DE2340406A1

DE2340406A1 - Verfahren zum plastifizieren und dosieren von thermoplastischem material und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2340406A1
Application number: DE19732340406
Authority: DE
Inventors: George A Kruder
Original assignee: Koehring Co
Current assignee: Koehring Co
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR2196898A1; JPS4963751A; FR2196898B3; CA1015909A; GB1439642A; US3870284A

Description

TEL (0811) 22 25 30-29 5192 9· AUgUSt 1973

Unser Zeichen: A 23773 B/Fr

Firma KOEHRING COMPANY, 780 North Water Street, Milwaukee Wisconsin 53 201 / U. S. A.

Verfahren zum Plastifizieren und Dosieren von thermoplastischem Material unfl Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ·

Die Erfindung betrifft eine Strangpresse, bei welcher eine in einer Büchse drehbare Schraube verwendet wird, um Material aus einem Formwerkzeug auszupressen, das am Auslaßende der Büchse angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verbesserungen von plastifizierenden Strangpressen mit hoher Ausgangsleistung.

Eine plastifizierende Strangpresse erhält ein Polymer in Teilchen- oder in Pulverform, bearbeitet dieses Polymer und erhöht dessen Temperatur derart, daß es in geschmolzenen oder plastischen Zustand gebracht wirdjUnd preßt das- geschmolzene Polymer unter Druck durch eine verengte Ausgangsöffnung oder ein Werkzeug. Gewöhnlich ist es wünschenswert, daß das ausgepreßte Material vollständig geschmolzen, gleichmäßig in der Temperatur und im wesentlichen frei von örtlich begrenzten

_ ₂ _ 409810/0851

Gallerten oder anderen Zusammenballungen feiner Struktur ist. Es ist auch erwünscht, daß die Förderges chv/indigke it des geschmolzenen Polymers durch das Werkzeug oder die Form in einfacher Weise durch Änderung der Drehgeschwindigkeit der Strangpressenschraube steuerbar ist und daß die Fördergeschwindigkeit bei einer gewählten Schrauben-Drehgeschwindigkeit im wesentlichen gleich ist.

Grundsätzlich enthält eine Strangpresse eine langgestreckte Büchse, die über ihre Länge an verschiedenen Stellen geheizt oder gekühlt werden kann. Durch diese Büchse erstreckt sich in Längsrichtung eine Schraube. Die Schraube hat an ihrer Oberfläche eine schraubenförmige tragende Fläche, die mit der inne-en zylindrischen Fläche der Büchse zusammenwirkt und einen langgestreckten schraubenförmigen Kanal umschlieSt. Obwohl die Steigung der Schraube entlang ihrer Länge variieren kann, ist es z.Zt. üblich, Schrauben mit konstanter Steigung zu verwenden, bei denen die Steigung "quadratisch" ist, d.h., bei denen der Abstand zwischen benachbarten Zügen gleich dem Durchmesser ist. Die Schraube wird um ihre eigene Achse gedreht, um das plastische Material zu bearbeiten und es in Richtung auf das Auslaßende der Büchse zu fördern.

Normalerweise besitzt eine Strangpreßschraube mehrere Abschnitte von besonderer Gestaltung, die der Erzielung besondere-

. ^ - 4098 1 0/085 1

Funktionen angepaßt sind. So gibt es z.B. ZufUhrungsabschnitte und Dosierungsabschnitte, die von grundlegender Bedeutung, sind und die in nahezu allen Strangpressen für die Bearbeitung von thermoplastischen Polymeren vorhanden sind.

Ein typischer Förderabschnitt einer Strangpreßschraube erstreckt sich unterhalb und inach vorwärts von einer Zuführöffnung, durch welche ein Polymer in Teilchenform, Kugelform odor Pulverform in die Strangpresse eingeführt wird, so daß das Polymer entlang der Innenseite der Büchse durch den Förder- · abschnitt der Schraube nach vorn bewegt wird. In diesem Abschnitt ist die Kanaltiefe der Schraube üblicherweise groß genug, um eine Überförderung des festen Polymers zu erreichen. Dies ist ein wünschenswerter Effekt, weil das Überfordern dazu dient, die Teilchen des Polymers zusammenzudrängen und zusammenzupressen* und so ein festes Bett an vorgeschobenem Material zu bilden.

Die Bearbeitung des Materials erzeugt Wärme, und es erfolgt ein Schmelzen des Polymers, wenn das Material entlang dem Förderabschnitt der Schraube bewegt wird. Tätsächlich tritt meistenteils das Schmelzen des Materials in der Nähe der BüchsenoberTläche in einer Zwischenschicht zwischen einem dünnen geschmolzenen Film und dem festen Bett des Polymers auf. Dieser allgemeine Zustand hält an, bis ein wesentlicher .Teil des Polymers

409810/0851

BAD ORIGINAL

den geschmolzenen Zustand erreicht. Nachdem etwa 40 bis 70% des Polymers geschmolzen ist, tritt üblicherweise ein Zerbrechen des Bettes auf, und es werden zu dieser Zeit Teilchen des festen Polymers in dem geschmolzenen Polymer verteilt. Von diesem Zeitpunkt an ist es oft vorteilhaft, die Polymerschmelze mit dem ungeschmolzenen Material eingehend zu mischen, um das Schmelzen zu beschleunigen und örtliche Ungleichförmigkeiten zu verringern.

Die besondere Funktion eines Dosierabschnittes einer Strangpreßschraube besteht* in der Ausübung einer Pumpwirkung auf das geschmolzene Polymer. Gewöhnlich wird angenommen, daß der durch eine Schraube erreichte Durchsatz eine Punktion der Kombination des "Schleppstromes" und des "Druckstromes" ist.

"Schleppstrom" ist grundsätzlich der Strom, der sich aus der relativen Bewegung zwischen der Schraube und der Innenfläche der Strangpreßbüchse ergibt. Es kann angenommen werden, daß dieser Strom proportional dem Produkt der Gesamt-Relativgeschwindigkeit der Kanalquerschnittsflfe'che ist. Diese Schleppstromkomponente ist in Richtung auf das AuslaSende der Schraube gerichtet. Er kann vergrößert werden durch Vergrößerung der Schraubendrehgeschwindigkeit und/oder durch Vergrößerung der Tiefe des Kanales in der Schraube.

- 5 —

4098 10/0851

BAD ORfGfNAl

-.5 - , 23404Ö6

In umgekehrter Richtung zu dem Schleppstrom wirkt eine Druckstromkomponente, die von dem Widerstand des Materials herrührt, das dieses beim Durchfluß durch die verengte Ausgangsöffnung am Ende des Strangpreßdurchganges erfährt. Die Geschwindigkeit der Schraube beeinflußt nicht unmittelbar die Druckstromkomponente, aber natürlich kann sie solche Paktoren, wie den RUckdruck und die Materialviskosität, beeinflussen, welche Paktoren wiederum beträchtlich die Druckstromkomponente beeinflussen.- Andererseits wird der Druckstrom unmittelbar .beeinflußt durch die Tiefe und die Länge des Schraubenkanals. Ein Ansteigen der Kanaltiefe bewirkt ein beträchtliches Ansteigen der Druckstromkomponente, während ein Ansteigen der Kanallänge eine Verringerung dieser Ruckstromkomponente bewirkt.

Zusätzlich zu den Förderabschnitten und Dosierabschnitten einer Strangpreßschraube kann diese auch eine Anzahl anderer bestimmter Abschnitte aufweisen. So enthalten nahezu alle Schrauben sogenannte Übergangsabschnitte, während einige zusätzlich noch EntlUfungsabschnitte enthalten. Viele neuzeitliche Schauben enthalten auch besondere Mischabschnitte, oder 'es sind ihnen solche Mischabschnitte zugeordnet. Die Sehrauben können auch Einrichtungen enthalten, welche eine intensive Mischwirkung innerhalb des zumindest teilweise geschmolzenen Polymers ausüben. In einem typischen Mischabschnitt,wird das Material gezwungen, sich an einer Barriere bestimmter Art vorbeizubewegen,

4098 107 0851

-D-

um eine Bewegung in Richtung auf den Strangpreßauslaß zu bewirken. Die Barriere kann beispielsweise die Form einer oder mehrerer Tragflächen oder GewindezUge haben, wobei jede eine größere Freiheit hat, als es normalerweise in Bezug auf die Oberfläche der StrangpreßbUchse der Fall ist. Die Schraube«- kann auch so ausgebildet sein, daß alles plastische Material über die Barrierenflächen bewegt werden muß. Solche Barrierenflächen können schraubenförmig ausgebildet sein, oder sie können sich in Achsrichtung der Schraube erstrecken. Verschiedene Anordnungen von Stiften und Löchern werden ebenfalls mit einigem Erfolg verwendet, um eine intensive Mischung zu erreichen. Über die Jahre besteht ein Trend in Richtung auf die Verwendung von Strangpressen, die eine hohe Ausgangsleistung aufweisen. Bei vielen Anwendungen sind verschiedene Produktionsarten möglich, bei denen hohe Strangpreßausgangsleistungen auf vernünftiger Basis erreichbar sind.

Es haben sich aber Schwierigkeiten ergeben bei der Erhöhung der Strangpreßausgangsleistung. Um die Ausgangsleistung einer Strangpresse zu erhöhen, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der Schraube und/oder deren Kanaltiefe zu vergrößern, jedoch haben diese beiden Maßnahmen nachteilige Wirkungen.

Ein Ansteigen der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Umfang der Schraube und der Strangpreßbüchse vergrößert die

. γ - 409810/0851

Geher-Geschwindigkeit und führt infolgedessen zu einem Ansto'gen der Temperatur des Polymers. Der Temperaturanstieg kann hohe Werte erreichen und zu einer thermischen Verschlechterung des Polymers beitragen. Ferner haben Erhöhungen der Schier-Geschwindigkeit und der Temperatur normalerweise großen Einfluß auf die Viskosität. Eine Änderung der Viskosität des ausgepreßten Materials beeinflußt wiederum die Fließgeschwindigkoit des Materials durch die verengte Aus laß öffnung der- Strangpresse, so daß hierdurch die gewünschte gleichmäßige Ausströmgeschwindigkeit gestört wird.

Eine Vergrößerung der Kanaltiefe hat eine gegenteilige Wirkung auf die Temperatur. Dies ergibt sich daher, "daß das Material in der Nähe des Bodens eines tiefen Kanals nicht den gleichen hohen Schäfer-Kräften ausgesetzt ist wie sie auf das Material" in der Nähe der Strangpreßbüchse ausgeübt werden. Diese geringe Scherkraft in der Nähe des Bodens eines tiefen Kanals ist wünschenswert in Bezug auf die Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer unzulässigen Temperaturerhöhung, jedoch ist sie unerwünscht in Bezug auf die Erzielung hoher Qualität des ausgepreßten Materials. Nach dem Aufbrechen des festen Material-^ bettes verbleiben einige Teilchen des Polymers in fester Form, und zwar während einer wesentlichen Zeitspanne.Das Schmelzen dieser voneinander getrennten Teilchen wird erleichtert durch örtliche Mischwirkungen in dem Material, das entlang der Strangpresse gefördert wird. Ein solches örtliches Mischen hängt ab

409810/08B1

6AD ORKStNM.

von dem Auftreten erheblicher Schwerkräfte. Diese sind aber im unteren Teil eines .tiefen Kanals schwer zu erzeugen.

Solche Schwierigkeiten treten insbesondere bei hohen Ausströmgeschwindigkeiten auf, weil bei einer Strangpresse mit "gegebener Länge ein Ansteigen der Ausströmgeschwindigkeit begleitet wird durch eine Verschy iebung der Zone, in welcher das Polymer normalerweise in fester Form besteht, in Richtung auf den Auslaß. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß feste Teilchen ihren Weg entlang der gesamten Länge der Strangpresse bei großer Ausgangsleistung nehmen, wenn Schrauben mit großer Kanaltiefe verwendet werden. Die Anwesenheit auch von kleinen Mengen eines Polymers in fester Form an der Brecherplatte oder anderen verengten Auslaßzonen kann in einer Strangpresse bedeutende nachteilige Wirkungen auf die Gleichmäßigkeit der Ausgangsströmung haben.

Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Bekämpfung der bei den bekannten Arten von Strangpressen auftretenden Probleme.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer · Schraube für eine Strangpresse neuer Ausbildung, welche dazu beiträgt, eine hohe Qualität der Polymerschmelze bei hohen Aus-

409810/0851

laßgeschwindigkeiten zu erreichen.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer verbesserten Schraube für die Verwendung in der zylindrischen Büchse einer Plastifizierungsvorrichtung. Die verbesserte Schraube hat einen schraubenförmigen Kanal zwischen aufeinanderfolgenden Förderzügen, und es enthält der Kanal einen Wellenteil, wobei die Kanaltiefe sich zyklisch entlang der Länge des Kanals verändert, und zwar über minimale und maximale Werte für eine Mehrzahl an Zyklen, so daß das Material, das entlang dem Wellenteil des Kanals gefördert wird, wiederholt durch Zonen minimaler Kanaltiefe gequetscht wird, um so ein Vermischen und das Schmelzen des Materials zu verbessern, das anschließend durch Zwischenzonen größerer Kanaltiefe gefördert wird, um eine Überhitzung des Materials zu vermeiden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erreichung einer guten Auspreß-Dosierleistung bei hohen Geschwindigkeiten, jedoch ohne Erzeugung übermäßig hoher Temperatuen und ohne Unregelmäßigkeiten in der Konsistenz des ausgepreßten Materials.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Schraubenstrangpresse, welche die Fähigkeit besitzt, zyklisch die Scherkräfte, die auf das durch die Schraube geförderte Ma-

409810/0851

- ίο -

terial ausgeübt werden, zu verändern, während das Material in Längsrichtung der Strangpresse gefördert wird. Solche zyklischen Veränderungen führen zu intensiven Mischwirkungen und zu Steuerungswirkungen des Temperaturanstiegs, so daß es möglich wird, höhere Ausgangsgeschwindigkeiten zu erreichen-, ohne daß unerwünschte Nebenwirkungen auftreten.

Diese und weitere Ziele werden erreicht durch die Schaffung einer Strangpreßschraube mit einem Kanalteil mit wellenförmiger Tiefe. In einer bevorzugten Ausführung?form ist ein Dosierabschnitt einer Strangpreßschraube so ausgebildet, daß die Tiefe des im wesentlichen schraubenförmigen Kanals zwischen benachbarten Zügen der Schraube sich zyklisch verändert. Die Kanaltiefe verändert sich gleichförmig wie eine Welle, wobei sich der Grund oder der Boden des Kanals wiederholt in Richtung auf die innere ZyIInderfläche der Strangpreßbüchse erhebt und dann wieder von dieser Fläche zurücktritt.

Bei einem wellenförmigen Schraubenabschnitt ä gemäß der Erfindung sollte ein einziger Zyklus der Welle eine winkelmäßige Erstreckung um die Achse der Schraube von etwa l80° bis etwa 1080° haben. D.h. also, daß bei einer Bewegung entlang eines Kanals von einer Zone mit minimaler Kanaltiefe zur nächsten Zone minimaler Kanaltiefe man sich eine halbe Windung bis etwa drei Windungen um die Achse der Schraube bewegen muß.

- 11 -

£09810/0851

Bei den meisten Anwendungen sollten die Schraubenabschnitte gemäß der Erfindung ziemlich lang sein. Es sollten wenigstens drei Wellenzyklen verwendet werden, und 'in den meisten Fällen sind größere Zyklenanzahlen als geeignet befunden worden. Die Pump-oder Dosierqualitaten des Wellen-Schraubabschnittes werden stabilisiert durch die Verwendung einer Anzahl von Zvklen, weil Jeder Zyklus dazu neigt, die Pumpwirkung seines Vorgängers zu verstärken. In diesem Sinne ist ein langer Wellen-Schraubenabschnitt vergleichbar mit einem langen Dosierschraubenabschnitt üblicher Ausbildung, und es ist möglich, mit einem langen Wellen-Schraubenabschnitt eine sehr gleichmäßige Schraubenausstoßgeschwindigkeit zu erreichen, die im wesentlichen unabhängig ist von Rückdruckschwankungen.

Die Teile mit minimaler Kanaltiefe bewirken verengte Durchgänge, durch welche das geförderte Material hindurchgequetscht werden muß, wodurch hohe Scherkräfte erzeugt und eine gute Vermischung erreicht wird. Die Teile mit maximaler Kanaltiefe haben eine entgegengerichtete Wirkung. Diese bewirken Zonen, in denen die Scherkraft verhältnismäßig gering ist und in denen eine verringerte Neigung besteht, das Poljftner zu erhitzen.Die Anordnung der sich zyklisch ändernden Känalteile bewirkt somit sowohl eine gute Temperatursteuerung als auch eine gute Vermischung. Außerdem bewirkt der Wellenabschnitt eine zufriedenstellende Pumpwirkung oder Dosierwirkung.

Ein Wellen-Schraube.nabschnitt gemäß der Erfindung kann einen einzigen schraubenförmigen Kanal oder mehrere schraubenförmige

" ¹² " /»09810/0851

Kanäle haben, die nebeneinander verlaufen. Unter allen Umständen ist es vorzuzieb en ,daß die fellen in Bezug auf Seitenstöße ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise ein Kanalabschnitt mit minimaler Tiefe eines Zyklus an der Oberseite der Schraube vorgesehen ist, dann sollte ein Abschnitt mit minimaler Kanaltiefe eines -anderen Zyklus am Boden der Schraube angeordnet sein, so daß die Schraube nicht starken Biegekräften unterworfen ist, wenn sie in der mit Polymer gefüllten Büchse umläuft. Der gewünschte Ausgleich kann bei einer Schraube mit einem einzigen Kanal erreicht werden, in dem man Zyklen verwendet, deren Länge sich um die Achse-in einem Winkel von i8o° ,5^0° usw. erstreckt. Bei Schrauben mit zwei Kanälen, können die Wellen in benachbarten Kanälen gegeneinander versetzt sein, um den gewünschten Ausgleich an jeder Stelle in Längsrichtung der Schraube zu erreichen,

Der Wellenabschnitt kann, wenn gewünscht, in einstufigen oder mehrstufigen Schrauben vorgesehen werden. Auch kann er verwendet werden in Kombination mit Abschnitten konstanter Kanaltiefe und mit Abschnitten, die Barrieren zur Mischung des Materials enthalten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert . In der Zeichnung zeigen:

Fig.] Eine Seitenansicht eines AusfUhrungsbeispiels einer plastif!zierenden Strangpresse gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt;

- 15 -

Λ09810/0851

Pig. ? eine Seitenansicht einer Strangpresschraube anderer Art mit einem wellenabschnitt gemäß der Erfindung,

Fig.3a, 3b zwei Diagramme, welche die änderungen in der Kanaltiefe zeigen, wenn man zwei aufeinanderfolgende Zyklen des Fig. ? gezeigten Wellenabschnittes verfolgt.

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform einer Strangpresschraube gemäß der Erfindung,

Fig.5^,5b zwei Darstellungen, welche die Kanaltiefenänderungen zweier aufeinanderfolgender Zyklen des Wellenabschnittes der Schraube nach Fig. 4 zeigen,

Fig. 6 einen Teil einer Seitenansicht des Auslaßendes einer plastifizierenden Strangpresschraube mit einem zweikanäligen Dosler-Wellenabschnitt gemäß der Erfindung,

Fig. 7 zwei Darstellungen der Tiefenveränderung über einen

Zyklus bei benachbarten Kanälen der Schraube nach Fig.6,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Teiles einer zweistufigen Schraube mit einem Wellenabschnitt in der zweiten Pumpoder Dosierstufe und,

Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, welches die Kombination eines Dosier-Wellenabschnittes mit einem Barrieren-Mischäbschnitt. . .'· und einem kurzen Dosierabschnitt mit konstanter Kanaltiefe am Ende einer Strangpresschraube zeigt.

Obwohl die vorliegende Erfindung sich insbesondere mit der Ausbildung von Strangpresschrauben befaßt, ist es zum Verständnis zweckmäßig, anfänglich allgemein die Gesamtanordnung einer typischen plastifizierenden Strangpressmaschine zu besprechen. Die in Fig. I dargestellte Maschine enthält einen Rahmen ? · mit sich nach aufwärts erstreckenden Teilen 4 und 6 an den Enden, welche die tatsächlichen Strangpressteile tragen. Diese Stranpressteile enthalten eine sich horizontal erstreckende Büchse 8 und eine Schraube iO, die in der Büchse 8 drehbar angeordnet ist. An seinem rückwärtigen Ende steht die Büchse 8 in Verbindung mit

14 - '

409810/0851

BAD

einer Zuführöffnung 12, die sich durch ein feststehendes Axialdruck-Gehäuse ^ nach oben erstreckt. Diese Zufuhröffnung 12 nimmt normalerweise Material von einem nicht dargestellten Zuführtrichter auf, der über dem Axialdruckgehäuse ¹4 angeordnet ist.

Das rückwärtige Ende der Schraube ¹O ist drehbar gelagert, so daß die Schraube um ihre Achse gedreht wird, die mit der Achse der zylinrischen Innenflächen der Büchse 8 übereinstimmt. Die Schraube ist gekuppelt mit einem Untersetzungsgetriebe ^ηβ, das in dem aufrechtstehenden Teil 4 des Rahmens angeordnet ist. Das Untersetzungsgetriebe ^Λ6 ist über nicht dargestellte Räder und über eine flexible Kupplung ¹S mit einem Motor PO gekuopelt.

Temperatursteuervorrichtungen 22 sind der Büchse 8 der Strangpresse zugeordnet, um dem behandelnden Material Wärme zuzuführen und/oder von dem Material Wärme abzuführen. Solche Vorrichtungen sind üblich. Wie in Pig. \ gezeigt, können sie in vorteilhafter Weise nahe dem Zuführungsende der Büchse angeordnet sein, um so die Temperatur der Bücte zu regulieren, um eine wirksame Schmelzung des Polymers, das durch die Büchse befördert wird, zu erreichen. Es können auch Pumpen 24 und 26 vorgesehen sein, welche ein Strömungsmittel, vorzugsweise eine Flüssigkeit, durch Hülsen 28 und "50 bewegen, welche die stromabwärts gelegenen Teile der Hülse umgeben. Das fließende Strö-

409810/0851

BAD ORIGINAL

mungsmittel in diesen Zonen wird gewöhnlich dazu verwendet, Wärme von der Hülse abzuführen, um einen unerwünschten Tenroeraturanstieg zu verhindern.

Die Büchse ist mit einer Queröffnung "52 im Mittelteil ihrer Länge versehen. Diese Öffnung 3? kann in üblicher Weise verschlossen werden,wenn die Strangpresse mit einer Schraube mit einer einzigen Stufe arbeitet, oder sie kann mittels einer Vor richtung "54 mit einer Vakuumpumpe J>6 verbunden werden, so daß eine Entlüftung bewirkt wird, wenn die Strangpresse mit einer zweistufigen Schraube arbeitet, die, wie in Pig. ί gezeigt, in der Hülse 8 angeordnet ist.

Mit dem äußeren Ende der Strangpressbüchse 8 ist eine Kopfklemmplatte ^8 verbunden, welche eine schwenkbare Führungsplatte 4o üblicher konstruktion trägt. Die schwenkbare Führungsplatte 4θ besitzt .einen inneren Kanal für das auszupressende Material. Bei den üblichen StrangDressarbeiten werden an der schwenkbaren Führungsplatte Werkzeuge oder Formen befestigt, durch die das Material hindurchgepresst wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist am Ende der Büchse 8 eine Brecherplatte 42 befestigt. Eine solche Brecherplatt« 42 ist grundsätzlich ein Sieb, das von der Polymerschmelze bei der Bewegung zum Werkzeug oder zur Form durchsetzt werden muß. Es verhindert normalerweise das Eintreten von Teilchen oder Verunreinigungen' oder festen Polymerbestandteilen in das Werkzeug.

- V6 - 409810/0851

BAD ORIGINAL

- ιβ -

Die Teile der Strangpresse, die oben in Bezug auf Fig. ¹ beschrieben worden sind, sind dem Fachmann allgemein bekannt. Ks wird bemerkt, daß zahlreiche Änderungen möglich sind. Jedoch sind solche Änderungen nicht besonders von Bedeutung, was die vorliegende Erfindung betrifft, so daß sie hier nicht im einzelnen angegeben werden müssen.

Die in Fig. ι gezeigte Schraube "Ό, die in der Strangpressbtichse 8 angeordnet ist, ist eine verhältnismäßig komplizierte zweistufige Schraube, die insbesondere für das Strangpressen von Styrol-Blättern oder-Bändern geeignet ist. Es wird Jedoch davon ausgegangen, daß andere Schrauben in der Maschine verwendet werden können, wenn dies erwünscht ist. Zweckmäßigerweise wird die Erläuterung mit einer einfacheren Form einer Schraube gemäß der Erfindung begonnen, bevor auf das /Jusführungsbeispiel der Fig. 1 zurückgegriffen wird.

Die Figuren ? und 3 beziehen sich auf eine Dosierschraube mit einer einzigen Stufe, die in der Maschine nach Fig. 1 verwendet werden kann, wenn die Entlüftungsöffnung "52 verschlossen ist. Die Schraube mit einem einzigen Kanal hat einen Schraubenförmigen Zug 46, der sich in unmittelbarer Nähe mit der Oberfläche der Büchse bewegt, so daß nur wenig Material über den Zug bewegt wird, fall «^überhaupt hier durchdringt. Dafür wird das Material entlang dem schraubenförmigen Kanal zwischen benachbarten Zügen vorwärts bewegt.

- '7 - 409810/0851

^: (, a BAD ORIGJNAt-

Die Schraubenwurzel 48 befindet sich nicht im gleichen Abstand unterhalb der Kopffläche des Zuges oder der berührenden Fläche über die Länge der Schraube 44. Vielmehr weist die Schraubenwurzel verschiedene Radien in verschiedenen'Abschnitten der Schraube auf.

Der linke Endabschnitt 50 der Schraube 44, wie sie in Fig. dargestellt ist, ist ein sogenannter Förderabschnitt, der dazu bestimmt ist, das feste Polymer, das in dem Apparat plastifiziert und stranggepresst werden soll, aufzunehmen. In diesem Abschnitt ist der Radius der Schraubenwurzel klein, und es ist die Tiefe des Materialkanales zwischen der Schraubenwurzel und der inneren zylindrischen Fläche der Büchse der Strangpresse groß. Die große Kanaltiefe bewirkt eine hohe Materialfördergeschwindigkeit in dem Förderabschnitt der Schraube und bewirkt, daß die Teilchen oder Kugeln des festen Polymers zusammengedrängt und verdichtet werden. Das Drehen der Schraube wirkt auf das feste Bett des Kunststoffes so ein, daß Wärme erzeugt, wird , welche ein Schmelzen des festen Materials bewirkt. Wie bereits oben erwähnt, kann mit Hilfe von Vorrichtungen 22 der Strangpressbüchse Wärme zugeführt werden, oder es kann Wärme abgezogen werden, um somit eine weitere Möglichkeit zu haben, die Schmelzwirkung zu steuern.Der Forderabschnitt 50 ist in Fig. ? so dargestellt, daß er eine Länge von etwa 5 Zügen der Schraube hat. In diesem Abschnitt ist die Tiefe des Materialkanals im wesentlichen konstant.

" ^l8 " 409810/0851 f :)«n BAD ORIGINAL

Stromabwärts von dem Zuführabschnitt 50 befindet sich ein sogenannter Zwischenabschnitt, der in Fig. ^dargestellt ist, er eine Länge von ungefähr 9 Zügen der Schraube hat. Tn dieser Zone nimmt der Radius der Schraubenwurzel schrittweise zu, so daß der schraubenförmige Polymerkanal zunehmend' verengt wird. Das Schmelzen des Materials schreitet fort, .-Jefnehr es in den Zwischenabschnitt 5? bewegt wird. Dieses Schmelzen erfolgt zum größten Teil in einer Zwischenschicht zwischen einem PiIm aus geschmolzenem Polymer und einem festen Bett aus zusammengedrückten Teilchen des Polymers. Wenn das Schmelzen des Polvmers fortschreitet^wird jedoch ein Punkt erreicht, bei welchem das feste Bett aufbricht und kleine Teilchen des festen Polymers in die Masse ausgeschmolzeneft Polymers verteilt wird. Dieses Aufbrechen des festen Bettes tritt üblicherweise ein, wenn etwa 4o<*5 bis 70^ des Polymers geschmolzen worden ist. Ein weiteres Schmelzen erfolgt, wenn das Material entlang dem sich verengenden Zwischenabschnitt 52 bewegt wird, wobei die Scherwirkungen und Mischwirkungen in dem flachen stromabwärts gelegenen Endteil des Übergangsabschnittes stattfinden, was zu einer wirksamen Schmel zung solcher Polymerteilchen beträchtlich beiträgt, die nach dem Aufbrechen des Bettes aus verdichteten Teilchen des Polymers 4«- in fester Form verbleiben.

Die abschließende Verarbeitung und die auf das Polymer ausgeübte Pumpwirkung oder Dosierung wird erreicht in einem langem Doßierabschnitt 54 der Schraube 44, wie sie in Fig.2 gezeigt ist.

■ . ₁₉ _ 4098Τ0/085Ί

BAD ORIGINAL

Dies ist der Abschnitt der Schraube, auf. den die Lieferung hochqualitativer Polymerschmelze zum Werkzeug oder zu der Form bei gleichförmiger Geschwindigkeit gestützt ist. Bei einer üblichen Schraube ist der Radius der Schraubenwurzel im Dosier- ^bschnitt groß, und er ist über die Länge des Dosierabschnittes konstant, um einen flachen Materialkanal mit gleichförmigem Querschnitt und großer Länge zu bilden. Solche Dos.ierabschnitte üblicher Ausbildungen sind für viele Anwendungen zufriedenstellend, jedoch bei Anwendungen bei denen große Ausgangsleistungen erreicht werden müssen, besteht eine Neigung zur Temperaturerhöhung des Polymers auf unannehmbare Werte, und-es wird dem Material ermöglicht, den Strangoressausgang zu erreichen, ohne daß eine ausreichende Mischung erfolgt ist, um physikalische Ungleichheiten in der Schmelze auszuschalten.

409810/0851

8A£> ORIGWAl

Der Dosierabschriitt 54 der Schraube 44 enthält einen kurzen Anfangsteil 56 mit konstanter Kanaltiefe, einen langen Zwischenteil 58 mit sich zyklisch ändernder Kanaltiefe und einen kurzen Endteil 60 mit konstanter Kanal tiefe. Wie in Fig:. 2 gezeigt, sind die Anfangs- und Endkanalabschnitte 56 und 60 jeder etwa zwei Schraubenwindungen lang. Die T-e/ijfen der Materialkanäle in diesen Teilen 56 und 60 des Dosierabschnittes sind vergleichbar mit denjenigen, die in üblichen Dosierabschnitten vergleichbarer Durchmessei/verwendet werden. Infolge ihrer kurzen Länge haben die Teile 56 und 60 keine wesentliche Bestrebung, das Polymer zu überhitzen.

Der Zwischenteil 58 des Dosierabschnittes 54 der Schraube 44 hat eine sich ändernde Kanaltiefe. Der Radius der Schraubenwurzel in diesem Teil 58 der Schraube steigt an und nimmt ab wie bei einer Wellenfunktion. Die Wellenform kann symmetrisch sein, wie eine sich wiederholende Sinuswelle, oder sie kann, wenn gewünscht)eine sich wiederholende unsymmetrische Ausbildung haben. Wie dargestellt, verlauft jede Welle oder jeder Zyklus über eine Länge des Materialkanals entsprechend 1 1/2 Windungen (540°) der Achse der Schraube 44. An Stellen an denen der Radius am größten ist, ist die Kanaltiefe wesentlich geringer als die Kanaltiefe des anfänglichen und des Endteiles 56 und 60 des Dosierabschnittes. An Stellen an denen der Radius

²¹ Ä09810/08B1

BAD ORlQtNAU

am kleinsten 1st, ist aber- die Kanaltiefe größer als die Tiefe des Kanals an den Stellen 56 und 6O. Auch an tiefen Teilen größter Kanaltiefe wird jedoch der Kanal üblicherweise flacher sein, als der Kanal in dem Förderabschnitt 50 der Schraube, insbesondere im Falle solcher Schrauben, die for die Behandlung von Materialien verwendet werden, die als Puder oder kleine Kugeln mit geringer Dichte zugeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 erstreckt sich der Wellenteil 58 über Züge oder Windungen der Schraube und enthält 8 Zyklen der Welle.

Die Darstellungen a und b der Fig.3 zeigen zwei aufeinanderfolgende Zyklen_i der '"-nderung des Schraubenwurzelradius. In dem ersten Zyklus (Darstellung a) steigt die Kanaltiefe an, wenn man sich entlang dem Kanal während der ersten 27O⁰ um die Achse der Schraube bewegt^ währaü anschließend die Kanaltiefe abnimmt über eine vergleichbare Länge. Dies, ergibt aufeinanderfolgende Spitzen an gegenüberliegenden Seiten der Schraube. Wenn dieWelle durch den zweiten Zyklus verläuft (Darstellung b), steigt die Kanal tief e erneut an über '270°_y und sie nimmt dann während der nächsten 270° ab. Diese Anordnung ergibt benachbarte Spitzen und gegenüberliegende Täler in dem Materialkanal an gegenüberliegenden Seiten der Schraube, um so seitliche Stöße auszugleichen.und das Auftreten von zerstörenden ungleichen Beanspruchungen in der Strang-

409810/0851

- 22 -

presse zu verhindern.

Der Wellenteil 58 der Schraube bewirkt eine Dosierung und ein Mischen. Soweit es das Dosieren oder das Pumpen betrifft, zeigen die sich wiederholenden Wellen alle Vorteile eines Dosierabschnittes mit konstanter Tiefe. Die sich systematisch wiederholende Wellenform arbeitet wie die bekannten langen Dosierabschnitte mit konstanter Tiefe in dem Sinne, daß ein gleichförmiger Ausstoß erreicht wird, der annähernd proportional der Schraubendrehgeschwindigkeit ist, wobei ein normaler Widerstand für einen Druckstrom in Rückwärtsrichtung entlang dem Schraubenkanal hervorgerufen wird. Jede Welle verstärkt die Strömungscharakteristiken, die durch andere Wellen in gleicher Weise erzeugt werden, da jede Windung eines Dosierabschnittes mit konstanter Tiefe die durch benachbarte Windungen erzeugten Strömungscharakteristiken verstärkt.

Zusätzlich zu seinen guten Dosiereigenschaften hat der Wellenteil 58 der erfindungsgemäßen Schraube den "Vorteil, daß ein gutes Vermischen des Polymers ohne Erzeugung übermäßiger Hitze erreicht wird. In Zonen, in denen die Schraubenwurzelerhebungen den Materialkanal verengen, wird das Material hohen Scherkräften ausgesetzt, so daß unvollständig geschmolzenes Polymer durchgearbeitet und heftig mit dem geschmolzenenMaterial vermischt wird. Diese Zonen hoher Scherkräfte

409810/0851 - 23 -

sind jedoch nicht so lang, daß sie ein Ansteigen der Temperaturprobleme ergeben. Das Material bewegt sich von jeder Zone hoher Scherwirkung in eine benachbarte Zone mit vergrößerter Kanaltiefe, wo die Wärmeerzeugung stark verringert ist.

Einige beispielsweise Abmessungen sollen dazu dienen, die Art einer einstufigen Schraube gemäß der Erfindung zu erläutern, die derjenigen, wie sie in Fig.2 dargestellt ist, ähnlich ist, jedoch mit Ausnahme der Steigung der schraubenförmigen Windung 46. Fig.2 zeigt nicht die übliche "quadratische" Steigung, weil es für wünschenswert erachtet ist, eine Anzahl von Windungen in kurzem Abstand zu zeigen. Es ist jedoch festzustellen, daß eine Schraube mit "quadratischer" Steigung eine solche ist, in welcher der Längsabstand zwischen benachbarten Z-'igen oder Windungen gleich dem Durchmesser der zylindrischen Innenfläche der Strang-Pressbüchse ist, in welcher die Schraube gelagert ist.

Erwünschte Ergebnisse sind erreicht mit einer Schraube mit "quadratischer" Steigung mit einem Durchmesser von 11,5cm und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 50:1. Diese Schraube war eine solche, wie sie in Fig.2 dargestellt

- 24 409810/08 5 1

ist, und zwar in dem Sinne, daß sie einen Vorderabschnitt von etwa 5 Windungen Länge, einen Übergangsabschnitt von ungefähr 9 Windungen Länge und einen Dosierabschnitt von etwa 14 Windungen Länge enthielt. Der Dosierabschnitt enthielt einen Anfangsabschnitt mit konstanter Tiefe von etwa zwei Windungen Länge und einen ähnlichen Endabschnitt. Der Dosierabschnitt enthielt auch einen dazwischenliegenden Wellenteil von etwa 12 Winduigsn Länge mit 8 Wellen^von denen jede eine winkelmäßige Erstreckung von 54O° hatte.

Die Kanaltiefe in dem Förderabschnitt der Schraube war 2,54 cm. Die Kanaltiefe im Anfangsteil-, im Endteil und in dem Teil mit konstanter Kanaltiefe des Dosierabschnittes betrug 6,35 mm,und es nahm die Kanaltiefe im Übergangsabschnitt allmählich und regelmäßig ab von einem Wert entsprechend der Kanaltiefe im Förderabschnitt bis auf einen Wert entsprechend der Kanaltiefe indem Anfangsteil mit konstanter Kanaltiefe des Dosierabschnittes der Schraube. In dem Wellenteil des Dosierabschnittes der Schraube variierte die Kanaltiefe in Form einer Sinuswelle mit einer minimalen Kanaltiefe von 3>56mm und einer maximalen Kanaltiefe von 15,24mm.

Die in Fig.1 dargestellte Schraube 10 ist eine zweistufige Schraube mit einem Wellenteil 62 im ersten Dosier-

409810/0851

- 25 -

234040fr

abschnitt; im übrigen ist die Schraube 10 von üblicher Gestalt. Bei einem Ausführungsbeispiel hat sie einen Durchmesser von 11,5cm und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von JO:1. Die Schraube mit "quadratischer" Steigung enthielt einen Förderabschnitt von etwa 5 V/indungen Länge mit einer Kanaltiefe von 2,16cm, einen ersten Übergangsabschnitt mit etwa 5 Windungen Länge, der allmählich auf eine Kanaltiefe von 4,6mm zusammenläuft, einen ersten Dosierabschnitt mit einer Länge von einer Windung mit einer konstanten Ein- , gangstiefe von 4,6mm und einem Sinuswellenteil von ungefähr 9 Windungen Länge. Dieser Sinuswellenteil hatte eine Kanaltiefe, die sich zwischen 3,0 und 12,7mm änderte, wobei jede Welle ungefähr 1 1/2 Windungen (540°) um die Schraubenachse verlief. Im Anschluß an den ersten Dosierabschnitt folgte eine kurze, eine Windung lange Übergangszone zu einem stark abfallenden Entlüftungsabschnitt mit einer Kanaltiefe von 2,41 cm und einer Länge von etwa zwei Windungen. Eine etwas längere Übergangszone von etwa 1,5 Windungen führt von dem Entlüftungsabschnitt zu einem abschließenden Dosierabschnitt -mit einer Länge von 5,5 Windungen und einer konstanten Kanaltiefe von 8,9mm.

Die Lage des Wellenteiles 62 in dem ersten Dosierabschnitt der zweistufigen Schraube nach Fig.1 ist besonders wünschenswert im Bezug auf die Sicherstellung einer vollständigen Schmel-¹

409810/0851

- 26 -

ze des Materials, um am Auslaß der Schraube eine Schmelze hoher Qualität zu erhalten. Irgendwelche festen Materialteilchen, welche den Wellenabschnitt 62 erreichen, werden einer intensiven Durchmischung und Bearbeitung in diesem Abschnitt unterworfen, und es dient die zyklische Wiederholung der Auferlegung hoher Scherkräfte dazu sicherzustellen, daß das ganze Polymer den richtigen Zustand und die richtige Konsistenz besitzt, wenn es in den Entlüftungs- oder Entlastungsabschnitt eingebracht wird. In dem Entlüftungsabschnitt werden natürlich flüchtige Bestandteile entfernt, wenn das Material entlastet ist, und es können diese flüchtigen Bestandteile durch eine Vakuumpumpe 36 abgezogen werden.

Obwohl in den Ausführungsbeispielen nach den Pig.1 und 2 54O°-Wellen gezeigt sind, ist es nicht wesentlich, daß die Wellen eine solche Länge haben. Die Fig.4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem jede Welle nur etwa 180 lang ist. D.h. daß bei einer Schraube 64 mit einem Kanal das entlang dem Schraubenkanal sich bewegende Material einen vollständigen Zyklus der Kanaltiefenänderungen durchsetzt, wenn sich das Material um 18O° um die Achse der Schraube bewegt. Bei den Darstellungen dieses Ausführungsbeispiels ist die Windung der Schraube mit 66 bezeichnet, während die Wurzel der Schraube mit 68 bezeichnet ist.

- 27 4 09810/08 51

BAD ORIGINAL

Die Darstellungen der Fig.5 zeigen, wie der mechanische Ausgleich der Schraube bei dem Ausführunpsbeispiel der Fig. 4 aufrecht erhalten wird. Eine Welle oder ein Zyklus ist in der Darstellung a gezeigt. e e e—gy-■o, Eine folgende Welle oder ein folgender Zyklus ist in der Darstellung b gezeigt. Wie diese D_arstellungen verdeutlichen, stellt die Anwendung eines Zyklus von 1δθ° Länge sicher, daß benachbart«; Spitzen der Welle an gegenüberliegenden Seiten der Schraube liegen und dass benachbarte Täler ebenfalls an gegenüberliegenden Seiten der Schraube liegen. Dieses ausgeglichene Verhältnis schützt gegen mechanische Verlagerungen, die aufgrund ungleichmäßiger Abnutzung oder Beanspruchung der Schraube unter gewissen Bedingungen sich ergeben können. Noch eine andere Art der Veränderung des Wellenabschnittes ist in·den Fig.6 und 7 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dosierabschnitt 70 einer Doppelkanalwellenschraube am Ausstoßende einer Strangpreßschraube angeordnet. Fig.6 zeigt nicht alle der stromaufwärts gelegenen Teile der Schraube,weil diese in üblicher Weise ausgebildet sein können. Am linken Teil der in Fig.6 dar gestellten Schraube ist ein kleiner Teil eines Übergangsabschnittes gebildet durch benachbarte Gänge eines Schraubenzuges 72, wie er in den Dosierabschnitt 70 übergeht. Am Anfang des Dosierabschnittes '70 beginnt eine andere schraubenförmige

4 09810/0851

- 2.8 -

BAD ORtGiNAL

Wand 74 in der Mitte .des Strömungskanals und verläuft parallel zur Wand 72, so daß die Strömung in zwei benachbarte Kanäle 76 und 78 geteilt wird. Die Ströme von diesen beiden Kanälen vereinigen sich erneut am Ende der Schraube.

Die in den Fig.6 und7 gezeigten Wellen sind verhältnismäßig lang. In diesem Beispiel ist [jede Welle vervollständigt über eine Entfernung entsprechend drei Windungen (IO8O ) um die Achse der Schraube. Es ist bekannt, daß bei den meisten praktischen Anwendungen des Prinzips der Wellenschraube die Wellenlänge oder die Zyklenlänge irgendwo zwischen 18O , wie es in den Fig, 4 und 5 gezeigt ist und IO8O⁰, wie es in den Fig.6 und 7 gezeigt ist^liegt.

Wenn ein Zyklus mit einer Länge von IO8O⁰ verwendet wird, ist es nicht möglich, den gewünschten mechanischen Ausgleich der Schraube mit nur einem einzigen Schraubenkanal zu erreichen. Dies ergibt sich daraus, weil benachbarte Spitzen der Welle in einem gegebenen Kanal in der gleichen Winkellage um die Achse der Schraube auftreten und weil die Täler alle an der gegenüberliegenden Seite der Schraube liegen. Mit dieser Anordnung weist eine Schraubenanordnung mit nur einem einzigen ' Kanal die Neigung auf zu verbiegen in Abhängigkeit von den Kräften, die ausgeübt werden, wenn die geneigten Oberflächen

A09810/0851

- 29 -

gegen das zu behandelnde Material drücken.

Wenn aber eine Schraube mit mehreren Kanälen verwendet wird, kann der mechanische Ausgleich dadurch erreicht werden, daß die Wellen in benachbarten Kanälen gegeneinander versetzt sind. Eine solche Ausführung ist in den Fig.- 6 und 7 dargestellt, bei welcher die Wellen eines zweikanäligen Wellenabschnittes um 18O gegeneinander versetzt sind. Die Darstellung a in Fig.7 zeigt den ersten Zyklus des Kanals JO_y während die Darstellung b den ersten Zyklus des Kanals 76 zeigt. Die Zyklen in den beiden Kanälen sind gestaffelt, so daß die Scheitel im Kanal 78 auf einer Seite der Schraubenachse angeordnet sind, während die Scheitel im Kanal 76 auf der entgegengesetzten Seite der Schraubenachse liegen.

- 30 409810/0851

Es 1st auch darauf hinzuweisen, daß die Dosierwellen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 weder vorher noch anschließend durch Dosierteile konstanter Tiefe fortgesetzt werden. Obwohl kurze Teile 56 und 60 mit konstanter Kanaltiefe in den Dosierabschnitten einiger Wellenschrauben gemäß der Erfindung vorgesehen sind, kann entweder einer oder es können auch beide Teile mit konstanter Kanaltiefe weggelassen werden, wenn dies erwünscht ist.

Pig. S zeigt eine andere zweistufige Schraube gemäß der Erfindung. Diese Schraube 80 enthält einen Förderabschnitt 82, einen Übergangsabschnitt 34, einen ersten Dosier- oder Pumpabschnitt 36 mit konstanter Kanaltiefe, einen Ubergangsabschnitt 88, einen Entlüftungs- oder Entlassungsabschnitt 90, einen Übergangsabschnitt 92, einen Dosier-Wellenabschnitt 9^ und einen kurzen Dosierabschnitt 96 mit konstanter Kanaltiefe. Bei deisem Ausführungsbeispiel dient der Wellenteil 9²J- als zweiter Dosierabschnitt der zweistufigen Schraube, und er dient dazu, die Abgabe von Polymerschmelze hoher Qualität am Auslaß der Strangpresse sieherzustellen. Ausbildungen wie diese sind insbesondere geeignet für die Behandlung schwer zu schmelzender Materialien.

Eine der in Fig. 8 dargestellten Schraube ähnliche Schraube ist für die Herstellung eines festen Vinyl-Rohres bestimmt. Einige

- 31 409810/0851

beispielsweise Abmessungen dieser Schraube sollen dazu dienen, die Erfindung weiter zu erläutern. Die Schraube hat einen Durchmesser von 6,35 cm und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 30:1. Sie besitzt eine "quadratische" Steigung und enthält einen Förderabschnitt von etwa 5 Windungen Länge mit einer konstanten Kanaltiefe von 11,^3 mm. Ein vier Windungen langer abgeschrägter Übergangsabschnitt führt zu einem ersten Dosieroder Pumpabschnitt mit konstanter Kanaltiefe. Dieser erste Dosierabschnitt ist etwa vier Windungen lang und hat eine Kanaltiefe von 3»-'K5 nim. Ein kurzer Übergangsabschnitt führt dann zu einem entlasteten Entlüftungsabschnitt mit einer Kanaltiefe von etwa !"5,97 mm. Ein etwas längerer, aus zwei Windungen bestehender Übergangsabschnitt führt aus der EntlUfungszone heraus und zu einem Dosier-Wellen-Abschnitt mit einer Länge von neun Windungen. Jede Welle besitzt eine Länge von etwa 5.40° und hat eine Kanaltiefe, die sich als Sinuswelle zwischen 3,05mm und 12,2mm verändert. Ein abschließender Stabilisierungs-Dosierabschnitt mit einer Länge von zwei Windungen hat eine Kanaltiefe von 6,1mm.

Es ist auch bekannt, daß das Prinzip der Wellenschraube gemäß der Erfindung gelegentlich verwendet wird in Kombination mit Abschnitten der Barriere-Art zur intensiven Mischung des Materials. Eine solche Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt, wo ein Wellenschraubenabschnitt 98 ähnlich dem Wellenschraubenab-. schnitt 5^ in Fig. 2 verwendet wird, um Material zu einem Barriere-

409810/0851

- 32 -

Mischer 100 zu"üefern. 'Vom Auslaß des Mischers 100 durchsetzt das Material einen kurzen abschließenden Dosierabschnitt 102 mit konstanter Kanaltiefe.·

Der Mischer 100 kann eine Länge haben, die gleich der Länge von etwa zwei Windungen der Hauptschraube ist. An seinem Eingangsende (das linke Ende in Fig. 9) führen voneinander in Abstand befindliche Kanäle 104, die durch vorspringende Teile 106 gebildet werden, in axialer Richtung in die Mischeinheit. Ähnliche Kanäle 10b öffnen sich zum Auslaßende der Mischeinheit 100. Weder die Kanäle 104 noch die Kanäle 108 erstrecken sich über die volle Länge der Mischeinrichtung, und es kann das Material sich nur durch den Mischabschnitt bewegen, in dem es über Barrieren-Vorsprünge 110 bewegt, die zwischen einem Einlaßkanal 104 und einem benachbarten Auslaßkanal 108 angeordnet sind. Diese Barriere-Vorsprünge 110 sind gegenüber der Höhe der Vorsprünge 106 leicht vertieft, um den Durchgang des Materials von dem Einlaßdurchgang 104 zum Ausgangsdurchlaß 108 zu ermöglichen. Solche Mischabschnitte können ziemlich wirksam sicherstellen, daß kein ungeschmolzenes Polymer den Auslaß der Strangpresse erreicht. Andererseits bewirken sie eine sehr starke Verengung des Stromes. Diese Mischabschnitte werden normalerweise nicht benötigt, wenn die Wellenschraube gemäß der Erfindung verwendet wird, jedoch können sie verwendet werden, um die Wellenschraube zu vervollständigen, wenn dies aus irgend-einem Grunde für wünschenswert erachtet werden sollte. 409810/0851

- 35 -

ORIGINAL INSPECTED

Noch weitere Abwandlungen und Änderungen der Erfindung können von einem Fachmann ohne weiteres vorgenommen werden, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.

-.54 -

409810/0851

Claims

734 04

Patentansprüche

lly Verfahren zum Plastifizieren und Dosieren von thermoplastischem Material, bei welchem das Material in besonderer Form einer langgestreckten Kammer zugeführt una in Längsrichtung dieser Kammer durch eine Schraube durch eine Zone erhöhter Temperatur gefördert wird, um wenigstens einen wesentlichen Teil des Materials in flüssige Form zu bringen, und bei welchem das Material anschließend, durch die Schraube durch eine Dosierzone gefördert wird, um dessen Plastifizierung zu vervollständigen und das Material aus der Kammer mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in der Dosierzone durch einen Kanal gedrängt wird, der eine sich ändernde Querschnittsfläche aufweist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere Strangpresse, bestehend aus einer zylindrischen Büchse mit einer in diese Büchse eingreifenden Schraube mit im wesentlichen schraubenförmigen fördernden Zügen, wobei aufeinander-folgende Züge zwischen, sich einen schraubenförmigen Kanal bilden, durch den bei einer Drehung der Schraube relativ
409810/0851
zu der Büchse Material gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal zwischen aufeinander-folgenden Zügen der Schraube einen Wellenabschnitt '58; 62; 76, 78; 94;98) enthält, dessen Tiefe sich in Längsrichtung des Kanals zyklisch über mehrere Zyklen von minimalen zu maximalen Werten verändert, so daß das entlang dieses Teiles des Kanals geförderte Material wiederholt durch die Zonen minimaler Kanaltiefe gequetscht wird, um das Durchmischen und Schmelzen des Materials zu verstärken, während es anschließend durch Zwischenzonen größerer Kanaltiefe gefördert wird, um einer Überhitzung des Materials vorzubeugen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die'Zonen minimaler Kanaltiefe in winkelmäßig ausgeglichener Weise um die Schraube herum angeordnet sind, um seitliche Stöße zu vermeiden.

¹I. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen minimaler Kanaltiefe in Längsrichtung der Schraubenachse einen Abstand voneinander haben, der nicht größer ist als etwa drei Züge dieser Zone minimaler Kanaltiefe, wobei diese Zone um etwa- 180 um die Schraube herum gegenüber der erstgenannten Zone minimaler Kanaltiefe versetzt ist.

- 36 -'
409810/0851

BAD ORIGINAL

5. Vorrichtung nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere schraubenförmige Förderzüge ⁽l6, 78) vorgesehen sind, die mehrere schraubenförmige Kanäle mit sich zyklisch verändernder Kanaltiefe bilden und die nebeneinander in Längs-richtung der Schraube verlaufen, wobei die Änderungen der Kanaltiefe verschiedener Kanäle gegeneinander versetzt sind, um seitliche Stöße auszugleichen ^Fig. 6)
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit einem Entlüfungsabschnitt versehenen Büchse die Schraube einen Entlüfungsabschnitt des Förderkanals aufweist, der in Bezug auf den Wellenteil stromaufwärts liegt und eine Kanaltiefe besitzt, die größer ist als die Zonen größter Kanaltiefe dieses Wellenteiles.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, - dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit einem Entlüfungsabschnitt O4) versehenen Büchse die Schraube (10) einen Entlüfungsabschnitt des Förderkanals aufweist, der in Bezug auf den Wellenteil stromaufwärts liegt und eine Kanaltiefe besitzt, die größer ist als die Zonen größter Kanaltiefe dieses Wellenteiles(62)(Fig. l).

- 37 409810/0851

ORIGINAL INSPECTED

-57- 7340406
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenteil (58; 62; 76, 78; 94, 98) wenigstens einen Hauptteil eines Dosierabschnittes der Schraube bildet und daß er ausreichend lang ist, um eine Materialausstoßgeschwindigkeit zu bewirken, die im wesentlichen proportional der Drehgeschwindigkeit der Schraube und im wesentlichen unabhängig von dem 'Rückdruck am Büchsenauslaß ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierabschnitt einen kurzen Teil (56) enthält, dessen Kanaltiefe einen konstanten Wert hat, welcher zwischen den Vierten der Kanaltiefe der Zonen minimaler und maximaler Kanaltiefe des Wellenteiles (58) liegt.

_C: ,,ν. , -i^G 4098 10/085