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Schneckenextruder
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Die Erfindung betrifft einen Schneckenextruder mit einer kraftbetriebenen
Schnecke und einem diese umfassenden, mit.
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einem Materialeinlauf, einem Ausgang und mindestens einer Entgasungsöffnung
ausgestatteten, gegebenenfalls mehrteilig und/oder mit strukturierter Innenwand
ausgeführten Zylinder.
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Derartige Extruder werden verbreitet zum Aufschmelzen und Homogenisieren
von Kunststoff verwendet; hierbei läßt es sich nicht vermeiden, daß mit dem üblicherweise
in Form eines Granulates oder als Pulver aufgegebenen Kunststoff sowohl Luft als
auch auf dessen Oberfläche haftende Feuchtigkeit von der Schnecke erfaßt und in
die entstehende Schmelzeeingebracht werden.
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Um störende beigegebene Luft und Feuchtigkeit bzw. nach der Schmelzeerzeugung
sich bildende Gase oder Dämpfe zu entfernen ist es bekannt, an einer Teillänge des
Zylinders bzw. des die Schnecke umgebenden Extrudergehäuses eine Entgasungsöffnung
vorzusehen und die in der Schmelze anstehenden Gase oder Dämpfe zweckmäßig durch
ein Vakuum abzusaugen. Durch entsprechende Geometrie des Zylinders oder der Schnecke
ist hierbei darauf zu achten, daß~ die Schmelze im Bereiche der Entgasungsöffnung
nicht unter Druck steht, um ein Austreten der Schmelze aus der Entgasungsöffnung
zu unterbinden. Dies steht jedoch im Widersprur:h
zu der üblichen
Forderung nach einer schnellen Förderung der Schmelze, die nur unter Anwendung eines
Druckgefälles möglich ist. Bei Extrudern hoher Leistung versucht man daher, die
Entgasungsöffnung mit möglichst geringem Querschnitt auszuführen und einerseits
die Schmelze bis dicht an die Entgasungsöffnung zu führen und andererseits hinter
dieser wieder unter Einwirkung eines Druckgefälles abzuführen. Eine derartige Ausbildung
jedoch erweist sich als außerordentlich problematisch.
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Selbst wenn die Entgasungsöffnung unter Beeinträchtigung ihrer Arbeitsweise
und Wirkung klein gehalten wird besteht im drucklosen Zustand stets die Neigung
zu einem Aufstauen der Schmelze und Austreten derselben aus der Entgasungsöffnung
und Eindringen in die Entgasungsvorrichtung. Bereits bei geringen Durchsatzleistungen
erweisen sich daher sowohl der Aufbau und die Auslegung des Extruders wie auch dessen
Betrieb und Bedienung als außerordentlich kritisch, so daß in einer Vielzahl von
Fällen auf den Einschneckenextruder verzichtet und statt dessen ein aufwendiger
Doppelschneckenextruder verwendet wird.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen mit mindestens einer
Entgasungsöffnung ausgestatteten Einschnecken-Extruder der bezeichneten Gattung
so weiterzubilden, daß auch bei hohen Durchsatzleistungen ein Anstauen der Schmelze
im Entgasungsbereich ebenso sicher vermieden wird wie das Austreten von Schmelze
aus einer ausreichend bemessenen Entgasungsöffnung.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem der Entgasungsöffnung nachgeordnet
ein im Extrudergehäuse bzw. im die Schnecke umschließenden Zylinder oder einem Abschnitt
desselben drehbar gelagerter, mittels eines Drehantriebes betreibbarer Zylinderabschnitt
vorgesehen ist. Hierdurch wird im der Entgasungsöffnung nachgeordneten Abschnitt
des Schneckenextruders das Förderverhalten der Schnecke geändert, das ja durch die
Relativbewegung zwischen Schnecke und dem diese umschließenden Zylinderabschnitt
bestimmt
wird: Durch Verringerung der Relativbewegung, indem ein
Zylinderabschnitt in Richtung der Schnecke umläuft, wird die relative Drehung reduziert,
während durch eine Drehung im Gegensinne die Relativbewegung und damit die Förderung
der Schmelze erhöht werden. Damit läßt sich der Entgasungsöffnung folgend oder sogar
in deren Bereiche beginnend durch eine zusätzliche Drehung der Zylinderwand bzw.
des zusätzlichen Zylinderabschnittes eine zusätzliche Förderung der Schmelze erreichen,
welche einen Schmelzestau im Bereiche der Entgasungsöffnung unterbindet, indem sie
die Schmelze aus eben diesem Entgasungsbereiche bzw. dem mit einer Neigung zum Stau
behafteten Bereiche herauszieht.
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Zur Unterbindung eines Staus im Bereiche der Entgasungsöffnung kann
es sich schon als ausreichend erweisen, einen relativ kurzen Zylinderabschnitt zusätzlich
zu betreiben, dessen Länge seine lichte Weite um höchstens das Fünffache überschreitet.
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Andererseits ist es aber auch möglich, längere zusätzlich rotierende
Zylinderabschnitte vorzusehen, die sich bis in den Endbereich der Schnecke erstrecken
können.
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Bewährt hat es sich und die Vielseitigkeit der Erfindung wird voll
genutzt, wenn der Drehantrieb einen, vorzugsweise stufenlos, regelbaren Getriebemotor
oder einen mit dem Extruderantrieb in Verbindung stehenden, regelbaren Verzweigungsantrieb
aufweist.
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Die Drehung läBt sich zusätzlich bestimmen oder aber auch einstellen,
wenn der drehbare Zylinderabschnitt durch eine einstellbare Bremsvorrichtung belastet
wird und/oder durch eine Brems-oder Regelvorrichtung sperrbar ist. Ein relativ einfacher
Antrieb ergibt sich, wenn der drehbare Zylinderabschnitt an seinem Umfang einen
Zahnkranz aufweist, mit dem ein Zahnrad kämmt, an welches der Drehantrieb und/oder
die Brems- bzw. die Regelvorrichtung angreifen. Die Auswirkung der Bewegung des
drehbaren Zylinderabschnittes kann erhöht werden, indem dessen Innenwand eine Oberflächentextur
aufweist und/oder mit einer eine axiale Komponente
aufweisenden,
ein symmetrisches oder asymmetrisches Profil zeigenden Nuten oder Rippen ausgestattet
ist. Solche Nuten und/oder Rippen können schraubenlinienartig und mit konstanter
oder längenabhängig sich ändernder Steigung ausgeführt sein.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die übrigen
Unteransprüche gekennzeichnet.
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Im Einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen hierbei Figur 1 in beidseitig abgebrochenem Längsschnitt einen Abschnitt
eines eine Entgasungsöffnung aufweisenden Einschnecken-Extruderst und Figur 2 einen
Querschnitt durch den Extruder der Figur 1 entlang der Linie II-II.
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In den Figuren ist jeweils zentral die Schnecke 1 eines Einschnecken-Extruders
mit ihrem schraubenlinienartig verlaufenden Schneckengang 2 gezeigt. Umschlossen
ist die Schnecke in ihrem abgebildeten Abschnitt durch zwei jeweils abgebrochen
dargestellte Zylinderabschnitte 3 und 4, die mit ihren Flanschen 5 und 6 miteinander
verbunden sind. Vor dem Flansch 5 des Zylinderabschnittes 3 ist eine Entgasungsöffnung
7 vorgesehen, an welche zum Betriebe eine Saugpumpe angeschlossen wird. Der Flansch
6 und der Zylinderabschnitt 4 weisen eine im-wesentlichen zylindrische Ausnehmung
8 auf, in der, durch Lager, vorzugsweise Wälzlager, 9 und 10 abgestützt eine Buchse
11 drehbar gehalten ist, deren Innenmantel einen Teil der die Schnecke 1 umziehenden
Mantelfläche des Schneckenzylinders bildet. Durch vorgeordnete Dichtungen 12 und
13 sind die Lager gegen Eindringen von Kunststoff geschützt.
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Am hinteren freien Ende der Buchse 11 weist deren Mantel einen Zahnkranz
15 auf, über dem der Zylinderabschnitt 4 eine Durchbrechung 14 zeigt. Ein auf einer
nicht dargestellten Achse gehaltenes Zahnrad 16 greift in den Zahnkranz 15 ein.
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Im üblichen Betriebe wird mit dem Zahnrad 15 der Abtrieb eines regelbaren
Getriebemotors verbunden. Steht dieser Motor oder ist er zusätzlich durch eine Brems-
oder Regelvorrichtung gesperrt, oder ist das Zahnrad 16 durch eine Brems- bzw. Regelvorrichtung
gesperrt, so unterscheidet sich der Extruder im Betriebe nicht von den bekannten,
mit durchgehendem Zylinder ausgestatteten Extruder. Wird jedoch,bspw. über den nicht
dargestellten Getriebemotor, das Zahnrad 16 betrieben, so treibt es seinerseits
die Buche 11 an, und zweckmäßig in einem dem der Bewegung der Schnecke 1 entgegengerichteten
Drehsinn.
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Hierdurch wird die Schnecke entlang ihrer wesentlichen Länge mit einer
ersten, durch ihre geometrischen Dimensionen und die zwischen den Zylinderabschnitten
3 und 4 und der Schnecke vorliegende Drehbewegung bestimmten Förderleistung betrieben.
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Durch die gegensinnige Drehbewegung der Buchse 11 ist im der Entgasungsöffnung
7 nachgeordneten, von der Buchse 11 umgriffenen Längenbereich diese Relativgeschwindigkeit
zwischen Schnecke und dem sie umgebenden Mantel erhöht, so daß sich hier auch eine
gesteigerte Förderleistung ergibt. Diese bewirkt eine intensivere Förderung innerhalb
ihres Bereiches, der auch auf den vorgeordneten Bereich übergreift und dort, durch
entsprechende Geometri bewirkt, weitgehend drucklos#zugeförderte'~ Schmelze auch
verstärkt dort abzieht und weiterbewegt. Ein übertreten der Schmelze in die Entgasungsöffnung
7 wird damit auch bei hohen Förderleistur gen des Extruders sicher vermieden, da
im der Entgasungsöffnung 7 folgenden Förderabschnitt die Förderleistung weiterhin
gesteigert ist
Um die Förderleistung in diesem Abschnitt den jeweiligen
Gegebenheiten anpassen zu können, ist der treibende Antrieb zweckmäßig feinstufig
oder kontinuierlich regelbar ausgebildet.
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Durch Umlaufen der Buchse 11 im Gegensinne zur Drehbewegung der Schnecke
kann die Förderleistung erhöht werden, wie im Bedarfsfalle, vorzugsweise an anderen
Stellen des Extruders, bspw. in dessen Endbereich, die Förderleistung beispielsweise
verringert werden kann, indem eine dort angeordnete Buchse bzw.
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ein dort angeordneter drehbarer Zylinderabschnitt gleichsinnig mit
der Schnecke umlaufen. Damit zieht die Erfindung von der allgemeineren Erkenntnis
aus, daß grundsätzlich auf die Förderleistung in bestimmten Längenbereichen eines
Schneckenextruders Einfluß genommen werden kann, wenn der betreffende Bereich mit
einer drehbaren Buchse bzw. einem drehbar gehaltenen und antreibbaren Zylinderabschnitt
ausgestattet ist. Die Auswirkung läßt sich weiterhin dadurch erhöhen, daß die drehbare
Buchse bzw.
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der drehbare Zylinderabschnitt auf ihrem Innenmantel eine Oberflächentextur
aufweisen, welche eine erhöhte Haftung der anliegenden Grenzschicht der Schmelze
sichern. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine solche drehantreibbare Buchse bzw.
einendrehantreibbaren Zylinderabschnitt, gegebenenfalls zusätzlich, an seiner inneren
Mantelfläche mit Nuten und/oder Rippen auszustatten. Diese Rippen weisen vorzugsweise
eine achsparallele Komponente auf oder erstrecken sich achsparallel.
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Sie können aber auch, mindestens bereichsweise, schraubenlinienförmig
geführt sein, und als zweckmäßig hat es sich erwiesen, diese Schraubenlinie gegensinnig
zu der#der Schneckengänge auszugestalten. In allen diesen Fällen ist es möglich,
den auf die Schmelze ausgeübten Fördereffekt in bestimmten axialen Bereichen wahlweise
zusätzlich zu beeinflussen, und gleichzeitig ist es möglich, auch die in die Schmelze
eingebrachte mechanische Energie ebenso zu beeinflussen wie die Mischwirkung, so
daß auch eine mechanische Beeinflussung der Temperatur der Schmelze,
nämlich
eine Erhöhung oder das Vermeiden einer Temperaturerhöhung, ebenso erreicht werden
können, wie eine Beeinflussung der Homogenisierungswirkung.