DE3831783A1 - Nutbuchse fuer einschneckenextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nutbuchse für Einschneckenex­ truder, die ortsfest im Schneckenzylinder sitzt und von ihrem Außenumfang her, z.B. über angeformte Rippen, mit einem Kühlmedium, bspw. Wasser, beaufschlagbar ist.

Nutbuchsen dieser Art dienen der axialen Förderung und gleichzeitigen Verdichtung des Kunststoffmaterials vom Ex­ trudereinzug aus zum Austragende des Schneckenzylinders hin. Dabei stellt sich in dieser Nutbuchse ein sehr hoher Druck ein, dessen Aufbau in Förderrichtung einen exponentiellen Charakter hat. Besonders am austragseitigen Ende der Nut­ buchse, an welchem auch die in die innere Zylinderfläche eingefrästen Nuten auslaufen, stellen sich daher sehr hohe Drücke ein.

Die kompaktierten Granulatkörper werden durch die Nuten axial vorgeschoben, wobei aufgrund des hohen Druckes auch eine hohe Flächenpressung herrscht, die zum Entstehen einer beträchtlichen Reibungswärme führt.

Hauptsächlich im Auslaufbereich der Nuten stellen sich dabei lokale Temperaturspitzen im Kunststoffmaterial ein, welche zu einem örtlichen Anschmelzen des Granulates führen können. Diese sogenannte Schmelzefilmbildung hat dann aber ein Zu­ sammenbrechen des sogenannten Förderstreifenkonzepts zur Folge, zu dessen Ausbildung die Nutbuchse im Grunde genommen nur vorgesehen ist.

Mit einer Nutbuchse ausgerüstete Einschneckenextruder fallen aufgrund der unerwünschten Schmelzefilmbildung besonders im Bereich hoher Drehzahlen in ihrer spezifischen Durchsatzlei­ stung erheblich ab.

Zur thermischen Kontrolle der Nutbuchsen werden diese im praktischen Einsatz an ihrem Außenumfang mit Kühlrippen ausgestattet, die sich mit einem flüssigen Kühlmedium, ins­ besondere Wasser, beaufschlagen lassen. Dabei ist die Kühl­ rippen-Konstruktion so vorgesehen, daß eine möglichst gleichmäßige Wärmeabfuhr über die Gesamtlänge der Nutbuchse erreicht wird.

Es ist nun aber erwünscht, im Bereich des Auslaufendes der Nuten an der Nutbuchse eine verbesserte Wärmeabfuhr zu er­ halten, wozu jedoch auch eine weitere Optimierung der Kühl­ rippen-Konstruktionen zum Zwecke einer radialen Wärmeabfuhr, insbesondere aus Platzgründen, nicht ausreicht.

Ziel der Erfindung ist es daher, dem hauptsächlich in ra­ dialer Richtung durch die Kühlrippen bewirkten Wärmetrans­ port noch einen solchen in axialer Richtung zu überlagern und dadurch den erhöhten Wärmeanfall im Bereich des Auslauf­ endes der Nutenbuchse besser abzubauen.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß zumindest in den einander benachbarte Nuten gegeneinander abgrenzenden Stegprofilen der Nutbuchse Wärmerohre vorgese­ hen sowie vom Austragsende des Schneckenzylinders aus in Richtung zum Granulateinzug hin wirksam sind.

Mit den Wärmerohren erreicht man in vorteilhafter Weise einen Wärmetransport, der einer scheinbaren Wärmeleitfähig­ keit entspricht, die um vier Zehnerpotenzen größer ist als die Wärmeleitfähigkeit metallischer Wärmeleiter.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Wärmerohre war­ tungsfrei und damit dauerhaft betriebssicher arbeiten, weil sie ein in sich geschlossenes System bilden, in dem eine durch die Wärmezufuhr verdampfte Flüssigkeit an einer kühle­ ren Stelle ihre Kondensationswärme an die Umgebung abgibt und die Rückleitung der kondensierten Flüssigkeit durch Kapillareffekt in feinen Rillen erfolgt.

Erfindungsgemäß ausgelegte Nutbuchsen machen es möglich, den Einschneckenextruder bei hohen Drehzahlen mit hohen spezifi­ schen Durchsatzleistungen zu betreiben, wobei aufgrund der besseren thermischen Kontrolle ohne weiteres eine Erhöhung der Durchsatzleistung bis zu 30% gegenüber dem Einsatz her­ kömmlich gekühlter Nutbuchsen erreichbar ist.

Bewährt hat es sich dabei nach der Erfindung aber auch, die Nuten über die gesamte Buchsenlänge mit einem gleichbleiben­ den Querschnitt verlaufen zu lassen und dabei vorzugsweise die Wärmerohre in einer hierzu parallelen Lage anzuordnen.

Da in diesem Falle auch am Austragende des Schneckenzylin­ ders noch die volle Nuttiefe zur Verfügung steht, wird eine optimale Verklammerung des Kunststoffmaterials in dieser gewährleistet, so daß auch eine geringe Schmelzebildung am Nutgrund nicht zum Zusammenbrechen der Förderung führen kann, wie das bei konisch auslaufenden Nuten der Fall ist.

Für die zuletzt erwähnte Ausgestaltung der Nutbuchse ist es besonders empfehlenswert, wenn erfindungsgemäß die Extruder­ schnecke in ihrem der Nutbuchse zugeordneten Längenbereich einen gegenüber ihrem üblichen Längenbereich veränderten Außendurchmesser aufweist. Auch hierdurch wird einem uner­ wünschten Zusammenbrechen der Förderung noch zusätzlich entgegengewirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstan­ des der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 die Stirnansicht einer Nutbuchse in Pfeilrichtung I der Fig. 2 gesehen und

Fig. 2 die Nutbuchse im Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die Nutbuchse 10 wird im einfachsten Falle von einem rohr­ förmigen, außen und innen jeweils durch eine Zylinderfläche 12 und 14 begrenzten Metallkörper gebildet, der eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist. In die inneren Zylinderflä­ chen 14 sind dabei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt eine größere Anzahl, bspw. sechs, Nuten 16 eingearbeitet, die sich achsparallel zur Längsrichtung der Nutbuchse 10 erstrecken. Sämtliche Begrenzungsflächen der Nuten 16 können dabei eben gestaltet sein. Es ist aber auch möglich, nur die seitlichen Flankenflächen der Nuten 16 eben zu gestalten, hingegen ihre Grundfläche nach Art eines Zylindermantel-Ab­ schnittes auszuführen.

Einander benachbarte Nuten 16 sind innerhalb der Nutbuchse jeweils durch ein Stegprofil 18 gegeneinander abgegrenzt. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Querschnittsabmes­ sung jedes Stegprofils 18 größer bemessen ist als der Öff­ nungsquerschnitt der einzelnen Nut 16.

Die Besonderheit der Nutbuchse 10 besteht darin, daß zumin­ dest in jedem Stegprofil 18 wenigstens ein Wärmerohr 20 vorgesehen ist, welches sich in Längsrichtung der Nutbuchse 10 parallel zu den Nuten 16 erstreckt.

Da die gemäß Fig. 1 in der inneren Zylinderfläche 14 der Nutbuchse 10 vorgesehenen sechs Nuten 16 durch sechs Steg­ profile 18 gegeneinander abgegrenzt sind, enthält die Nut­ buchse 10 auch mindestens sechs gleichmäßig in Umfangsrich­ tung verteilt angeordnete Wärmerohre.

Es wäre auch durchaus denkbar, in jedem der Stegprofile 18 mehrere, bspw. zwei, Wärmerohre 20 vorzusehen sowie gegebe­ nenfalls auch den die Nuten 16 enthaltenden Umfangsbereichen der Nutbuchse 10 jeweils noch ein Wärmerohr 20 zuzuordnen.

Ein anderes Wesensmerkmal der Nutbuchse 10 besteht nach Fig. 2 darin, daß die Nuten 16 über die gesamte Buchsenlänge hinweg, also bis zu ihrem Austragsende hin, einen gleich­ bleibenden Querschnitt aufweisen und dabei die Wärmerohre 20 sich parallel zu diesem gleichbleibenden Nutquerschnitt erstrecken.

Die Extruderschnecke des mit der Nutbuchse 10 ausgestatteten Einschneckenextruders kann vorteilhaft eine Ausbildung er­ halten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie in ihrem der Nutbuchse 10 zugeordneten Längenbereich einen gegenüber ihren üblichen Längenbereichen verminderten Außendurchmesser aufweist.

Jedes einzelne Wärmerohr 20 bildet ein in sich geschlossenes System, bei dem eine durch Wärmezufuhr verdampfte Flüssig­ keit an einer kühleren Stelle ihre Kondensationswärme an die Umgebung abgibt, während die Rückleitung der kondensierten Flüssigkeit durch Kapillareffekt in feinen Rillen erfolgt, die bspw. in die Innenwand des Wärmerohres eingefräst sind.

Durch die Eigenart der zur Verbesserung der Kühlwirkung eingesetzten Wärmerohre stellt sich in der Nutbuchse 10 ein axialer Wärmetransport ein, der vom Austragsende des Schnec­ kenzylinders aus in Richtung zum Granulateinzug desselben hin wirksam ist.

Dem durch die Wärmerohre 20 in Axialrichtung der Nutbuchse 10 bewirkten Wärmetransport kann in üblicher Weise die in Radialrichtung wirksame Wärmeabfuhr durch Wasserkühlung überlagert werden, indem das Kühlwasser entweder unmittelbar auf die äußere Zylinderfläche 12 der Nutbuchse einwirkt oder aber diese äußere Zylinderfläche 12 zusätzlich mit radialen Kühlrippen-Konstruktionen ausgestattet ist.

Es hat sich gezeigt, daß durch Benutzung einer Nutbuchse 10 der vorstehend beschriebenen Art eine Durchsatzsteigerung der Einschneckenextruder erreicht werden kann, die gegenüber Einschneckenextrudern mit konventionell ausgelegten Nutbuch­ sen um bis zu 30% höher liegt.

Claims (3)

1. Nutbuchse für Einschneckenextruder, die ortsfest im Schneckenzylinder sitzt und von ihrem Außenumfang her, z.B. über angeformte Rippen, mit einem Kühlmedium, bspw. Wasser, beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in den einander benachbarte Nuten (16) gegeneinander abgrenzenden Stegprofilen (18) der Nutbuch­ se Wärmerohre (20) vorgesehen sowie vom Austragsende des Schneckenzylinders aus in Richtung zum Granulateinzug hin wirksam sind.

2. Nutbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (16) über die gesamte Buchsenlänge mit einem gleichbleibenden Querschnitt verlaufen und dabei vorzugsweise die Wärmerohre (20) eine hierzu parallele Lage haben (Fig. 2).

3. Nutbuchse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderschnecke in ihrem der Nutbuchse (10) zugeordneten Längenbereich einen gegenüber ihrem üblichen Längenbereich verminderten Außendurchmesser aufweist.