DE2443811A1

DE2443811A1 - Strangpresse mit plastifizierungs- und mischungsschnecke

Info

Publication number: DE2443811A1
Application number: DE19742443811
Authority: DE
Inventors: Nickolas Nickolas Sokolow
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1975-03-20
Also published as: IT1021345B; CA1030708A; USB397674I5; JPS5056450A; FR2243809A1; US3998438A

Description

Hn m. PfPi

Beloit Corporation .»

Beloit, Wisconsin 535H -·■--■
U.S.A.

Strangpresse mit Plastifizierungs- und IlLschungs sehne eke

Diese Erfindung bezieht sick auf das Mischen und Plastifizieren von Kunststoff materialien in einem Extruder und* ganz besonders auf die Schnecke die diese Arbeitsgänge in dem Extruder· ausführt.

In thermoplastischen Extrudern werden Schnecken zum Mischen, Plastifizieren, und Transportieren des.Kunststoffmaterials axiel entlang der· Zylinderbohriing von dem Punkte an« wo, der Kunststoff in Form-von Kugel*- oder anderen festen Formen zugeführt wird bis an das andere Enae wo- der Kunststoff in Form von flüssiger Schmelze heraustritt_T gebraucht, üeblieherwelse werden diese Funktionen ausgeführt,, indem "man die Steigung* Dicke und SchneekenHindungen in gawissen Abständen entlang der Länge der Schnecke "gerändert» Der Kerndtirchmesser des Wellen— teiles der Schnecke ist ebenfalls manchmal gleiehmässig- verändert, um den Querschnitt z^Ti vergrossem oder zs verkleinern und, deshalb den. Daniele innerhalb eisern axiailen- 3TeIl entlang der Schneckenlänge« Auf diese Weise wird aer Kunststoff durcb.-mischt_t gescEmalzien und en-felamg den sichi failgendlsn Eeilen der Schneckenläage transportiert.- Beispiele vor? einigen "b^pisehen Esitruderschneckenförmeni werden in dien W.S> Päfemtschriften ITr. . 3,197,SI*; 3,^86,192 und 3*Q23_f43& geaeigfe.

Es ist aber imaer sekwderig den Erais-festoff: grlindlicli zu durchmischer, um neues festes Katerial koptintixeriichi zu schmelzen, da die Eügelchen dazu neigen eine feste Anhäufung zu bilden die an der Schneckenwelle anliegt wcaa sie lm\ dien Extruder ϊίίη-eintreten und dazu neigen dort stt verbleiben. weiEö. sie eater den Einfluss des Sehneekend-ruckes kornmeif« Uas drehende Schmeekenge— vrinde streift die Extruderbahrungswand. Die Scherwirkung: der Anhäufung dfe gegen die Bohrungswand gepresst wird., entwickelt Hitze wodurch die feste Anhäufungsfläche entlang der äiissereü

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Umfangsoberfläehe des Gewindes abschmelzt« Der geschmolzene Kunststoff Ist auf Beschädigungen durch Feberhitzung anfällig, solange bis er· wegtransportiert werden kann und von einem \in— geschmolzenen Kunststoffmaterialtell ersetzt werden kann. In einigen bekannten Sehne ckenausführungsfornien versucht man den Schmelzprozess zu beschleunigen, Indem man einen geriffelten Teil In der Schnecke einfügt, um das Kunststoff über eine erzähl von sich axial erstreckenden dammähnlichen radialen Kanten zu drücken _f um die Scherwirkung auf den Kunststoff zu vex'grössern, zur Erhöhung der Temperatur und zur Ferkörsung: der Schmelzzulfc. Andere bekannte Schnecken bestehen aus Umkehrungswindungen entlang einem Teil, um die Strömung umzukehren und die Hlschwirlcung zu vergrässern- Aber solche Vorrichtung wirken nur auf einen relativ kleinen Anteil des Materials an einem bestimmten Zeitpunkt und stellen noch Immer eine Trennung der Durchmlschungc-PlastlfIzlerungs-_f Transport- oder "Pumpenstufen dar. Desweitoren neigen die geriffelten, oder dammähnlichen Schnecken dazu nur· dann befriedigend zu arbeiten nachdem der Kunststoff schon teilweise geschmolzen 1st«

Diese Erfindung kombiniert die Stufen von Durchmischen ,, Schmelzen, und Transportieren des Kunststoffes _t Indem der Kunststoff kontinuierlich hohen Scherkräften von kurzer Zeitdauer unterliegt« Bas Material das sich am nächsten an der Welle der Schnecke befindet wird nach aussen gezwungen, während das Material das sich am nächsten an der Wand der Extruderbohrung befindet,das einiges zum Teil geschmolzene Kunststoff enthält,

gleichzeitig radial nach Innen gegen die Schneckendr etui case gedrückt^ Auf diese Welse wird entlang einem Hauptteil der SchneckenlSage_t der geschmolzene Kunststoff In Saherberührung entlang vielen Berührungsflächen mit äen ungeschmolzenen Teilen des Kunststoff es gebracht» Eadui-ch wird gleichzeitig die Temperatur des uHgeseliBrolzanen. Kunststofffeeiles erhöht und die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffantelies verringert, um die Temperatur: gleichförmiger durch den -gesamten. Kunststoffanteil zu verteilern der von der Schraube transportiert wird. Dadurch wird die Höflichkeit eines üeherhltzens (und potentieller Degradation des geschmolzenen Kunststoffes) verringert während die Temperatur (und dabei die Zelt wo Energie verlangt wird), um den imgeschmolzeiien. Kunststoff anteil zu schmelzen, erhöht wird.

INSPECTED _{g Q g} g ^₂/ \ Öl Q

Gemäss der Erfindung sieht man eine Schnecke vor die in einer Bohrung eines Kunststoffextruders gebraucht wird, die aus einer Hauptwelle besteht mit einer Längsdrehachse und einer Umfangsfläche, und aus einem Scbneckengewinde das sich axial entlang der Welle erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle wenigstens ein Absatzbereich vorgesehen ist der sich entlang einem Teil der Lange der Welle erstreckt sowie einen Teil des Umfanges der Welle umgibt, wobei die Fläche des Absatzes in einer radialen Richtung von der Umfangsfläche der Welle versetzt ist.

Wenn der Absatz radial nach innen versetzt ist bildet er eine tiefer liegende Tasche in der Wellenfläche, und wenn er radial nach aussen versetzt ist bildet er eine hervorstehende Erhöhung auf der Wellen-flache.

Die Mischwirkung und die radiale Scherwirkung werden von solchen Taschen und/oder Erhöhungen , sowie von den Kanten die sie bilden, in dem Wellenteil der Schnecke hervorgerufen. Wenn die Welle sich dreht, wird das Kunststoffmaterial in Bezug auf die Schneckendrehachse radial nach innen in die tiefer liegenden Taschen oder unter die hervorstehenden Erhöhungen gedrückt;, vjobei viele Grenzflächen in relativer Bewegung zwischen Kunststoffinaterialteilen innerhalb jeder Steigungslänge für die gesamte Länge der Schnecke gebildet werden, oder für eine kürzere Länge wenn erwünscht. Da das Kunststoffmaterial entlang der Extruderbohrungswand, schnell durch die .Scherwirkung in dem Schmelzfilm die von der S chneckendrsh.be we gung hervorgerufen wird, schmilzt,beginnt sich ein hülsenähnlicher Teil aus geschmolzenem Kunststoff an den äussersten Kanten der Schnecke über der komprimierten Kunststoffanhäufung zu bilden, wo es von den Schneckenwindungen abgestreift wird. Die kontinuierliche radiale nach innen und nach aussen gerichtete Bewegung des Kunststoffes wirkt abwechselnd, am die Dicke dieser geschmolzenen Kunststoffschicht zu vergrössern oder zu verkleinern, was sowohl das Kühlen der dünneren Teile der Schicht (die zuletzt geschmolzenen) als auch das Durchmischen der ungescnmolzenen Kunststoffteile mit den dickeren (relativ kühleren), geschmolzenen Kunststoffteilen erleichtert.

Jede Tasche und Erhöhung hat vorzugsweise eine relativ kurze radiale Höhe e-äer Tiefe- und erstreckt sich ringförmig um

die Welle für nur einen Teil des Umfanges, wobei die vieLen radialen Abschergrenzflaciienkontakte nur von kurzer Zeitdauer sind, wodurch ein Ueberhitzen während der Abscherwirkung abgeschwächt wird während ein maximales Durchmischen befördert wird, wobei gleichzeitig der Kunststoff axial stromabwärts in der Extruderbohrung transportiert wird. Auf diese Weise ist keine Volumenbegrenzungsvorrichtung verlangt, um ein Kunststoffschmelzen mit einer Aufopferung der Extrudergeschwindigkeit und der Produktivität zu erhalten. Die einmalige Formgestaltung ermöglicht, dass das Schmelzen, Durchmischen und axiale Transportieren des Kunststoffes gleichzeitig innerhalb jedem Gewindegang der Schnecke stattfindet, ohne den Extruder zu begrenzen mit einer kleinen Geschwindigkeit betrieben zu werden als sonst verlangt, um einen dieser Arbeitsgänge auszuführen. Deshalb kann der Extruder mit einer höheren Geschwindigkeit betrieben werden.

In Abhängigkeit von der gebrauchten Kimststoffart und des erwünschten Durchmischungsgrades, kann die Schnecke in Bereiche eingeteilt sein, wobei nur Erhöhungen oder Taschen vorgesehen sind. Da die Erhöhungen über der Wellenfläche hervorstehen und vorzugsweise nicht miteinander verbunden, aber in Abstand voneinander angeordnet sind, kann Kunststoffmaterial sich sowohl um ihre Seitenwände als auch über ihre oberen Flächen bewegen und die Abscherwirkung die dabei stattfindet ist nicht so stark als die die stattfindet wenn der Kunststoff sich in' und aus den Taschen bewegt in denen der ganze Kunststoff gegebenenfalls über die Taschenwände ausströmen muss.

Die Taschen und Erhöhungen, die entlang der Gewindelänge des schneckenförmigen Gewindes angeordnet sind, können zum Durchmischen und zum Fördern des Schmelzons entlang ihrer Ausdehnung auf der Welle benutzt werden. Auf diese Weise ist die Geschwindigkeit des Schmelzprozesses erhöht, da das kontinuierliche Verschieben und Durchmischen neuen festen Kunststoff gegen die Bohrungswand drückt, um geschmolzen zu werden ohne die Tran&port- fähigkeit der Schnecke durch spezielle Plastifizierungsbereiche mit einem kleinen Querschnitt zu hemmen . Eine Ansammlung des festen Materials wird verhindert und es verbleibt ungeschmolzen und liegt an der Wellenoberfläche an, um dabei die gesamte Schmelzzeit zu verlängern.

Nachfolgend werden an Hand von in Zeichnungen dargestellten

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Ausführungsbeispielen gemäss der · Erfindung, weitere' Vorteile und Merkmale der Erfindung näher erläutert. Es zeigen :

!ig. 1 eine Ansicht in Perspektive eines Schneckenteiles mit tiefer liegenden Taschen;

Fig. la eine Endansicht eines Wellenteiles der Schnecke gemäss 5¹Xg. 1;

Fig. 2 ist eine andere Zeichnung in Perspektive eines Teiles der Schnecke, wobei die tiefer liegenden Taschen in Schachbrettmuster auf dem Wellenteil angeordnet sind;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Achse eines' Gewindelängenteiles einer normalen bekannten Schnecke innerhalb der Extruderbohrung;

Fig. 4- einen Querschnitt durch den Bereich A-A der Schnecke gemäss'Fig.. 1 innerhalb der Bohrung eines Extruders, und durch die tiefer liegende Tasche innerhalb der Schneckenwelle;

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Bereich B-B der Schnecke gemäss Fig. 1 die gedreht wurde, um eine andere Tasche innerhalb der Welle su zeigen,

Fig. 6 eine Oberflächenabwickl»mg der Welle entlang der Gewindelänge zwischen Schneckenwindungen mit ungleichen rechteckigen Bereichen der Bodenflächen der Taschen,

,Fig. 7 eine ähnliche Abwicklung wie Fig. 6, aber wobei die tiefer liegenden Bereiche in einer quadratischen Konfiguration gezeigt werden,

Fig. 8 eine andere Abwicklungsansicht ähnlich wie Fig. G₁ wobei die tiefer liegenden Bereiche eine gleichförmigere rechteckigere Form haben,

Fig. 9 eine Abwicklung der Schnecke gemäss Fig. 10,

Fig. 10 eine Ansicht in· Perspektive eines Schneckenteiles mit Erhöhungen auf der Welle, .

Fig. 11 eine Seitenansicht eines Kunststoffextruders indem, die Schnecke betriebsbereit angeordnet ist,

Fig. 12 ein Querschnitt einer Schnecke mit abgeschrägten Taschen die flache Badenflächen bilden, Fig. 13einen Querschnitt der Welle gemäss Fig. 10 und

Fig. 14- einen Querschnitt einer Ausfiihrungsform mit Erhöhungen auf der Welle _r wobei der obere Oberflächenbereleh. von jeder Erhöhung flach und parallel zur Wellendrehachse ist· Fig. 1 veranschaulicht eine Schnecke 10 die gemäss der v/or-

liegenden Erfindung hergestellt ist. Das einzige Gewinde 16, oder Flügel^ mit einem Aussendurchmesser 19 ist schneckenförmig um den Wellenteil 8 gewickelt und hat eine kreisförmige Endprofilansicht. Der diametrale Abstand 18 zwischen den sich gegenüberliegenden Wellenflächenteilen 14 stellen den Kerndurchmesser der Schnecke dar„ Axial entlang der Längsdrehachse 20 der Schnecke befindet sich eine Anzahl von abgesetzten .Bereichen 12 die als Taschen bezeichnet werden. In der bevorzugten Ausführungsform, ist die Welle zylindrisch für ihre gesamte Länge, aber wenn erwünscht kann ein spitz zulaufender Teil vorgesehen werden»

In den Figuren I₅ 2, 6 und 8 haben die tiefer liegenden Taschen 12 in der Draufsicht die Form eines Parallelograms mit zwei sich gegenüberliegenden Kanten 23, 23' die sich im wesentlichen parallel zur Achse 20 erstrecken und mit 2 anderen Kanten 22, 22' die sich quer dazu erstrecken. Die tiefer liegenden Taschen werden von den Bodenflächenbereichen 15 gebildet, dxe sich parallel zur Wellenoberfläche 14 erstrecken die selbst im wesentlichen zylindrisch für ihre gesamte Arbeitolänge der Schnecke 10 ist, und von einer Wand 24 die' zwischen der Bodv»nf lache 15 und dem Wellenoberflächenteil· 14 gebildet ist* Der tiefer liegende Bodenflächenbereich 15 von jeder Tasche 12

gemäss den Figureal und 2 hat im wesentlichen dieselbe Form als der Bereich von jedem Oberflächenteil 14 des Wellenteiles 10 der zwischen den Taschen 12 in Schachbrettmuster angeordnet ist. Gemäss Fig. 2, ist pro Steigungslänge der Schnecke eine weitere Tasche 12 als bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 vorgesehen. Die Taschen erstrecken sich um die Welle entlang dem Gang der Schneckenwindungen, d.h. spiralförmig.

¥ie in den Figuren 1, la, und 6 gezeigt, werden die oberen und unteren Teile der kontinuierlichen Wand 24 von den Bodenkaiiten I?» I?¹, 21, 21^T und oberen Kanten 22, 22', 23, 23' gebildet. Die Kanten 17, 21, 22 und 25 sind gemäss den Figuren scharf begrenzt. In einigen Ausführungsformen, verlaufen die Seitenkan— ten 17, 17^ri 25» 23¹ cLie sich im wesentlichen koaxial zu der Welle erstrecken, so sanft in die Flächen 15 und 14 über, dass sie unbemerkbar sind oder sogar nicht bestehen. In der Tat sind alle Taschen- oder Erhöhungskanten so sanft ausgeführt, wie es notwendigist, um das Kunststoffmaterial von einer Ansammlung

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abzuhalten. In diesem Zusammenhang, sieht man vor, dass die Taschen 12 gebildet werden indem eine flache Stelle hergestellt wird, um die Bodenfläche Ip in dem Wellenteil 14 zu bilden, so dass ein Teil der Umfangsseitenwand 24 ausgeschaltet wird, und die Bodenfläche 15 ist nicht parallel zu der zylindrischen Fläche 14 des Wellenteiles, sondern zu der Längsdrehachse. Ein Querschnitteiner Schnecke mit solchen abgeschrägten Taschen 12 die die flache Bodenflächen 15e, 15f, 15g,15h bilden wird in Fig. 12 gezeigt.

In jeder der verschiedenen Formgebungen der tiefer liegenden Taschen 12, ist die Wellenteiloberfläche 14 für jede Heigungslänge kontinuierlich indem man eine Zusammenschnürung 26 darauf zwischen angrenzenden Ecken von anliegenden Taschen 12 vorsieht, so dass die Taschen nicht miteinander verbunden siüd.

Die Figuren 6, 7 und 8 sind Abwicklungen der Wellenoberflächenteile 14, 15 mit verschiedenen Taschenausführungen mit Bodenflächen 15a» 15b, 15b» Auf diese Weise können, in Abhängigkeit des gebrauchten Kunststoffes, der Schneckenwindungen und der inneren Bohrung des Extruders und anderer solcher Parameter verschiedene Fläclienformgebungen für die Taschen und ihrem relativ proportionalen Bereich in Bezug auf den Wellenteil, optimale Resultate herbeigeführt werden. Die Bereiche 15a und 15a¹ haben verschiedene rechteckige Formen, während die Bereiche 15' gemäss . Fig. 7 quadratisch geformte Bereiche haben (die nicht parallelen Seiten davon können verlängert werden,um dreieckig geformte Bereiche zu bilden) und der Bereich 15c gemäss Fig. 8 hat eine gleichförmige rechteckige Form.

Die Wirkungsweise dieser Schnecke in einem Kunststoffextruder wird besser verstanden wenn sie mit der Wirkungsweise einer Standardschnecke verglichen wird (d.h. eine Schnecke mit einem kontinuierlichen, Wellenteil mit glatter Oberfläche und mit konstantem Kerndurchmesser für wenigstens einen Teil seiner T,änge und mit einem schneckenförmigen Schraubengewinde der ebenfalls einen konstanten Auesendurchmesser hat der in die zylindrische Bohrung eines Extruders passt).

In FjLg. 3 wird solch ein bekannter Extruder gezeigt mit einem festen 3ett oder einer Anhäufung aus Kunststoff oder Kügelchen 30p die entlang dem Steigungsabstand zwischen den sich, folgenden Windungen des Schraubengewindes 16p zusammengedrückt sind,

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das innerhalb der zylindrischen Bohrungswand 32p des Extruderfasses angeordnet isto Wenn die Schnecke sich dreht, drücken die

Durch

Schraubenwindung-en in Richtung des Pfeiles 34p./axe Hitze, hervorgerufen durch die Abscherwirkung der Schraubenwindungen die dea Kunststoff gegen die Bohrungs\fard 32p quetschen, beginnt der Kunststoff gemäss den Arbeitsprinzipien der Schneckenextruder zu schmelzen» Der geschmolzene kunststoff bildet in groben Zügen eine zylindrische Form an der Stelle 3Ip₅ und neigt dazu in Bezug auf die feste Anhäufung ortsfest zu verbleiben«, entlang dem Aussendurchmesser"der Scbxaubenwindungen. Da es die nächste Schraubenwindimg nicht zugleich in axialer Richtung überqueren kann, beginnt ein Hauptteil davon sich an der Vorderseite des Gewindes anzuhäufen,. Diese Anhäufung und die relative Bewegung von geschmolzenem Kunststoff xcLrd durch den Pfeil 36p angedeutet» G-egebenenfalls ist der gesamte Kunststoffbetrag auf ähnliche Meise mechanisch behandelt, und geschmolzen \irenn die Schnecke die Kunststoffanhäufung 30p axial innerhalb dem Extruder bewegt.

Die Arbeitsweise einer Schnecke mit Taschen ifird in den !Figuren 4 und 5 veranschaulicht* Der Aussendurchmesser 19 des Schraubengewindes, der Kerndurchmesser 18 in der Welle und der innere Bohrungsdurchmesser 17 sind 2¹ Ie konstant entlang der a2£ialen Arbeitslänge des Setruders, In 3?igo 4 hat die Anhäufung von Kunststoffmaterial angefangen su schmelzen und bildet die zylindrische Form 31« Wenn die Schnecke sich dreht und die Windungen sich, vorwärts in Richtung 34- bewegen, wird ein Teil der Anhäufung der Kunststoff kugeln radial nach, innen in die tief ei· liegenden taschen 12 gedrückt, wodurch eine Verschiebung des geschmolzenen Kunststoffes erzeugt wird, um den Riss 38 der dabei swisclien dem äusseren Umfang der Kunststoffanhäufung und der inneren. Bohrungswand 32 des Extruders gebildet wird, zu füllen. Die radial nach innen gerichtete Verschiebung eines Teiles des Kunststoffes in die Tasche ruft ebenfalls einen Riss 40 hervor, der die Anhäufung in einen vorderen Teil 42 und in einen hinteren Teil 44 in der Tasche 12 einteilt und der Reihe nach, auf der Wellenteilfläche der Schnecke verbleibt. Der Riss 40 befindet sich entlang der Taschenkante 22, und ähnliche Risse werden über den Taschenkanten 23, 23' erzeugt. In der Tat werden Risse oberhalb allen Taschenkanten erzeugt ohne Rücksicht auf die Form der Taschenbodenfläche. Ein Teil des geschmolzenen Kunst-

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stoffes wird in diese Risse zwischen den Grenzflächen von Anhäufungsteilen gezwungen, um das Durchmischen in ein günstigeres Licht zu stellen, um die Anhäufung zu brechen, um einen Teil des geschmolzenen Kunststoffes weg von der Extruderbohrungswandfläche 52 zu bewegen, um die Möglichkeit eines TJeberhitzens zu verringern. Der geschmolzene Kunststoff der in die Risse eirfritt wird von festem Kunststoff ersetzt wenn die Schnecke sich dreht, um ein weiteres Schmelzen zu befördern.

Wenn Kunststoff in einem Extruder geschmolzen wird, ist es wichtig, dass der Kunststoff nicht überhitzt oder gesenkt wird. Da geschmolzener Kunststoff heisser als ungeschmolzene Kugeln ist, wird, je schneller und besser die geschmolzenen und ungeschmolzenen Teile .durchmischt werden, desto schneller wird ,iede Hitzeüberschreitung in dem geschmolzenen Teil von dem ungeschmolzenen Teil absorbiert. Dies·ist beitragend für sowohl die Herabsetzung der Möglichkeit eines i/eberhitzens des geschmolzenen Teiles pls auch für die Erhöhung der Temperatur des ungeschmolzenen Teiles, wobei die Zeit und Energie die notwendig •ist, um das Kunststoff zu schmelzen, verringert wird.

Die Risse beschleunigen ebenfalls das Durchmischen des Kunststoffes, indem ein Teil des geschmolzenen Kunststoffes an dem äusseren Umfangder Schnecke radial nach, innen fliessen kann, um mib einem Teil des unteren Anteils der Kunststoffanhäufung in Berührung zu kommen (nahe an der Wellenoberfläche 14·),

Eine weitere· Mischung und Plastifizierung wird erzeugt wenn die Schraube sich in die Stellung geiaäss IPig. 5 bewegt. Mit dem kombinierten Druck der Kräfte die von den drehenden Schneckenwindungen auferlegt werden und der radial nach innen und nach aucsen gerichtete Bewegung des Kunststoffes in Bezug . auf die Achse der Schneckendrehbewegung wenn es über die sich bewegende Wellenoberfläche 14· und Bodenfläche 15 einer Tasche 12 bewegt wird, wird der hintere Anhäufungsteil 42 gegen die Bohrungswand 32 gepresst während der vordere Anhäufungsteil 44 in eine andere Tasche 12 gezwungen wird. Dadurch wird' der. vorher geschmolzene Kunststoff an dem äusseren Umfang der Kunststoffanhäufung 42 in eine dünnere Schicht gepresst, während ein Teil dieses geschmolzenen Kunststoffes vorwärts in eine Stellung über den vorderen Anhäufungsteil 44 bewegt wird. Der unges chiaolz ene Anhäufungsteil wird nach oben an den äusseren

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Gewindeumfang gedrückt, um bearbeitet und geschmolzen zu werden.

Wenn der vordere Anhäufungsteil sich, in eine Tasche bewegt, wird das Material das sich schon darin befindet herausgedrückt und wieder nach oben auf die Wellenoberfläche 14. All diese radial nach innen und nach aussen gerichteten sowie kreisförmigen Bewegungen des Kunststoffmaterials rufen eine Vielzahl von Rissen hervor deren Stellungen konstant in dem Material verschiebt werden, um das Plastifizieren des ungeschmolzenen Anteiles und das Durchmischen der geschmolzenen und ungeschmolzenen Anteile an den Grenzflächen der Risse zu befördern.

Da alle Schneckenwindungen einen Voreilungswinkel haben, wird der Kunststoff ebenfalls in einer mehr oder v/eniger axialen Richtung 34 verschoben wenn die Schnecke sich dreht, wobei

Risse 44 in einer wenig anderen axialen Stelle in der Kunststoffais
anhäufung auftreten/Wenn sie aus dar Stellung gemäss Fig. 4 in die Stellung gemäss Fig. 5 geschiebt wird. Die Grosse und Form der tiefer liegenden Taschen 12 und ihre Stellung in Bezug aufeinander tragen ebenfalls zur Formgebung bei und heben das Verschieben der Risstellungen hervor wenn der Kunststoff in und aus den Taschen bewegt wird. Der Wnudel zwischen den vorderen und hinteren Kunststoffteilen 44, 4? die in Bezug aufeinander gepresst und entspannt werden und die konstant verschiebbare Stellung der Risse die sich vereinigen, um grosse radiale Abscherkräfte von.kurzer Zeitdauer hervorzurufen-und, um den Kunststoff während jeder SteigungsLänge entlang der Schneckenachse wenn er sich in und aus den Taschen bewegt, vollständig zu vermischen und zu plastifizieren, ohne ihn zu überhitzen. Die Dauer d^r hohen Abscherkräfte ist eine Funktion der Schneckengeschwindigkeit, des Wellendurchmessers und der Umfangsgrösse der Tasche. In Fig. 5» stellen die Pfeiler 36', 37» 39 die verschiedenen Wege dar die von dem Kunststoff eingenommen werden, wenn er zwischen den VJindungskanten und der Extruderbohrungswand 32' (Pfeil 37) wandert, sich vor dem Schneckengewinde (Pfeil 36') sammelt und sich mit den festen Kunststoffpartikeln in dem Riss 40 vermischt. (Pfeil 39).

Einige bevorzugte Formen und Anordnungen von Taschen werden , in den "Figuren 6 bis 8 gezeigt, obschon andere naheliegende Formen und Verbesserungen davon beabsichtigt werden die auch die

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erwünschte Wirkung auf den Kunststoff erzeugen und einen Teil der Erfindung bilden.

Der frisch erzeugte geschmolzene Kunststoff über dem hinteren Anhäufungsteil 42,kombiniert mit jeder Schmelze die durch ihren Heraustritt aus der Tasche (Fig. 5) gequetscht wird, wird in die Lücke der festen Kügelchen gezwungen die die Anhäufung bilden, um den Plas.tifizierungs- und Durchmischunksprozess weiter zu befördern. Dieser Arbeitsgang ist umgekehrt wenn der vordere Teil 44· gepresst (Fig. 4) und der hintere Teil 42 entspannt wird.

Wenn der Kunststoff sich von dem hinteren Teil der Schnecke in dem Extruder nach vorne bewegt·, kombiniert mit der kontinuierlichen Bildung der Risse und der Abscherwirkung an den Grenzflächen davon, zusammen mit einem konstanten Druck, um den Kunststoff radial nach innen und nach aussen zu bewegen wenn er sich in und aus den Taschen bewegt, ruft zusammen mit der Hitze die zwischen dem Kunststoff entsteht der gegen die Bohrungswand des Extruders wirkt, hervor,dass der Kunststoff vollständig schmilzt und sich ganz durchmischt bevor er herausgestossen wird.

In den Figuren 9j 101 13 und 14 wird eine verschiedene Ausführungeform gezeigt. Anstelle von tiefer liegenden Taschen in der Schneckenwelle, haben die Absatzbereiche die Form von hervorstehenden Erhöhungen 70 die auf der Wellenfläche 14' gebil- ' det sind. Sowie mit den Taschen, bildet eine Seitenwand 24' jeden Erhöhungsumfang. In Fig. 9, stellen die schattierten Teile die radial innen liegenden Flächen (d.h. Wellenfläche 14') dar, und mit den Figuren 6-8 übereinstimmend, wo die Schattierung die Bodenflächen der Taschen darstellt. Die Erhöhungen sind nicht miteinander in Verbindung und die Lücke 72 wird zwischen angrenzenden Erhöhungen auf .der kontinuierlichen zylindrischen Wellenoberfläche 14 aufrechterhalten. Der obere Flächenbereich 73 von jeder Erhöhung kann sowohl gewölbt sein, um parallel mit der Schneckenwellenfläche verlaufen, als auch flach. (Fig. 14), um mit der Drehachse der Welle, wenn erwünscht parallel zu sein. Desweiteren ist vorgesehen, dass die Erhökungsabwicklung eine rechteckige, quadratische, dreieckige oder irgendeine andere geometrische Form, wie die Taschen, haben kann.

Beim Arbeitsgang findet das Pressen, Entspannen und die radiale Abscherwirkung auf den Kunststoff im wesentlichen in

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derselben Art und Weise statt als beim Arbeitsgang der im Zusammenhang mit den Taschen beschrieben wurde„ Da aber die Erhöhungen eine erhöhte obere Fläche über der zylindrischen Welle bilden, "bewegen sich einige Kunststoffanteile auf der Wellenoberfläche herum durch die Lücke 72 zwischen der Erhöhungen sowie über die obere Fläche. Deshalb ist die Intensivität der radialen nach innen und nach, amssen gerichteten Abscherwirkung, wenn der Kunststoff sich auf und von der Erhöhungsgrundfläche bewegt, schwächer als die₉ die bei der Ausführungsfor,m mit faschen erreicht wird.

In Bezug auf Pig. 11, kann die Schneeke in Bereiche aufgeteilt werden, um den Vorteil von den relativen Intensivitäten der Abscherwxrkung die durch die Erhöhungs- und Taschenformen hervorgerufen werden au nutzen. Wegen Darstellungsgründen ist die Schnecke .in dem Extruder gemäss Fig* 11 in ungefähr gleichlange Bereiche 74·, 76₉ 78 aufgeteilt, um flache Erhöhungen beziehungsweise Vertiefungen zu veranschaulichen. Im allgemeinen hat das stromaufwärtige Ende der Schnecke, nahe an dem Kunststoff einlass, auf jeden Fall einen flachen Wellenteil ohne jede Erhöhung oder Tasche, da das Sehneclrengewinde eine kurze Zeitperiode beansprucht j um die festen Kugel clien, Flocken oder Schnipsel mechanisch zu bearbeiten und sie auf Schmelztemperatur zu bringen bevor das Durchmischen verlangt ist.

Desweiteren ist vorgesehen, dass der Rest der Schneckenlänge vollständig mit entweder Erhöhungen oder Taschen oder mit beiden, in verschiedenen axialen Längen und Stellen versehen werden kann, um den erwünschten Mischungsgrad an ganz bestimmten Stellen entlang der Schneckenlänge zu erzeugen. Sowohl die Taschen als °auch die Erhöhungen können sich nur entlang einen Teil der axialen Länge der mit dem Gewinde versehenen Welle, wenn erwünscht, erstrecken.

In Fig. 11 zeigt man einen konventionnellen Kunststoffextruder, in dem die Schnecke 10'' drehbar gelagert ist, um wie vorher beschrieben betrieben zu werden- Mit Ausnahme der Konstruktion und der Arbeitsweise der vorher beschriebenen neuen Schnecke ist die Anordnung und Arbeitsweise des Extruders herkömmlich. Ein Motor 48 treibt die Schnecke 10' · durch einen Geschwindigkeitsreduktor 50 und eine Kupplung 52 an. Kunststoffkügelchen werden in einem Trichter 54 gehalten und durch die Zuführungseinschnurung 56 in das Innere der zylindrischen

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Bohrung des Extruderfasses 58 eingeführt. Der Durchmesser des Schneckengewindes 3 6 ist ebenfalls so gebaut, um ein zylindrisches Umfangskantenprofil zu bilden das in die Extruderbohrung passt. Die Arbeitslänge ist die axiale Länge des Schneckengewindes. Heizelemente 64 sind um den äusseren Umfang des Extruderfasses angeordnet, um die Teile auf einer gleichförmigen Temperatur zu halten und, um ein Abkühlen des geschmolzenen Kunststoffes an der Bohrungswand zu vermeiden. Der geschmolzene Kunststoff wird durch ein Sieb 60 gezwungen und durch eine Düse 62 nach aussen gedrückt.

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Claims

lot Schneckec. sum Gebruach in einer Bolirung eines Kunststoff

die aus einer Hauptwelle besteht mit einer Längsdrehachse und einer Umfangsflache_? und aus einem Schneckengewinde das sieh axial entlang der Meile erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der· Welle wenigstens ein Absatzbereich vorgesehen ist der sich entlang einem Teil der Länge der Welle erstreckt sowie einen Teil des Umfanges der Welle, umgibt,wobei, die Fläche dieses Absatzbereiches in radialer Richtung ¥on der Umfangsflache der Welle versetzt ist»
2. Schnecke nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatzbereich radial nach innen auf der Wellenfläche versetzt ist j um den Boden einer Tasche zu bilden die in der Wellenfläche liegt«
3» Schnecke nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, dass d&r Absatzbereich radial ausserhalb der Wellenflache versetzt ist, um die obere Fläche einer Erhöhung zu bilden die von der Wellenfläche nach aussen hervorsteht.
4„ Schnecke, nach Anspruch 2, und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 'dass eine Anzahl von Absatzbereichen vorgesehen ist, wobei einige davon die Böden von Taschen bilden die in der Wellenfläche liegen und andere die oberen Flächen von Erhöhungen bilden die von der Wellenfläche hervorstehen.
• 5· Schnecke nach einem der Ansprüche 1- 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Absatzbereiches gewölbt und parallel zu der UmfangsfLäche der Welle ist.
6. Schnecke nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Absatzbereiches im wesentlichen flach ist.
7. Schnecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des flachen Absatzbereiches parallel zur Längsdrehachse der Welle ist.
8.' Schnecke nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatzbereich durch eine kontinuierliche Wand in Abstand von der Wellenoberfläche angeordnet ist.
9. Schnecke nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatzbereich eine quadratische Form hat.
10. Schnecke nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Gewindesteigungslänge eine Anzahl von Absatzbe-

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- 15 reichen angeordnet sind.
11. Schnecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Absatzbereiche in Abstand voneinander entlang dem schneckenförmigen Gewinde entlang derWellenoberfläche angeordnet sind.
12. Schnecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Absatzbereiche Schachbrettähnlich entlang dem sehneekenfcmigen
Gewinde entlang der Wellenoberfläche angeordnet sind.
13· Schnecke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Flächen der Absatzbereiche und die der dazwischen liegenden Vellenflächenteile im wesentlichen gleich sind.
14. Schnecke nach einem der Ansprüche 1-13» dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungsabstand des Schneckengewindes für die
Länge des Schneckengewindes konstant ist.
15. Schnecke nach einem der Ansprüche 1-14-, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Umfangsflächen des Schneckengewindes
unter der Welle eire zylindrische Form für die Länge der
Schnecke haben.

E09812/1Q2Q

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