge zur Herstellung der spritzgegossenen Formteile.
    • 1
    Doppelschneckenextruder
    2, 2'
    Schnecken des Doppelschneckenextruders
    3, 3'
    Einschnecken-Extruderelemente
    4, 4'
    Förderschnecken
    5
    Gehäuse
    6, 6'
    Konisches Übergangsstück
    7, 7'
    Schneckensteg
    8
    Zwickelbereich

Claims (17)

  1. Extrudereinrichtung mit einem Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken, die in einem die beiden Schnecken umschließenden Gehäuse aufgenommen sind, wobei das Gehäuse zwei entlang der Längsachse des Doppelschneckenextruders sich überlappende Bohrungen zur Aufnahme der Schnecken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des Doppelschneckenextruders um wenigstens ein Einschneckenextruder-Element verlängert ist, wobei ein als Förderschnecke ausgebildetes Verlängerungsstück einer der Schnecken des Doppelschneckenextruders in einem die Förderschnecke umschließenden Gehäuse aufgenommen ist, derart, dass das von den beiden gleichsinnig drehenden und miteinander kämmenden Schnecken geförderte und an das Einschneckenextruder-Element übergebene Material durch Rotation der verlängerten Schnecke des Doppelschneckenextruders von der Förderschnecke des Einschneckenextruder-Elements ohne Ausbildung eines signifikanten Rückstaus in dem Doppelschneckenextruder abtransportiert und in dem oder den Schneckengängen des Einschneckenextruder-Elements nach und nach ein Füllgrad von 100% erreicht werden kann.
  2. Extrudereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschneckenextruder-Element vorgesehen ist, wobei der Aussendurchmesser D2 der Förderschnecke größer ist als der Außendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen.
  3. Extrudereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser D2 der Förderschnecke mindestens 1,2 mal so groß, vorzugweise zwischen 1,2 mal und 1,7 mal so groß ist wie der Aussendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen.
  4. Extrudereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser D2 der Förderschnecke mindestens doppelt so groß ist wie der Aussendurchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen.
  5. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- bzw. Kerndurchmesser DiF der Förderschnecke gleich oder größer ist als der Innen- bzw. Kerndurchmesser DiS, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen.
  6. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangtiefe im Bereich der Förderschnecke größer ist als die Gangtiefe einer der beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders.
  7. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem vorderen Ende der Schnecke des Doppelschneckenextruders und der Förderschnecke ein konisch ausgebildetes und mit einem oder mehreren Schneckenstegen versehenes Übergangsstück vorgesehen ist.
  8. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem vorderen Ende der Schnecke des Doppelschneckenextruders und der Förderschnecke ein konisch ausgebildetes Übergangsstück vorgesehen ist, das keine Schneckenstege aufweist.
  9. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schneckenstege der Schnecke des Doppelschneckenextruders ohne Unterbrechung auf der Förderschnecke fortgeführt sind.
  10. Extrudereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Einschneckenextruder-Elemente vorgesehen sind, wobei beide Schnecken des Doppelschneckenextruders ein als Förderschnecke ausgebildetes Verlängerungsstück aufweisen, und wobei der Aussendurchmesser D3 der Förderschnecken kleiner ist als der Aussendurchmesser D1 der Schnecken des Doppelschneckenextruders.
  11. Extrudereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecken in dem Gehäuse in zwei parallel zueinander liegenden zylindrischen Bohrungen mit einem Durchmesser entsprechend dem Durchmesser D3 der Förderschnecken angeordnet sind, wobei stromabwärts die beiden Bohrungen zusammenlaufen und in einer gemeinsamen Austrittsöffnung enden.
  12. Extrudereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Durchmesser D3 der Förderschnecken kleiner ist als der Durchmesser D1, den jeweils die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders aufweisen, wobei D3 zwischen 50% und 85% von D1, vorzugsweise zwischen 70% und 85% von D1 beträgt.
  13. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen dem vorderen Ende der Schnecke des Doppelschneckenextruders und der Förderschnecke ein konisch ausgebildetes und mit einem oder mehreren Schneckenstegen versehenes Übergangsstück vorgesehen ist, wobei der oder die Schneckenstege der Schnecken des Doppelschneckenextruders ohne Unterbrechung auf der jeweiligen Förderschnecke fortgeführt sind
  14. Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen dem vorderen Ende der Schnecke des Doppelschneckenextruders und der Förderschnecke ein konisch ausgebildetes Übergangsstück vorgesehen ist, das keine Schneckenstege aufweist.
  15. Compounder-Spritzgießmaschine mit einer Schließeinheit und einer Plastifiziereinrichtung sowie mit einer Einspritzeinrichtung, wobei die Plastifiziereinrichtung eine Extrudereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
  16. Compounder-Spritzgießmaschine nach Anspruch 15 mit einer kontinuierlich arbeitenden Extrudereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie mit einer Einrichtung zum Zwischenspeichern von Kunststoffschmelze.
  17. Compounder-Spritzgießmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Förderschnecke(n) derart gestaltet ist bzw. sind, dass deren Förderleistung geringer ist als diejenige des Doppelschneckenextruders, wobei der Doppelschneckenextruder unterfüttert betrieben werden kann.
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