DE69629491T2

DE69629491T2 - Verfahren zum herstellen von homogenen materialien mit einem extruder, und extruder

Info

Publication number: DE69629491T2
Application number: DE69629491T
Authority: DE
Inventors: Esko HIPPELÄINEN; Kari Kirjavainen; Jyri Järvenkylä
Original assignee: Uponor Innovation AB
Current assignee: Uponor Innovation AB
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: DE69629491D1; JPH11511706A; ATE246987T1; EP0868278A1; US6073657A; AU1068297A; WO1997021532A1; US6446674B1; EP0868278B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von homogenem Material mit einem Extruder, der wenigstens zwei ringförmige konische Zuführspalte aufweist, die ineinander und zwischen einem drehbaren Rotor und einem Stator angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen Extruder mit mindestens zwei ringförmigen konischen Zuführspalten, die ineinander und zwischen einem drehbaren Rotor und einem Stator angeordnet sind.
Die U.S.-Veröffentlichung 3 314 108 offenbart einen Extruder mit zwei konischen Statoren und einem konischen Rotor, der drehbar zwischen den Statoren angeordnet ist. Das zu extrudierende Kunststoffmaterial wird über zwei separate Leitungen verschiedenen Seiten des Rotors zugeführt. Der Rotor ist mit schraubenförmigen Rillen versehen, mittels derer das Material in Richtung einer Öffnung an dem schmaleren Ende des Extruders transportiert wird. Die Mischung der über verschiedene Leitungen zuzuführenden Materialien wird mit Dichtungen an dem Ende, an dem das Material zugeführt wird, verhindert, wodurch die sich auf verschiedenen Seiten des Rotors befindenden Materialien erst hinter dem Rotor in der Nähe des Endes des Extruders zusammenkommen, wodurch das Mischen der Materialien unbedeutend bleibt. Ferner können aufgrund der Zuführraten der von den verschiedenen Leitungen aus zugeführten separaten Materialströme auf verschiedenen Seiten des Rotors leicht ungleiche Drücke auftreten, und die Druckdifferenz beansprucht den Rotor und kann ihn beschädigen.
Die Europäische Patentanmeldung 89 906 779.7 offenbart einen Extruder mit mehreren konischen Statoren und konischen Rotoren, die drehbar zwischen den Statoren angeordnet sind. Das zu extrudierende Material wird entlang einer Leitung dem Anfang jedes Rotors zugeführt, woraufhin der Einlaß des Rotors Öffnungen aufweist, durch die das Material auch zu der anderen Seite des Rotors fließen kann. Mittels auf jeder Seite des Rotors vorgesehener Rillen wird das Material zum Ende des Extruders hin transportiert. Auch bei diesem Gerät kommen die auf verschiedenen Seiten des Rotors passierenden Materialströme erst in der Nähe der Öffnung zusammen, wodurch die sich auf verschiedenen Seiten befindenden Materialien sich nicht effizient mischen. Ferner kann ein großer Druckunterschied auf den verschiedenen Seiten des Rotors bestehen, und dies beansprucht den Rotor und kann ihn beschädigen.
Bei der Herstellung von Mehrschichtrohren ist/sind die Mittelschicht(en) üblicherweise weniger stark als die Außen- und die Innenschicht, oder in der Mittelschicht werden im Vergleich zu der Außen- und der Innenschicht üblicherweise weniger starke Materialien verwendet. Das Material der Innenschicht ist z. B. vorzugsweise Abfallkunststoff, da diese Anordnung die Umweltverschmutzung verringert und auch wirtschaftlich sehr vorteilhaft ist. Eine andere Alternative besteht im Aufschäumen des Kunststoffmaterials der Mittelschicht, doch kann dies natürlich auch mit Abfallkunststoff geschehen. Besonders die Verwendung von Abfallkunststoff erfordert jedoch, daß die zu verwendende Ausrüstung bessere Misch- und Verarbeitungseigenschaften als üblich hat. Außerdem mag es notwendig sein, Verstärkungsfasern in die Mittelschicht zu mischen, und die gleichmäßige Verteilung der Fasern in dieser Schicht erfordert ein sehr effizientes Mischen.
Die bisher entwickelten Extrusionsgeräte für Mehrschichtrohre sehen in den oben erwähnten Fällen keine ausreichende Mischung der Mittelschichten vor.
U.S.-Patent 4 364 882 offenbart ein herkömmliches aufgeschäumtes PVC-Rohr. Das PVC ist auf die Dichte von 500 kg/m³ aufgeschäumt, was tatsächlich das Minimum darstellt, das mit der herkömmlichen Technik erreicht werden kann. Ein typischer Aufschäumgrad für PVC-Schaum beträgt 57%, wobei in diesem Fall die Dichte 800 kg/m³ beträgt, da sich die Festigkeitseigenschaften des PVC-Schaums bei geringeren Werten rapide verschlechtern. Das Patent offenbart ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 315 mm und dem folgenden Aufbau:
das innere Rohr hat eine Dicke von 1,25 mm, die Mittelschicht hat eine Dicke von 9 mm und das äußere Rohr von 1,25 mm. Die Gesamtdicke des Rohres beträgt somit 11,5 mm, das Gesamtgewicht 7,63 kg/m und die erhaltene Gewichtsersparnis im Vergleich zu einem herkömmlichen Rohr mit entsprechender Steifigkeit beträgt 29%.
Wie obiges Beispiel zeigt, sorgt aufgeschäumter Kunststoff für eine beträchtliche Materialersparnis (d. h. hinsichtlich der Kosten), während eine leichtere Rohrkonstruktion hergestellt wird. Die Verwendung von derartigem "minderwertigen" Material als Mittelschicht ist in diesem Zusammenhang angemessen, da diese Schicht mechanischen Spannungen wie Verschleiß und Spannungsverformungen sowie physischen und chemischen Beanspruchungen wie UV-Strahlung und anderen Verunreinigungen am wenigsten ausgesetzt ist.
Wird andererseits der Aufschäumungsgrad der Mittelschicht erhöht, d. h. nimmt die Dichte ab, verschlechtern sich auch die Eigenschaften des Schaummaterials in bedeutender Weise. Bislang war der maximale verwendete Aufschäumungsgrad in der Praxis dergestalt, daß er die Dichte des Materials auf die Hälfte der Dichte des ungeschäumten Materials vermindert hat, da sich nach diesem Niveau die Festigkeit des Schaums bedeutend verschlechtert und die Konstruktion eines Rohres mit einem starken Aufbau somit als unmöglich angesehen worden ist.
Die oben beschriebenen bekannten Mehrschichtrohre mit einer aufgeschäumten Mittelschicht haben mehrere nachteilige Eigenschaften, von denen die bedeutendste geringe Schlagfestigkeit ist. Zu den Gründen für eine solche schlechte mechanische Festigkeit zählt beispielsweise die schlechte Homogenisierung des Kunststoffmaterials.
SU-A-1 384 394 offenbart einen Extruder mit zwei ringförmigen, teilweise konischen Zuführspalten, die ineinander angeordnet sind und einen Rotor von einem inneren Stator und einem äußeren Stator trennen. Das zu extrudierende Material wird dem äußeren Zuführspalt von einem Zuführkanal zugeführt. Ein Teil des Materials kann durch Öffnungen in dem Rotor zu dem inneren Zuführspalt fließen. Die Aufgabe der Öffnungen besteht im Füllen der Schraubgewinde im Inneren des Rotors.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Vorsehen eines Verfahrens zur Herstellung von homogenem Material mit einem Extruder, und eines Extruders, bei dem ihm zugeführtes Material effizient gemischt werden kann und bei dem keines der oben erwähnten Probleme besteht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung bekannter Mehrschichtrohre.
Demnach schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einen Extruder gemäß dem unabhängigen Anspruch 11.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, daß sich zwischen den konischen ringförmigen Zuführspalten ein Rotor oder ein Stator mit Öffnungen befindet, durch die das den verschiedenen Zuführspalten separat zugeführte Material fließen kann. Ferner besteht die Idee eines bevorzugten Ausführungsbeispiels darin, daß der Rotor und die Statoren ovale Kerben aufweisen, die derart positioniert sind, daß sie einander teilweise überlappen, so daß das dem Extruder zugeführte Material in diesen Kerben gemischt werden kann. Die Idee eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß dem Extruder mehrere unterschiedliche Mittel zugeführt werden und diese gemischt werden können. Die Idee eines dritten bevorzugten Aus führungsbeispiels besteht darin, daß das zu extrudierende Material in das schmale Ende des Rotors eingeführt wird und die Rillen des Rotors das Material entlang der ersten Seite des Rotors zu dem breiten Ende des Rotors transportieren, an dem das Material durch die in dem Rotor vorgesehenen Öffnungen auf die andere Seite des Rotors gelangen kann, wonach die Rotorrillen das Material entlang der anderen Seite des Rotors und über die Düse des Extruders hinaus transportieren.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das zuzuführende Material effizient gemischt werden kann, woraufhin sehr homogenes Material aus dem Extruder ausgegeben werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die in dem Rotor oder Stator zwischen den Zuführspalten vorgesehenen Öffnungen die Drücke an den verschiedenen Zuführspalten ausgleichen, woraufhin beispielsweise Material mit unterschiedlichen Drücken unterschiedlichen Zuführspalten zugeführt werden kann. Der Vorteil eines anderen Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die ovalen Kerben für eine noch effizientere Mischung des Materials sorgen. Mittels der Erfindung können mehrere unterschiedliche Mittel gemischt werden, und es kann eine effizient vermischte homogene Mischung aus dem Extruder ausgegeben werden. Durch Zuführen des Materials zu dem schmalen Ende des Rotors ist es möglich, einen sehr langen Mischabschnitt zu schaffen, wodurch eine sehr homogene Mischung erzeugt wird. Ferner ist es möglich, die während der Endstufe der Extrusion erzeugte Überhitzung zum Schmelzen des dem Extruder zugeführten Materials auszunutzen. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Entfernen von Gas und Feuchtigkeit aus dem zu extrudierenden Material in dem Extruder an der Stelle vorgesehen sein kann, an der das Material durch die Öffnungen in dem Rotor zu der anderen Seite des Rotors transportiert wird.
Besonders gute mechanische Eigenschaften eines Mehrschichtkunststoffrohres werden von dem Ausführungsbeispiel bereitgestellt, in dem das äußere Rohr und das innere Rohr durch Orientierung und/oder ausgerichtete Fasern verstärkt sind. Auf herkömmliche Art extrudierte Rohre verwenden üblicher weise zur Verstärkung des Rohres keine Stapelfasern hauptsächlich deshalb, weil die Fasern während der Extrusion entsprechend der Rohrachse verlaufen und die Verstärkungseigenschaft der Fasern nutzlos ist. Dies betrifft sowohl Druck- als auch Abwasserrohre, die eine Verstärkung in Umfangsrichtung benötigen. Bei gewissen Techniken, wie beispielsweise Drehdornen oder Drehdüsen, können die Fasern teilweise durch Unterbrechung der Drehbewegung in Umfangsrichtung in den Oberflächenschichten des Rohres ausgerichtet sein. Das Nutzen dieser Art von Entfaserung bei thermoplastischen Rohren für Abwasser ist beispielsweise aufgrund der hohen Verfahrenskosten gänzlich unbekannt. Eine faserhaltige Vormischung ist üblicherweise drei- bis viermal teurer als herkömmliches Polyethylen. Das Hinzufügen von Fasern erhöht somit den Preis des Rohres, da die verbesserten Festigkeitseigenschaften nicht ausreichen, um den höheren Preis des Rohmaterials auszugleichen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß das Hinzufügen von Fasern ein Endprodukt erzeugt, das weniger kostspielig als die herkömmlichen Rohre ist. Dies liegt daran, daß die Verstärkungswirkung der Fasern in der Schicht groß ist, die den größten Teil der Belastung in dem erfindungsgemäßen Rohr trägt, d. h. in dem inneren und dem äußeren Rohr, und in unterirdischen Abwasser- und Drainagerohren z. B., die unter Verwendung der Ringstarrheit als Kriterium konzipiert sind, wird die Mittelschicht des Rohres nicht effizient genutzt.
Im folgenden wird die Erfindung in den beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei diese zeigen:
1 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Extruders,
2 einen Teil eines Rotors in dem Extruder von 1,
3 eine Einzelheit des Extruders von 1,
4 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten Extruders,
5 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines dritten Extruders,
6 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines vierten erfindungsgemäßen Extruders,
7 eine Seitenansicht eines Rotors in dem Extruder von 4,
8 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines Extruders,
9 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Extruders,
10 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines siebten Ausführungsbeispiels eines Extruders,
11 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines achten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Extruders, und
12 eine Einzelheit einer Zuführleitung in dem Extruder von 5.
Es sei darauf hingewiesen, daß die in den 4, 5, 7, 8, 9, 10 und 12 vorgestellten Anordnungen nicht beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind. Lediglich die 1, 2, 3, 6 und 11 beziehen sich auf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Extruders. Der Extruder weist einen inneren Stator 1 und einen äußeren Stator 2 auf, der an der Außenseite des inneren Stators angeordnet ist. Wenigstens die Außenfläche des inneren Stators 1 und die Innenfläche des äußeren Stators 2 sind konisch. Zwischen dem inneren Stator 1 und dem äußeren Stator 2 befindet sich ein konischer Rotor 3. Dann befindet sich auf beiden Seiten des Rotors 3 ein ringförmiger konischer Zuführspalt. Der Rotor 3 ist drehbar zwischen dem inneren Stator 1 und dem äußeren Stator 2 bewegbar. Der Rotor 3 wird von einem Motor 5 gedreht. Der Motor 5 kann beispielsweise ein Hydromotor, ein Elektromotor oder ein beliebiger anderer Motor sein, der an sich bekannt und für diesen Zweck geeignet ist. Der Motor 5 ist derart ausgebildet, daß er den Rotor 3 über ein Getriebesystem 4 drehen kann. Die Drehzahl des Rotors 3 kann mittels des Getriebesystems 4 in gewünschter Weise eingestellt werden. Wird dagegen beispielsweise ein Elektromotor verwendet, ist das Getriebesystem 4 nicht notwendig, da die Drehfrequenz des Rotors 3 leicht durch Regulieren der Drehzahl des Motors 5 auf an sich bekannte Art eingestellt werden kann. Die oben beschriebenen Bauteile des Extruders sind an sich bekannt, daher sind sie in diesem Zusammenhang nicht ausführlicher erläutert worden.
Ferner weist der Extruder eine erste Zuführleitung 6 auf, entlang der zu extrudierendes Material in das Äußere des Rotors 3 zwischen den Rotor 3 und den äußeren Stator 2 zugeführt werden kann. Der Extruder weist auch eine zweite Zuführleitung 7 auf, entlang der Material durch eine in dem Rotor 3 vorgesehene Öffnung oder Öffnungen 8 in das Innere des Rotors 3 zwischen den Rotor 3 und den inneren Stator 1 zugeführt werden kann. Das in die erste Zuführleitung 6 einzuspeisende Material wird mit einer ersten Zuführvorrichtung 9 zugeführt. Für die Einspeisung von Zuführmaterialien in die zweite Zuführleitung 7 weist die Anordnung entsprechend eine zweite Zuführvorrichtung 10 auf. Die Zuführvorrichtungen 9 und 10 können beispielsweise Zuführschnecken, Pumpen oder andere, an sich bekannte Vorrichtungen sein. Mit dieser Zuführvorrichtung kann die Strömungsrate des in die Zuführleitung einzuspeisenden Materials eingestellt werden.
Auf der Außenseite weist der Rotor 3 äußere Rillen 11a und auf der Innenseite innere Rillen 11b auf. Die Rillen 11a und 11b sind schraubenförmig, so daß die Rillen 11a und 11b während der Drehung des Rotors 3 das zu extrudierende Material zu dem Düsenabschnitt des Extruders hin transportieren. Der Rotor 3 weist ferner Öffnungen 12 auf, durch die das zu extrudierende Material von der Außenseite des Rotors 3 zu seiner Innenseite und umgekehrt fließen kann. Daher können die auf der Außenseite und Innenseite des Rotors 3 befindlichen Materialien bereits auf der Innenseite des Rotors 3 gemischt werden, so daß sich ein gut gemischtes Material ergibt. Die Statoren 1 und 2 weisen ferner Kerben 13 auf, so daß, wenn das zu extrudierende Material die Kerben 13 erreicht, es nicht genauso gleichmäßig wie zuvor zu der Düse des Extruders weiterfließt, sondern an diesen Kerben weiter gemischt wird. An den Kerben 13 befinden sich auch entsprechende Kerben in dem Rotor 3. Die Kerben 13 sind so groß und mit solchen Abständen voneinander angeordnet, daß die Kerben des Rotors 3 und der Statoren 1 und 2 einander wenigstens teilweise überlappen.
2 zeigt einen Teil des Rotors des Extruders von 1. Die Bezugszeichen in 2 entsprechen denjenigen in 1. Die Kerben 13 des Rotors 3 sind oval und diagonal derart angeordnet, daß die Kerben 13 das zu extrudierende Material bei drehendem Rotor 3 in Richtung auf die Düse des Extruders transportieren. Einige der entsprechenden Kerben 13 des Stators sind mit einer gestrichelten Linie angegeben. Die Kerben 13 des Rotors 3 und des Stators sind diagonal in entgegengesetzten Richtungen angeordnet und überlappen einander teilweise, so daß das Material in den Kerben 13 effizient gemischt wird.
3 zeigt eine Einzelheit, die einen Teil des Rotors 3 und einen Teil des äußeren Stators 2 umfaßt. Die Bezugszeichen in 3 entsprechen denjenigen in den 1 und 2. Der Rotor 3 und der äußere Stator 2 sind derart beabstandet, daß zwischen den zwischen den äußeren Rillen 11a des Rotors 3 befindlichen Hälsen 14 und dem äußeren Stator 2 ein Spalt 15 ver bleibt. In einem solchen Fall transportieren die äußeren Rillen 11a das zu extrudierende Material nach oben, wie in der Figur gezeigt, doch ein Teil des Materials kann durch den Spalt 15 in der Figur nach unten fließen, woraufhin das Mischen der Materialien weiter verbessert wird. Natürlich kann zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 ein ähnlicher Spalt sein.
4 zeigt einen zweiten Extruder. Die Bezugszeichen in 4 entsprechen denjenigen in den 1 bis 3. Die Zuführleitung 6 und die damit verbundene Zuführvorrichtung 9 sind an dem schmaleren Ende des Rotors 3 angeordnet. Die Rillen des Rotors 3 sind derart angeordnet, daß die Rillen bei Drehung des Rotors 3 das zwischen den Rotor 3 und den äußeren Stator 2 zuzuführende Material in der Figur nach oben transportieren. Wenn das Material an den Öffnungen 12 ankommt, kann es durch die Öffnungen 12 zu der Innenseite des Rotors 3 fließen, und die inneren Rillen des Rotors 3 sind so angeordnet, daß sie das zu extrudierende Material, wie in der Zeichnung zu sehen, nach unten drücken. Die Bewegung des zu extrudierenden Materials ist in 4 durch Pfeile dargestellt. Der Deutlichkeit halber zeigt 4 weder die Rotorrillen noch die möglichen Kerben der Statoren und des Rotors. Die das Material transportierenden Rillen können sich auch an dem Stator befinden. Vorzugsweise sollten die Rillen und die Öffnungen 12 derart konstruiert sein, daß bei Drehung des Rotors die Summe der Flächen der Rotoröffnungen 12, die am Ende der Rille sichtbar sind, im wesentlichen jederzeit konstant ist. Dann kann das von den Rillen transportierte Material gleichmäßig von den Rillen durch die Rotoröffnung 12 fließen, woraufhin im Materialfluß keine Pumpwirkung gegeben ist. Wenn das zu extrudierende Material zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 nach außen gedrückt wird, ist es Druck ausgesetzt. Wenn das Material danach an den Öffnungen 12 ankommt, wird der auf das Material wirkende Druck weggenommen, und möglicherweise in dem Material anzutreffende Gase und Feuchtigkeit können einen Ableitungsauslaß 16 entfernt werden. Der Ableitungsauslaß 16 kann so ausgebildet sein, daß er gemäß 4 durch den äußeren Stator 2 oder durch den inneren Stator 1 verläuft, so daß die Einrichtung zum Entfernen von Feuchtigkeit und Gas vorzugsweise innerhalb des Extruders angeordnet sein kann. Es kann mehr als eine Zuführleitung 6 und Zuführvorrichtung 9 vorhanden sein, woraufhin verschiedene Zuführvorrichtungen 9 verwendet werden können, um beispielsweise unterschiedliche Materialien von unterschiedlichen Stellen anzuliefern, oder der Strom des dem Extruder zuzuführenden Materials kann, falls erwünscht, auf eine andere Weise ausgeglichen werden. Die Anordnung von 4 ermöglicht es, die von dem zu extrudierenden Material in dem Extruder zurückzulegende Strecke zu verlängern, woraufhin die Mischung des Materials effektiv implementiert werden kann. Bei der Aufwärtsbewegung des zuzuführenden Materials zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 erzeugt die Reibung Wärme, die durch den Rotor 3 übertragen wird, um das Material zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 zu wärmen. Daher kann diese Wärme, die normalerweise abgekühlt und damit vollständig verschwendet würde, effizient genutzt werden.
5 ist eine geschnittene Seitenansicht eines dritten Extruders. Die Bezugszeichen in 5 entsprechen denjenigen in den 1 bis 4. Im Extruder von 5 sind eine Zuführleitung/-leitungen 6 und dementsprechend eine Zuführvorrichtung/vorrichtungen 9 vom Inneren des Extruders aus durch den inneren Stator 1 hindurch positioniert, um das zu extrudierende Material zwischen den inneren Stator und den Rotor 3 zuzuführen. Die Rillen des Rotors 3 müssen natürlich derart angeordnet sein, daß das zu extrudierende Material bei Drehung des Rotors 3 zunächst, wie in der Figur zu sehen, nach oben zwischen den inneren Stator 1 und den Rotor 3 transportiert wird und dann, nachdem es die Öffnung 12 zur Außenseite des Rotors 3 passiert hat, wird das Material in der Figur nach unten zwischen den Rotor 3 und den äußeren Stator 2 transportiert, wie in 5 mit Pfeilen angedeutet. Durch Anordnen der Zuführleitung(en) 6 vom Inneren des Extruders aus kann die Konstruktion des Extruders kompakt gestaltet sein. Ferner kann die während der Extrusion erzeugte Überhitzung auf diese Wei se für das Vorwärmen des zuzuführenden Materials in der Zuführleitung 6 verwendet werden.
6 ist eine geschnittene Seitenansicht eines vierten erfindungsgemäßen Extruders. Die Bezugszeichen in 6 entsprechen denjenigen in den 1 bis 5. Der Extruder gemäß 6 weist zwei Rotoren, einen inneren Rotor 3a und einen äußeren Rotor 3b, auf. Das Getriebesystem 4 ist derart positioniert, daß der innere Rotor 3a mittels des Systems in eine andere Richtung gedreht wird als der äußere Rotor 3b. Die Rillen der Rotoren 3a und 3b sind derart angeordnet, daß die Rillen des äußeren Rotors 3b das von der ersten Zuführvorrichtung 9 zuzuführende Material über die erste Zuführleitung 6 zwischen dem äußeren Rotor 3b und dem äußeren Stator 2 nach oben, wie in der Zeichnung zu sehen, transportieren. Dementsprechend transportieren die Rillen des inneren Rotors 3a das von der zweiten Zuführvorrichtung 10 zuzuführende Material über die zweite Zuführleitung 7 zwischen dem inneren Rotor 3a und dem inneren Stator 1 in der Figur nach oben. Wenn das Material an den Öffnungen 12 ankommt, passiert es die Öffnungen 12 in den Raum zwischen dem inneren Rotor 3a und dem äußeren Rotor 3b. Die Außenrillen des inneren Rotors 3a und dementsprechend die Innenrillen des Außenrotors 3b sind derart positioniert, daß das Material zwischen den Rotoren 3a und 3b sich, wie in der Figur gezeigt, durch die Wirkung der Rillen nach unten und durch die Düse des Extruders weiter hinaus bewegt. Die Bewegung der Materialien ist in der beigefügten Figur mit Pfeilen beschrieben. Auf diese Weise kommen die zu verschiedenen Seiten der Rotoren 3a und 3b zuzuführenden Materialien zwischen den Rotoren 3a und 3b zusammen, woraufhin sie effizient gemischt werden. Natürlich kann zwischen dem inneren Rotor 3a und dem äußeren Rotor 3b ein Zwischenstator vorhanden sein, so daß die Materialien separat zwischen dem inneren Rotor 3a und dem Zwischenstator und zwischen dem äußeren Rotor 3b und dem Zwischenstator fließen und erst hinter dem Zwischenstator zusammenkommen.
7 ist eine Seitenansicht des Rotors 3 in dem Extruder von 4. Die Bezugszeichen in 7 entsprechen denjenigen in den 1 bis 6. Die Drehrichtung des Rotors 3 ist durch den Pfeil A angezeigt. Somit transportieren die äußeren Rillen 11a des Rotors das zu extrudierende Material nach oben, wie in der Figur gezeigt. Die oberen Teile der Rillen 11a sind so ausgestaltet, daß sie an den Öffnungen 12 enden, woraufhin das Material durch die Öffnungen 12 in das Innere des Rotors 3 transportiert wird. Die Anzahl der Öffnungen 12 muß mindestens gleich derjenigen der äußeren Rillen 11a sein. Da der Rotor 3 mit seinem breiteren Ende nach oben positioniert ist, bleibt das zu extrudierende Material im unteren Teil der Öffnung 12, so daß Ableitungsauslässe 16 zum Ablassen von Gas und Feuchtigkeit in den oberen Teilen der Öffnungen 12 angeordnet sein können.
8 ist eine geschnittene Seitenansicht eines fünften Extruders. Die Bezugszeichen in 8 entsprechen denjenigen in den 1 bis 7. Der Extruder von 8 weist einen konischen Zuführrotor 17 auf, der von einer Drehwelle 18 gedreht wird. Die Drehwelle 18 ist auch mit einer Zuführschnecke 19 verbunden, mittels derer das zur Innenseite des Zuführrotors zugeführte Material in das Innere des Extruders gespeist werden kann. Der Extruder weist auch eine Zuführleitung 6' auf, in die ein zweites zuzuführendes Material von einer Zuführvorrichtung 9' eingebracht wird. Die Oberfläche des Zuführrotors 17, der sich auf der Seite des inneren Stators befindet, weist Rillen auf, woraufhin die Rillen bei Drehung des Zuführrotors 17 das zuzuführende zweite Material von der Zuführleitung 6' in das Innere des Extruders transportieren. Die Rillen des Zuführrotors 17 sind in 8 der Deutlichkeit halber nicht gezeigt. Das erste Material, das dem Zuführrotor 17 zugeführt wird, kann beispielsweise ein Füllmittel sein, und das von der Zuführleitung 6' gelieferte Material kann beispielsweise Kunststoff sein. Die Zuführschnecke 19 kann so ausgestaltet sein, daß sie auf einfache Weise verändert werden kann, so daß die zugeführte Füllmittelmenge mittels der Schnecke entsprechend dem gewünschten Anteil an Füllmittel eingestellt werden kann. Bei Bewegung des von der Zuführleitung 6' zugeführten Kunststoffs zwischen dem Zuführrotor 17 und dem inneren Stator 1 erzeugt die Reibung Wärme, die das Material im Inneren des Zuführrotors 17 wärmt. Diese Anordnung des Zuführrotors 17 verhindert, daß das Material im Rotor hängenbleibt. Die zuzuführenden Materialien kommen in der Nähe der Mittelwelle 19 zusammen; von dort werden sie mittels der in dem Rotor 3 vorgesehenen Rillen in 7 auf die von den Pfeilen in der Figur gezeigte Weise zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 nach oben geleitet. In 7 sind die Rillen des Rotors 3 der Deutlichkeit halber nicht gezeigt. Der Rotor 3 und der innere Stator 1 können Kerben 13 zur Verbesserung des Mischens des Materials aufweisen. Wenigstens ein Teil des Materials kann die in dem Rotor 3 vorgesehenen Öffnungen 12 zu dem Raum zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 passieren. Entweder kann das gesamte Material dazu gebracht werden, die Öffnungen 12 zu passieren, oder ein Teil des Materials kann, wie in 7 gezeigt, um das obere Ende des Rotors 3 zu dem Raum zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 zirkulieren. Die durch die Reibung, welche sich aus dem Schleifen des Materials zwischen dem Zuführrotor 17 und dem inneren Stator 1 ergibt, erzeugte Wärme wird ebenfalls durch den inneren Stator 1 weitergeleitet, um den zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 befindlichen Mischabschnitt zu erwärmen. Ferner weist der Extruder eine zweite Zuführleitung 7 und eine zweite Zuführvorrichtung 10 auf, wobei Material entlang dieser Leitung 7 zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 in der Nähe der Düse des Extruders zugeführt werden kann. Das Material kann z. B. ein Additiv sein, das keine zu lange, beispielsweise durch die Kerben 13 verursachte, Verweilzeit vertragen kann. Das Material kann z. B. Kunststoff vom Vormischungstyp sein, der beispielsweise Peroxid enthält, wodurch das Material einer höheren Temperatur gegenüber sehr empfindlich ist.
9 ist eine geschnittene Seitenansicht eines sechsten Extruders. Die Bezugszeichen in 9 entsprechen denjenigen in den 1 bis 8. Der Extruder von 9 weist eine Drehwelle 18 auf, die zum Drehen der Zuführschnecke 19 vorgesehen ist, mittels derer dem Inneren des Extruders Material zugeführt werden kann. Von dem unteren Ende der Zuführschnecke 19 aus kann das Material durch eine in dem inneren Stator 1 vorgsehene Öffnung 20 zwischen den Rotor 3 und den inneren Stator 1 fließen. In Verbindung mit der Zuführschnecke 19 ist eine Druckwendel 21 mit einem Gewinde vorgesehen, welches gegenläufig zu dem Gewinde der Zuführschnecke 19 ist. In diesem Fall erzeugt die Druckwendel einen Druck in dem zuzuführenden Material, woraufhin das Material mit der Zuführschnecke 19 in der Figur nach unten gepreßt werden kann. In der Mitte der Drehwelle 18 befindet sich eine Durchführung 22, so daß der Extruder auch z. B. für die Ummantelung von Kabeln verwendet werden kann.
Der Rotor 3 ist in Lagern in den Getrieberahmen 25 eingesetzt. Der Getrieberahmen 25 ist mit einem Befestigungsbolzen 23 mit den Statoren 1 und 2 verbunden. Zwischen dem Getrieberahmen 25 und den Statoren 1 und 2 befinden sich Federeinrichtungen, beispielsweise Tellerfedern 24, so daß der Getrieberahmen 25 und daher auch der Rotor 3 sich in einem gewissen Ausmaß in axialer Richtung des Extruders in Bezug auf die Statoren 1 und 2 bewegen können. Falls beispielsweise der Druck zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 zunimmt, geben die auf der gegenüberliegenden Seite befindlichen Tellerfedern 24 nach, so daß der Spalt zwischen dem inneren Stator 1 und dem Rotor 3 größer wird und die Reibung zunimmt. In diesem Fall erwärmt sich das Material und wird gleichzeitig weicher, woraufhin der Druck abnimmt und der Spalt zwischen dem Rotor 3 und dem inneren Stator 1 entsprechend kleiner wird. Wenn der Druck zwischen dem Rotor 3 und dem äußeren Stator 2 zunimmt, ist das Ergebnis natürlich umgekehrt. Daher sorgt diese Anordnung für einen selbsteinstellenden Spalt. 9 zeigt außerdem Dichtungen 26, die ein Eindringen des zuzuführenden Materials in den Drehmechanismus des Rotors 3 verhindern.
Der Ableitungsauslaß 16 dient zum Hinausleiten von Gasen und Feuchtigkeit über das mit der Zuführschnecke 19 zuzuführende Material. Falls die Öffnung 12 in einem solchen Maße mit dem zu extrudierenden Material gefüllt ist, daß ein Teil des Materials in den Ableitungsauslaß 16 gelangen kann, ist dies nicht schlimm, da das Material entlang des Ableitungsauslasses 16 zurück zu dem zuzuführenden Material geleitet werden kann.
Die Rillen des Rotors 3, die das zu extrudierende Material gemäß 9 an der Innenseite des Rotors 3 nach oben und gemäß 9 an der Außenseite des Rotors 3 nach unten gemäß den Pfeilen transportieren, sind in 9 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Die Steilheit der Rillen bestimmt, wie stark die Ecken der Rillen das die Öffnung 20 passierende Material schleifen.
10 ist eine geschnittene Seitenansicht eines siebten Extruders. Die Bezugszeichen in 10 entsprechen denjenigen in den 1 bis 9. Der Extruder von 10 weist drei Rotoren auf: einen inneren Rotor 3a, einen äußeren Rotor 3b und einen Zwischenrotor 3c. Die Dreheinrichtungen der Rotoren sind der Deutlichkeit halber in der Figur nicht gezeigt. Zwischen dem inneren Rotor 3a und dem Zwischenrotor 3c befindet sich ein erster Zwischenstator 27, und zwischen dem äußeren Rotor 3b und dem Zwischenrotor 3c befindet sich ein zweiter Zwischenstator 28. Entlang der ersten Zuführleitung 6 wird Material zwischen den inneren Rotor 3a und den inneren Stator 1 zugeführt. Das Material bildet die innerste Schicht des zu extrudierenden Produkts, d. h. eine sogenannte innere Haut. Entlang der zweiten Zuführleitung 7 wird Material zwischen den inneren Rotor 3a und den ersten Zwischenstator 27 zugeführt. Dieses Material kann beispielsweise wiederaufgearbeiteter Kunststoff sein. Entlang der dritten Zuführleitung 29 wird Material zwischen den äußeren Rotor 3b und den zweiten Zwischenstator 28 zugeführt. Das Material kann beispielsweise Adhäsionskunststoff sein. Entlang der vierten Zuführleitung 30 wird Material zwischen den äußeren Rotor 3b und den äußeren Stator 2 zugeführt. Das Material bildet die äußere Schicht des zu extrudierenden Produkts, d. h. eine sogenannte äußere Haut. Der entlang der zweiten Zuführleitung 7 zuzuführende wiederaufgearbeitete Kunststoff hat häufig eine grobe und ungleichmäßige Körnung, woraufhin die Ril len 11 des inneren Rotors 3a ggf. relativ groß ausgestaltet werden können, so daß das Material, das schwierig zu verarbeiten ist, mittels des Rotors 3a vorwärts transportiert werden kann. Zunächst wird das Material zwischen dem inneren Rotor 3a und dem ersten Zwischenstator 27 in Richtung auf das schmalere Ende des inneren Rotors 3a transportiert, an dem das Material durch eine Öffnung 31 durch den Zwischenstator 27 zwischen den Zwischenrotor 3c und den ersten Zwischenstator 27 geleitet wird. Die an der Innenseite des Zwischenrotors 3c befindlichen Rillen sind so angeordnet, daß sie das Material in Richtung auf das breitere Ende des Zwischenrotors 3c leiten, an dem das Material durch die Öffnung 12 zu der Außenseite des Zwischenrotors 3c und aus der Düse des Extruders weiter hinausfließen kann. 10 zeigt die Rillen der Rotoren 3a bis 3c der Deutlichkeit halber nicht, außer den Rillen 11, die sich an der Außenseite des inneren Rotors 3a befinden. Der Weg der zuzuführenden Materialien ist in 10 mittels Pfeilen verdeutlicht. Das Austreten von Gas und Feuchtigkeit durch den Ableitungsauslaß 16 erfolgt, indem diese aus dem ersten Zwischenstator 27 hinaus und über das entlang der zweiten Zuführleitung 7 zwischen den inneren Rotor 3a und den ersten Zwischenstator 27 zuzuführende Material geleitet werden. Vorzugsweise können die Eigenschaften des gut gemischten Kunststoffs durch chemische Vernetzung unter Verwendung von z. B. Peroxiden oder Azoverbindungen verbessert werden. In diesem Fall wird das Produkt erst nach der Extrusion vernetzt. Die Festigkeit dieser Art von homogenem Material mit Füllmittel ist wesentlich besser als die Festigkeit eines vernetzten Materials, welches kein Füllmittel enthält. Üblicherweise haben vernetzte Kunststoffe eine sehr hohe molare Masse, wodurch das Einmischen der Füllmittel sehr schwierig ist. Unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung könnte das Mischen jedoch durchgeführt werden. Üblicherweise sollte der Grad der Vernetzung in als Heißwasserrohren verwendeten Rohren sehr hoch sein. Wenn jedoch wiederaufgearbeiteter Kunststoff verwendet wird, muß der Grad der Vernetzung nicht so hoch sein.
11 ist eine geschnittene Seitenansicht eines achten Extruders gemäß der Erfindung. Die Bezugszeichen in 11 entsprechen denjenigen der 1 bis 10. In dem Extruder von 11 wird material über die erste Zuführleitung 6 und die dritte Zuführleitung 29 zwischen den äußeren Stator 2 und den äußeren Rotor 3b zugeführt. Entsprechend liefern die zweite Zuführleitung 7 und die vierte Zuführleitung 30 das zu extrudierende Material in den Raum zwischen dem inneren Stator 1 und dem inneren Rotor 3a. Das Material wird natürlich der dritten Zuführleitung von einer dritten Zuführvorrichtung 32 und der vierten Zuführleitung von einer vierten Zuführvorrichtung 33 zugeführt. Die an der Außenseite des äußeren Rotors 3b vorgesehenen Rillen sind derart angeordnet, daß das von der ersten Zuführleitung 6 zuzuführende Material gemäß 11 nach oben in Richtung auf das breitere Ende des äußeren Rotors 3b geleitet wird. Das entlang der dritten Zuführleitung 29 zuzuführende Material wird mit gegenläufigen Rillen in Richtung auf die Düse des Extruders geleitet. Dementsprechend wird das entlang der zweiten Zuführleitung 7 zuzuführende Material zunächst in Richtung auf das breitere Ende des inneren Rotors 3a geleitet, und das entlang der vierten Zuführleitung 30 zuzuführende Material wird in Richtung auf die Düse des Extruders geleitet. Der Deutlichkeit halber sind die Rillen der Rotoren 3a und 3b in der Figur nicht gezeigt, aber die Bewegungsrichtungen des Materials sind mit Pfeilen angedeutet. Mit dieser Anordnung kann die äußere Haut des zu extrudierenden Produkts, d. h. das äußere Rohr Eo, entlang der zweiten Zuführleitung 29 zugeführt werden, und das entlang der vierten Zuführleitung 30 zuzuführende Material kann zur inneren Haut des Produkts, d. h. dem inneren Rohr Ei, geformt werden. Die entlang der ersten Zuführleitung 6 und der zweiten Zuführleitung 7 zugeführten Materialien können sehr effizient gemischt werden und sie bilden die Zwischenschicht Ef. Im Falle von 11 werden das äußere Rohr Eo, das innere Rohr Ei und die mittlere Schicht Ef in ein und derselben thermischen Einheit gebildet, was geringere Verluste und geringere Kosten als zuvor zur Folge hat.
Das Auslaßende des Extruders weist eine mittige ringförmige Extrusionsleitung 35 für ausgegebenes Kunststoffmaterial, d. h. einen Kunststoffrohrvorformling E, auf. Die gegenüberliegenden Flächen der Rotoren 3a und 3b weisen wendelförmige Rillen auf, die überkreuz in Bezug zueinander angeordnet sind, d. h., sie sind gegenläufig. Mittels der Rillen kann das zwischen die Rotoren gelieferte Kunststoffmaterial sehr effektiv aufgeschäumt werden. Falls der Kunststoff Abfallkunststoff ist, kann er auch gleichzeitig verarbeitet und kräftig gemischt werden. Wenn der Kunststoff Abfallkunststoff ist, besteht auch die Möglichkeit, ggf. Verstärkungsfasern hineinzumischen.
Der Extruder weist auch Einrichtungen zum Sprühen von Gas in den Raum zwischen den Rotoren 3a und 3b auf. Die Einrichtungen sind der Deutlichkeit halber in der Figur nicht gezeigt. Das Gas kann beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid sein. Das Gas wird an einem Punkt gesprüht, an dem das Kunststoffmaterial bereits im wesentlichen geschmolzen ist, und das Gas wird mit dem Kunststoffmaterial gemischt.
Das in 11 gezeigte Mehrschichtkunststoffrohr E gemäß der Erfindung weist ein inneres Rohr Ei, ein äußeres Rohr Eo und eine aus einem aufgeschäumten Kunststoff bestehende Mittelschicht Ef auf.
Das Aufschäumen des Kunststoffmaterials kann dadurch verbessert werden, indem ihm höchstens etwa 1% eines chemischen Treibmittels hinzugefügt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Stapelfasern zuzugeben, die dann in einer von der Mittelachse des Rohres abweichenden Winkelposition angeordnet werden können, wobei sie in dem Kunststoffmaterial das innere und äußere Rohr und gegebenenfalls auch die Mittelschicht bilden. Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht möglich ist, mit herkömmlichen Extrudern glasverstärktes Polypropylen, welches beispielsweise verbreitet in der Autoindustrie für den Gebrauch in Rohranordnungen Verwendung findet, zirkulieren zu lassen, da in diesen Extrudern die Fasern entlang der Rohrachse ausgerichtet sind, so daß die Schlagfestigkeitseigenschaften des Rohres sich verschlechtern. Um diesen Nachteil zu vermeiden, war es vorher notwendig, die Fasern von der Matrix zu trennen oder sie zu fast runden Füllkörpern zu schleifen. Ein mögliches alternatives oder ergänzendes Verfahren zur Verwendung von Stapelfasern oder faserartigen Füllstoffen ist die Ausrichtung des Kunststoffmaterials des inneren und/oder äußeren Rohres mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mindestens eine Schicht (entweder das innere Rohr Ei, das äußere Rohr Eo oder die Mittelschicht Ef) besteht aus faserhaltigem massivem oder aufgeschäumtem Kunststoff. Der Kunststoff kann ein beliebiges extrudierbares Polymer sein. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß sich aus einer Mischung aus Polypropylen und Wollastonit, die einen Wollastonitmassenanteil von etwa 20% hat, ein sehr gutes Rohr herstellen läßt. Wenn diese Materialmischung zu einer Mittelschicht aufgeschäumt wird, ergibt sich ein aufgeschäumtes Rohr, welches stärker als üblich ist. Die faserartigen Mineralpartikel des Wollastonits verstärken den Schaum wahrscheinlich optimal. Wenn Recyclingmaterialien verwendet werden, kann der Kunststoff Polypropylen sein, das Glasfasern enthält, und es kann auch Gummi enthalten, das aus der Rückgewinnung von Autoreifen erhalten wurde. Der wiederaufgearbeitete Kunststoff kann auch Fasergefügekompatibilisierer-Kunststoff, wie beispielsweise flüssiges kristallines Polymer LCP, aufweisen. Die massiven Außenflächen und/oder die Mittelschicht Ef, die aus faserhaltigem wiederaufgearbeitetem Kunststoff gebildet ist, weisen vorzugsweise ein diagonales Ausrichtungsfeld auf. Als Verstärkung können auch recyclete vernetzte Kunststoffe oder Fasern verwendet werden, sofern sie zunächst zu Pulver gemahlen wurden, bevor sie mit dem Matrixkunststoff extrudiert werden.
Das innere Rohr Ei kann ebenfalls aus Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) von Druckrohrqualität oder aus einem anderen thermoplastischen oder aushärtbaren Kunststoff hergestellt werden. Die Dichte beträgt üblicherweise 950 kg/m³ und die Wanddicke 1 bis 5 mm, in höchst geeigneter Weise 2 bis 3 mm.
Das äußere Rohr Eo kann entsprechend aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) hergestellt werden, welches beispielsweise für das Blasformen vorgesehen ist und eine Dichte von etwa 955 kg/m³ und eine Wanddicke aufweist, die im wesentlichen gleich der Wanddicke des inneren Rohres Ei ist.
Die Dichte der Mittelschicht Ef ist beträchtlich geringer als diejenige des inneren und äußeren Rohres Ei bzw. Eo, und die Wanddicke beträgt üblicherweise 5 bis 20 mm, vorzugsweise etwa 10 mm. Man erhält ein extrem gutes Produkt, wenn die Mittelschicht aus vernetztem Polyethylen oder einer Mischung daraus besteht. Das Gewicht der aufgeschäumten Schicht liegt üblicherweise über 50% der Masse des gesamten Rohres. Selbst wenn der Aufschäumungsgrad hoch wäre, weisen die schaumhaltigen ausgerichteten Fasern ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es auch möglich, aufgeschäumte Rohre herzustellen, bei denen der Massenanteil der geschäumten Schicht der gesamten Masse des Rohres wesentlich geringer ist, ohne daß sich die Wirtschaftlichkeit des Rohres verschlechtert.
Besonders das innere Rohr Ei, doch möglicherweise auch das äußere Rohr Eo, ist mit Füllstoffen oder faserartigen Verstärkungen verstärkt und/oder das Herstellungsmaterial des Rohres ist ausgerichtet. Das Rohr hat eine sehr große Schlagfestigkeit, falls das innere und/oder äußere Rohr aus ausgerichtetem Thermoplast hergestellt ist, das als Verstärkung gebrochene Glasfasern aufweist, die nicht in axialer Richtung des Rohres ausgerichtet sind.
Es ist auch bevorzugt, daß das innere Rohr Ei entweder aus nicht pigmentiertem oder leicht pigmentiertem Kunststoff besteht, so daß mögliche Beschädigungen mittels eines Videochecks leicht lokalisiert werden können. Das äußere Rohr Ei ist vorzugsweise gegen UV-Strahlung stabilisiert, normalerweise durch schwarze Pigmentierung, so daß das Rohr eine Lagerung draußen gut verträgt, und außerdem erhöht die rußschwarze Farbe die Schlagfestigkeit des äußeren Rohres.
Es hat sich herausgestellt, daß gemahlenes Festkörper PEX aufgrund seiner plattenartigen oder faserartigen Eigenschaften ein sehr effizienter Verstärker ist. Auch Glimmer ist ein sehr effizienter plattenartiger Verstärker, der gleichzeitig als axialer Verstärker und als Sperrschicht wirkt. Daher könnte ein vorteilhaftes Druckrohr in der Form hergestellt werden, daß das innere Rohr Ei aus vernetztem PE und die Mittelschicht Ef aus mit Glimmer verstärktem Polyolefin hergestellt wird.
12 zeigt eine Einzelheit des Endes der Zuführleitung. Die Bezugszeichen in 12 entsprechen denjenigen in den 1 bis 11. Die Zuführleitung 6 ist derart ausgebildet, daß das zuzuführende Material in der Zuführleitung 6 in zwei verschiedene Materialströme 34a und 34b aufgeteilt wird. Die Materialströme 34a und 34b werden gemäß 12 unterschiedlichen Stellen zugeführt, so daß die Agglomeration der Materialien vermieden wird.
Die 1, 2, 3, 6 und 11 und die sich auf diese beziehende Beschreibung sollen lediglich die Erfindung veranschaulichen. Die Einzelheiten der Erfindung können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren. Daher ist es möglich, beispielsweise nur einen Stator zu verwenden, an dessen Außenseite sich ein Rotor befindet und an dessen Innenseite sich auch ein anderer Rotor befindet, wodurch z. B. in 1 das Bezugszeichen 1 ein Stator wäre und die mit den Bezugszeichen 2 und 3 belegten Einrichtungen Rotoren. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, daß mindestens zwei ringförmige konische Zuführspalte vorhanden sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung von homogenem Material mit einem Extruder, der wenigstens zwei ringförmige konische Zuführspalte aufweist, die ineinander und zwischen einem drehbaren Rotor (3, 3a–3c) und einem Stator (1, 2, 27, 28) angeordnet sind, so daß das zu extrudierende Material separat verschiedenen Zuführöffnungen zugeführt wird, wobei wenigstens ein Rotor (3, 3a–3c) oder Stator (1, 2, 27, 28) zwischen den verschiedenen Zuführspalten Öffnungen (12) zwischen der Ausgabestelle des zu extrudierenden Materials und der Düse des Extruders in der Bewegungsrichtung des Materials aufweist, so daß wenigstens ein Teil des zu extrudierenden Materials durch die Öffnungen (12) von einem Zuführspalt zu einem anderen fließt, wodurch die Öffnungen (12) wenigstens einen Teil des separat zugeführten Materials in den verschiedenen Zuführspalten mischen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschiedene Materialien gleichzeitig dem Extruder zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Materials mit Abstand von dem breiten Ende des Rotors (3, 3a–3c) zugeführt wird und anschließend zum breiten Ende des Rotors (3, 3a–3c) transportiert wird und durch die Öffnungen (12) zur anderen Seite des Rotors (3) fließt und weiter zum schmalen Ende des Rotors (3) und aus der Düse des Extruders geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit den Öffnungen (12) wenigstens ein Ableitungsauslaß (16) zum Ableiten von Gas und Flüssigkeit aus dem zu extrudierenden Material vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und die Feuchtigkeit über den Ableitungsauslaß (16) durch das dem Extruder zuzuführende Material abgelassen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder wenigstens zwei Rotoren (3a–3c) aufweist und daß das zuzuführende Material sowohl zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) und zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) zuzuführenden Materials zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) in Richtung des breiteren Endes des inneren Rotors (3a) geleitet wird, und ein Teil des Materials zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) zum schmaleren Ende des inneren Rotors (3a) geleitet wird, und ein Teil des zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) zuzuführenden Materials zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) in Richtung des breiteren Endes des äußeren Rotors (3b) geleitet wird, und ein Teil des Materials zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) zum schmaleren Ende des äußeren Rotors (3b) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Materials, der zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) zugeführt und zwischen diesen zum schmaleren Ende des inneren Rotors (3a) geleitet wird, die innere Haut (Ei) des Kunststoffprodukts bildet, und daß der Teil des Materials, der zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) zugeführt und zwischen diesen zum schmaleren Ende des äußeren Rotors (3b) geleitet wird, die äußere Haut (Eo) bildet, daß das zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) zuzuführende und zwischen diesen in Richtung des breiteren Endes des inneren Rotors (3a) geleitete Material und das zwischen dem äußeren Rotor (3b) und dem äußeren Stator (2) zuzuführende und zwischen diesen in Richtung des breiteren Endes des äußeren Rotors (3b) geleitete Material die Mittelschicht (Ef) des Produkts bilden, daß das das zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) zuzuführende und zwischen diesen in Richtung des breiteren Endes des inneren Rotors (3a) geleitete Material zwischen dem inneren Rotor (3a) und dem inneren Stator (1) von der Innenseite des Extruders aus zugeführt wird, worauf das Material durch die Abwärme des Extruders erwärmt wird, und daß die innere Haut (Ei), die äußere Haut (Eo) und die Mittelschicht (Ef) in der selben thermischen Einheit gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zwischen dem Rotor (3, 3a) und dem inneren Stator (1) von der Innenseite des Extruders aus zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzuführende Material in den Extruder entlang einer Zuführleitung (6, 7, 29, 30) derart zugeführt wird, daß das Material in der Zuführleitung (6, 7, 29, 30) zumindest in zwei verschiedene Materialströme (34a, 34b) geteilt wird, die an verschiedene Teile des Extruders geliefert werden.
Extruder mit wenigstens zwei ringförmigen konischen Zuführspalten, die ineinander und zwischen einem drehbaren Rotor (3, 3a–3c) und einem Stator (1, 2, 27, 28) angeordnet sind, und mit separaten Einrichtungen zum Zuführen des zu extrudierenden Materials zu verschiedenen Zuführöffnungen, wobei wenigstens ein Rotor (3, 3a–3c) oder Stator (1, 2, 27, 28) zwischen den verschiedenen Zuführspalten Öffnungen (12) zwischen der Ausgabestelle des zu extrudierenden Materials und der Düse des Extruders in der Bewegungsrichtung des Materi als aufweist, so daß wenigstens ein Teil des zu extrudierenden Materials durch die Öffnungen (12) von einem Zuführspalt zu einem anderen fließen kann, wodurch die Öffnungen (12) wenigstens teilweises Mischen der separat zugeführten Materialien in den verschiedenen Zuführspalten bewirken.
Extruder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stator (1, 2, 27, 28) und wenigstens ein Rotor (3, 3a–3c) Kerben (13) zum Mischen des zu extrudierenden Materials aufweisen, und daß die im Rotor (3, 3a–3c) vorgesehenen Kerben (13) die im Stator (1, 2, 27, 28) vorgesehenen Kerben (13) überlappend angeordnet sind.
Extruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (13) oval geformt sind und diagonal im Rotor (3, 3a–3c) und im Stator (1, 2, 27, 28) angeordnet sind.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (3, 3a–3c) und dem Stator (1, 2, 27, 28) ein Spalt (15) vorgesehen ist.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder mehrere Materialzuführleitungen (6, 7, 29, 30) aufweist, mittels derer mehrere verschiedene Materialien gleichzeitig in den Extruder eingebracht werden können.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder derart angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil des zu extrudierenden Materials zu einem vom breiteren Ende des Rotors (3, 3a–3c) entfernten Punkt geleitet wird und daß der Rotor (3, 3a– 3c) zum Transportieren wenigstens eines Teils des Materials zum breiten Ende des Rotors (3, 3a–3c) ausgebildet ist, wo das Material über die Öffnungen (12) zur anderen Seite des Rotors (3, 3a–3c) fließt, und der Rotor (3, 3a–3c) ferner ausgebildet ist, das Material zum schmalen Ende des Rotors (3, 3a–3c) und weiter aus der Düse des Extruders zu transportieren.
Extruder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit den Öffnungen (12) wenigstens ein Ableitungsauslaß (16) zum Entfernen von Gas und Flüssigkeit aus dem zu extrudierenden Material vorgesehen ist.
Extruder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitungsauslaß (16) zum Ableiten des zu entfernenden Gases und der Feuchtigkeit über das dem Extruder zuzuführende Material ausgebildet ist.
Extruder nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Rotoren (3a–3c) vorgesehen sind, und daß die erste Zuführleitung (6) zum Zuführen des zu extrudierenden Materials zwischen den äußeren Rotor (3b) und den äußeren Stator (2) und die zweite Zuführleitung (7) zum Zuführen des zu extrudierenden Materials zwischen den inneren Rotor (3a) und den inneren Stator (1) angeordnet ist.
Extruder nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder eine dritte Zuführleitung (29), die zum Zuführen des zu extrudierenden Materials zwischen den äußeren Rotor (3b) und den äußeren Stator (2) angeordnet ist, und eine vierte Zuführleitung (30) aufweist, die zum Zuführen des zu extrudierenden Materials zwischen den inneren Rotor (3a) und den inneren Stator (1) angeordnet ist, und daß der innere Rotor (3a) zum Transportieren des entlang der zweiten Zuführleitung (7) zwischen den inneren Rotor (3a) und den inneren Stator (1) zugeführten Materials in Richtung des breiteren Endes des inneren Rotors (3a) und zum Transportieren des entlang der vierten Zuführleitung (30) zwischen den inneren Rotor (3a) und den inneren Stator (1) zugeführten Materials in Richtung des schmaleren Endes des inneren Rotors (3a) ausgebildet ist, und daß der äußere Rotor (3b) zum Transportieren des entlang der ersten Zuführleitung (6) zwischen den äußeren Rotor (3b) und den äußeren Stator (2) zugeführten Materials in Richtung des breiteren Endes des äußeren Rotors (3b) und zum Transportieren des entlang der dritten Zuführleitung (29) zwischen den äußeren Rotor (3b) und den äußeren Stator (2) zugeführten Materials in Richtung des schmaleren Endes des äußeren Rotors (3b) ausgebildet ist.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (6, 7, 29, 30) zum Liefern des zu extrudierenden Materials zwischen den Rotor (3, 3a) und den inneren Stator (1) ausgebildet ist, und daß die Zuführleitung 6, 7, 29, 30) im Extruder angeordnet ist.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder wenigstens eine Materialzuführleitung (6, 7, 29, 30) aufweist, die derart angeordnet ist, daß das zuzuführende Material in der Zuführleitung (6, 7, 29, 30) in zwei verschiedene Materialströme (34a, 34b) geteilt werden kann, die verschiedenen Teilen des Extruders zugeführt werden können.
Extruder nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder Tellerfedern (24) aufweist, die derart angeordnet sind, daß der Rotor (3, 3a–3c) sich in axialer Richtung des Extruders in bezug auf die Statoren (1, 2, 27, 28) bewegen kann.