DE3320607A1 - Schnecke fuer einen kunststoffextruder - Google Patents

Schnecke fuer einen kunststoffextruder

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schnecke für einen Kunststoffextruder mit einer axial verlaufenden Bohrung und einem flüssigen Wärmeträger.
Die Bohrung in der durch die DE-PS 1 267 833 bekannten Schnecke weist ein Rohr auf, das an beiden Enden zum Durchlaß des Wärmeträgers geöffnet und über Zapfen abgestützt ist. Zwischen dem Rohr und der axialen Bohrung sind Schrauben gänge vorgesehen, durch die bei Drehung der Schnecke der Wärmeträger zur Schneckenspitze gefördert und dort in das Innere des Rohres gepreßt wird. Der Druck zwingt die Flüssigkeit zum Durchlauf und Verlassen des Rohres, um erneut der Förderung durch die Schraubengänge unterworfen zu werden. Mit diesem Umlauf des Wärmeträgers wird durch Wärmeentzug im Bereich der wärmeren Schneckenspitze und Wärmeabgabe im kühleren Einzugbereich der Schnecke ein annähernd axialer Temperaturausgleich erzielt. Als Folge der laminaren Strömung kommt es bei dieser bekannten Ausführung allerdings zu einem schlechten Wärmetransport und damit verbunden zu einem schlechten Wärmeübergang. Außerdem ist der Wärmetransport von der' Schneckendrehzahl, abhängig.
Es ist weiters eine ölumlau ftemperierung bekannt, wobei in einem Heiz-Kühlaggfegat temperiertes Öl als Wärmeträger über
id* ^ i
Druckleitungen und dem Schneckenrohr zur Schneckenspitze und außerhalb des Rohres wiederum zurück gepumpt wird. Dabei kommt es zu einer Wärmeübertragung durch Konvektion zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmeträgeröles und zwischen dem zurückfließenden öl und der Schnecke. Diese Ausbildung ist mit dem Nachteil einer teilweisen Energievernichtung verbunden, da nicht die ganze der Schneckenspitze entzogene Energie dem Einzugsbereich zugeführt, sondern ein Teil mit dem Wärmeträger aus der Schnecke transportiert wird. Außerdem erfordert die Abdichtung beim Eintritt des Temperaturmediums in die Schnecke eine aufwendige Konstruktion.
Es ist weiters - beispielsweise zur Kühlung von Reaktoren ein sogenanntes Wärmerohr bekannt, mit dem - unabhängig von Gravitation und Pumpen, allein durch ein Temperaturgefälle ein Umlauf des Ubertragungsmittels bewirkt wird. Dieses Prinzip beruht auf Kapillarkräften bzw. der Oberflächenspannunc von Flüssigkeiten. Die Innenwand des aus einem allseits geschlossenen Hohlraum gebildeten Wärmerohres ist mit einem eine Kapüllarstruktur aufweisenden Docht ausgebildet. Wird beispielsweise im Bereich des einen Wärmerohrendes Wärme zugeführt, so verdampft dort die Wärmeträger-Flüssigkeit und der Dampf strömt in Richtung des Temperaturgefälles zum anderen Ende. Dort kondensiert er unter Abgabe seiner Verdampfungswärme und wird vom Docht unter Ausnutzung der Kapillarkräfte wiederum dem Verdampfungsbereich zugeführt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Schnecke der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Schnegkenausbildungen und bei geringem konstruktiven Aufwand ein weitgehend gleichmäßiger axialer Temperatur-, ausgleich ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird bei einer Schnecke der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der axialen Bohrung ein einen abgeschlossenen Zylinder bildendes Wärmerohr vorgesehen bzw. an der Innenwand der luftdicht abgeschlossenen Bohrung ein Kapillarsystem angeordnet ist. Mit einem als abgeschlossenen Zxlinder ausgebildeten Wärmerohr ist ein völlig selbsttätiger axialer Temperaturausgleich in der Schnecke erzielbar, wobei infolge einer reinen Energieumlagerung innerhalb des Wärmerohres jedwede Möglichkeit eines Energieverlustes ausgeschlossten ist. Außerdem ist die konstruktive Ausbildung der Schnecke wesentlich vereinfacht.
Bei einer Anordnung des Kapillarsystems direkt an der Bohrungsinnenwand ist bei einem minimalen konstruktiven Aufwand ein weitestgehender axialer Temperaturausgleich erzielbar, wobei durch das unmittelbar an der Innenwand der Bohrung anliegende und für den Transport des
Wärmeträgers erforderliche Kapillarsystem ein direkter und daher,verzögerungsfreier Wärmeübergang von der .Schneckenspitze auf den Wärmeträger und von diesem über das Kapillarsystem auf die Schnecke erreichbar ist.
Ene vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem aus mehreren Lagen Drahtnetz gebildet ist. Eine derartige Kapillarstruktur ist relativ einfach herstellbar und besonders zuverlässig für einen ständigen Flüssigkeitstransport über die Kapillardruckdifferenz.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Schnecke derart ausgebildet sein, daß die zur Aufnahme des Wärmerohres vorgesehene koaxiale Bohrung als zum Schneckenschaft hin geöffnete und sich bis zur Schneckenspitze erstreckende Sackloch-Bohrung ausgebildet ist, wobei im Bereich nach der Schneckenspitze bis zum Schaftende eine Vergrößerung der Bohrung über den Durchmesser des Wärmerohres hinaus vorgesehen ist und zwischen vergrößerter Bohrung und Wärmerohr einerseits im vorderen, an die Schneckenspitze angrenzenden Bereich ein zylindrischer Isolationseinsatz und andererseits im anschließenden hinteren Bereich ein zylindrischer, aus wärmeleitfähigem Material bestehender Einsatz angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den
ORIGINAL INSPECTED
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Vorteil, daß die bei einem Wärmerohr in einander benachbarten Bereichen auftretenden gegensätzlichen Aufgaben einerseits einer guten Wärmeübertragung und andererseits einer guten Isolierung - unter Beibehaltung einer einfachen konstruktiven Ausbildung der Schnecke gelöst werden. Durch die spezielle Sackloch-Bohrung wird unter Beibehaltung einer hohen Festigkeit im Spitzenbereich der Schnecke eine einfache Möglichkeit der Einbringung des Wärmerohres erreicht wobei außerdem durch den Isolationseinsatz eine wirkungsvolle Isolierung einzelner Schneckenzonen gegen einen Wärmetausch mit angrenzenden Zonen erzielbar ist.
Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung nach dem Merkmal kann darin bestehen, daß der wärmeleitfähige Einsatz im hinteren, dem Schneckenschaft zugekehrten. Bereich einen im Vergleich zum vorderen Bereich geringeren Außendurchmesser aufweist. Hiedurch ist eine konstruktiv einfache und wirkungsvolle Längeneinstellung des gewünschten, durch das Wärmerohr beheizbaren Schneckenbereiches möglich.
Ferner kann die erfindungsgemäße Schnecke auch so weitergebildet werden, daß der dem Schneckenschaft zugekehrte in der vergrößerten Bohrung befindliche Bereich des Wärmerohres und der. Isolationseinsatz mit einer wärmeleitfähigen Metalllegierung eingegossen ist. Hiedurch wird eine sehr gute
Wärmeübertragung im Bereich des hinteren, wärmeabgebenden Wärmerohrbereiches gewährleistet.
Wieder eine andere Ausführungsform dar erfindungsgemäßen Schnecke kann darin bestehen, daß der Isolationseinsatz lediglich in seinen beiden Randbereichen am Wärmerohr aufliegt, wodurch eine verstärkte Isolationswirkung im mittleren Bereich des Wärmerohres zur Erzielung eines gleichmäßigen, axialen Temperaturprofiles erreicht werden kann.
Die Erfindung wird nun im folgenden an Hand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Schnecke eines konischen Doppelschneckenextruders, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine konische Schnecke.
Die in Fig. 1 dargestellte Schnecke 1 ist mit einer axialen Sackloch-Bohrung 2 ausgebildet, deren Öffnung am Ende des Schneckenschaften 3 liegt. Diese Sackloch-Bohrung 2 weist etwa ab der Schneckenmitte bis zur Öffnung eine vergrößerte Bohrung 4 auf. Ein an sich bekanntes und in der Einleitung bereits näher beschriebenes, einen abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum bildendes Wärmerohr 5 ist in der Sackloch-Bohrung 2 im Bereich der gesamten Schneckenlänge angeordnet. Im vorderen, der Schneckenspitze zugekehrten
Bereich der vergrößerten Bohrung 4 ist ein das Wärmerohr 5 umgebender zylindrischer Isolationseinsatz 6 und im anschließenden hinteren Bereich ein zylindrischer Einsatz 7 aus wärmeleitfähigem Material vorgesehen. Der Innendurchmesser beider Einsätze 6, 7 entspricht dem Außendurchmesser des Wärmerohres 5. Der Außendurchmesser des wärmeleitfähigen Einsatzes 7 entspricht ebenso wie jener des Isolationseinsatzes 6 dem Innendurchmesser der vergrößerten Bohrung 4, wobei jedoch der über das Wärmerohr hinausgehende Teil des Einsatzes 7 unter Bildung eines Luftspaltes 8 einen geringeren Außendurchmesser aufweist. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges wird suf die Oberflächen Wärmeleitpaste aufgetragen. Mit einer derartigen Ausführung ist eine einfache Demontage ohne besondere Hilfsmittel durchführbar.
Im folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Schnecke 1 beschrieben.
Die in der Ausstoßzone auftretende hohe Schererwärmung wird durch den in diesem Bereich befindlichen vorderen Teil des Wärmerohres 5 unter Verdampfung des Wärmeträgers aufgenommen und selbsttätig dem kühleren Einzugsbereich . am hinteren "Schneckenende zugeführt. Dabei wird dur^h den etwa im mittleren Teil der Schnecke 1 befindlichen
Isolationseinsatz 6 eine unerwünschte vorzeitige Wärme- j
abgabe zuverlässig ausgeschlossen. Im Bereich des wärme j
leitfähigen Einsatzes 7 wird schließlich die Wärme unter j Kondensation des Dampfes an die Schnecke 1 abgegeben, so daß es durch die erfindungsgemäße Ausbildung zur selbst-.tätigen Bildung eines gleichmäßigen Temperaturprofiles kommt. Durch die Möglichkeit einer Längenvariation sowohl des Isolationseinsatzes 6 als auch des wärmeleitfähigen Einsatzes 7 und des Luftspaltes 8 kann die Länge des beheizten Bereiches der Schnecke 1 zur genauen Einstellung des gewünschten axialen Temperaturprofiles verändert werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Schnecke 1 ist mit derselben, bereits beschriebenen Sacklochbohrung 2 ausgebildet. Der hintere Teil eines Wärmerohres 9 ist mitsamt einem Isolationseinsatz 10 durch eine wärmeleitfähige Metalllegierung eingegossen, wodurch ein Aufsatz 11 am Wärmerohr 9 gebildet ist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der vergrößerten Bohrung 4 entspricht. Mit dieser Alisführung wird ein besonders guter Wärmeübergang
erzielt. Der Isolationseinsatz 10 liegt lediglich in seinen beiden Randbereichen 12 am Wärmerohr 9 auf.
Die Schnecke 1' mit Schneckengängen zum Transport des Kunststoffes in Richtung zur Schneckenspitze weist eine
zentrale und koaxiale Bohrung 2' auf. Diese im Bere_ch des Schneckenschaftes einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisende Bohrung 2' ist im Bereich der Durchmesserverkleinerung durch einen Verschluß 3· luftdicht abgeschlossen. Innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Bereiches der Bohrung 21ist ein an deren Innenwand anliegendes Kapillarsystem 4' angeordnet. Dieses ist aus mehreren Lagen Drahtnetz gebildet und dient ähnlich der Wirkung eines Dochtes als Transportmedium für den ebenfalls innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Bereiches der Bohrung 21 befindlichen flüssigen Wärmeträger. Der besipielsweise aus Wasser bestehende Wärmeträger verdampft an den wärmsten Stellen Im Bereich der Schneckenspitze unter Aufnahme der Verdampfungswärme und kondensiert an den kältesten Stellen im Einzugsbereich der Schnecke unter Abgabe der Verdampfungswärme. Das Kondensat wird mit Hilfe des Kapillarsystems unter Ausnutzung der Kapillarkraft zurück zum Verdampfer transportiert Durch das direkt an die Innenwand der Bohrung 2'anliegende Kapillarsystem ist sowohl eine rasche Aufnahme als auch Abgabe der Wärme möglich.
Im Rahmen der Erfindung kann anstelle des beschriebenen Kapillarsystemes ebenso ein anderes bekanntes System verwendet werden. So kann beispielsweise die Flüssigkeit auch
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in einer oder mehreren koaxial zur Bohrung der Schnecke angeordneten zylinderförmigei Netzarterien in axialer Richtung transportiert werden. Diese zylinderförmigen Netzarterien sind über rippenförmige Kapillarstege mit der Innenwand der Schneckenbohrung verbunden. Zum Transport des Wärmeträgers entlang der Innenwand der Schneckenbohrung dienen Rillen, die in Form eines Spitzgewindes in die Innenwand geschnitten sind.
ORIGINAL SNSPECTED

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    h.) Schnecke für einen Kunststoffextruder mit einer axial verlaufenden Bohrung und einem flüssigen Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Bohrung (4) ein einen abgeschlossenen Zylinder bildendes Wärmerohr (5, 9) vorgesehen bzw. an der Innenwand der luftdicht abgeschlossenen Bohrung (21) ein Kapillarsystem (41) angeordnet ist.
  2. 2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (41) aus mehreren Lagen Drahtnetz gebildet ist.
  3. 3. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme des Wärmerohres (5, 9) vorgesehene koaxiale Bohrung als zum Schneckenschaft hin geöffnete und sich bis zur Schneckenspitze erstreckende Sackloch-Bohrung 02) ausgebildet ist, wobei im Bereich nach der Schneckenspitze bis zum Schaftende eine Vergrößerung der Bohrung über den Durchmesser des Wärmerohres (5, 9) hinaus vorgesehen ist und zwischen vergrößerter Bohrung (4) und Wärmerohr (5, 9) einerseits im vorderen, an die
    Schneckenspitze angrenzenden Bereich ein zylindrischer Isolationseinsatz (6, 10) und andererseits im anschließenden hinteren Bereich ein zylindrischer, aus wärmeleitfähigem Material bestehender Einsatz (7) angeordnet ist.
  4. 4. . Schnecke nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitfähige Einsatz (7) im hinteren, dem Schneckenschaft zugekehrten Bereich einen im Vergleich zum vorderen Bereich geringeren Außendurch-
    .messer aufweist.
  5. 5. Schnecke nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Schneckenschaft zugekehrte, in der vergrößerten Bohrung (4) befindliche Bereich des Wärmerohres (9) und der Isolationseinsatz- (10) mit einer wärmeleitfähigen Metallegierung eingegossen ist.
    1619 013 ORIGINAL '
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