DE3903172C1

DE3903172C1 - Extruder with a rotatable screw

Info

Publication number: DE3903172C1
Application number: DE3903172A
Authority: DE
Inventors: Veit-Holger Dr.-Ing. 8700 Wuerzburg De Karl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-07-19
Anticipated expiration: 2009-02-04

Abstract

For influencing the volume conveyed per revolution of the screw of an extruder, several possibilities are proposed independently of one another: With a conical form of the core of the screw, either the screw itself is displaced in the axial direction or the material feed opening is likewise displaced axially in relation to the screw (2). Another possible solution is to screw a helical casing to a greater or lesser extent onto the core of the screw. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Extruder mit einer rotierbaren Schnecke koaxial im Inneren einer Buchse, die eine Materialeinfüllöffnung aufweist und in diesem Bereich mit Nuten versehen ist, wobei die Schnecke aus einem Kern mit darauf angeordnetem Wendelsteg besteht sowie antreibbar ist.The invention relates to an extruder a rotating screw coaxially inside one Socket, which has a material filling opening and grooved in this area is, the snail from a core with on it arranged spiral bridge exists and drivable is.

Eie Vorrichtung gattungsgemäßer Art ist aus der JP 61 244 507 bekannt, bei der im Inneren eines Extruders eine rotierbare Schnecke angeordnet ist, die aus einem Kern mit darauf angeordnetem Wendelsteg besteht. Dabei verjüngt sich der Kern in Richtung auf den Auslaß zu, und die Schnecke ist als Ganzes in axialer Richtung relativ zu der mit Nuten versehenen Buchse verschiebbar. Aus der DE-PS 35 29 523 sind Extruder mit einer relativ zur Förderschnecke verschiebbaren Materialeinfüllöffnung bekannt. Aus der DE-PS 10 83 535 ist es bekannt, auf die Schneckengänge eine Wendel auf den Kern aufzubringen, die die Tiefe des Schneckenganges verändert. Die DE-OS 25 43 633 schließlich zeigt Schrauben für Spritzgußmaschinen mit unterschiedlichen Kerndurchmessern.Eie device of the generic type is from the JP 61 244 507 known in the inside of a Extruder a rotatable screw is arranged, that of a core with a spiral bridge arranged on it consists. The core tapers in Towards the outlet and the snail is as a whole in the axial direction relative to that with Grooved socket slidable. From the DE-PS 35 29 523 are extruders with a relative to the screw sliding material filling opening known. From DE-PS 10 83 535 it is known a spiral on the core on the worm gears to raise the depth of the worm gear changed. DE-OS 25 43 633 finally shows Screws for injection molding machines with different Core diameters.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Weiterentwicklung derartiger Schneckenextruder dahingehend zur Aufgabe gemacht, daß unabhängig von der Fördermenge die Energiezufuhr pro Volumeneinheit verändert und eingestellt werden kann.Proceeding from this, the invention has developed further such a screw extruder the task that regardless of the Flow rate the energy supply per unit volume can be changed and adjusted.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung drei gegebenenfalls unabhängig voneinander realisierbare Möglichkeiten auf.To achieve this object, the invention shows three possibly realizable independently of each other Opportunities on.

Die eine besteht darin, daß der Kern der Schnecke im Bereich der Materialeinfüllöffnung konisch geformt und die Schnecke in axialer Richtung verschiebbar ist.One is that the core of the snail conically shaped in the area of the material filling opening and the worm is displaceable in the axial direction.

In üblicher Terminologie meint der Begriff "konisch", daß sich der Radius des Kernes in axialer Richtung oder in Richtung der Steigung der Spirale auf der Schnecke verändert, d. h. daß der Radius ausgedrückt in Zylinderkoordinaten eine Funktion der die z-Achse darstellenden Drehachse ist. Durch die zusätzliche Möglichkeit der Verschiebung der Schnecke in axialer Richtung wird der im Bereich der Materialeinfüllöffnung befindliche Durchmesser des Kernes und demzufolge auch das Gesamtvolumen des für das Einfüllen des Materiales zur Verfügung stehenden Raumes verändert. In Abhängigkeit von der in axialer Richtung erfolgenden Verschiebung der Schnecke kann somit bei einer Umdrehung eine größere oder geringere Menge Kunststoff aufgenommen und transportiert werden. Da die über die Schnecke dem Kunststoff zugeführte Energie durch die Umfangsgeschwindigkeit und die Geometrie der Schnecke nach der Einfüllöffnung bestimmt wird, andererseits eine Beeinflussung des pro Umdrehung aufgenommenen und transportierten Kunststoffvolumens durch Verschieben der Schnecke in axialer Richtung erreichbar ist, erhält man im Ergebnis eine Erhöhung oder Verringerung der einer Volumeneinheit Kunststoff zugeführten Energie. Bei Aufbringung derselben Energiemenge ergibt sich bei einer Verringerung des eingebrachten Kunststoffes eine Erhöhung des Energieanteiles pro Volumenelement. Dies hat eine Verbesserung der Homogenisierung zur Folge, so daß auch Materialien geringerer Qualitäten einsetz- und bei entsprechender Anpassung des Extruders dennoch Formprodukte von erstklassiger Qualität herstellbar sind.In conventional terminology, the term "conical" means that the radius of the core changes in the axial direction or in the direction of the spiral pitch on the screw, that is to say that the radius, expressed in cylinder coordinates, is a function of the axis of rotation representing the z axis. The additional possibility of shifting the screw in the axial direction changes the diameter of the core in the region of the material filling opening and consequently also the total volume of the space available for filling the material. Depending on the displacement of the screw in the axial direction, a greater or lesser amount of plastic can thus be picked up and transported in one revolution. Since the energy supplied to the plastic via the screw is determined by the circumferential speed and the geometry of the screw after the filling opening, on the other hand, the plastic volume absorbed and transported per revolution can be influenced by moving the screw in the axial direction, which results in an increase or Reduction of the energy supplied to a unit volume of plastic. When the same amount of energy is applied, there is an increase in the proportion of energy per volume element when the plastic introduced is reduced. This results in an improvement in the homogenization, so that materials of lower quality can also be used and, with appropriate adaptation of the extruder, molded products of first-class quality can nevertheless be produced.

Anders formuliert ergibt sich aus einer Verschiebung der Schnecke in axialer Richtung eine Veränderung und Einflußnahme auf den im Stande der Technik konstanten Proportionalitätsfaktor zwischen Fördermenge in Abhängigkeit von der Schneckendrehzahl.In other words, a shift results a change in the axial direction of the screw and influencing the position of Technology constant proportionality factor between Delivery rate depending on the screw speed.

In der praktischen Anwendung wird man von folgenden Überlegungen ausgehen: Die maximale Fördermenge des Extruders wird bestimmt durch die Kühlleistung der sich hieran anschließenden und mit dem Kunststoff beaufschlagten Werkzeuge. Zur Erzielung eines maximalen Ausstoßes wird man deshalb den Extruder auf die maximal verarbeitbare Fördermenge einstellen. Die vorhandenen Unterschiede des über die Materialeinfüllöffnung zugeführten Kunststoffes im Hinblick auf deren Qualität werden dadurch ausgeglichen, daß jedem Kunststoffvolumenelement die zur Erreichung einer optimalen Qualität erforderliche Energie zugeführt wird. Die beiden angestrebten Ziele (maximale Fördermenge, optimale Qualität) erreicht man durch Verändern der Drehzahl der Schnecke sowie entsprechender Einstellung der Schnecke durch Verschieben in axialer Richtung.In practical use, one of the following Considerations go: The maximum flow of the extruder is determined by the cooling capacity the following and with the Plastic loaded tools. To You will therefore achieve maximum output the extruder to the maximum volume that can be processed to adjust. The existing differences of the fed through the material filling opening Plastic in terms of their quality balanced by the fact that each plastic volume element those to achieve optimal Quality required energy is supplied. The two targeted goals (maximum output, optimal quality) can be achieved by changing the speed of the screw and the corresponding Adjustment of the worm by moving it in the axial direction.

Auf diesem Wege ist erstmalig eine nachträgliche Qualitätssteuerung des von Extrudern abgegebenen Kunststoffes möglich.This is the first time that this has been done Quality control of the output from extruders Plastic possible.

Weiter erlaubt die Erfindung das Erstellen von Regelkreisen, bei denen die Energiezufuhr und/oder der Grad der Homogenisierung und/oder der Materialdurchsatz gemessen und bei Abweichungen vom Sollwert durch axiales Verschieben der Schnecke (= Stellglied) im gewünschten Sinne beeinflußt werden.Furthermore, the invention allows the creation of control loops, where the energy supply and / or the degree of homogenization and / or the material throughput measured and in the event of deviations from the nominal value by axially shifting the screw (= actuator) be influenced in the desired sense.

In Abweichung von dem soeben beschriebenen erfindungsgemäßen Gedanken wird alternativ dazu vorgeschlagen, daß der extruderauslaßseitige Bereich der Materialeinfüllöffnung in axialer Richtung verschiebbar ist. Im Gegensatz zur vorbeschriebenen Lösung bleibt in diesem Falle die Schnecke stets raumfest. Da die zur Extruderauslaßseite hin befindliche Kante der Materialeinfüllöffnung den wirksamen und das jeweils zugeführte Kunststoffvolumen wesentlich bestimmenden Querschnitt des gesamten Extruders definiert, und ihm ein bestimmter Durchmesser des konischen Kernes der Schnecke entspricht, läßt sich durch Verschiebung der extruderauslaßseitigen Kante auch der wirksame, d. h. der effektive Querschnitt des Kernes entsprechend verändern und die zugeführte Kunststoffmenge pro Umdrehung beeinflussen und anpassen.In deviation from the inventive just described Thoughts is alternatively suggested that the extruder outlet side area the material filling opening in the axial direction is movable. In contrast to the one described above In this case, the solution remains the snail always fixed in space. Since the to the extruder outlet side edge of the material filling opening the effective and the volume of plastic supplied essential cross-section of the entire extruder, and a specific one Diameter of the conical core of the Snail corresponds, can be moved the edge of the extruder outlet also the effective d. H. the effective cross section of the core change accordingly and the amount of plastic supplied influence and adjust per revolution.

Die zur vorbeschriebenen Lösung angegebenen Erläuterungen und Vorteile gelten in gleicher Weise für den soeben aufgezeigten Lösungsweg, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen hierauf Bezug genommen wird.The explanations given for the solution described above and benefits apply in the same way for the solution just outlined so that to avoid repetition related to this is taken.

Eine dritte Möglichkeit der nachträglichen Beeinflussung des pro Umdrehung zugeführten Kunststoffvolumens besteht darin, auf den Kern der Schnecke im Bereich der Materialeinfüllöffnung einen wendelförmigen Mantel aufzubringen und in seiner Lage relativ zur Schnecke zu verändern. Der Mantel bedeckt den Raum zwischen benachbarten Gewindegängen der fest mit dem Kern verbundenen und in der Gesamtheit die Schnecke bildenden Wendel. Die äußere Form des Kernes, ob es sich also um einen Zylinder oder einen Konus handelt, ist hierbei im Sinne der Erfindung unerheblich. Das Aufbringen des Mantels auf den Kern bewirkt bereits eine Veränderung des lichten Querschnittes innerhalb der Buchse und folglich des pro Umdrehung zugeführten Kunststoffvolumens. Zur kontinuierlichen Veränderung und Einstellung ist jedoch von Vorteil, den Kern und/oder Mantel in axialer Richtung verlaufenden Querschnitt so zu wählen, daß sich eine Keilform ergibt. Je weiter dann die Wendel eingedreht ist, um so geringer wird der lichte Querschnitt und folglich das geförderte Kunststoffvolumen. Das Aufschrauben des Mantels auf die Schnecke bedeutet eine Änderung des effektiven Außendurchmessers des Kernes im Bereich der Materialeingabe. A third possibility of subsequent influencing of the plastic volume supplied per revolution consists of the core of the snail a helical one in the area of the material filling opening Apply coat and in its position to change relative to the snail. The coat covers the space between adjacent threads the firmly connected to the core and in the Entire helix forming the snail. The outer shape of the nucleus, whether it is one Cylinder or a cone is here Irrelevant meaning of the invention. The application of the Sheath on the core is already causing a change of the clear cross section within the socket and consequently that supplied per revolution Plastic volume. For continuous change and setting is beneficial, however Core and / or jacket extending in the axial direction To choose cross-section so that there is a Wedge shape results. The further then the helix turned the clearer the cross section becomes and consequently the volume of plastic conveyed. Screwing the shell onto the snail means a change in the effective outside diameter of the core in the area of material input.

Auch hier gilt, daß die pro Volumeneinheit zugeführte Energie durch Änderung des Kunststoffvolumens beeinflußt wird. Eine nachträgliche Einstellung des Extruders auf die jeweilige Granulatqualität ist möglich. Abgesehen vom konstruktiven Aufbau des Extruders gelten die obigen Ausführungen im Hinblick auf Funktion, Wirkungsweise und Vorteile auch für die soeben beschriebene Lösung.The same applies here that the feed per unit volume Energy by changing the volume of plastic being affected. A subsequent attitude of the extruder to the respective granulate quality is possible. Apart from the constructive structure of the extruder, the above statements apply in terms of function, mode of operation and advantages also for the solution just described.

Die Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtThe details, features and benefits of Invention can be the following description can be seen in the drawings Embodiments of the invention explained in more detail will. It shows

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Extruder mit verstellbarer Materialeinfüllöffnung, Fig. 1 an extruder according to the invention with adjustable Materialeinfüllöffnung,

Fig. 2 einen Extruder mit verstellbarer Materialeinfüllöffnung, Fig. 2 an extruder with adjustable Materialeinfüllöffnung,

Fig. 3 einen Extruder mit auf den Kern der Schnecke aufgeschobener Wendel. Fig. 3 shows an extruder with the screw pushed onto the core of the screw.

Sämtliche der im folgenden beschriebenen Darstellungen zeigen den überwiegenden Teil des Extruders in Querschnittsdarstellung, wobei einzig die Schnecke in Seitenansicht wiedergegeben ist.All of the representations described below show the majority of the extruder in cross-sectional representation, with only the Snail is reproduced in side view.

Aus Fig. 1 läßt sich im einzelnen folgendes entnehmen: The following can be seen in detail from FIG. 1:

Im Inneren des Extruders 1 befindet sich die in Seitenansicht dargestellte Schnecke 2, die aufgebaut ist aus einem Kern 3 sowie einer darauf angeordneten Wendel 4. Erfindungswesentlich ist die konische Formung des Kernes 3 nach links zu, d. h. die Verminderung des radialen Durchmessers kontinuierlich zum linken Ende hin. Ebenso ist entscheidend und wird durch die Pfeile auch angedeutet, daß die Schnecke 2 in ihrer axialen Richtung verschiebbar ist. Etwa in der Mitte des Extruders 1 befindet sich eine nach oben zu verlaufende Materialeinfüllöffnung 5. Für die erfindungsgemäße Idee entscheidend ist, daß durch axiales Verschieben der Schnecke 2 der im Bereich der Materialeinfüllöffnung 5 zu liegende Bereich des Kernes 3 in seinem Durchmesser veränderbar ist und auf diese Weise eine Beeinflussung des pro Umdrehung der Schnecke 2 transportierten Volumenelementes an eingefülltem Material zuläßt.Inside the extruder 1 is the screw 2 shown in a side view, which is constructed from a core 3 and a helix 4 arranged thereon. Essential to the invention is the conical shape of the core 3 to the left, ie the reduction in the radial diameter continuously towards the left end. It is also crucial and is also indicated by the arrows that the screw 2 is displaceable in its axial direction. Approximately in the middle of the extruder 1 there is a material filling opening 5 that runs upwards. It is crucial for the idea according to the invention that by axially displacing the screw 2 the area of the core 3 to be located in the area of the material filling opening 5 can be changed in its diameter and in this way permits an influencing of the volume element of filled material transported per revolution of the screw 2 .

Der Extruder 1 ist in seinem weiteren Aufbau von üblicher Art, d. h. er weist im Inneren eine koaxial zur Schnecke 2 und im Bereich der Materialeinfüllöffnung 5 verlaufende Buchse 6 mit Nuten auf, an die sich nach rechts zu, d. h. in Förderrichtung eine weitere Buchse 7 ebenfalls koaxial zur Schnecke 2 anschließt. Weiterhin ist die Schnecke 2 in Lagern 8 geführt sowie sind die Buchsen 6, 7 in einem Gehäuse 9 untergebracht.In its further construction, the extruder 1 is of a conventional type, that is to say it has a bushing 6, which runs coaxially to the screw 2 and in the region of the material filling opening 5 , with grooves, to which a further bushing 7 also extends to the right, ie in the conveying direction connects coaxially to the screw 2 . Furthermore, the screw 2 is guided in bearings 8 and the bushings 6 , 7 are accommodated in a housing 9 .

Der in Fig. 2 gezeigte Extruder stimmt in seinem Aufbau mit dem in Fig. 1 geschilderten weitgehend überein, so daß die einander entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht einer nochmaligen Erläuterung bedürfen.The structure of the extruder shown in FIG. 2 largely corresponds to that described in FIG. 1, so that the corresponding parts are provided with the same reference numerals and do not need to be explained again to avoid repetition.

Der demgegenüber entscheidende Unterschied besteht darin, daß nunmehr die Schnecke 2 innerhalb des Extruders 1 raumfest bleibt und statt dessen die Materialeinfüllöffnung 5 in Richtung der Achse der Schnecke 2 verschiebbar ist. Zu diesem Zwecke ist die aus der Buchse 6 sowie den die Materialeinfüllöffnung 5 umgebenden trichterförmigen Teil 10 des Gehäuses 9 bestehende Einheit in der ebenfalls durch Pfeile angedeuteten Weise verschiebbar. Auch auf diese Weise ist das pro Umdrehung geförderte Volumenelement einstell- und veränderbar.The decisive difference is that now the screw 2 remains spatially fixed within the extruder 1 and instead the material filling opening 5 is displaceable in the direction of the axis of the screw 2 . For this purpose, the unit consisting of the bushing 6 and the funnel-shaped part 10 of the housing 9 surrounding the material filling opening 5 can be displaced in the manner also indicated by arrows. The volume element conveyed per revolution can also be set and changed in this way.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung stimmt ebenfalls mit der in Fig. 1 gezeigten überein. Auch hier soll mit Ausnahme der Unterschiede auf nochmalige Erläuterungen verzichtet werden.The device shown in FIG. 3 also corresponds to that shown in FIG. 1. Again, with the exception of the differences, there will be no further explanations.

In dieser Ausführungsform sind die Schnecke 2 ebenso wie die sie umgebende Buchse 6 einander raumfest zugeordnet. Die Fördermenge wird dadurch beeinflußt, daß auf den konischen Kern 3 der Schnecke 2 ein wendelförmiger Mantel 11 aufgebracht ist, dessen Querschnittsfläche im Axialschnitt keilförmig ist und nach links zunimmt. Beim Drehen bewegt sich der Mantel 11 mehr oder weniger weit zwischen der Wendel 4 auf dem Kern 3 in Abhängigkeit vom Drehsinn nach rechts bzw. links. Befindet sich der Mantel 11 zumindest teilweise im Bereich der Materialeinfüllöffnung 5, läßt sich das pro Umdrehung der Schnecke 2 geförderte Volumenelement ebenfalls beeinflussen. Zur Klarstellung bleibt anzumerken, daß entgegen zeichnerischer Darstellung der Kern 3 der Schnecke 2 nicht zwingend konisch geformt sein muß.In this embodiment, the screw 2 and the surrounding bush 6 are spatially assigned to each other. The delivery rate is influenced by the fact that a helical jacket 11 is applied to the conical core 3 of the screw 2 , the cross-sectional area of which in axial section is wedge-shaped and increases to the left. When turning the jacket 11 moves more or less far between the helix 4 on the core 3 depending on the direction of rotation to the right or left. If the casing 11 is at least partially in the region of the material filling opening 5 , the volume element conveyed per revolution of the screw 2 can also be influenced. For clarification, it should be noted that, contrary to the graphic representation, the core 3 of the screw 2 does not necessarily have to be conical.

Im Ergebnis schlägt die Erfindung drei unabhängig voneinander realisierbare Prinzipien vor, mit deren Hilfe eine Beeinflussung des pro Umdrehung der Schnecke geförderten Volumens an Granulat möglich wird.As a result, the invention proposes three independently principles that can be implemented by each other, with their Help influence the per turn of the Volume of granulate conveyed by a screw is possible becomes.

Claims

1. Extruder with a rotatable screw coaxially inside a bushing which has a material filling opening and is provided with grooves in this area, the screw consisting of a core with a spiral web arranged thereon and being drivable, characterized in that the core ( 3 ) in the area of the material filling opening ( 5 ) it widens conically in the direction of extrusion and the screw ( 2 ) can be displaced in the axial direction.

2. Extruder according to the preamble of claim 1, characterized in that the core ( 3 ) in the region of the material filling opening ( 5 ) is conically shaped and the extruder outlet-side region of the material filling opening ( 5 ) is displaceable in the axial direction.

3. Extruder according to the preamble of claim 1, characterized in that in the region of the material filling opening ( 5 ) on the core ( 3 ) of the screw ( 2 ), a helical casing ( 11 ) is screwed onto its position relative to the screw ( 2 ) so that it can be changed , wherein the core ( 3 ) and / or the jacket ( 11 ) have a wedge-shaped cross section in the axial direction.

4. Extruder according to one of claims 1 to 3, characterized by a drive which is connected to the screw ( 2 ) or the extruder outlet-side region of the material filling opening ( 5 ) or the helical shell ( 11 ) located on the screw ( 2 ) .