DE2057989A1 - Innentemperierte Schnecke und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

• Innentemperierte Schnecke und Verfahren zur Herstellung derselben Die Erfindung bezieht sich auf eine innentemperierte Schnecke bei Extrudern zum Verarbeiten von thermoplastischen Kunststoffen, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schnecke.
• Insbesondere beim Arbeiten mit Hochleistungsextrudern hat es sich als nachteilig erwiesen, daß infolge der durch Reibung entstehenden Wärmeenergie der bereits plastifizierte Kunststoff in Bereich der Ausstoßzone, wo keine zusätzliche Wärneenergie mehr benötigt wird, noch weiter erwärmt wird.
• Damit diese durch die Reibung entstehende Erwärmung nicht zu groß wird, war man gezwungen die Drehzahl der Extruderschnecke in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Material und von der Gestalt der verwendeten Schnecken in vorbestimmten Grenzen zu halten. Dadurch wird aber die Produktionsgeschwindigkeit wesentlich herabgesetzt, und es ist eine wirtschaftliche Schneokendrehzahl und somit Ausstoßkapazität insbesondere bei bestimmten Kunststoffen kaum möglich.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, die Schnecke durch ein Wärmeträgermedium auf einer bestimmten Temperatur zu halten. So sind bereits Extruderschnecken bekannt, in welchen sich Kanäle für ein Heiz- oder Kühlmedium befinden. Bei Verwendung solcher gekühlter Schnecken zeigt sich daß die Plastifizierung des Kunststoffes etwas später eintritt, als bei ungekiihlten Schnecken, dafür jedoch wesentlich homogener erfolgt. Es kann daher durch die Verwendung gekühlter Schnecken bei gleichbleibender Produktionstype die Drehzahl und damit die Ausstoßkapazität erhöht werden. Dies wird vor allem durch die infolge der Schneckenkühlung erhöhte Scherspannung und aus dem Geschwindigkeitsgefälle bzw. der Verkleinerung der wirksamen Gangtiefe bewirkt.
• Die bisher bekannten innentsuperierten Extruderschnecken weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Wärme nur teilweise und ungleichmäßig abgeführt wird und daß sich insbesondere im Bereich größerer Wandstärken der Schnecke infolge der dort vorhandenen größeren Wärmekapazität Wärmestauungen ergeben. Dadurch erfolgt eine ungleichmäßige Abkühlung des Kunststoffes und es tritt sogar der Fall ein, daß der Kunststoff eine höhere Austrittstemperatur aufweist, als bei Verwendung ungekühlter Schnecken, da sich infolge des Wärmestaues im Bereich der größeren Wandstärken örtlichte Überhitzungen ergeben.
• Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gel stellt, diese Nachteile zu beseitigen und eine innentempevierte Schnecke bei Extrudern zur Verarbeiten von thernoplastischen Kunststoffen zu schaffen, mit welcher eine homogene Erwärmung und daher eine gleichmäßige Plastifizierung des Kunststoffes erhalten wird. Die Erfindung ist im wesentlochen gekennzeichnet durch gegenüber den als Förderkamuern dienenden Zahnlücken der Schnecken abgeschlossene Hohlräume zur Führung des Heiz- oder Kühlmittels, von denen einer im Inneren und entlang des Schneckenzahnes und der andere unterhalb bsw. entlang der Zahnlücke verläuft, wobei die Hohlräume von den benachbarten Außenflächen der Schnecke ungefähr den gleichen Abstand haben. Dadurch, daß sich sowohl innerhalb der Zähne als auch im Bereich der Zahnlücken der Schnecke Hohlräume für die Führung des Heiz- oder Kühlmittels befinden, welche von den benachbarten Außenflächen der Schnecke ungefähr gleichen Abstand haben, wird eine stetige Temperaturverteilung entlang der Schneckenoberfläche owährleistet und es entztehen keine Zonen, in welchen /folge Vergrößerung der Wärmekapazität des Schneckenmaterials ein sprunghafter Temperaturanstieg erfolgt. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße ausbildung, bei welcher das Heiz- oder Kühlmittel so Kunststoff überall nur durch eine relativ dünne Wand getrennt ist, ein guter Wärneaustausoh zwischen der Temperatur des Heiz- oder Kühlmittels und der Kunststofftemperatur und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Kunststoffes sichergestellt.
• Z"okiäßig stehen der Hohlraum, welcher entlang des Schneckenzahnes verläuft, und der Hohlraum, welcher entlang der Zahnläcke verläuft, zumindest im Bereich der Schneckenspitze in Verbindung, so daß ein kontinuierlicher Wärmekreislauf sichergestellt ist. Hiebei kann einer der beiden Hohlräume z Zifitren des Heiz- oder Kühlmediums und der andere zu dessen Abführen dienen.
• Die Schnecke kann erfindungsgemäß eine in axialer Richtung verlaufende zentrische Bohrung aufweisen, welche du Herstellen der Hohlräume erleichtert, wobei in diese Bohrung zur Versteifung der Schnecke und zur Aufnahme von Rückdrack- und Torisionskräfte einerseits und zum Verschlie@om des unterhalb der Zahnlücke verlaufenden Hohlrammes @@derseits ein Gewindekörper eingeschraubt ist, Dieer Gewimdekörper ksnn sich mit seiner den Schneckenkopf abgewendetem Stirmseite in der Schnecke abstützen.
• Die @erstellung der mit den Hohlräumen verschenen innentemperierten Schnecke kann erfindungsgemäß derart erfolgen, daß zunächst eine im Inneren des Schneckenzahnes verlaufende @@t @ergestellt und diese anschließond mindestous auf einer Seite, beispielsweise durch einen bandförmigen Körper verschlossen wird. Der Hohlraum, welcher im Inneren des Schneckenzahnes verläuft, kann hiebei entweder an Stelle des bandförmigen Körpers oder zusätzlich von diesem mittels einer Schweißnaht verschlossen werden. Es können aber auch sämtliche Hohlräume durch Einstechen in die Wand der in axialer Richtung verlaufenden Bohrung hergestellt werden.
• In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungabeispieles schematisch veranschaulicht, das eine erfindungsgemäße Schnecke, teilweise im Längsschnitt zeigt.
• In dieser Zeichnung sind verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten der Hohlräume nebeneinander dargestellt, wobei jedoch in der Regel pro Schneckenabsohnitt nur eine Ausführungsvariante zur Ausführung gelangt.
• Die erfindungsgemäße Schnecke 1 weist sohraubenlinienförmig verlaufende Zähne 2 auf, in welchen ebenfalls schraubenlinienförmig verlaufende Hohlräume angeordnet sind.
• Die in der Zeichnung links dargestellten Hohlräume 3 werden hiebei derart hergestellt, daß zunächst eine Ausnehmung in die Zähne eingedreht oder eingefräst wird. Bei dem ganz links dargestellten Zahn erfolgt das Eindrehen oder Einfräsen der Ausnehmung vom Umfang des Zahnes aus. In diese Ausnehmung wird dann ein bandförmiger Körper 4, beispielsweise ein Metallband eingelegt, und anschließend eine Schweißnaht 5 aufgebracht, welche letztlich abgedreht oder abgeschliffen wird.
• Bei einer anderen Aus führungs form wird die Ausnehmung dadurch hergestellt, daß beim Drehen in die der Druckseite abgekehrte Flanke des Zahnes eingestochen wird. Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, eine Eindrehung mit geneigten Seitenflächen vorzunehmen, in welche ein, vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisender bandförmiger Körper 6, eingelegt wird. Ansohließend wird die entstehende V-förmige Kaverne wieder mit einer Auitragsschweißung gefüllt.
• Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Aunehmungen 7 in die Wand 9 einer in axialer Richtung der Schnecke verlaufenden zentrischen Bohrung 12 eingestochen, in welchem Falle diese Ausnehmungen 7 ohne einen zusätzlichen Bearbeitungsvorgang erhalten werden. In gleicher Weise können die Ausnehmungen 8 in Bereiche der Zahnlücken hergestellt sein.
• In die in axialer Richtung verlaufende zentrische Bohrung 12 der Schnecke ist ein Gewindekörper 10 eingeschraubt, der zur besseren Abdichtung, beispielsweise mit einer Schicht aus Tetrailuoräthylen beschichtet oder umwickelt ist und der zumindest die im Bereiche der Zahnlücken angeordneten Hohlräume 8 dichtend abschließt. Der Gewindekörper 10 stützt sich mit seiner dem Schneokenkopf abgewendeten Stirnseite an einen Absatz der Bohrung 12 unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes ii ab. Der Gewindekörper 10 wirkt gleichzeitig als Versteifungselement für die Schnecke, welches die Rückdruck- und Torsionekräfte aufnimmt.
• Die Zu- und Abfuhr des Heiz- und Kühlmittels in die Hohlräume 3, 7, 8 für die Temperierung der Schnecke kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Am vorteilhaftesten erscheint es, wenn das Heiz- oder Kühlmittel von der Hinterseite der Schnecke zugeführt wird, zunächst die Hohlräume in den Zähnen durchfließt und hierauf über eine Verbindungsbohrung im Bereich der ebenfalls gekühlten Schneckenspitze in den im Bereich der Zahnlücken anteordneten Hohlraum gelangt, von welchem eg wieder abgeführt wird, oder umgekehrt. Durch diese Maßnahme ist beispielsweise eine diffe@nzierte Kühlung der Schneckenzähne gegenüber dem Boden der Zahnlücken möglich, weil das im Bereich der Zahnlücken fließende Medium bereits die beim Durohfließen der Schneckenzähne aufgenommene Wärmemenge mit sich führt. Ist eine solche differenzierte Kühlung unerwünscht, so kann durch Einführen eines Kühluitteis in die in axialer Richtung verlaufende Bohrung 12 eine weitere Kühlung des Bodens der Zahnlücken vorgenommen werden.
• Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schnecke wird eine optimale Abführung der Wärmeenergle gewährleibetet, so daß mit niedrig stabilisierten und daher billigen Kunststoffen bei hoher Ausstoßkapazität ein völlig homogenes Produkt gewonnen werden kann. Der Temperaturverlauf an der Schneckenoberfläche kann hiebei so abgestimmt werden, daß mit ein und demselben Schneckensatz praktisch sämtliche Profile hergestellt und sämtliche Kunststoffe verarbeitet werden können, P a t e n t a n s p r ü c h e :

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Innentemperierte Schnecke bei Extrudern zur Verarbe ten von thermoplastischen Kunststoffen, mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Heiz- oder Kühlmittels, gekennzeichnet durch gegenüber den als Förderkammern dienenden Zahnlücken der Schnecken abgeschlossene Hohlräume (3, 7, 8) zur Führung des fleis- oder Kühlmittels, von denen einer (3, 7) im Inneren und entlang des Schneckenzahnes (e) und der andere (8) unterhalb bzw. entlang der Zahnlücke verläuft, wobei die Hohlräume von den benachbarten Außenflächen der Schnecke (i) ungefähr gleichen Abstand haben.
2. 2. Innentemperierte Schnecke nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3, 7), welcher entlang des Schneekenzahnes (2) verläuft, und der Hohlraum (8), welcher entlang der Zahnlücke verläuft, zumindest im Bereich der Schneckenspitze in Verbindung stehen.
3. 3. Innentemperierte Schnecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Hohlräume (3, 7 bzw. 8) zum Zuführen des Heiz- oder Kühlmediums und der andere zu dessen Ab führen dient.
4. 4. Innentemperierte Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (i) eine in axialer Richtung verlaufende zentrische Bohrung (12) aufweist, in welche zur Versteifung der Schnecke und zur Aufnahme von Rückdruck- und Torsionskräften einerseits, und zum Verschließen des unterhalb der Zahnlücke verlaufenden Hohlraues anderseits ein Gewindekörper (io) eingeschraubt ist.
5. 5. Innentemperierte Schnecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gewindekörper (10) mit seiner dem Schneckenkcpf abgewendeten Stirnseite in der Schnecke abstützt.
6. 6e Verfahren zur Herstellung einer innentemperierten Schnecke nach Anspruch 1 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine im Inneren des Schneckenzahnes verlaufende Nut hergestellt und diese anschließend mindestens auf einer Seite, beispielsweise durch einen bandförmigen Körper, vorschlossen wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum, welcher im Inneren des Schneckenzahnes verläuft, mittels einer Schweißnaht verschlossen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Hohlräume durch Einstechen in die Wand der in axialer Richtung verlaufenden Bohrung hergestellt werden,