DE2936592A1 - Schneckenpresse. - Google Patents

Schneckenpresse.

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DE2936592A1 DE19792936592 DE2936592A DE2936592A1 DE 2936592 A1 DE2936592 A1 DE 2936592A1 DE 19792936592 DE19792936592 DE 19792936592 DE 2936592 A DE2936592 A DE 2936592A DE 2936592 A1 DE2936592 A1 DE 2936592A1
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Description

  • Schneckenpresse
  • Die Erfindung betrifft eine Schneckenpresse für die Verarbeitung von plastischen, thermoplastischen oder elastomeren Kunststoffen oder Kautschuk oder sonstigen thermoplastischen Nassen. Eine solche Schneckenpresse hat in der Regel die Aufgabe, den meist bei Raumtemperatur als rieselfähiges Schüttgut aufgegebenen Kunststoff-Feststoff zu fördern, zu verdichten, aufzuschmelzen bzw. bei Kautschuk zu plastifizieren, thermisch und mechanisch zu homogenisieren und schließlich mit dem erforderlichen Druck durch das Ausformwerkzeug zu pressen. im Falle der kontinuierlich arbeitenden Schneckenpressen können auf diese Weise und in Verbindung mit entsprechenden Kühlanlagen endlose Halbzeuge wie Profile, Platten, Folien, Ummantelungen etc. hergestellt werden. Diskontinuierlich arbeitende Schneckenpressen kommen beispielsweise bei Spritzgießmaschinen zum Einsatz.
  • Bei den konventionellen Schneckenpressen mit glatter Innenfläche des zylindrischen Einzugszonengehäuses beruht der Stofftransport bzw. Druckaufbau im wesentlichen auf der Schleppströmung im aufgeschmolzenen bzw. plastifizierten hochviskosen Medium infolge der Relativbewegung von Schnecke und Gehäuse. Entsprechend diesem Transportmechanismus ist die Geometrie der Schnecke auszulegen, wobei neben der Erfahrung der Ingenieure auch mathematische Ansätze und Berechnungsmethoden hilfreich sein können /1/.
  • Vor allem die Ermittlung des Steigungswinkels ZO und der Eanaltiefe h, bzw. der Kanaltiefenabstufung zwischen den einzelnen Funktionsabschnitten Einzugszone, Aufschmelzzone und Ausstoßzone (engl.: metering-zone) ist von Bedeutung. So findet man beispielsweise für die schmelzeführende Ausstoßzone unter gewissen vereinfachenden Annahmen einen optimalen Steigungswinkel von (f= 300, während für die feststoffüurende Einzugszone wesentlich kleinere Steigungswinkel günstig sind /1/.
  • In fertigungstechnischer Hinsicht ist es jedoch vorteilhaft, einen konstanten mittleren Steigungswinkel über die gesamte Schneckenlänge einzuhalten. Der klassische Kompromiß, den diesbezüglich weltweit praktisch alle Hersteller von konventionellen Schneckenpressen eingegangen sind, sieht einen mittleren konstanten Steigungswinkel von t = 17,6° bzw. eine Steigung s = 1.D = jr-D-tan t vor (D = Außendurchmesser der Schnecke).
  • Im Gegensatz dazu kann die günstigste Gangtiefe der Schnecke nicht allgemein angegeben werden, da sie in hohem Maße von der Schmelzeviskosität und von Betriebsparametern abhängt.
  • Zur Erhöhung des Massedurchsatzes bzw. zur Sicherstellung des Stofftransports bei schwierig zu fördernden Schüttgütern werden seit mehreren Jahren mit Erfolg in die (meist) zylindrischen Innenflächen der Einzugszonengehäuse von Schneckenpressen Längsnuten oder neuerdings auch Wendelnuten eingearbeitet. Der Massedurchsatz bei derartigen sogenannten Nutenextrudern wird im wesentlichen von dem Fördervorgang in der genuteten Einzugszone bestimmt, der sich vollkommen von dem der Schmelzezone unterscheidet. Während in der Schmelzezone die Viskosität den Durchsatz und Druckaufbau (oder -abbau) bestimmt, sind es in der genuteten Einzugszone derinnere ei und äußere Reibungskoeffizient p des Schüttgutes. Bei Verwendung einer Schnecke mit durchgehend konstanter Kanaltiefe h und konstanter Steigung s, üblicherweise 0,06D zu h C 0,1.D bzw. 0,8D <s<1,2D werden in aller Regel die Folgezonen (Aufschmelz- und Homogenisierzone) von der als Feststoffpumpe arbeitenden Einzugszone "überfahren", d.h. sie wirken als Druckverbraucher und nicht als Druckerzeuger wie bei der konventionellen Schneckenpresse, was auf die enorme Steigerung des Durchsatzes zurückzuführen ist. Mit Ausnahme der Anpassung der Kanaltiefe h und in geringem Maße der Steigung s hat man jedoch bisher in der Praxis beim Übergang vom konventionellen zum genuteten System keine wesentlichen geometrischen Änderungen an der Förderschnecke vorgenommen, wenn man einmal von der Anbringung besonderer Misch- und Homogenisierzonen am Schneckenende absieht.
  • Aufgrund dieses Sachverhalts ergeben sich nun beim Nutenextruder zahlreiche Probleme, die immer noch nicht befriedigend gelöst sind. Sie werden nachfolgend kurz erläutert.
  • 1. Kühlung Das Druckmaximum im Fördergut, das unmittelbar am Ende der in der Regel ca. 3*D langen Nutenzone erreicht wird, liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 1000 bar, häufig sogar noch darüber. Die an der Zylinderinnenfläche in Wärme umgesetzte Reibleistung muß durch eine intensive Kühlung dieses Bereichs abgeführt werden, um ein Anschmelzen des Thermoplasten zu verhindern, wodurch die Nuten ihre Förderwirksamkeit verlieren würden /2/. Man hat dann entweder einen großen Kühlmittelverbrauch (z.B. Verbrauch von Leitungswasser) oder man muß die Kosten für Anschaffung und Betrieb eines Wärmetauschers auf sich nehmen. Eine weitere Folge der intensiven Kühlung ist ein beträchtlicher Wärmeverlust am Beginn der anschließenden Aufschmelzzone, der nur mit erheblichem konstruktiven Aufwand (Teilung des Zylinders, Wärmetrennung) vermindert werden kann.
  • 2. Verschleiß Durch den sehr hohen Druck im festen Fördergut unmittelbar vor oder am Ende der genuteten Einzugszone kann ein großer mechanischer Verschleiß an Schnecke und Zylinder auftreten. Dies gilt insbesondere bei Anwesenheit von abrasiv wirkenden Zusätzen wie beispielsweise anorganischen Farbpigmenten oder Glasfasern /3/. Neben dem sehr hohen Druck ist bei axialgenutetem Zylinder auch noch das Abscheren des Fördergutes im Bereich des Nutenauslaufs sowie die radiale Asymmetrie der normalerweise verwendeten eingängigen Schnecke mitverantwortlich. Für die beiden letztgenannten Probleme sind Lösungsvorschläge bekannt: - Durch Anwendung von Wendelnuten (statt Axialnuten) mit einem Steigungswinkel, der etwa dem Förderwinkel des Feststoffs entspricht, wird das Abscheren im Nutenbereich weitgehend vermieden und zudem die Wärmeentwicklung reduziert, und - durch Einfräsen von mindestens zwei Schneckenkanälen, symmetrisch um die Schneckenachse verteilt, neutralisieren sich die auf die Schnecke wirkenden Radialkräfte, und die Lagerkräfte zwischen Schneckensteg und Zylinderinnenfläche werden auf ein Minimum reduziert.
  • 3. Aufschmelzen Durch die Erhöhung des Massedurchsatzes beim Nutenextruder gegenüber der konventionellen Schneckenpresse, wird bei vergleichbarer Baulänge das von der Feststoffzone angelieferte Material nicht mehr vollständig aufgeschmolzen. Dies hat vor allem zwei Gründe: - Die Verkürzung der Verweilzeit im System verursacht eine ungenügende Erwärmung des Feststoffs.
  • - Wie weiter unten noch gezeigt wird, vermindert sich durch die Erhöhung des Massedurchsatzes bei gleicher Schneckengeometrie und Drehzahl die Relativbewegung zwischen Feststoff und Zylinder. In dem hauptsächlichen Aufschmelzbereich, nämlich im Schmelzefilm zwischen Feststoff und Zylinder, wird aber dadurch die Energiedissipation und Schmelzeabfuhr bzw.
  • insgesamt die Aufschmelzleistung verringert.
  • Man behilft sich in der Praxis mit Misch- und Scherelementen unterschiedlichster Bauart, die etwa im letzten Drittel der Schnecke angeordnet sind und sowohl eine ausreichende Zerteilung einzelner Feststoffteilchen als auch eine gute Verteilung von Zusätzen bewerkstelligen sollen. Trotz dieser Maßnahme ist man inzwischen beim Nutenextruder an einer gewissen Grenze des erreichbaren Massedurchsatzes angelangt. Die angestrebten höheren Durchsätze können kaum mehr ohne eine axiale Verlängerung des Gesamtsystems realisiert werden, es sei denn, daß man zu speziellen Schneckenkonstruktionen übergeht, die eine forcierte Aufschmelzung ermöglichen, jedoch in der Herstellung relativ teuer sind.
  • 4. Antrieb Schneckenpressen sollten vor dem Abschalten der Maschine leergefahren werden, was insbesondere für Extruder mit genuteter Einzugszone gilt. Nuß nämlich ein solcher Nutenextruder aus vollem Betrieb einmal abgeschaltet werden, so kann das Wiederanfahren erhebliche Probleme bereiten, weil das dazu benötigte Anfahrdrehmoment wesentlich über dem eigentlichen Betriebsdrehmoment der Schnecke liegt, und der Antrieb dafür zu schwach ausgelegt sein kann. Aus Gründen der Betriebssicherheit muß man daher die Anlage überdimensionieren und mehr Mittel für stärkere Getriebe und Motoren investieren, die letzten Endes doch unwirtschaftlich arbeiten, da sie im normalen Betrieb nicht annähernd ausgelastet sind.
  • Das hohe Anfahrdrehmoment bei gefüllter Schnecke wird durch den sehr hohen Druck im Feststoffbereich verursacht, in Verbindung mit den beim Anfahren zunächst wirkenden hohen inneren und äußeren Haftreibungskoeffizienten des Fördergutes.
  • Aus den bisher dargelegten Sachverhalten geht hervor, daß die Probleme bei der Thermoplastverarbeitung mit den modernen Hochleistungsschneckenpressen mit genuteten Einzugszonen trotz Detailverbesserungen und beachtlichem Fortschritt bezüglich der Erhöhung des Massedurchsatzes und Stabilisierung des Feststofftransports nicht befriedigend gelöst sind. Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenpresse der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei welcher die beschriebenen Mängel ganz oder zumindest teilweise behoben sind, d.h.
  • - Verringerung des Druckes am Ende der Aufschmelzzone, - Verringerung des Verschleißes von Schnecke und Zylinder, - Reduktion des Anfahrdrehmoments bei voller Schnecke, - Verringerung der notwendigen Kühlleistung in der Einzugszone, - Erhöhung der Aufschmelzleistung, - Verbesserung der Schmelzehomogenität, - Verfahrenstechnische Optimierung des Gesamtsystems durch Ermittlung optimaler Geometriedaten der Extruderschnecke in der Aufschmelz- bzw. Schmelzezone.
  • Diese Aufgabe wird in überrraschend einfacher Weise und erfindungsgemäß dadurch gelöst, das der Steigungswinkel / der Schnekkenkanäle in der Aufschmelzzone und gegebenenfalls in der Homogenisierzone des Extruders im Bereich von 250 4 t C 900 liegt.
  • Die weitere Ausgestaltung der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Außerdem soll versucht werden, eine wissenschaftliche Begründung für die zunächst überraschenden Effekte zu finden, um Anhaltswerte für eine Optimierung des Systems zu erhalten. Es zeigen Fig.1 einen Längsschnitt durch den Verfahrensteil einer Schneckenpresse mit erfindungsgemäßer Extruderschnecke, Fig.2 eine schematische Darstellung des Aufschmelzvorgangs anhand eines Querschnitts durch den abgewickelten Schneckenkanal in der Aufschmelzzone, Fig.3 Geschwindigkeitskomponenten im Schneckenkanal am Beginn der Aufschmelzzone (Vergleich: konventionellgenutet), Fig.4 Geschwindigkeitskomponenten im Schneckenkanal am Beginn der Aufschmelzzone (Vergleich: Großer Steigungswinkel /2 - kleiner Steigungswinkel Y1 Fig.5 Geschwindigkeitskomponenten im Schneckenkanal am Beginn der Aufschmelzzone (Vergleich: Große Axialgeschwindigkeit - kleine Axialgeschwindigkeit bei großem Steigungswinkel Y22s Fig.6 Geschwindigkeitsprofile in Kanalrichtung im Schneckenkanal an verschiedenen Stellen in der Aufschmelzzone, Fig.7 verschiedene Kanaltiefenverläufe h als Funktion der axialen Koordinate z, Fig.8 verschiedene Abwicklungen von Schneckenkanälen in die Ebene sowie ganalquerschnitte, Fig.9 weitere Abwicklungen von Schneckenkanälen in die Ebene, sowie keilförmige Kanalquerschnitte, Fig.10 eine Abwicklung einer viergängigen Schnecke, sowie zwei Schneckenquerschnitte.
  • Fig.1 zeigt einen Längsschnitt durch den Verfahrensteil einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse mit erfindungsgemäßer Extruderschnecke. Eine zweigängige Schnecke S mit Durchmesser D ist drehbar in einem zylindrischen Gehäuse Gl und G2 gelagert.
  • Die im Gehäuse G1 vorhandene Einzugsbuchse EB ist an ihrer zylindrischen Innenfläche mit konisch auslaufenden Wendelnuten N versehen und bildet zusammen mit der Schnecke S eine Feststoffpumpe von an sich bekannter Bauart. Statt Wendelnuten können auch konisch auslaufende Axialnuten vorgesehen sein, die fertigungstechnisch zwar einfacher, verfahrenstechnisch jedoch ungünstiger sind /5/. Zur Abfuhr der im Betrieb entstehenden Reibungswärme ist die Buchse EB kühlbar, mit einem Kühimittelzulauf KE bzw. -auslauf KA. Das Gehäuse G2 und das Ausformwerkzeug W sind mit Heizelementen HK ausgerüstet, denen auch Kühlelemente, beispielsweise Kühlgebläse parallel geschaltet sein können, um gegebenenfalls überschüssige Dissipationsenergie aus der Schmelze abzuführen.
  • Das Fördergut wird bei E meist als rieselfähiges Schüttgut aufgegeben, von der Feststoffpumpe gefördert und verdichtet und gelangt sodann bei erhöhtem Druck in die Aufschmelzzone AZ, in der das Material mehr oder weniger homogen aufgeschmolzen bzw. plastifiziert wird. Ein Scherteil ST und Mischteil MT besorgen die notwendige mechanische und thermische Homogenisiebung der Rohschmelze, ehe sie in das Ausformwerkzeug W gelangt und bei A den Extruder verläßt.
  • Im Falle einer Schnecke S mit von Pos. @ bis Pos. 0 durchgehend konstanter Steigung s von 1,2-D bis 0,8.D, wie sie bisher in derartigen Extrudern verwendet wird, erreicht der Massedruck etwa bei Pos.03 am Ende der genuteten Zone der Einzugsbüchse EB sein Maximum, und die nachfolgenden Zonen AZ, ST und MT werden überfahren, d.h. sie wirken als Druckverbraucher. Die bei Pos.0 entstehenden Drücke können sehr groß sein und liegen häufig bei 1000 bar und darüber. Das unter diesen Bedingungen längs der Schneckenachse sich ausbildende Druckprofil ist in der gestrichelten Kurve P1 typmäßig dargestellt. Die nachteiligen Konsequenzen, die sich aus derart hohen Drücken ergeben, sind weiter oben schon ausführlich erläutert worden.
  • Vergrößert man nun in erfindungsgemäßer Weise die Steigung s bzw. den Steigungswinkel 9 des Schneckensteges T des Schneckenabschnittes S2 etwa ab Pos. bis Pos. @ , so kann man bei sonst gleichen geometrischen und betriebsmäßigen Voraussetzungen eine drastische Absenkung des Massedruckes am Ende der Einzugszone bzw. am Beginn der Aufschmelzzone erreichen. Der Druckverlauf,der sich dann bei einer erfindungsgemäßen Schnekkenpresse einstellt, ist typmäßig in der Kurve P2 dargestellt, wobei ein gewisser Spielraum nach oben, Kurve P20, bzw. nach unten, Kurve P2U, möglich und zulässig ist, je nachdem wie die Steigung s und die Gangtiefe h des Schneckenkanals 5K aufeinander abgestimmt sind. Günstige Verhältnisse liegen dann vor, wenn die Schnecke in der Aufschmelzzone nicht als Druckverbraucher wirkt. Dies kann selbst bei hohen Massedurchsätzen und verbesserter Schmelzequalität unter bestimmten erfindungsgemäßen Voraussetzungen erreicht werden, wie nachfolgend gezeigt wird.
  • Zur weiteren Einführung in die Problematik werden kurz die prinzipiellen Vorgänge beim Aufschmelzen von wandhaftenden bzw. im wesentlichen wandhaftenden Thermoplasten in Einschnekkenpressen dargestellt. Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch den abgewickelten Schneckenkanal am Anfangsbereich der Aufschmelzzone. Die Schnecke S mit dem Schneckensteg T (oder mehreren Stegen T) wird in üblicher Betrachtungsweise als ruhend und das Gehäuse G2 als bewegt betrachtet, wobei zwischen beiden die Relativgeschwindigkeit vr herrscht. Zwischen der heißen Schnecke S und dem Feststoff F bilden sich Schmelzefilme SF2 und SF3, auf denen der Feststoff in Kanalrichtung gleitet.
  • Der hauptsächliche Aufschmelzprozeß findet jedoch im Schmelzefilm SF1 zwischen Feststoff F und Gehäuse G2 statt, weil dort die entstehende Schmelze sofort weggeschleppt wird und weil die Energiedissipation infolge innerer Reibung in dem nur wenige Zehntelmillimeter dicken Film SF1 vergleichsweise groß ist. Eine Verkleinerung der Relativgeschwindigkeit v r verursacht, wegen der Verkleinerung der Energiedissipation, bei sonst gleichen Bedingungen auf jeden Fall eine Verringerung der Aufschmelzleistung.
  • In der Fig.3 werden beispielhaft die Vektordiagramme im Schneckenkanal im Anfangsbereich der Aufschmelzzone beim konventionellen Extruder dargestellt und verglichen mit denjenigen der genuteten Schneckenpresse. Vergleichsbasis ist gleiche Schneckengeometrie an dieser Stelle, insbesondere gleicher Steigungswinkel und und gleiche Kanaltiefe h sowie gleiche Drehzahl bzw. gleiche Umfangsgeschwindigkeit v . Die Erhöhung u des Massedurchsatzes beim genuteten System kann dann gleichgesetzt werden mit einer Erhöhung der mittleren Axialgeschwindigkeit von vaxk auf vax; im gezeichneten Beispiel ist vax = 1,5 vaxk. Die Relativgeschwindigkeit v5 zwischen kompaktiertem Feststoffstrang und Schneckenkanal erhöht sich in gleicher Weise, v51 = 1,5 vsk, während die Relativgeschwindigkeit vr zwischen Feststoff F und Gehäuse G2 um knapp 40 % abnimmt, VrI # 0,6 . vrk. Allein schon durch diese Tatsache wird die Aufschmelzleistung wegen Verkleinerung der Energiedissipation deutlich verringert. Berücksichtigt man zudem noch die geringere Erwärmung des Feststoffes F seitens der heißen Schnecke über die Schmelzefilme SF2 und SF3 in Fig.2 wegen der kleineren Verweilzeit, so ergibt sich insgesamt eine wesentliche Verschlechterung der Aufschmelzleistung, die bei gleicher Schneckenlänge nur durch zusätzliche Scher- und Mischteile ausgeglichen werden kann. Vergrößert man nun, bei sonst gleichen geometrischen und betriebsmäßigen Bedingungen, wie in Fig.4 dargestellt, in erfindungsgemäßer Weise den Steigungswinkel des Schmelzekanals von beispielsweise 1 = 17,60 auf Y2 = 450, so erhöht sich die Relativgeschwindigkeit vr(und damit die Energiedissipation) auf vr2 # 2,5.vr1 und liegt sogar noch wesentlich über der des konventionellen Systems mit geringerer Durchsatzleistung aus Fig.3. Selbst bei weiterer Erhöhung des Massedurchsatzes, in Fig.5 symbolisiert durch die Erhöhung der mittleren Axialgeschwindigkeit auf vax3 = 1,67vax,wird die Relativgeschwindigkeit vr3 bzw. Energiedissipation gegenüber Vr2 nur geringfügig reduziert.
  • Allgemein kann festgestellt werden, daß durch eine Vergrößerung des Steigungswinkels # der Schnecke in der Aufschmelzzone über eine Erhöhung der Energiedissipation im Schmelzefilm SF1 zwischen Feststoff und Gehäuse die Aufschmelzleistung erhöht werden kann. Bei gleicher axialer Länge der Aufschmelzzone kann somit entweder - bei gleicher Schmelzequalität wesentlich mehr Feststoff aufgeschmolzen werden, oder - bei gleichem Massedurchsatz die Schmelzehomogenität wesentlich verbessert werden, weil der Feststoff früher aufgeschmolzen wird.
  • Eine Erklärung für die überraschende Absenkung des Massedrucks am Ende der Einzugszone bei überfahrener Aufschmelzzone durch Erhöhung des Steigungswinkels in der Aufschmelzzone bei sonst konstanten Bedingungen kann wie folgt gegeben werden: Die Gesamtvolumenströmung G eines Newtonschen Mediums im Schneckenkanal setzt sich zusammen aus der Schleppströmung G5 abzüglich der Druckströmung Gp /1/: G = Gs - GP (1), mit Gs = ½Q.vu.fssin # .cos# (2), und Q = #.Dh2-(1-h2/D).(1-BSU) (4), wobei Q = freier Fließquerschnitt bei Projektion in axialer Richtung, vu = Umfangsgeschwindigkeit, D = Außendurchmesser der Schnecke, h2 = Schneckenkanaltiefe am Ende der Aufschmelzzone, # = mittlere dynamische Viskosität am Ende der Aufschmelzzone, BSU = Flächenanteil der Schneckenste e an der Ringfläche dp/dX = Druckgradient in Achsrichtung, fs = Korrekturfaktor für Flanken- und Krümmungseinfluß für die Schleppströmung Gs /5/, fp = Korrekturfaktor für Flanken- und Krümmungseinfluß für die Druckströmung Gp /5/.
  • Wird die Schnecke überfahren, so ist dp/dL <0 und G = Gs + /Gp/, d.h. Druck- und Schleppströmung werden addiert und die maximale Gesamtvolumenströmung G wird bei # > 45° erreicht, wie man leicht zeigen kann.
  • Die maximale Volumen-Schleppströmung G smax wird bei einem Steigungswinkel von SP = 450 erreicht: Gsmax w ¼.Q.vu.fs (5) Im Gegensatz zu /1/ scheint es sinnvoller zu sein, den Volumendurchsatz G mit einer bekannten, konstanten Größe, nämlich mit der maximalen Volumen-Schleppströmung Gsmax dimensionslos zu machen. Mit Hilfe der Gleichungen (1) bis (5) erhält man dann nach einigen Umformungen den dimensionslosen Volumendurchsatz G Gs Gp Gsmax = Gsmax = Gsmax bzw. G = sin 2 # - a" sin2 (6), Gsmax mit Die Kenngröße a" kann als dimensionsloser Druckgradient gedeutet werden. Durch Nullsetzen der Ableitung der Gl.(6) nach t erhält man einen Steigungswinkel #opt, für den der Volumendurchsatz G/Gsmax bei einem vorgegebenen Druckgradienten a0' ein Maximum aufweist zu tan 2#opt = ## (8), oder, wenn der dimensionslose Volumendurchsatz G/Gsmax vorgegeben wird, folgt mit Gl.(6) und #opt aus Gl.(8) nach einigen Umformungen tan #opt = G/Gsmax (9).
  • Gleichung (9) ist eine einfache und sehr zweckmäßige Beziehung zur Bestimmung des optimalen Steigungswinkels gopt da G/Gsmax in der Regel mindestens näherungsweise vorgegeben werden kann: Die Feststoffpumpe gibt den Massedurchsatz ih vor und bei Kenntnis der geometrischen Größen D, h2, BSU sowie der Umfangsgeschwindigkeit v und der mittleren Dichte kann sowohl der Volumendurchsatz (G = m/ #s) als auch mit den kann sowohl Vldht ) als auch mit den Gleichungen (4) und (5) die maximale Volumen-Schleppströmung G smax ermittelt werden. Ist G/G smax <1, so wird #opt < 450 und mit Gl.(8) der dimensionslose Druckgradient a11>O (dp/dL>0); für G/Gsmax > 1 wird #opt > 450 und a" < 0 (dp/dL < O). Im neutralen Fall mit G/Gsmax = 1 ist gopt = 450 und a" = 0 (dp/dL = 0).
  • Durch Umformung von Gl.(6) erhält man a" = 2 - G . 1 +1) (10) tan# = Gsmax tan²# und man erkennt sofort, daß bei unabhängiger Vorgabe von z.B.
  • G/Gsmax = 1 und 450 # # 900 der dimensionslose Druckgradient a im Bereich von 0 > a11 # - 1 liegt. Setzt man wie oben G/Gsmax = 1 und für den Steigungswinkel ?Werte ein, die im üblichen Bereich von 140< # < 210 liegen, so erhält man mit -9,1 < a"< -2,6 für a" Zahlenwerte, die weit unter dem Grenzwert für # = 900 liegen! Dies ist ein ausgesprochen. überraschendes Ergebnis, besagt es doch, daß sogar Schneckenkanäle, die erfindungsgemäß achsparallel angeordnet sind, bei sonst gleichen geometrischen und verfahrenstechnischen Bedingungen einen wesentlich geringeren Widerstand gegen Überfahren aufweisen können, als Schnekkenkanäle mit bisher üblichen Steigungswinkeln. Grundsätzlich sollten jedoch möglichst optimale Steigungswinkel #opt nach Gl.(9) eingehalten werden, um den Druck am Anfang der Aufschmelzzone niedrig zu halten. Realisierbare Werte für G/Gsmax dürften im Bereich von 0,5 <G/G5max < 5 (11) liegen; für gopt ergibt sich dann etwa ein Bereich von 250 < #opt < 800 (12).
  • Bei Verwendung einer förderstabilen genuteten Einzugszone oder Feststoffpumpe ist man nicht darauf angewiesen, daß die Aufschmelz-bzw. Plastifizierzone einen zusätzlichen Druck aufbaut. Man sollte sogar bewußt den Druckaufbau der Feststoffpumpe überlassen, da deren energetischer Wirkungsgrad in aller Regel günstiger ist als derjenige von Schraubenpumpen für viskose Medien (es sei denn, daß zu großer mechanischer Verschleiß in der Feststoffzone und/oder mischtechnische Gesichtspunkte dagegen sprechen). In erfindungsgemäßer Weise folgt dann mit G/G smax # 1 für den optimalen Steigungswinkel gopt % 45 i G/Gsmax X 1 (13)-Die Schneckenkanaltiefe h2 oder über den Schneckenumfang arithmetisch gemittelte Kanaltiefe h2 ist eine weitere Zielgröße bei der Optimierung einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse. Mit den Gleichungen (4) und (5) findet man nach einigen Umformungen für die dimensionslose Schneckenkanaltiefe G/Gsmax sollte möglichst im Bereich von 0,5 < G/Gsmax <1 vorgegeben werden. Für den Fall, daß h2/D zu groß bemessen wird und die Fourier-Zahl Fo zu kleine Werte liefert (siehe unten), ist die Rechnung mit größerem G/Gsmax zu wiederholen.
  • Ein Maß für die Erwärmung des kompaktierten Feststoffs mit der Temperaturleitfähigkeit a durch die heiße Schmelze in einem Zeitintervall Zt ist die Fourier-Zahl Fo; Fo = a dt (15).
  • h2 Eine gute Durchwärmung und hohe Aufschmelzleistung wird bei großen Fõ-Zahlen, d.h. u.a. bei kleinen Schneckenkanaltiefen h erreicht. Deshalb sollten in der Aufschmelzzone möglichst kleine h -Werte vorgesehen werden. Man hat jedoch diesbezüglich wenig Spielraum, da h durch die Gl.(14) vorgegeben ist und lediglich durch die Wahl von G/G smax beeinflußt werden kann (siehe (11)).
  • Es wurde schon vorgeschlagen, den Widerstand der Extruderschnecke gegen Überfahren durch Vergrößerung der Schneckenkanaltiefe h zu verringern und mindestens den Anfangsbereich der Aufschmelzzone als sogenannte Dekompressionszone auszubilden. Dies erbringt zwar den gewünschten Effekt, ist aber aus den o.a. Gründen wenig sinnvoll.
  • Untersucht man die Vorgänge am Beginn der Aufschmelzzone, so können auch dort die überraschenden Beobachtungen anhand eines theoretischen Modells bestätigt werden. In Fig.6 sind Längsschnitte mit Geschwindigkeitsprofilen durch den Schneckenkanal gegenübergestellt und zwar - in Fig. 6c im Endbereich der Aufschmelzzone mit einem homogenen Geschwindigkeitsprofil, - in Fig. 6b im Mittelbereich der Aufschmelzzone mit einem durch den kompaktierten Feststoffstrang verursachten inhomogenen Geschwindigkeitsprofil und mit h2 = h3 und - in Fig. 6a im Anfangsbereich der Aufschmelzzone mit h1 > h2.
  • Um eine Vergleichsbasis zu schaffen, wurde für alle Geschwindigkeitsprofile reine Schleppströmung angenommen, d.h. dp/dL = 0 gesetzt. Ferner ist der Einfachheit halber der Volumendurchsatz an jeder Stelle gleich groß angenommen worden. Der Feststoffstrang gleitet am Schneckenkanalgrund mit der Geschwindigkeit Vs2 bzw. v51 auf einem Schmelzefilm SF2 mit der Dicke #s2 bzw.
  • #s1. Am Gehäuse G2 wird er über den Schmelzefilm SF1 (Dicke #z, Viskosität tz) wegen der in Kanalrichtung gelegenen Komponente vu.cos tf der Umfangsgeschwindigkeit Vu stromabwärts geschleppt.
  • In Fig. 6a ist der Schmelzefilm SF2 am Ende der Einzugszone bzw.
  • am Anfang der Aufschmelzzone noch dünn ( #s1) und seine mittlere Viskosität sl ist noch sehr hoch. Deshalb sollte dort im Hinblick auf einen günstigen Druckgradienten dp/dL die Kanaltiefe h1 groß gewählt werden, allerdings unter Beachtung der Fo-Zahl.
  • Wie Fig. 6b veranschaulicht, kann im Mittelbereich der Aufschmelzzone hingegen die Kanaltiefe schon so klein sein wie an deren Ende, da der Schmelzefilm SF2 schon vergleichsweise dick ( #s2) und niederviskos ( 77s2)ist und die Bewegung des Feststoffstranges nicht mehr wesentlich hemmt.
  • Ein Kräftegleichgewicht am Feststoffstrang (Impulssatz) im Anfangsbereich der Aufschmelzzone liefert in analoger Weise wie am Ende der Aufschmelzzone (vgl. Gl.(6)) für den dimensionslosen Volumendurchsat z GF/GFsmax Gp = sin 2.# - a' . sin²# (16), Gsmax mit und Q nach Gl.(4). Die Kennzahl a kann, ähnlich wie a" als dimensionsloser Druckgradient gedeutet werden. Auch hier wird bei Vorgabe von a der optimale Steigungswinkel (vgl. Gl.( 8)) tan 2- gopt = S (19) bzw. bei Vorgabe des dimensionslosen Volumendurchsatzes GF/GFsmax (vgl. Gl.( GF 9)) tan #opt = GF (20).
  • GFsmax Die gesuchte dimensionslose Kanaltiefe der mittleren Dicken #s und dz und der mittleren Viskositäten #s und #z der Schmelzefilme SF2 und SF1 sowie des Massedurchsatzes m und der mittleren Feststoffdichte #F berechnet werden zu wobei fFs = Korrekturfaktor für den Flanken- und Krümmungseinfluß, fFs # fs X ... 1,0.
  • Gleichung (21) ist überraschenderweise formal identisch mit Gl.
  • (14) und geht sogar praktisch in Gl.(14) über, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind a) #z . #z = 1 71z 6s b) m/#F#m/#s , (22) c) GF/GFsmax # G/Gsmax Die Bedingung a) ist an irgendeiner Stelle im ersten oder zweiten Viertel der Aufschmelzzone erfüllt, je nach den Betriebsbedingungen, insbesondere der Temperatur der Schnecke am Beginn der Aufschmelzzone bzw. im Endbereich der Feststoffzone. Dort ist in der Regel ( #s/ ist ( #z/ #s) » 1, wodurch die Kanaltiefe nach Gl.(21) entsprechend zu vergrößern wäre h1/D > h2/D, es sei denn, daß in diesem relativ kurzen Abschnitt ein erhöhter Druckabfall zugelassen wird. Eine Schneckenheizung kann in vorteilhafter Weise Qs verkleinern und #s vergrößern, wodurch die Bedingung a) evtl. schon am Beginn der Aufschmelzzone erfüllt und dort schon die Gangtiefe h1/D = h2/D vorgesehen werden kann.
  • Fig. 7 zeigt ineiner Gegenüberstellung über der Schneckenachse aufgetragene mögliche Kanaltiefenverläufe h(z). Die Kurve ha markiert die bisher übliche konstante Schneckenkanaltiefe.
  • Davon ausgehend kann bei gleichem Massedurchsatz die Kanaltiefe bei einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse in der Aufschmelzzone beispielsweise gemäß Kurve hb linear, d.h. proportional mit der Achskoordinate z, abnehmen oder gemäß Kurve hc zunächst überproportional und gegen Ende der Aufschmelzzone unterproportional mit z. Aus der Verkleinerung der Kanaltiefe bei einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse resultiert wegen der Vergrößerung der Fo-Zahl eine wesentlich schnellere Aufschmelzung des Feststoffs. Dadurch kann entweder - bei gleichem Massedurchsatz die Homogenität der Schmelze verbessert, oder - bei gleichem Massedurchsatz und gleicher Schmelzequalität die Aufschmelzzone verkürzt werden.
  • Eine dritte Möglichkeit ist in den Kurven hd und he gezeigt, nämlich - bei gleicher Schmelzequalität und gleicher Baulänge eine drastische Erhöhung des Massedurchsatzes durch Vergrößerung der Schneckenkanaltiefe in der Einzugszone.
  • Die Verweilzeit bt des Feststoffs im System wird dadurch zwar verkürzt, aber wegen der Verkleinerung der Kanaltiefe h im größten Teil der Aufschmelzzone kann die mittlere Fo-Zahl nach Gl.(15) konstantgehalten oder sogar noch vergrößert werden.
  • Die Kompression des Feststoffs in der Einzugszone kann, wie Kurve hde2 zeigt, durch entsprechenden Kanaltiefenverlauf ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist es, den Kurvenverlauf prinzipiell ähnlich zu gestalten wie bei Kurve hc oder ihn wenigstens durch einen Polygonzug anzunähern, wie die Kurven hd und he zeigen.
  • Zur Verdeutlichung des Verlaufs des Steigungswinkels f längs der Achse einer erfindungsgemäßen Schneckenpresse mit einer ebenfalls als Schneckenpresse ausgebildeten Feststoffpumpe nach Fig. 1 ist in Fig. 8 die Abwicklung (Schneckenumfang = 7f D) einer 3-gängigen erfindungsgemäßen Extruderschnecke und deren Lage relativ zum Gehäuse dargestellt. Die Axial-oder Wendelnuten N der Einzugsbuchse EB laufen etwa bei Pos.0 konisch auf Null aus. Vorteilhaft ist es, schon im Bereich des Nutenverlaufs, also etwa zwischen Pos. und Q den Steigungswinkel (spontan oder allmählich von dem Steigungswinkel 1 der Einzugszonenschnecke auf den Steigungswinkel t2 der Aufschmelzzonenschnecke zu vergrößern. Wegen der geringen Nuttiefe geht nämlich die Förderwirksamkeit der Nuten in diesem Bereich verloren und man hat praktisch schon ein Gehäuse mit glatter Innenwand, ähnlich dem Gehäuse G2,vorliegen.
  • Schnitt I - I in Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die abgewickelten Schneckenkanäle mit dem üblichen im wesentlichen rechteckigen oder trapezförmigen Profil mit ausgerundeten Ecken. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch andere Kanalquerschnittsformen bei der erfindungsgemäßen Schnekke möglich sind (siehe auch weiter unten).
  • In Fig.8 ist außerdem dargestellt, wie etwa in der zweiten Hälfte, frühestens ab dem Punkt, wo die oben erwähnte Bedingung a) erfüllt ist, d.h. in der Regel etwa ab Beginn des zweiten Viertels oder des zweiten Drittels der Aufschmelzzone, der Steigungswinkel des Schneckensteges TbI vergrößert werden kann (Tb2) \ bis auf ß= = 900 (Tb3) und darüber. Dies kann sinnvoll sein im Hinblick auf eine forcierte Aufschmelzung und gute Durchmischung der Rohschmelze oder Schmelze durch die erhöhte Transversalströmung. Zu überprüfen ist jedoch im Einzelfall, ob der Widerstand beim Überfahren des Systems durch die Vorzonen nicht zu groß wird.
  • Weiter oben wurde gezeigt, daß durch die Vergrößerung des Steigungswinkels f in erfindungsgemäßer Weise die Aufschmelzleistung durch Erhöhung der Energiedissipation im Schmelzefilm SF1 zwischen Feststoff F und Gehäuse G2 gesteigert werden kann. Dies kann jedoch, insbesondere bei schnellaufenden modernen Schneckenextrudern, zu unerwünschten Temperaturspitzen im Schmelzefilm SF1 selbst führen, bzw. in der Folge zu einer überhöhten mittleren Schmelzetemperatur TM, wodurch das Material thermisch geschädigt werden kann. Zur Absenkung von ist es zweckmäßig, frühzeitig heiße Schmelze mit kälteren Masseteilchen zu vermischen, was in hervorragender Weise mittels keilförmigen Arbeitsspalten bewerkstelligt werden kann, deren verfahrenstechnische Überlegenheit bei ähnlich gelagerten Anwendungsfällen schon bewiesen worden ist /6/.
  • In Fig. 9 sind die Abwicklung und einige Schnitte einer zweigängigen Extruderschnecke gezeigt, bei der in erfindungsgemäßer Weise die ausgesprochen vorteilhafte Kombination von Keilspalt, großem Steigungswinkel Y2 . Schneckenkanal mit offenen Enden und vergleichsweise einfacher Fertigungsmöglichkeit verwirklicht ist. Das Fördergut wird bei E aufgegeben und fließt in den beiden Schneckenkanälen SK etwa gemäß den eingezeichneten Pfeilen. An einigen Stellen ist abwechselnd der eine oder andere Schneckensteg T ersetzt durch eine in Umfangsrichtung und entgegen der Drehrichtung der Schnecke ansteigende Rampe SKS, wodurch zwischen Gehäuse G2 und Schnecke S ein Keil- oder Sichelspalt Sp gebildet wird (Schnitt III-III und V-V), der an seiner engsten Stelle deutlich größer ist als das Schneckenspiel zwischen T und G2. Der in den Spalt eingezogene heiße Schmelzefilm SF1 kann sich im oberen Teil der Rampe mit kälteren Masseteilchen aus dem Bereich des Feststoffbettes bzw. Kanalgrundes mischen, wodurch in gewünschter Weise eine relativ niedrige Mischungstemperatur erzielt werden kann. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, wobei das Material mindestens teilweise abwechselnd von einem Schneckenkanal in den benachbarten und umgekehrt transportiert wird. Kerben E, die im Bereich der engsten Stelle des Spaltes Sp in die Rampe eingearbeitet sind, erleichtern den Masseübertritt und sorgen durch Vergrösserung der Oberfläche für einen guten Wärmeaustausch mit der heißen Schnecke und anschließend mit der umgebenden Schmelze, siehe u.a. Schnitt II-II. Die Kombination von großem Steigungswinkel t2 und Keilspalt ist wegen der vergleichsweise großen Geschwindigkeitskomponente v = v sin CP2 quer zum Kanal mischtechnisch deshalb besonders günstig, weil dadurch selbst sehr hochviskose oder noch unaufgeschmolzene Materialteilchen durch den verstärkten Schlepp-Effekt in den Keilspalt eingezogen, geknetet und aufgeschmolzen werden.
  • Es sind Schneckenkonstruktionen bekannt /7-11/, bei denen das Fördergut durch enge Scherspalte geleitet wird, um eine gleichmäßige Plastifizierung aller Masseteilchen sicherzustellen.
  • Solche Schnecken wirken wie ein Filter für die Schmelze, d.h.
  • zufällig mit dem Fördergut in den Prozeß gelangte gröbere Schmutzteilchen werden zurückgehalten, verbleiben in der Schnekke und können Anlaß zu Störungen geben, insbesondere wenn thermisch empfindliche Kunststoffe verarbeitet werden oder wenn ein Farbwechsel vorgenommen wurde.
  • Die erfindungsgemäße Schneckenpresse hingegen wirkt nicht als Filter, da der Querschnitt der Schneckenkanäle an jeder Stelle groß genug bemessen ist und selbst groben Verunreinigungen Durchlaß gewährt, die gegebenenfalls stromabwärts in besonderen Filtervorrichtungen abgefangen werden können. Durch geeignete Wahl der Sichelspalthöhe, -länge und -anzahl kann auch bei der vorliegenden Erfindung sichergestellt werden, daß das Material mindestens einmal einen engen Scherspalt passiert hat.
  • In diesem Fall kann sogar auf ein nachgeschaltetes Scherteil (ST in Fig. 1) verzichtet und die Baulänge verkürzt werden.
  • Verfahrenstechnisch besonders günstig sind achsparallele Sichelspalte, wie sie beispielsweise in Fig. 9 zwischen Pos.
  • und Pos. @ angedeutet sind /10, 11/.
  • Bei der Fertigung einer erfindungsgemäßen Extruderschnecke nach Fig. 9 oder Fig. 10 auf modernen Werkzeugmaschinen werden kaum höhere Anforderungen gestellt als bei der Produktion bisher üblicher Schnecken. Lediglich beim Bearbeiten der Ubergänge bei Änderungen des Steigungswinkels muß ein geringer Mehraufwand getrieben werden.
  • Fig. 10 zeigt eine ähnliche erfindungsgemäße Schneckenkonstruktion wie Fig. 9 in der Abwicklung und in zwei Querschnitten, jedoch mit vier Kanälen SK bzw. Stegen T und im Anfangsbereich der Aufschmelzzone jeweils zwei gegenüberliegenden Rampen SKS bzw. Sichelspalten SP und Kerben K (5. Schnitt VI-VI). Im Endbereich der Aufschmelzzone sind vier Rampen SKS bzw. Sichelspalte SP vorgesehen, die eine intensive Bearbeitung der Rohschmclze sicherstellen und die bei geeigneter Abstimmung von Spaltweite und -länge ein Scherteil ST und evtl. sogar ein Mischteil MT in vorteilhafter Weise ersetzen (Verkürzung der Baulänge).
  • Durch die symmetrische Anordnung der Schneckenkanäle bezüglich Lage, Größe und Form neutralisieren sich die auf die Schnecke wirkenden Radialkräfte weitgehend, so daß die Verschleiß verursachenden Lagerkräfte zwischen Schneckensteg T und Gehäuse G2 auf ein Minimum reduziert werden.
  • Literaturverzeichnis /1/ Schenkel, G. Kunststoff-Extrudertechnik.
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  • /3/ Fritz, G. Verschleißerscheinungen an Plastifiziereinheiten von Hohlkörperblasanlagen.
  • Kunststoffe 65 (1975), S.176-182 u. S.258-264.
  • /4/ Grünschloß, E. Die Theorie der Wendelnuten-Einzugszone bei Einschnecken-Extrudern.
  • Vortrag auf dem 6. Stuttgarter Kunst stoffkolloquium 21.-23.März 1979.
  • /5/ Schenkel, G. Der Volumendurchsatz von Schraubenpumpen und Schmelze-Extrudern mit kombiniertem Flanken- und Kriimmungseinfluß.
  • Kautschuk + Gu=i.Kunststoffe 28 (1975), S.21-28.
  • /6/ Rodenacker, W. Keilspaltmaschinen - Fördern und Evakuieren von nicht newtonschen Stoffen.
  • Chem.Ing.Techn.36 (1964), S.898-906.
  • /7/ CH-PS 363 149 /8/ US-PS 3 698 541 /9/ GB-PS 1 492 590 /10/ DT-OS 1 729 364 /11/ DT-GM 7 530 164 /12/ DT-OS 2 559 068

Claims (14)

  1. PATENTANSPRÜCHE 10 Schneckenpresse bzw. Verfahrensaggregat für eine Schneckenpresse zur Verarbeitung von thermoplastischen oder elastomeren Nassen, insbesondere thermoplastischen oder elastomeren Kunststoffen oder Kautschuk, die als rieselfähiges Schüttgut aufgegeben werden, mit einer, entsprechend den Verfahrensschritten - Feststoff-Fördern und -Verdichten - Aufschmelzen und gegebenenfalls - Homogenisieren in an sich bekannter Weise vorgenommenen konstruktiven bzw.
    verfahrenstechnischen Zoneneinteilung von Gehäuse und/oder Extruderschnecke in - eine Feststoffzone mit einer Feststoffpumpe, die vorzugsweise koaxial zu den übrigen Zonen angeordnet und als Schneckenpresse ausgebildet sein kann, welche im wesentlichen nur die Aufgabe hat, den Stofftransport und Druckaufbau sicherzustellen, in - eine Aufschmelzzone oder Plastifizierzone, welche im wesentlichen nur die Aufgabe hat, den Feststoff in eine mehr oder weniger homogene Schmelze, Rohschmelze oder plastische Masse zu überführen und gegebenenfalls in - eine Homogenisierzone, welche im wesentlichen nur die Aufgabe hat, die Rohschmelze oder plastische Masse mechanisch und thermisch zu homogenisieren, wobei die Extruderschnecke im Bereich der Aufschmelzzone mindestens einen durchgehenden Schneckenkanal aufweist, der an seinem Anfang und Ende offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel Y des Schncckenkanals bzw. -steges in der Aufschmelzzone oder in der Aufschmelz- und Schmelze- bzw.
    Homogenisierzone im Bereich von 250 4 9 I 900 liegt, wobei der Steigungswinkel t durch die Gleichung tan T = s/(v i>), mit dem Außendurchmesser D der Schnecke und der Steigung s der Schneckenwendel definiert ist.
  2. 2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schneckenkanäle bzw. -stege vorhanden sind, und daß die Querschnittsform der Schnecke an beliebiger Stelle, mindestens aber längs der Aufschmelzzone symmetrisch bezüglich der Drehachse ist.
  3. 3. Schneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, mit einer in an sich bekannter Weise koaxial zum Verfahrens aggregat angeordneten und als Einschneckenpresse ausgebildeten Feststoffpumpe mit Axialnuten oder Wendelnuten in der Gehäuseinnenwand, die vorzugsweise in Förderrichtung konisch auslaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel / der Schneckenstege bzw. -kanäle ab dem Bereich des Nutenauslaufs, oder etwa ab dem Bereich, wo die Nuten eine Tiefe von etwa 0 % bis 25 % der maximalen Nutentiefe (Anfangstiefe) aufweisen, bis mindestens zum Beginn des zweiten Viertels der Aufschmelzzone im Bereich von 250C y 4 800 liegt, wobei innerhalb des angegebenen Bereichs der Steigungswinkel P abrupt oder vorzugsweise allmählich vom Steigungswinkel der Feststoffpumpen-Schnecke auf den Steigungswinkel der Aufschmelzzonen-Schnecke übergehen kann.
  4. 4. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel Y frühestens ab dem zweiten Viertel der Aufschmelzzone bis zu ihrem Ende im Bereich von 800 y t < 900 liegt.
  5. 5. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel t frühestens ab dem zweiten Viertel der Aufschmelzzone bis zu ihrem Ende CP 90° beträgt.
  6. 6. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenkanaltiefe in der Aufschmelzzone im wesentlichen konstant und gleich groß ist, wie die Kanaltiefe am Ende der Feststoffpumpenschnecke.
  7. 7. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der an einer beliebigen Stelle in der Aufschmclzzone oder Schmelzezone das Verhältnis G/Gsmax aus effektiven Volumenstrom G = m . # s und maximal möglichem Volumenschleppstrom Gsmax = ¼ . v . # .D.h2.(1-h2/D).(1-BSU).fs, mit m = Massedurchsatz, #s = mittlere Dichte des Fördergutes an der betrachteten Stelle, vu = Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke, h2 = Schneckenkanaltiefe an der betrachteten Stelle, BSU = Flächenanteil der Schneckenstege an der Ringfläche #.D.h2.(1-h2/D), f = Korrekturfaktor für Flanken- und Krümmungseinfluß, 0,9 < f2 < 1, näherungsweise f5 0,95, vorgegeben oder erreicht wird, oder sich einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an dieser Stelle der Aufschmelz-oder Schmelzezone der Steigungswinkel 9 des Schneckenkanals bzw. -steges so bemessen ist, daß die Gleichung tan T = G/Gsmax näherungsweise, oder mindestens die Beziehung 0,7.G/Gsmax # tan =< G/Gsmax .1,3 erfüllt ist.
  8. 8. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenkanaltiefe h2 oder die in Umfangsrichtung arithmetisch gemittelte Schneckenkanaltiefe h2 frühestens ab dem zweiten Viertel der Aufschmelzzone bis zum Ende der Aufschme3z- oder Schmelzezone so bemessen ist, daß die Gleichung mindestens näherungsweise erfüllt ist, wobei das den Grad des Uberfanrens charakterisierende Verhältnis G/Gsmax vorzugsweise im Bereich von 0,5 i G/Gsmax < 5 liegt und mit den übrigen Bezeichnungen wie in Anspruch 7.
  9. 9. Schneckenpresse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis G/Gsmax im Bereich von 0,9< G/G5max < 1,1 liegt.
  10. 10. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenkanaltiefe am Ende der Aufschmelzzone kleiner ist als am Anfang, und daß etwa im ersten Viertel der Aufschmelzzone die Eanaltiefe überproportional und in den beiden letzten Vierteln unterproportional abnimmt.
  11. 11. Schneckenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufschmelzzone der Schneckenkanalgrund mindestens abschnittsweise in Umfangsrichtung und entgegen der Drehrichtung der Schnecke gesehen nach Art einer Rampe ansteigt, wodurch zwischen Kanalgrund und Gehäuseinnenwand ein Keil- oder Sichelspalt gebildet wird, dessen kleinste Spaltweite zwischen 0,2 mm und D/20 mm liegen kann CD = Außendurchmesser der Schnecke).
  12. 12. Schneckenpresse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schneckenkanäle gerade ist und größer als zwei, und daß sie abwechselnd und abschnittsweise sichel-oder keilspaltartige, im übrigen aber beliebige Querschnittsform aufweisen.
  13. 13. Schneckenpresse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der kleinsten Spaltweite des Sichelspaltes in der Schnecke Kerben oder Nuten beliebiger Querschnittsform eingearbeitet sind, deren Tiefe bzw Breite im Mittelbereich der Aufschmelzzone vorzugsweise in der Grössenordnung der Schneckenkanaltiefe liegen kann und im Endbereich der Aufschmelzzone vorzugsweise etwa gleich der kleinsten Spaltweite ist, und die im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufen'oder einen positiven oder negativen Steigungswinkel haben, der vorzugsweise etwa halb so groß ist, wie der Steigungswinkel des Schneckenkanals.
  14. 14. Schneckenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anfangsbereich der Aufschmelzzone die Temperatur der Schnecke mit an sich bekannten Mitteln wesentlich über der Schmelztemperatur des zu verarbeitenden Fördergutes gehalten und kontrolliert werden kann.
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