DE3723456C1 - Extruderschnecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke zum Auspressen von Stoffgemischen mit zumindest einem vom Schneckengehäuse und einer Schneckenwendel umschlossenen Schneckenkanal, einer am Ende des Schneckenkanals in einen Verteilerkanal des Schneckengehäuses einmündenden zylinderförmigen Schneckenspitze mit stirnseitig gegen die Schneckenachse geneigter Abströmfläche.

Die Ausbildung und Funktion der Form unterschiedlichster am freien Schneckenende angeordneter Schneckenspitzen sind aus dem Fachbuch von Dr.-Ing. G. Schenkel, Kunststoff-Extrudertechnik, Carl Hauser Verlag München 1963, S. 236/237, bekannt. Sie dienen dem Zweck dem von der Extruderschnecke geförderten Stoffstrom im Bereich des Austragskanals einen strömungsgünstigen Übergang zu ermöglichen. Der über den Austragskanal einer oder mehrerer Auspreßdüsen zugeführte Stoffstrom muß ein weitgehend einheitliches Temperaturprofil aufweisen, um eine ausreichende Produkt-Qualität sicherzustellen.

Die bekannten Schneckenspitzen-Ausbildungen erfüllen diese Forderung nur unvollkommen, da sie zwar ein längeres Verweilen von Teilmengen des Stoffstromes in sog. Totzonen verhindern, diesen jedoch in seinem inhomogenen aus Rand-, Mittel- und Kernzonen geschichteten Profil unverändert belassen. Der aus dem Schneckenkanal der Extruderschnecke in den genannten unterschiedlichen Temperaturprofilen spiralförmig geschichtete Stoffstrom fließt daher im wesentlichen unverändert durch den Verteilerkanal.

Dabei werden die aus dem Bereich der Kernzone stammenden Produktschichten durch die Oberflächen der rotierenden Schneckenspitzen auf Grund der hierbei eingeleiteten Scherenergie noch zusätzlich erwärmt und ebenfalls unverteilt ausgetragen.

Auch die bekannten Schneckenspitzen mit stirnseitig gegen die Schneckenachse geneigter Abströmfläche verhindern nicht den unmittelbaren Übergang der heißen äußeren Randschichten des Stoffstromes in den Bereich des Verteilerkanals. Außerdem bildet sich im Bereich der Schneckenspitzenmitte ein Totraum, aus welchem der Stoffstrom nur langsam in Form eines heißen Stromfadens abfließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Extruderschnecke am Schneckenende so auszubilden, daß der aus dem Schneckenkanal austretende Stoffstrom dem nachgeordneten Extrusionsbereich in homogener Temperaturverteilung zugeleitet wird.

Es wurde erkannt, daß bei einer Formgebung der Schneckenspitze mit welcher der Stoffstrom über radial sich ausdehnende Strömungsflächen erfaßt und über Abströmkanten geführt wird, dieser zu einer dünnschichtigen Schliere ausgezogen wird.

Die gestellte Aufgabe ist nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Ausbildung der Extruderschnecke nach Anspruch 1 wird der Stoffstrom nach dessen Austritt aus dem jeweiligen Schneckenkanal von den wendelförmig ansteigenden eine gemeinsame Abströmfläche bildenden Teilflächen erfaßt und durch die Rotationsbewegung der Schneckenspitze am Außenumfang über die Länge der Teilflächen abgegeben. Die Abgabe erfolgt über die gesamte Länge der Teilflächen verteilt außerhalb des Rotationszentrums der Extruderschnecke, so daß der Stoffstrom zu einer dünnwandigen spiralförmigen Schliere umgebildet wird. Diese Verteilung erfolgt im wesentlichen auf Grund der Förderwirkung die dem Stoffgemisch über die vom Kernabschnitt begrenzten Teilflächen aufgezwungen wird, wobei das insgesamt abströmende Stoffgemisch abschließend mittels der radial verlaufenden Abströmkante einer Mischwirkung unterliegt. Dadurch werden sämtliche aus der Extruderschnecke inhomogen austretenden Produktschichten erfaßt und dem Extrusionsbereich in homogener Temperaturverteilung zugeführt. Mit den Merkmalen des Anspruches 2 ist eine einfache und in der Herstellung wirtschaftliche Ausbildung erreicht.

Eine Ausbildung der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruches 3 ermöglicht eine gleichmäßig fließende Verteilung des Stoffgemisches über die gesamte Abströmfläche und somit ein gleichmäßiges Abströmen über den Außenumfang und die Abströmkante der Abströmfläche, insbesondere bei mit abrasiven Füllstoffen verstärkten Stoffgemischen.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 4 und 5 begünstigt die Strömungsführung im Bereich der Abströmfläche, so daß Totzonen und die damit verbundene Bildung schädlicher Produktreste wirksam verhindert sind.

Vielfach ist die Extruderschnecke aus einzelnen aneinandergereihten Schneckenelementen zusammengesetzt, die gegeneinander verspannt sind. Eine Ausbildung nach den Merkmalen des Anspruches 6 ermöglicht vorteilhaft die Fixierung dieser Schneckenelemente auf der Schneckenwelle ohne zusätzliche Spannmittel.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 eine teilweise Längsansicht der Extruderschnecken eines zweiwelligen Extruders mit stirnseitiger Schneckenspitze,

Fig. 2 eine Schneckenspitze mit aus ebenflächig angeordneten Teilflächen ausgebildeter Abströmfläche,

Fig. 3 eine Draufsicht in Pfeilrichtung B nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausbildung der Schneckenspitze mit unter gleichbleibenden Steigungswinkel bezogen auf eine Linie gleichen radialen Abstandes zur Schneckenspitzachse fortlaufender Abströmfläche in perspektivischer Darstellung.

Die in Fig. 1 gezeigten Extruderschnecken 2, 3 eines zweiwelligen Extruders 1 weisen jeweils zweigängig angeordnete Schneckenwendeln 4 auf, die den Grund der Schneckenkanäle 5, 5′ sowie die Gehäusebohrung 6 des Schneckengehäuses 7 abstreifen. Das Schneckengehäuse 7 ist austrittsseitig mit einem Mundstück 8 verbuden, in dessen Verteilerkanal 9 die Extruderschnecken 2, 3 einmünden. Zur Extrusion des von den Extruderschnecken 2, 3 aufbereiteten Stoffgemisches in die gewünschte Profilform des Extrudats dient die Mundstücks-Düse 10. Die am austrittsseitigen Ende der Schneckenkanäle 5, 5′ angeordnete Schneckenspitze 11 bzw. 12 hat jeweils die Funktion, den über die Schneckenkanäle 5, 5′ der Extruderschnecken 2 bzw. 3 geförderten Stoffstrom aufzunehmen, in den Verteilerkanal 9 zu fördern und längs des mit Pfeil 26 gekennzeichneten Förderweges umzuschichten.

Außerdem wird der Stoffstrom abschließend durchmischt. Hierzu ist die an ihrem Außenumfang 13 zylinderförmig ausgebildete Schneckenspitze 11, wie des näheren eine Ausbildung nach Fig. 2 und 3 zeigt, mit einer Abströmfläche 14 ausgestattet, die aus mehreren in Fließrichtung des Stoffstromes wendelförmig ansteigenden Teilflächen 15, 16 und 17 gebildet ist. Die Teilflächen 15, 16 sind durch einen Kernabschnitt 18 begrenzt, so daß hierdurch ein Förderkanal 19 gebildet ist, der in der Teilfläche 17 seitlich unbegrenzt ausläuft.

Der Kernabschnitt 18 weist in seinem die Teilflächen 15, 16 seitlich begrenzenden Außenquerschnitt eine halbkreisförmige und/oder durch konkave Kurven begrenzte geometrische Konfiguration auf.

Die sich an den Förderkanal 19 in Förderrichtung anschließende Teilfläche 17 endet in einer radial verlaufenden Abströmkante 20 über die ein Teil des geförderten Stoffstromes abfließt. Die Stirnfläche 21 der Abströmkante 20 übt eine Mischfunktion aus. Die Teilfläche 17 ist an ihrem zylinderförmigen Außenumfang 13 mit einer Schräge 22 ausgebildet, die der konisch verlaufenden Innenkontur des Mundstücks 8 entspricht.

Weitere Teile des Stoffstromes fließen bereits über den zylinderförmigen Außenumfang 13 der Teilflächen 15, 16 ab, wobei hier durch das Scherfließen längs des Förderweges über den Außenumfang eine Materialumschichtung erfolgt. Der Stoffstrom wird hierbei zu einer dünnschichtigen und spiralförmig verlaufenden Schliere ausgezogen.

Der Außenumfang 13 der Schneckenspitze 11 bzw. 12 streift die Innenwandung der Gehäusebohrung 6 des Schneckengehäuses 7 und/oder des Verteilerkanals 9 mit radialem Spiel ab.

Bei einem wie in Fig. 1 gezeigten zweiwelligen Extruder 1 mit ineinandergreifenden, sich gegenseitig abstreifenden Extruderschnecken 2, 3 entspricht dieses Spiel maximal der halben Differenz vom Schneckenaußendurchmesser d _a zum Schneckenkerndurchmesser d _k und somit der Gangtiefe der Schneckenkanäle 5 bzw 5′.

Es ist minimal dadurch begrenzt, indem der Außendurchmesser d _s der beiden Schneckenspitzen 11, 12 bis auf ein geringes Gleitspiel dem durch die Extruderschnecken 2, 3 vorgegebenen Achsabstand a dieser Schneckenspitzen 11, 12 entspricht.

Im letzteren Falle ist die den Extruderschnecken 2, 3 zugeordnete Stirnseite 24 der Schneckenspitze 11 wie Fig. 2 zeigt, mit einer Anfasung 23 versehen, die einen Übergang vom Grund der Schneckenkanäle 5, 5′ zum Außenumfang 13 der Schneckenspitzen 11, 12 nach Fig. 1 bildet.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft die Teilflächen 15, 16, 17 der Schneckenspitze 11 nach Fig. 2 als eine in sich fortlaufende Abströmfläche 27 auszubilden, wie dies eine weitere Ausbildung nach Fig. 4 zeigt. Die Abströmfläche 27 verläuft hierbei ebenfalls längs des Produkt-Förderweges in Richtung des Pfeils 26 wendelförmig, jedoch kontinuierlich ansteigend und ohne Übergänge unter einem Steigungswinkel im Bereich zwischen 10 und 30 Winkelgraden.

Der längs einer im gleichbleibenden Abstand zur Schneckenspitzenachse gedachten Flächenlinie bemessene Steigungswinkel beträgt vorzugsweise 15 Winkelgrad.

Eine solcherart ausgebildete Schneckenspitze 11 eignet sich vorzugsweise für stark abrasive Stoffgemische, wie z. B. Polymeren mit hohem Füllstoffgehalt an Glasfasern.

Auch bei relativ hochviskosen Stoffgemischen ermöglicht die stetig ansteigend fortlaufende Abströmfläche einen optimalen Produktfluß. Bei Aufbau der Extruderschnecke 2, 3 aus einzelnen aneinandergereihten Schneckenelementen dient die Schneckenspitze 11 in ihrer Ausbildung mit einem Gewindezapfen 25 sowie Schlüsselflächen 28, 29 in Verbindung mit einer nicht näher dargestellten Gewindebohrung der Extruderschnecke 2, 3 als Spannmittel.

Claims (6)

1. Extruderschnecke zur Aufbereitung und Extrusion von Stoffgemischen mit zumindest einem vom Schneckengehäuse und einer Schneckenwendel umschlossenen Schneckenkanal, einer am Ende des Schneckenkanals in einen Verteilerkanal des Schneckengehäuses einmündenden zylinderförmigen Schneckenspitze mit stirnseitig gegen die Schneckenachse geneigter Abströmfläche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abströmfläche aus in Fließrichtung wendelförmig ansteigenden Teilflächen (15, 16, 17) gebildet ist, deren Außenumfang gegenüber der Wandung des Schneckengehäuses (7) und/oder des Verteilerkanals (9) ein radiales Spiel aufweist,
daß die stromeingangsseitigen Teilflächen (15, 16) durch einen bis zur Mittenachse der Schneckenspitze sich erstreckenden Kernabschnitt (18) begrenzt sind und mit diesem zur Aufnahme des Stoffstromes einen Förderkanal (19) einschließen, und
daß die über eine radial verlaufende Ab­ strömkante (20) begrenzte Stirnfläche des Kernabschnitts (18) die stromaustrittsseitige Teilfläche (17) bildet.

2. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen (15, 16, 17) im wesentlichen ebenflächig ausgebildet sind.

3. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen (15, 16, 17) eine unter einem Steigungswinkel zwischen 10 und 30°, vorzugsweise 15 Winkelgrad, stetig fortlaufende Abströmfläche bilden.

4. Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernabschnitt (18) einen durch konvexe Kurven begrenzten Außenquerschnitt aufweist.

5. Extruderschnecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenquerschnitt des Kernabschnitts (18) halbkreisförmig ausgebildet ist.

6. Extruderschnecke mit mehreren auf einer Schneckenwelle aneinandergereiht angeordneten Schneckenelementen, die stirnseitig gegeneinander verspannt sind, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspitze (11) zur koaxialen Verbindung mit der Extruderschnecke einen längsaxial sich erstreckenden Gewindezapfen (25) aufweist, dessen Abmessungen einer in der Schneckenwelle angeordneten Gewindebohrung entspricht.