DE2818975A1 - Extruderschnecke - Google Patents
ExtruderschneckeInfo
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Description
HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN
INGERSOLL-RAND COMPANY ir-7o
Se/stg 27. 4. 1978
Extruderschnecke
Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist zur Verwendung in einem Extrusionsgerät bestimmt, das einen
weiten Bereich von festen Kunststoffen verarbeiten und in einen im wesentlichen homogenen geschmolzenen Zustand versetzen soll,
der geeignet ist, jede gewünschte Form durch Auspressen oder Einspritzen in ein Werkzeug oder eine Form zu erreichen.
Die grundsätzliche Funktion einer Extruder-Förderschnecke besteht darin, festen Kunststoff vom Zuführtrichter weiterzubewegen, ihn
zu schmelzen und gegen den am Kopf herrschenden Druck auszustoßen, so daß die Schmelze in die gewünschte Form gebracht werden
kann. Die herkömmlicherweise aufgebaute Schnecke besteht aus drei Abschnitten, dem Vorschub-, dem Übergangs- und dem Ausstoßabschnitt.
Nahezu alle von ihnen haben einen rechtwinkligen Gangzwischenraum in einem einzigen offenen Kanal von einem Ende zum
anderen. Der Vorschubabschnitt dient dazu, feste Teilchen aus dem Trichter in die Trommel zu befördern. Der Vorschubabschnitt ist
in seiner Tiefe im allgemeinen entsprechend der Fülldichte des festen Kunstoffs gewählt. Der kegelige Übergangsabschnitt dient
dazu, die Volumenabnahme zu kompensieren, wenn das Schüttgut zusammengepreßt wird. Er zwingt den Kunststoff auch, eine dichte
Berührung mit der inneren Wand der Trommel zwecks guter Wärme-
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leitung und wirksamen Schmelzens durch mechanische Scherwirkung herzustellen.
Der Ausstoßabschnitt ist das pumpende Ende der Schnecke. Er stellt
auch die Endstufe zum vollständigen Schmelzen und Homogenisieren des Kunststoff dar. Die Tiefe dieses Abschnitts ist hauptsächlich
entsprechend der Schmelzviskosität gewählt. Kunststoffe mit einer niedrigen Schmelzviskosität und/oder für Anwendungen, bei denen
eine hohe Schmelztemperatur erforderlich ist, verlangen seichte Ausstoßabschnitte und umgekehrt.
Der Vorgang des Schmelzens des Kunststoffes mit herkömmlichen Schnecken kann kurz wie folgt beschrieben werden. In den Vorschubabschnitt
geförderte feste Tdilchen nehmen Wärme von der heißen Trorameloberflache auf. Eine Schmelzfilmschicht beginnt
sich an der Außenseite des verdichteten Feststoffbetts zu bilden und haftet an der inneren Wand der Trommel. Diese Schmelzfilrasahicht
wird fortwährend abgeschabt und an der Vorderseite des sich drehenden Schneckenstegs gesammelt.
Wegen der wirbelnden Bewegung des Schmelzbads bei seiner Vorwärtsbewegung
innerhalb des Schneckenkanals brechen nicht geschmolzene Stücke vom Peststoffbett weg und schwimmen im Schmelzbad.
In diesem Fall ist unbedingt ein verhältnismäßig seichter und lapger Ausstoßabschnitt erforderlich, wenn keine anderen
stark scherenden oder intensiv mischenden Einrichtungen stromabwärts vorhanden sind. Schnecken mit seichten Ausstoßabschnitten
haben vergleichsweise niedrige Abgabeleistungen bei vergleichs weise hoher Schmelztemperatur.
Um zu vermeiden, daß nicht geschmolzene feste Teilchen vom Feststoffbett
wegbrechen, wurden bereits Schnecken entworfen, die einen Hindernissteg haben, um zwei Kanäle voneinander zu trennen.
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Einer der Kanäle hält die festen Teilchen und der andere die Schmelze. Die Schmelze, die in den letzteren überströmt, muß
durch einen schmalen Spalt über den Steg strömen. Schnecken mit dieser Bauweise können einen tiefer bemessenen Ausstoßabschnitt
haben, da dessen Punktion nur noch darin besteht, die Schmelze nach außen zu pumpen. Beispiele von Schnecken mit Hindernisstegen
zwischen zwei getrennten Kanälen sind in den US Patentschriften 3 698 51»! und 3 858 856 beschrieben.
Vorliegende Erfindung verbessert die Wirksamkeit der Extruderschnecke
beim Schmelzen und erreicht, daß die Schmelze am Ende der Schnecke mit niedrigerer Temperatur abgegeben wird, als
durch vorbekannte Extruderschnecken, wie die in den oben erwähnten US Patentschriften 3 698 51Il und 3 858 856 beschriebenen.
Der Aufbau der neuen Extruderschnecke läßt sich kurz wie folgt beschreiben. Es folgen drei Abschnitte aufeinander, nämlich ein
Vorschubabschnitt, gefolgt von einem Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitt
, gefolgt von einem Schmelze-Ausstoßabschnitt. Auf dem Außenumfang der Schnecke sind wenigstens drei schraubenförmige
Kanäle ausgebildet. Einer der schraubenförmigen Kanäle ist ein Feststoffvorschubkanal in einer Lage zur Aufnahme festen
Kunststoffs aus dem Zuführtrichter und zum Weiterbewegen der festen Kunststoffteilchen in Längsrichtung, wenn die Kunststoffteilchen
zu schmelzen beginnen. Der Feststoffvorschubkanal erstreckt sich längs der Extruderschnecke und endet innerhalb des
Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts. Der zweite schraubenförmige Kanal ist ein Feststoff-Schmelze-Kanal und erstreckt sich
längs vom Anfang zum Ende des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts. Der dritte schraubenförmige Kanal ist ein Schmelzekanal.
Der Schmelzekanal beginnt innerhalb des Feststoff-Schmelzeübergangsabschnitts
unmittelbar nach dem Ende des Feststoffvor schubkanals und erstreckt sich längs bis zum Ende des Schmelzeaus
stoßabschnitts .
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Weitere Merkmale der Erfindung sowie die dadurch erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in
der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert ist. Es zeigen
Fig. 1 eine gebrochene Darstellung einer Extruderschnecke,
Fig. 2 eine Schnittiarstellung in vergrößertem Maßstab nach
der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei auch ein Teil der Trommel zu sehen ist, in die die Schnecke paßt,
Fig. 3 eine vergößerte Schnittdarstellung nach der Linie 3~3 der Fig. 1,
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie 14-4
der Fig. 1,
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie 5-5 der Fig. 1,
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie 6-6
der Fig. 1,
Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie 7-7
der Fig. 1,
Fig. 8 eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie 8-8 der Fig. 1.
Aus den Zeichnungen und insbesondere aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Extruderschnecke Io einen Feststoffvorschubabschnitt A
hat, der von einem Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitt B gefolgt wird, der wiederum von einem Schmelze-Ausstoßabschnitt C
gefolgt wird. Die Extrudertrommel, zu der die in Fig. 1 dargestellte
Konstruktion der Extruderschnecke paßt, ist in Fig. 1 nicht mit dargestellt. Jedoch ist für den Fachmann klar, daß fester
Kunststoff in Form von Kügelchen oder Flocken oder anderen Teilchen in einen Zuführtrichter gebracht wird, von dem aus die
Feststoffteilchen oder Kügelchen in den Feststoffvorschubabschnitt gelangen.
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Auf dem Außenumfang der Extruderschnecke Io sind wenigstens
drei getrennte schraubenförmige Kanäle ausgebildet. Einer dieser Kanäle ist ein Peststoffvorschubkanal 12. Er ist so gelegen, daß
er die festen Kunststoffteilchen vom Zuführtrichter aufnehmen und in Längsrichtung weiterbewegen kann, während die Teilchen zu
schmelzen beginnen. Der Feststoffvorschubkanal 12 erstreckt sich längs der Extruderschnecke und endet innerhalb des Peststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts
B.
Ein zweiter schraubenförmiger Kanal, der auf dem Außenumfang der Extruderschnecke Io ausgebildet ist, wird nachfolgend als Peststoff-Schmelze-Kanal
I1J bezeichnet. Er erstreckt sich in Längsrichtung
vom Anfang bis zum Ende des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B.
Der dritte auf dem Außenumfang der Extruderschnecke Io ausgebildete,
schraubenförmige Kanal wird nachfolgend als Schmelzekanal 16 bezeichnet. Er beginnt in Längsrichtung innerhalb des Peststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts
B unmittelbar nach dem Ende des Peststoffvorschubkanals 12 und erstreckt sich in Längsrichtung
bis zum Ende des Schmelze-Ausstoß-Abschnitts.C.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat der Steg 18 des Peststoffvorschubkanals 12 einen im wesentlichen gleichbleibenden
Außendurchmesser innerhalb des Feststoffvorschubabschnitts A. Der Außendurchmesser des Stegs 18 ist im wesentlichen gleich dem
Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel 2o, in die die Extruderschnecke Io paßt.
Innerhalb des Peststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B ist ein Hindernissteg 22 am äußeren Umfang der Extruderschneck e Io
ausgebildet. Der Außendurchmesser des Stegs 22 ist geringer als der Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel 2o, wie
in den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist. Ein ausreichender Zwischen-
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- Io - ir~7o
raumjist zwischen dem Steg 22 und der Trommel 2o belassen, um
dem Gemisch aus festen Teilchen und Schmelze zu gestatten, aus dem Feststoffvorschubkanal 12 in den Feststoff-Schmelzekanal
überzuströmen. Ein Steg 24 hat im wesentlichen den gleichen
Außendurchmesser wie der Innendurchmesser der Trommel 2o und bildet eine Seite des FeststoffvorschubkanaJLs 12 und eine Seite
des Feststoff-Schmelze-Kanals 14. Der Hindernissteg 22 ist dem Feststoffvorschubkanal 12 und dem Feststoff-Schmelze-Kanal 14
gemeinsam.
über die Länge des Feststoffvorschubabschnitts A ist die Tiefe
des Feststoffvorschubkanals 12 im wesentlichen gleichbleibend, ebenso die Ganghöhe des Stegs 18. Jedoch nimmt die Tiefe des
Feststoffvorschubkanals 12 allmählich ab, je weiter er sich
innerhalb des Feststoff-Schmelze-übergangsabschnits B nach
vorne erstreckt. Der Längsabstand der den Kanal 12 im -Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitt
B bildenden Stege ist geringer als die Ganghöhe des Stegs 18 im Feststoffvorschubabschnitt A.
Der Steg 3o des Schmelzekanals 16 hat einen im wesentlichen gleichbleibenden Aussendurchmesser über die gesamte Länge des
Schmelze-Ausstoßabschnitts C, wobei sein Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel
2o ist. Innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B ist ein Hindernissteg 32 am Außenumfang der Extruderschnecke
Io ausgebildet, der einen Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser der Extrudertrommel 2o hat. Das Spiel zwischen
dem Hindernissteg 32 und der Innenseite der Trommel 2o
ist geringer als das Spiel zwischen dem Hindernissteg 22 und der Innenseite der Trommel 2o. Ein Steg 34 hat im wesentlichen
den gleichen Außendurchmesser wie der Innendurchmesser der Trommel 2o und bildet eine Seite des Feststoff-Schmelze-Kanals
14 und eine Seite des Schmelzekanals 16. Der Hindernissteg 32
ist dem Schmelzekanal 16 und dem Feststoff-Schmelze-Kanal 14 gemeinsam.
Die Tiefe desjenigen Teils des Schmelzekanals 16, der sich innerhalb
des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B befindet, nimmt
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allmählich zu, je weiter er von seinem Anfang innerhalb des Peststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B zum Ende des letzteren
fortschreitet. Die Tiefe desjenigen Teils des Peststoff-Schmelze-Kanals
14, der den Hindernissteg 22 gemeinsam mit dem Peststoff-Vorschubkanal
12 hat, nimmt allmählich zu, je weiter er sich innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts B nach vorne
erstreckt. Die Tiefe desjenigen Teils des Feststoff-Schmelze-Ka-
nals I1I, der den Hindernissteg 32 gemeinsam mit dem Schmelzekanal
16 hat, nimmt allmählich ab, je weiter er sich nach vorne innerhalb des Feststoff-Schmelze-übergangsabschnitts B erstreckt.
Der Längsabstand der Stege, die den Peststoff-Schmelze-Kanal 14
bilden, ist über dessen Länge im wesentlichen gleich. Der Längsabstand der Stege, die den Schmelzekanal 16 bilden, ist im Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitt
B geringer als die Ganghöhe des Stegs 3o im Schmelze-Ausstoßabschnitt C.
Der erste Hindernissteg 22, mit dem größeren Spiel zur Innenseite der Trommel 2o, setzt den kühlen Mittelkern des Peststoffbetts und
der Kügelchen der erhitzten Trommelinnenfläche aus, ohne die Strömung stark zu behindern. Jedes Kügelchen oder Teilchen
wird bei seinem Durchgang durch den Spalt am Steg abgeflacht, wodurch eine größere Peststoffoberfläche zur Berührung mit der
heißeren Schmelze geschaffen wird. Als Folge hiervon geht ein Gemisch aus festen Teilchen und Schmelze mit niedrigerer und gleichförmigerer
Temperaturverteilung durch den Feststoff-Schmelzeübergangsabschnitt B. Der zweite Hindernissteg 32, mit kleinerem
Spiel zur Innenseite der Trommel 2o, wirkt nur als letztes Sieb für die Schmelze. Wegen des geringen oder völlig fehlenden kalten
Kerns von Feststoff an der Abgabestelle des Kanals 14, wodurch
sonst vorübergehend die Strömung über, den kleinen Spalt am
Steg 32 blockiert oder verlangsamt werden könnte, bewegt sich das Material durch die Schnecke in strömungsgünstiger Form. Die Stoffe
werden gleichförmiger und wirksamer durchgearbeitet als mit herkömmlichen Extruderschnecken, im-Ausstoßabschnitt braucht kein
SchmelzVorgang mehr stattzufinden. Aus diesem Grunde kann der
Extruder so gebaut werden, daß er die maximale Schmelzkapazität der Schnecke ausnutzt.
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Claims (1)
- PATFNTANWÄLTF.HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANNDIPL.-PHYS. DIPL.-[NC.INGERSOLL-RAND COMPANY ir-7oSe/stg27. 4. 1978Patentansprüche1. J Extruderschnecke für Kunststoffextruder mit einem Zuführtrichter für festen Kunststoff und mit einer erhüsten Trommel, wobei die Extruderschnecke aufeinanderfolgend einen Peststoffvorschubabschnitt, einen Feststoff-Schmelze-Übergangs ab schnitt und einen Ausstoßabschnitt aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens drei auf ihrem Außenumfang ausgebildete, schraubenförmige Kanäle (12, 14, 16), von denen einer (12) ein Peststoffvorschubkanal in einer Lage zur Aufnahme von Kunststoff in festem Zustand vom Zuführtrichter und zur Weiterbewegung der festen Kunststoffteilchen bei beginnender Schmelze ist, sich längs der Extruderschnecke erstreckt und innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) endet, von welchen schraubenförmigen Kanälen ein zweiter (14) ein Feststoff-Schmelze-Kanal ist und sich in Längsrichtung vom Anfang bis zum Ende des Feststoff-Schmelzeübergangsabschnitts (B) erstreckt, und der dritte (16) ein Schmelzekanal ist, der innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) unmittelbar nach dem Ende des Feststoff vorschubkanals (12) beginnt und sich in Längsrichtung bis zum Ende des Ausstoßabschnitts (C) erstreckt.2« Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeic net, daß der Steg (18) des FeststoffVorschubkanals (12) einen im wesentlichen gleichbleibenden Außendurchmesser innerhalb des FeststoffVorschubabschnitts (A) hat, wobei dieser Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem InnendurchmesserD-707 SCHWABISCH CMOND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÖNCHEN 70Telefon: (07171)5(90 Deutidie Bank Mündien 70/37369 (BLZ 70070010) Telefon: (0 $») 77195tH. SCHROETER Telegramme: Sdiroepu SAwübuch Gmünd 02/00 535 (BLZ 413 70016) K.LEHMANN Telegrunmt: SdsroepKBodu|a»e49 Telex: 72« 861 ptgdd FematdduNuo Mümheo 167941-104 UpowikyrtraB« 10 Telex: 5212241 ptwtd80984B/092SORIGINAL INSPECTED- 2 - ir-7oder erhitzten Extrudertrommel (2o) ist, in die die Extruderschnecke paßt.Extruderschnecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Peststoff-Schmelzeübergangsabschnitts (B) ein Hinderniesteg (22) auf der Extruder schnecke ausgebildet ist und einen Außendurchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel (2o) ist, in die die Extruderschnecke paßt, daß der Hindernissteg (22) dem FeststoffVorschubkanal (12) un4dem Peststoff-Schmelze-Kanal (I1I) gemeinsam ist und einen Außendurchmesser hat, der aureichend weniger groß als der Innendurchmesser der Extrudertrommel (2o) ist, um einem Gemisch von festen Teilchen und Schmelze zu gestatten, vom Feststoffvorschubkanal (12) zum Feststoff-Schmelze-Kanal (14) überzuströmen, und daß der Steg (24) an der anderen Seite des Feststoff Vorschubkanals (12) und der anderen Seite des Feststoff-Schmelze-Kanals (14) jeweils den gleichen Außendurchmesser hat wie der Innendurchmesser der Trommel (2o).Extruderschnecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Peststoffvorschubkanal (12)im Feststoffvorschubabschnitt (A) im wesentlichen gleichbleibend tief ist und, je weiter er sich innerhalb des Peststoff-Schmelze-Abschnitts (B) nach vorne erstreckt, der Tiefe nach allmählich abnimmt, und daß derjenige Teil des Feststoff-Sohmelze-Kanals (14), der mit dem Peststoffvorschubkanal (12) einen Hindernissteg (22) gemeinsam hat, je weiter nach vorne er sich innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts erstreckt, der Tiefe nach allmählich zunimmt.Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steg (3o) des Schmelzekanals (16) innerhalb des Ausstoßabschnitts (C) einen im wesentlichen gleichbleibenden Außendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der erhitzten Exfcrudertrommel (2o) ist, in die die Extruderschnecke paßt.8Q9845/OS2&- 3 - ir-7o6. Extruderschnecke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Peststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) ein Hindernissteg (32) auf der Extruderschnecke ausgebildet ist und einen Außendurchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel (2o) ist, in die die Extruderschnecke paßt, daß der Hindernissteg (32) dem Schmelzekanal (16) und dem Peststoff-Schmelze-Kanal (14) gemeinsam ist und einen Außendurchmesser hat, der ausreichend geringer als der Innendurchmesser der Extrudertrommel (2o) ist, um zu gestatten, daß Schmelze vom Peststoff-Schmelze-Kanal (14) zum Schmelzekanal (16) über- strömt, und daß der Steg (31O auf der anderen Seite des Peststoff-Schmelze-Kanals (14) und der anderen Seite des Schmelzekanals (16) jeweils den gleichen Außendurchmesser hat, wie der Innendurchmesser der Trommel (2o).7. Extruderschnecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß derjenige Teil des Schmelzekanals (16), der innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) liegt, der Tiefe nach allmählich zunimmt, je weiter er von seinem Anfang innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) zum Ende des letzteren fortschreitet, und daß derjenige Teil des P.eststoff-Schmelze-Kanals (14), der einen Hindernissteg (32). gemeinsam mit dem Schmelzekanal (16)" hat, der Tiefe .nach allmählich abnimmt, je-weiter er sich innerhalb des Peststoff-Schmelze-übergangsabschnitts (B) nach vorne erstreckt.8. Extruderschnecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Steg (3o) des Schmelzekanals (16) innerhalb des Ausstoßabschnitts (C) einen im wesentlichen gleichbleibenden Außendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der erhitzten Extrudertrommel809845/092- H - ir-7o(2o) ist, in die die Extruderschnecke paßt, daß Innerhalb des Feststoff-ßchmelze-übergangsabschnitts (B) ein weiterer Hindernissteg (32) auf der Extruderschnecke ausgebildet ist, der dem Schmelzekanal (16) und dem Feststoff-Schmelze-Kanal (14) gemeinsam ist und einen Außendurchmesser hat, der ausreichend geringer als der Innendurchmesser der Extrudertrommel (2o) ist, um zu gestatten, daß Schmelze vom Feststoff-Schmelze-Kanal (14) zum Schmelzekanal (16) überströmt, und daß der Steg (34) auf der anderen Seite des Feststoff-Schraelze-Kanals (14) und der anderen Seite des Schmelzekanals (16) jeweils den gleichen Außendurchmesser hat wie der Innendurchmesser der Trommel (2o), wobei derjenige Teil des Schmelzekanals (16), der innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) liegt, der Tiefe nach allmählich zunimmt, je weiter er von seinem Anfang innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) zum Ende des letzteren fortschreitet, und derjenige Teil des Feststoff-Schmelze-Kanals (14), der einen Hindernissteg (32) geraeinsam mit dem Schmelzekanal (16) hat, der Tiefe nach allmählich abnimmt, je weiter er sich innerhalb des Feststoff-Schmelze-Übergangsabschnitts (B) nach vorne erstreckt.809845/0925
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