DE2500102A1 - Mehrfachschneckenextruder, insbesondere fuer thermoplastische materialien - Google Patents

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Patentanwälte Dipl-Ing. F.¥£ickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickman-m, D-pl-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, D1PL.-CHEM. B. Huber

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Mehrfachschneckenextruder, insbesondere für thermoplastische Materialien

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mehrfachschneckenextruder, insbesondere für thermoplastische Materialien, aber auch für Gummi, wärmehärtbare, flüssige bzw. fließfähige Stoffe, usw., umfassend einen Zylinder mit einem stromaufwärts gelegenen und einem stromabwärts gelegenen Ende, zumindest zwei ineinander greifende und im Inneren des Zylinders angerodnete Schnecken und Abstützeinrichtungen zum Lagern der Schnecken, die zumindest einen schneckenförmigen Steg aufweisen, welcher sich zumindest über einen Teil der Länge der Schnecke erstreckt, wobei jeder Steg auf der Schnecke einen Schneckenkanal begrenzt.

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Man verwendet Mehrfachschneckenextruder vorzugsweise wenn sich das zu extrudierende thermoplastische Material in seinem Anfangszustand in Pulverform befindet. Diese Art von Extrudern erweisen sich als wirkungsvoller für die Behandlung von plastischen ilaterialien als Extruder mit einer einzigen Schnecke. Durch das Ineinandergreifen ihrer Stege gewährleisten die Schnecken einen zwangsweisen Transport des thermoplastischen Materials in Richtung auf die Austrittsdüse, während bei Maschinen mit einer Schnecke die Förderung in Richtung der Maschinenachse ein Ergebnis der Viskosität ist und aus der Reibung gegenüber der Wand des Zylinders sich ergibt, welcher das Material zurückhält und ein Mitdrehen mit der Schnecke verhindert.

Man kennt bereits verschiedene Mehrfachschneckenextruder. Im allgemeinen sind zwei parallele Schnecken mit gleichem Profil vorgesehen. Häufig weisen diese Schnekken verschiedene aufeinanderfolgende Zonen auf, die durch verschiedene Steigungen und verschiedene Profile der Stege gekennzeichnet sind. Wenn die Stege gleichzeitig komplementär sind und das gleiche Profil aufweisen, bewirken sie bei den meisten möglichen Bedingungen eine zwangsweise Förderung des Materials. Bei diesen Bedingungen entsteht eine Mischung im Inneren der durch die Stege begrenzten Schneckenkanäle derart, daß eine unregelmäßige Erhitzung aufgrund von örtlichen Reibungen zu verschiedenen Temperaturen und selbst zu einer Störung der Homogenität im Aufbau des Materials im Moment des Erreichens der Extrusionsdüse führen könnte. Aus diesem Grunde sind bereits zumindest in bestimmten Zonen des Extruders an den Schnecken ähnliche, jedoch nicht komplementäre Profile vorgesehen worden. Hieraus ergibt sich, daß in diesen Zonen freie Räume zwischen den

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Schnecken bestehen und daß deshalb die Förderung des Materials nicht mehr zwangsweise erfolgt. Es können sich Materialmischungen bilden, die darauf hinzielen, die Homogenisierung zu fördern. Diese turbulenten Bewegungen, die diese Mischungen verwirklichen, sind jedoch nicht gesteuert und in manchen Fällen stellt man Materialansammlungen fest, die die Verschiebungen stören.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mehrfachschneckenextruder zu verwirklichen, der dank einer besonderen Anordnung der Stege nicht nur eine zwangsweise Fortbewegung des Materials entlang des Zylinders, sondern auch eine zwangsweise Zirkulation des Materials von einem Schneckenkanal zum anderen über die Spalte bzw. das jeweilige Spiel sichert, deren Abmessungen nach Belieben wählbar sind. Man erhält daher einen Knetvorgang und eine zunehmende Mischung, an welcher praktisch das gesamte Material im Laufe seiner Verschiebung im Extruder teilnimmt.

Zu diesem Zweck ist der Extruder der eingangs erläuterten Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken einander ergänzende bzw. komplementäre Profile aufweisen, wobei die Stege das gleiche Profil wie der Schneckenkanal aufweisen, in den sie eingreifen, daß die Schneckenkanäle zmd. einen Schneckenkanal, dessen Querschnitt von dem stromaufwärts gelegenen Ende zum stromabwärts gelegenen Ende abnimmt und zumindest einen Schneckenkanal, dessen Querschnitt von dem stromaufwärts gelegenen Ende zum stromabwärts gelegenen Ende zunimmt, umfassen, und daß die Abstützeinrichtungen die Stege in Eingriff in den Schneckenkanälen mit einem der-

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artigen Spiel halten, daß das in einem Schneckenkanal mit abnehmenden Querschnitt beförderte Material zunehmend in einen Schneckenkanal mit zunehmendem Querschnitt übertritt.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen eines Extruders nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der die Erfindung beispielsweise dargestellt ist. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 4 schematische Längsschnitte von vier Ausführungsformen, und

Fig.1a einen Querschnitt durch einen Extruder nach Fig. 1 senkrecht zur Längsachse.

Die Beschieckungstrichter, Austrittsöffnungen, Zylinder, sowie Abstützeinrichtungen für die Schnecken dieser vier Extruder sind schematisch dargestellt und es ist selbstverständlich, daß die Anordnungen der Beschickungstrichter und der Austrittsöffnungen entsprechend den jeweiligen besonderen Erfordernissen angepaßt werden können. Die Zeichnung ist lediglich dazu bestimmt, die Funktion der Stege und Schneckenkanäle und den Weg aufzuzeigen, welchem die einzelnen plastischen Materialteilchen wärhend ihrer Verschiebung vom Aufgabetrichter bis zur Austrittsöffnung folgen.

Bei der ersten Ausführungsform weist der Zylinder 1 einen Beschickungstrichter an seinem stromaufwärts gelegenen Ende und eine Austrittsöffnung 3 an seinem stromabwärts gelegenen Ende in der Zylinderachse auf. Die beiden Schnecken 4 und 5 sind parallel zueinander im Inneren des Zylinders 1 vorgesehen. Sie sind durch Lager 51

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und 52 abgestützt, die in einer stromaufwärts gelegenen Wand 6 angeordnet sind und werden sowohl im Uhrzeigersinne als auch gegen den Uhrzeigersinne angetrieben, wenn man den Extruder von links nach rechts in Fig. 1 betrachtet. Die beiden Schnecken 4 und 5 sind übereinander angeordnet und weisen einander ergänzende Profile auf, die jedoch untereinander unterschiedlich sind. Die Schnecken sind vereinfacht ausgedrückt durch einen zylindrischen Kern mit einem dem Durchmesser des im Lager der Wand 6 gehaltenen Teiles entsprechenden Durchmessers und durch einen schraubenförmig gewundenen Steg gebildet. Die Durchmesser der beiden Kerne der Schnecken 4 und 5 sind gleich,obgleich bei anderen Ausführungsformen man ebenso Schnecken mit unterschiedlichen Kerndurchmessern vorsehen kann. Die Durchmesser der Stege sind ebenfalls gleich und der Abstand zwischen den Achsen der Schnecken ist gleich der Summe der Kernradien vermehrt um die Differenz zwischen den Stegradien und den Kernradien. Diese Abmessungen sind jedoch theoretisch und weichen ein wenig von den tatsächlichen Abmessungen ab. Wie dies weiter unten noch näher erläutert wird, sind 'die Spalte mit vorbestimmten Abmessungen zwi sehen dem Steg der Schnecke 4 und dem Kern der Schnekke 5 sowie zwischen dem Steg' der Schnecke 5 und dem Kern der Schnecke 4 vorgesehen. Diese Spalte sind auch zwischen der stromabwärts liegenden Stegflanke der Schnecke 4 und der stromaufwärts liegenden Stegflanke der Schnecke 5 und umgekehrt zwischen der stromabwärts liegenden Stegflanke der Schnecke 5 und der stromaufwärts liegenden Stegflanke der Schnecke 4 vorgesehen. Diese Spalte können verschieden sein. Um eine Einstellung zu ermöglichen, sind die Lager-51 und 52 einstellbar und mit axialen Anschlägen ausgerüstet, die die Lage der Schnecken in den Zylinder in axialer Richtung festlegen.

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Die Fig. 1a zeigt, daß der Zylinder 1 einen Querschnitt mit länglicher Form aufweist und die Stege der Schnecken eng umschließt. Die Spalte zwischen den Stegen und der Zylinderwand können jedoch größer als diejenigen sein, die man bei einem Extruder mit einer Schnecke vorsieht, da der Eingriff der Schnekken eine zwangsläufige Verschiebung des Materials parallel zur Schneckenachse bewirkt.

Entsprechend Fig. 1 nimmt die Stegbreite des Steges 7 der Schnecke 4 stetig von dem stromaufwärts gelegenen oder oberen Ende in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende zu. Dieser Steg ist demnach von zwei Kanten begrenzt und zwar einer stromaufwärts gelegenen Kante 8 und einer stromabwärts gelegenen Kante 9, die sich auf schraubenförmigen Linien mit unterschiedlichen Steigungen erstrecken, wobei die Steigung der Schraubenlinie 9 größer ist als die Steigung der Schraubenlinie 8. Der Steg 7 begrenzt zwischen den Kern der Schnecke 4 und der Innenwand des Zylinders 1 einen Schneckenkanal mit abnehmendem Querschnitt.

Was den Steg 1o der Schnecke 5 anlangt, so ist dieser komplementär zum Steg 7 ausgebildet. Seine Breite ist ausgehend vom stromaufwärts gelegenen Ende zum stromabwärts gelegenen Ende abnehmend. Dieser Steg wird von zwei Kanten begrenzt, und zwar einer stromaufwärts gelegenen Kante 11 und einer stromabwärts gelegenen Kante 12, die sich auf schraubenförmigen Linien mit unterschiedlichen Steigungen erstrecken, wobei die Steigung der Kante 11 die gleiche ist wie diejenige der Kante 9 und die Steigung der Kante 12 der Steigung der Kante 8 entspricht. Dieser Steg begrenzt auf der Schnecke 5 einen Kanal mit zunehmenden Abmessungen und die Volumina

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- 7. entsprechen denjenigen des Steges 7.

Der Beschickungstrichter 2 wird mit einem Pulver eines thermoplastischen Materials gespeist, Welches sich an dem stromaufwärts gelegenen Ende in die Kanäle der Schnecken 4 und 5 einlegt und die Drehung der Schnekken befördert das Material wegen des Eingriffs des Steges Io in den Kanal der Schnecke 4 und des Steges 7 in den Kanal der Schnecke 5 in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende. Im Laufe der Verschiebung wird das ursprünglich im Kanal der Schnecke 4 vorhandene Material einer Verdichtung aufgrund der Verengung des Kanales unterworfen. Aufgrund dieser Verdichtung wird das Material zunehmend für die zwischen dem Kern der Schnecke 4 und dem Steg 1o einerseits und zwischen der stromabwärts gelegenen Flanke 9 des Steges 7 und der stromaufwärts gelegenen Flanke 11 des Steges 1o andererseits in den Kanal der Schnecke 5 gepreßt, wobei das Material, welches diesen Kanal ausfüllt, im Gegensatz hierzu eine Verminderung der Verdichtung im Laufe seiner Verschiebung erfährt, da dieser Kanal sich zunehmend erweitert.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung sichert daher eine gute zwangslaufige Zirkulationdes zu extrudierenden . Materials von dem.Kanal der Schnecke 4 in den Kanal der Schnecke 5. Der größte Teil dieses Materials gelangt daher in einem bestimmten Moment während seiner Verschiebung durch einen engen Spalt, der zwischen den Elementen der Schnecken vorgesehen ist. An dieser Steile befindet sich das Material in Berührung mit den Metallteilen der Schnecken oder in unmittelbarer Nachbarschaft zu diesen Teilen. Vtgen der thermischen Leitfähigkeit von Metall und den Möglichkeiten, die vorgesehen

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werden können, um die Schnecken zu erhitzen oder zu kühlen, ist das Material einer Temperatur unterworfen, die mit hoher Genauigkeit festgelegt werden kann. Hierdurch vermeidet man lokale Überhitzungen oder eine unzureichende Erhitzung bestimmter Teile des plastischen Materials. Man stellt andererseits eine innige Mischung dieses Materials sicher. Es ist nicht notwendig, daß die Einstellung einer jeden Schnecke in bezug auf den Zylinder ebenso eng ist wie diejenige, welche den Transport des zu extrudierenden Materials in einem Extruder mit einer Schnecke und einem Steg erfordert. Selbst bei ausreichenden Spalten, die örtliche Erhitzungen vermeiden, ist die Förderung des zu extrudierenden Materials im Zylinder gesichert.

Der Extruder kann mit großer Geschwindigkeit arbeiten und liefert am Austrittsstutzen 3 ein plastisches Material, das so homogen wie möglich ist und exakt die gewünschte Temperatur aufweist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist wieder der Zylinder 1 mit dem Beschickungstrichter 2 und dem Austrittsstutzen 3 vorgesehen. Außerdem sind zwei Schnecken 24 und 25 vorgesehen, die parallel zueinander angeordnet und komplementär ausgebildet sind. Diese Schnecken sind in Lagern drehbar gelagert, die in der Wand 6 am stromaufwärts gelegenen Ende des Zylinders 1 vorgesehen sind. Die Schnecke 24 unterscheidet sich von der Schnecke 4 dadurch, daß sie einen zweiten Schnekkenkanal aufweist, der sich über einenTeil der Schnekkenlänge erstreckt und durch eine Nut in dem Steg 7 gebildet ist. Sie unterscheidet sich weiterhin dadurch, daß der Eintrittskanal sich bis zu seinem vollständigen Verschwinden am stromabwärts gelegenen Ende der Schnekke verengt. Der Steg 7, wie man ihn am stromaufwärts

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und an dem stromabwärts gelegenen Ende der Schnecke 24 wiederfindet, ist daher in seinem mittleren Teil dieser Schnecke in zwei Stege 16 und 17 mit konstanter Breite, jedoch mit geringfügig unterschiedlichen Steigungen unterteilt. Der stromabwärts gelegene Steg 17, der sich vom Steg 7 an einem in der Zeichnung nicht sichtbaren Punkt abzweigt, weist eine größere Steigung als der stromaufwärts gelegene Steg 16 auf und die Differenz der Steigungen ist bestimmt durch die Funktion der Anzahl der Windungen des Steges 16. Dieser Unterschied entspricht der Steigung des Steges 16, geteilt durch die Anzahl der Windungen dieses Steges. Hieraus ergibt sich, daß am stromabwärts gelegenen Ende der Schnecke der Steg 17 sich wieder mit dem Steg 16 vereint, nachdem er eine Windung weniger beschrieben hat.

Was die Schnecke 25 anlangt, so unterscheidet sich ihre Form von derjenigen der Schnecke 5 dadurch, daß ein Ergänzungssteg 18 mit zunehmender Breite und dem gleichen Durchmesser wieder Steg Io in den Zentrum des Raumes vorgesehen ist, welcher den Kanal dieser Schnecke bildet. Der Ergänzungssteg weist eine stromaufwärts gelegene Kante 19, die parallel zur Kante 12 des Steges 1o verläuft, und eine stromabwärts gelegene, parallel zur Kante 11 des Steges 1o verlaufende Kante 2o auf. Zwischen diesen Kanten begrenzt der Ergänzungssteg zwei Schnecken-Nuten mit konstanten Abmessungen, die eine der Form der Stege 16 und 17 entsprechende Form aufweisen, wobei diese Stege in diese Nuten eingreifen.

Die Schnecken 24 und 25 drehen sich Im gleichen Sinne wie die Schnecke 4 und 5, und man stellt dabei fest, daß das zu extrudierende Material, welches an dem stromve -

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aufwärts gelegenen Ende des Zylinders einerseits den einzigen, durch den Steg 16 und sein stromaufwärts gelegenes Ende 7 begrenzten Kanal und andererseits den einzigen Kanal der Schnecke 25 ausfüllt, in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende aufgrund des Eingriffs der beiden Schnecken befördert wird. Die Verengung des Eintrittskanales der Schnecke 24 bewirkt eine Kompression des Materials derart, daß dieses zwischen den Kern der Schnecke 24 und dem Steg 1o durchgedrückt wird und in die zwischen den Kanten 11 und 2o der Schnecke 25 vorgesehene Nut eindringt. Gleichzeitig neigt das bereits in dieser Nut enthaltene Material dazu gegen den Kern der Schnecke 24 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Steges 17 gedrückt und in den komplementären Kanal geschoben zu werden, der sich entlang der Schnecke 24 erweitert. Im übrigen kann man bei dieser Ausführungsform auch Spalte zwischen den beiden Schnecken vorsehen, daß der Eingriff dieser Schnecken einen so vollständig wie möglich ausgebildeten Verschluß bildet und eine zwangsweise Verschiebung des Materials in Achsrichtung des Zylinders sichert. In diesem Falle kann der übertritt des Plastik-Materials von dem Eintrittskanal, welcher an der stromaufwärts gelegenen Seite durch den Steg 17 und an der stromabwärts gelegenen Seite durch den Steg 16 begrenzt ist, in den komplementären Kanal, der an der stromabwärts gelegenen Seite durch den Steg 17 und an der stromaufwärts gelegenen Seite durch den Steg 16 begrenzt ist, über ein ausreichendes Spiel vor sich gehen, daß zwischen dem Steg 17 und der Zylinderwand belassen ist, während der Spalt zwischen dem Steg 16 und dieser Wand des Zylinders auf ein Minimum reduziert ist, um eine Förderung des plastischen Materials zu gewährleisten. Man sieht in Fig. 2, daß der Ein-

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trittskanal sich zunehmend gegen Null verringert, während der Austrittskanal sich zunehmend in der Weise erweitert, daß er an dem stromabwärts gelegenen Ende nur durch die letzte Windung des Steges 16 begrenzt ist.

Bei dieser Ausführungsform zwingt die geometrische Ausgestaltung der Schnecke das Material zu einer Verschiebung entlang des Zylinders und zu einem zunehmenden übertritt durch einen engen Spalt, der zwischen Metallteilen vorgesehen ist, was eine Homogenisierung und einen Temperaturausgleich bewirkt, sowie eine örtliche überhitzung vermeidet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist wiederum in schematischer Weise der Zylinder 1 vorgesehen, der jedoch langer ausgeführt ist, als bei der ersten Ausführungsform. Der Austrittsstutzen ist ebenfalls nahe der Zylinderachse vorgesehen, obgleich es in diesem Falle möglich ist, ihn nahe der oberen Schnecke vorzusehen, die mit 34 bezeichnet ist, während die untere Schnecke das Bezugszeichen 35 trägt. Die Schnecken 34 und 35 sind gleichzeitig durch die Wand des Zylinders geführt und durch ein Lager gelagert, welches diese Schnecken am stromaufwärts gelegenen Ende abstützt und welches in der Wand 6 vorgesehen ist. Der Beschickungstrichter 2 befindet sich auf einer oberen Mantellinie des Zylinders 1. Als Variante kann man - wie bei den anderen Ausführungsformen - auch zwei Schnecken vorsehen, die sich in gleicher Höhe befinden und die Beschickung kann oberhalb der einen oder der anderen, oder zwischen beiden Schnecken erfolgen.

In der stromaufwärts gelegenen Hälfte weisen die Schnekken 34 und 35 die gleiche Form wie die Schnecken 4 und 5 nach Fig. 1 auf, während in dem stromabwärts gelegenen

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Teil die Schnecke 34 die gleiche Form wie die Schnekke 5 und die Schnecke 35 die gleiche Form wie die Schnecke 4 besitzt. Jede Schnecke weist daher einen einzigen Steg auf, dessen Breite sich verändert. Der Steg derS chnecke 34 erweitert sich zuerst zunehmend, um dann in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende wieder abzunehmen. Er begrenzt so zwischen seinen Windungen einen Schneckenkanal, dessen Breite zuerst abnimmt und dann stetig zunimmt. Was die Schnecke 35 anlangt, so besitzt diese eine zur Schnecke 34 komplementäre Form und die Funktionsweise ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Das Material, das den durch den Steg der Schnecke 34 begrenzten Schneckenkanal ausfüllt, gelangt zunehmend in den durch den Steg der Schnecke 35 begrenzten Kanal, solange als dieser in seinem Querschnitt zunimmt. In dem stromabwärts gelegenen Teil des Extruders gelangt das Matrial aus dem Schneckenkanal der Schnecke 35 in den Schneckenkanal der Schnecke 34 über die Spalte, deren Abmessungen eingestellt werden können und die zwischen den Kernen und den Stegen der Schnecken 34 und 35 sowie zwischen den Flanken der Stegen beider Schnecken vorgesehen sind.

Wie man dies aus der obigen Darstellung ersieht, kann man sich ans eine große Anzahl von Kombinationen der Profile der Stege vorstellen, die die Kanäle mit sich änderndem Querschnitt mittels der komplementären Schnekken bilden. Die vorliegende Beschreibung bildet keineswegs eine erschöpfende Aufzählung der möglichen Ausführungsformen.

Fig. 4 zeigt noch eine andere mögliche Kombination, die eine besonders wirksame Mischung des zu extrudierenden Materials sichert. Der Zylinder 1 weist an seinem strom-

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aufwärts gelegenen Ende einen Beschickungstrichter 2 und an seinem stromabwärts gelegenen Ende einen Austrittsstutzen 3 auf. An seinem stromaufwärts gelegenen Ende weist er auch noch eine Wand 6 auf, die zwei Lager für die beiden parallelen Schnecken 44 und 45 trägt. Die Schnecken 44 und 45 bilden eine weitere Entwicklung der Schnecken 24 und 25. Wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, umfaßt die Schnecke 44 einen zylindrischen Kern wie die Schnecke 24 und einen ersten, schneckenförmigen angeordneten Steg 7, der sich nachder ersten Windung in zwei Stege unterteilt, und zwar in einen stromaufwärts gelegenen Steg 16 und einen stromabwärts gelegenen Steg 17, wobei diese Stege 'geringfügig voneinander abweichende Steigungen aufweisen. Der Unterschied In den Steigungen ist derart, daß bei der letzten Windung des Steges 16 der Steg 17 sich wieder mit dem Steg 16 vereinigt, nachdem er um den Kern eine Windung weniger beschrieben hat. Wie weiter oben ausgeführt, begrenzen die beiden Stege einen Eintrittskanal mit abnehmendem Querschnitt und einen Austrittskanal mit ständig zunehmendem Querschnitt» Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist jedoch der Eintrittskanal in zwei Kanäle mitkonstantem Querschnitt durch einen Zwischensteg 22 mit abnehmender Breite unterteilt, der durch eine stromaufwärts gelegene Kante 31 und eine stromabwärts gelegene Kante 32 begrenzt ist, wobei die stromabwärts gelegene Kante eine geringere Steigung als die stromaufwärts gelegene Kante aufweist, derart, daß der Zusatzsteg 22 etwa in der Mitte der Schnecke 44 ausläuft, wie dies in der Mitte der Fig.4 ersichtlich ist. Außerdem weist der Austrittskanal, v/elcher stromaufwärts durch den Steg 16 und stromabwärts durch den Steg 17 begrenzt ist und sich zunehmend In Strömungsrichtung erweitert, ausgehend von der Mitte der Schnecke 44 einen Zusatzsteg 33 auf, dessen Breite stetig bis zum

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stromabwärts gelegenen Ende der Schnecke 44 zunimmt.

Was die Schnecke 45 anlangt, so weist diese eine zur Schnecke 44 komplementäre Form auf. Man findet auch bei der Schnecke 45 die Elemente der Schnecke 25. Der Steg 18 mit stetig zunehmender Breite, der in den Austrittskanal der Schnecke 44 eingreift, ist in Fig. zu sehen. Von der Mitte der Schnecke aus ist der Steg 18 in zwei Stege unterteilt und zwar in einen stromaufwärts gelegenen Steg 28 und in einen stromabwärts gelegenen Steg 29, die zwischen sich eine Nut mit zunehmender Breite für den Steg 33 begrenzen. Die beiden Stege 28 und 29 weisen gleiche Breite, jedoch unterschiedliche Steigungen auf. Ebenso ist der stromaufwärts gelegene Teil des Steges Vo in zwei Stege 26 und 27 mit konstanter Breite unterteilt. Diese beiden Stege 26 und 27 greifen in die durch die Kante 31 des Steges 22 und den Steg 17 begrenzten Kanal, sowie in den durch die stromabwärts gelegene Kante 32 des Steges 22 und den Steg 16 begrenzten Kanal ein. Die Schnecke 44 weist zwei Eintrittskanäle mit konstantem Querschnitt auf, die sich einander nähern und sich in der Mitte der Schnecke vereinigen, um anschließend einen Kanal mit abnehmendem Querschnitt zu bilden. Sie weist außerdem einen Austrittskanal mit stetig zunehmendem Querschnitt in dem stromaufwärts gelegenen Teil der Schnecke auf, während ab der Mitte der Austrittskanal konstante Abmessungen aufweist und in zwei Teile durch einen Steg unterteilt ist, der sich zunehmend erweitert. Ebenso weist die Schnecke 45 Kanäle auf, die konstante Abmessungen aufweisen, und die die Stege 16 und 17 der Schraube 44 erfassen. Weiterhin ist ein Kanal mit stetig abnehmenden Abmessungen vorgesehen, in dem der Steg 22 eingreift und der bis auf Null abnimmt. Dann ist noch ein Kanal mit stetig zunehmendem Querschnitt in dem Steg

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vorgesehen, welcher dem Steg 33 der Schnecke 44 entspricht. Am Eintritt des Extruders füllt das zu extrudierende Material die beiden Hälften des Eintrittskanales der Schnecke 44 und den Kanal der Schnecke 45 auf, der durch die Stege 26 und 27 begrenzt ist. Im Laufe der Verschiebung in dem Zylinder 1, hervorgerufen durch die Drehung der Schnecken 44 und 45, tritt das plastische Material zunehmend in den Austrittskanal der Schnecke 44 und in den stromabwärts gelegenen Kanal der Schnecke 45 ein, der durch die beiden Stege 28 und 29 begrenzt ist. Man findet hier auch einen besonders lebhaften Austausch des zu extrudierenden Materials zwischen den Kanälen der Schnecken mit einem erzwungenen Durchgang des Materials durch die vorgesehenen Spalte vor. Gleichzeitig wird das zu extrudierende Material durch eine durch die Schnecken hervorgerufene Pumpwirkung gegen das stromabwärts gelegene Ende des Zylinders gedrückt, wo es aus dem Austrittsstutzen 3 austritt.

Selbstverständlich können die verschiedenen beschriebenen Ausführungen und Anordnungen der Stege bei Schnekken zur Anwendung kommen, die mehrere Zonen aufweisen, beispielsweise eine Zone entsprechend der Darstellung in den Fig. 1 bis 4 und eine Pumpzone, um ein welcher die Stege der beiden Schnecken gleichzeitig komplementär und identisch sind und eine Verschiebung des zu extru-r dierenden Materials, in dem Zylinder zv/angsweise und mit auf ein Minimum beschränktes Spiel bewirken.

Wie weiter oben erwähnt, weisen alle beschriebenen Extruder zwei Schnecken auf, die sich zueinander in entgegengesetztem Sinne drehen. In jede» Falle besitzt eine der Schnecken einen rechtsgängigen Steg und die andere einen linksgängigen Steg.

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Bei allen beschriebenen Varianten können Ausführungen vorgesehen werden, bei welchen die beiden Schnecken ihren Steg im gleichen Sinne, d.h. linksgängig oder rechtsgängig angeordnet haben. In diesen Fällen drehen sich die beiden Schnecken in gleichem Sinne.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß bei anderen Ausführungsformen der Zylinder mehr als zwei Schnecken aufweisen kann. So kann beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 2 eine dritte Schnecke vorgesehen sein, die der Schnecke 24 entspricht und die parallel zu den beiden Schnecken 24 und 25 symmetrisch zur Schnecke 24 vorgesehen ist.

Weiterhin können, im Gegensatz zu den beschriebenen Ausführungsformen, bei denen parallele Schnecken vorgesehen sind, die Achsen der Schnecken zusammenlaufen. Es ist nicht notwendig, daß die Oberflächen der Kerne und die Einhüllende der Stege der Schnecken zylindrische Flächen aufweisen. Die eine oder die andere dieser Flächen können kegelstumpfartig oder stufenförmig ausgebildet sein.

Schließlich ist es vorteilhaft zu erwähnen, daß die weiter oben beschriebenen Extruder bei einer praktischen Ausgestaltung mit Entgasungseinrichtungen ebenso wie mit lieizeinrichtungen und Einrichtungen zur Messung der Temperatur usw. versehen sein können.

Schließlich sollte es selbstverständlich sein, daß doch im Gegensatz zur Darstellung in der Zeichnung, in welcher die Stege der verschiedenen Schrauben ein rechteckiges Profil aufweisen, diese Stege auch andere Formen haben können, beispielsweise ein trapezförmiges Profil, wobei die entsprechenden Schneckenkanäle ebenfalls einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

509831/0777 " Patentansprüche -

Claims (9)

Patentansprüche

1.J Mehrfachschneckenextruder, insbesondere für thermopla- ^^ stische Materialien, umfassend einen Zylinder mit einem stromaufwärts gelegenen und einem stromabwärts gelegenen Ende, zumindest zwei ineinander greifende und im Inneren des Zylinders angeordnete Schnecken und Abstützeinrichtungen zum Lagern der Schnecken, die zumindest einen schneckenförmigen Steg aufweisen, welcher sich zumindest über einen Teil der Länge der Schnecke erstreckt, wobei jeder Steg auf der Schnecke einen Schneckenkanal begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (4,5) (24, 25; 34, 35; 44, 45) einander ergänzende bzw. komplementäre Profile aufweisen, wobei die Stege (7, 1o, 16, 17, 18, 22, 26, 27, 28, 29) das gleiche Profil wie der Schneckenkanal aufweisen, in dem sie eingreifen, daß die Schneckenkanäle zumindest einen Schneckenkanal, dessen Querschnitt von dem stromaufwärts gelegenen Ende zum stromabwärts gelegenen Ende abnimmt und zumindest einen Schneckenkanal, dessen Querschnitt von dem stromaufwärts gelegenen Ende zum stromabwärts gelegenen Ende zunimmt, umfassen, und daß die Abstützeinrichtungen (51, 52), die Stege in Eingriff in den Schneckenkanälen mit derartigem Spiel halten, daß das in einem Schneckenkanal mit abnehmendem Querschnitt beförderte Material zunehmend in einen Schneckenkanal mit zunehmendem Querschnitt übertritt.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei parallele Schnecken (z.B. 4, 5) aufweist, die in einem Zylinder (1) mit einem langgestreckten Querschnitt ineinandergreifen, der an dem stromaufwärts gelegenen Ende einen seitlichen Beschickungstrichter (2) und an seinem stromabwärts gelegenen Ende eine

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in der Verlängerung der Schnecken angeordnete öffnung· (3) aufweist.

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Stege und der Schneckenkanäle über die gesamte Länge der Schnecken konstant sind.

4. Extruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schnecke (4, 5)
einen einzigen umlaufenden Steg (7, 1o) bzw. ein
Schneckengewinde mit sich ändernder Stegbreite aufweist, der einen Schneckenkanal mit sich in umgekehrter Weise ändernder Gangbreite begrenzt.

5. Extruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (7) der einen Schnecke (4) einen Schneckenkanal mit abnehmender Breite und der Steg (1o) der anderen Schnecke (5) einen Schnekkenkanal mit zunehmender Breite vom stromaufwärts gelegenen zum stromabwärts gelegenen Ende begrenzt.

6. Extruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (7) der einen Schnecke (34) einen Schneckenkanal mit zuerst abnehmender und dann zunehmender Breite und der Steg (1o) der anderen Schnecke (35) einen Schneckenkanal mit zuerst
zunehmender und dann abnehmender Breite in Richtung

des Materialdurchsatzes begrenzt.

7. Extruder nach einem Qder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schnecken (24) zwei Stege (16, 17) mit konstanter Stegbreite, jedoch

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unterschiedlicher Steigung aufweist, die zwischen sich zwei Schneckenkanäle begrenzen, von denen der eine in der Breite fortschreitend abnimmt und der andere zunimmt, und daß die andere Schnecke (25) mit komplementärem Profil zwei schneckenförmige Nuten mit konstanter Breite, jedoch unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei die Stege (16, 17) der ersten Schnecke (24) in die Nuten der zweiten Schnecke (25) eingreifen.

8. Extruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schnecke (44), die zumindest über einenTeil ihrer Länge einen Steg (22) mit sich ändernder Stegbreite und zwei Stege, (16, 17) mit konstanter Stegbreite, jedoch unterschiedlicher Steigung aufweist, und eine zweite Schnecke

(45) umfaßt, die einen Schneckenkanal mit sich ändernder Breite und zwei Schneckenkanäle mit konstanter Breite, jedoch unterschiedlicher Steigung aufweist.

9. Extruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte zwischen den Stegen (z.B. 7, 1o) und den Schneckenkanälen die beiden Schneckenkanäle mit abnehmender bzw. zunehmender Breite untereinander verbinden.

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