-
Hintergrund der Erfindung
-
Feld der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine thermoplastische Extrusionsvorrichtung,
welche ein im Wesentlichen homogenes Produkt herstellt, vorzugsweise
ein thermoplastisches Schaumprodukt, und welche das erwähnte Produkt
bei einer gewünschten Extrusionstemperatur
und bei einer erhöhten
Durchsatzrate über
der üblichen
herstellt, ohne die Erfordernis, dass eine komplexe, teure und/oder überdimensionierte
Extrusionsvorrichtung verwendet werden muss und außerdem ohne
wesentliche Änderungen
an bestehenden Herstellungsgeräten
und -verfahren zu erfordern.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
Das
Gebiet der Technik, welches mit der thermoplastischen Extrusion
verbunden ist, und thermoplastische Schaumextrusion im Speziellen,
ist ziemlich spezialisiert und in der Tat ziemlich verschieden von
demjenigen, welches normalerweise mit Metall, Gummi oder nichtgeschäumter Plastikextrusion verbunden
ist. Speziell erfordert Schaumextrusion generell einen einleitenden
Schritt der Schmelzung von Pellets, welche normalerweise aus einem
thermoplastischen Material hergestellt sind, und einen folgenden
Schritt der Mischung des geschmolzenen Thermoplasten mit einem Schaumbildner
wie Fluorkohlenstoff (entweder CFC, HCFC und/oder HFC) oder Kohlenwasserstoffen
(wie Propan, Butan, Pentan, etc.), und möglicherweise andere Mittel
wie Anlagerungsmittel, Flammhemmer und/oder Färbemittel, in einer isolierten
Extrusionsumgebung. Außerdem
beinhalten die effektivsten Schaumextrusionsverfahren vollständig das
Extrusionsmaterial während
der Schmelz- und Mischschritte, behalten das Material in einer nichtgeschäumten, viskosen
Form bis es durch eine Extrusionsform gelangt und externen Kräften ausgesetzt
wird. Tatsächlich
schäumt (d.h.
vergrößert und
versteift sich) das extrudierte Material auf seine endgültig benutzbare
Form wie Filme, Planken und große
Blätter
von welchen Nahrungmittelbehälter,
Eierbehälter,
kleine Container für Butter
und Marmelade und ähnliches
geformt werden, beim Verlassen der Form der Extrusionsvorrichtung.
-
Dementsprechend
ist Präzision
wichtig um sicherzustellen, dass eine effektive und komplette Mischung
der Inhaltsstoffe erreicht wird, wobei ein korrekt zusammengesetztes
und homogenes Produkt erreicht wird und weiterhin um sicherzustellen,
dass das gesamte Extrusionssystem gut umfasst ist, während das
Material durch die Form geht, wobei vorzeitige Schäumung des
Extrusionsmaterials verhindert wird.
-
Natürlich besteht
zusätzlich
zu den oben erwähnten
Bedenken mit der Bildung eines Schaumprodukts die Notwendigkeit,
die Extrusionsmischung bei einer ziemlich genauen Extrusionstemperatur
zu halten, welche dem Polymer oder der Substanz entspricht, welche
als Ausgangsstoff für
die Extrusionsmischung verwendet wird, um eine passende Viskosität der Extrusionsmischung
zu erreichen und korrekte Formung der Extrusionsmischung durch die Form
zu erlauben, wie eine Profilform, Röhrenform, Schichtform, Umlaufform,
einer flachen oder einer von zahlreichen anderen gängigen Arten
an Formen. Die ziemlich genaue Extrusionstemperatur, bei welcher
eine gewünschte
Bandbreite an Viskosität
erreicht wird, ist unglücklicherweise
geringer als die ursprüngliche
Schmelztemperatur, d.h. die Temperaturen bei welcher die Pellets
aus thermoplastischem Extrusionsmaterial geschmolzen werden, kann
aber nicht zu viel geringer als die ursprüngliche Schmelztemperatur sein,
aufgrund von Gründen,
die erläutert werden.
Somit muss eine weitgehende Ausgeglichenheit erreicht werden. Beispielsweise,
wenn der geschmolzenen Extrusionsmischung erlaubt wird, sich zu
stark abzukühlen,
wird sie zu viskos und wird nicht die gewünschte Produktdichte erreichen,
und somit unbrauchbar werden, da sie im Normalfall nicht effektiv
durch die Extrusionsvorrichtung und durch die Form fließen wird.
Wenn dagegen die Temperatur des geschmolzenen Extrusionsmaterials
zu hoch ist, verringert sich seine Viskosität signifikant und das Material
ist nicht formstabil oder formbar, wenn es durch die und vor allem
aus der Form heraus fließt.
-
Wie
erkannt wird, kann jeder der soeben genannten Faktoren einen signifikanten
Einfluss auf die Produktivitätsrate
haben, welche mit den verschiedenen Phasen der thermoplastischen
Schaumextrusion verbunden ist. Dementspre chend sind typische thermoplastische
Schaumextrusionsprozesse häufig ausgelegt,
um Regelung und Kontrolle über
jeden Faktor zu maximieren. Beispielsweise wird ein typischer Schaumextrusionsprozess
aufgeteilt in zwei separate Phasen, und benötigt tatsächlich häufig zwei separate Extrusionsgeräte, welche
miteinander verbunden sind.
-
Die
erste Phase des Vorgangs umfasst typischerweise die effektive Schmelzung
von Extrusionsmaterialpellets, wie thermoplastisches Material, welches
speziell geeignet für
den gewünschten
Schaum ist, und die nachfolgende Mischung dieser Materialpellets
mit dem Schaumbildner und anderen verschiedenen Mitteln, wie benötigt. Normalerweise
wird die erste Phase des Verfahrens innerhalb einer sehr großen und
lang gestreckten mechanischen Extrusionsvorrichtung durchgeführt, worin
eine thermoplastische Extrusionsschraube bzw. -schnecke, und insbesondere
eine Schmelzschraube, die Materialpellets durch einen langgestreckten
Zylinder presst, wobei Reibungswärme
erzeugt wird, und von welchem auch Schmelzwärme angewandt wird. Tatsächlich ist die
Oberfläche
der thermoplastischen Extrusionsschraube ziemlich glatt aufgrund
des Designs (d.h. oftmals verchromt und poliert) und das Material
bewegt sich durch den Zylinder aufgrund des reibungsmäßigen Kontakts
oder der Scherung, wenn das Extrusionsmaterial reibungsmäßig die
Zylinderoberfläche
berührt.
Weiterhin ist es der Schereffekt zusammen mit dem beheizten Zylinder,
welcher für
die effektive Schmelzung des Extrusionsmaterials sorgt. Zusätzlich zur
Sicherstellung des Erreichens homogener Mischung, ist die erste
Phase auch eingeschränkt
durch die Notwendigkeit, ein isoliertes System aufzubauen und zu
halten. Insbesondere verhindert das isolierte System vorzeitige
Schäumung
des thermoplastischen Materials, und stellt sicher, dass genügend Heizenergie
angewandt wird, um das Material effektiv zu schmelzen und seine
vollständige Mischung
zu ermöglichen.
Viele Vorteile wurden in der Industrie erreicht, um die Durchflussraten
zu maximieren, welche erreichbar sind oder innerhalb dieser ersten
Phase des thermoplastischen Extrusionsprozesses. Leider ist jedoch
der tatsächliche
Ausstoß des
extrudierten Produkts immer noch eingeschränkt auf Raten, welche deutlich
unter denjenigen liegen, welche in dieser ersten Phase erreichbar
sind, als Ergebnis der Notwendigkeiten und Beschränkungen der
zweiten Phase des thermoplastischen Schaumextrusionsprozesses.
-
Insbesondere
umfasst Schaumextrusion, im Gegensatz zur konventionellen thermoplastischen Extrusion
welche vorrangig eine homogene Mischung erfordert, auch eine zweite
Phase welche die gleichmäßig verteilte
und gleichmäßige Kühlung von im
Wesentlichen des gesamten geschmolzenen und gemischten Extrusionsmaterials
zu einem Punkt erfordert, an welchem es bei einer notwendigen Extrusionstemperatur
und durchgängigen
Konsistenz ist. Normalerweise wird diese zweite Phase des Vorgangs
innerhalb einer sehr großen
mechanischen Extrusionsvorrichtung durchgeführt, worin eine zentrale thermoplastische
Extrusionsschraube wie eine Schaumkühlungsschraube mit einer Helix
oder Paddel-Typ-Konfiguration das geschmolzene Extrusionsmaterial
durch einen lang gestreckten Zylinder presst, um eine Kühlung des
Materials zu erreichen. In Anbetracht der Notwendigkeit einer ziemlich
präzisen
Temperatur, entstehen jedoch signifikante Einschränkungen
bezogen auf die Drehzahl der zentralen Kühlungsschraube und auf die
Wärmeabführungsrate,
welche erreicht wird, in der zweiten Phase des Prozesses. Insbesondere
ist die Drehzahl der zentralen oder Kühlungsschraube eingeschränkt aufgrund
der Notwendigkeit, die Wärme
zu minimieren, welche aufgrund der Scherung des Extrusionsmaterials
mit der Wandoberfläche
des Zylinders und innerhalb des Materials selbst entsteht. Somit
kann eine erhöhte
Durchflussrate hoher Qualität
nicht allein durch Erhöhung
der Rotation der Schraube erreicht werden. Weiterhin kann man nicht
unbegrenzt allein der Überschuss-Scherwärme entgegenwirken,
welche durch schnellere Kühlung
hauptsächlich
durch Erniedrigung der Temperatur des Zylinders erzeugt wird, denn
wenn sich die Mischung zu stark kühlt, wird ein optimaler viskoser
Fluss der Extrusionsmischung nicht aufrechterhalten und produktiver
Durchfluss durch die Form ist dramatisch behindert.
-
Auch
ist die alleinige Vergrößerung des
Extrusionszylinders in der Kühlungsphase
keine effektive Lösung
da eine solche Vorrichtung übermäßig groß, klobig
und finanziell unpraktikabel aufgrund der Verwendung eines so großen Skalierungsfaktors werden
würde.
Großdimensionierte
Kühlungsschrittvorgänge beinhalten
auch unerwünschte
Betriebskostenprobleme aufgrund des typischerweise längeren Produktwechel-Zeitfaktors
und den verbundenen Materialkosten von solch großen Maschinen. Weiterhin, wenn
man alleine die Größe des Extrusionszylinders
in der Kühlungsphase
erhöht
und der Durchfluss durch die Form lang genug gemacht wird, um Temperatur-Tempering
der Extrusionsmischung zu erlauben, würde der Widerstand gegen Fluss,
welcher durch einen solchen Durchfluss erzeugt wird, in schädlicher
Weise Wärmeerzeugung
in der Extrusionsmischung innerhalb des Zylinders auslösen. Weiterhin
würde dieser
eingeschränkte
lange Durchfluss die normale Tendenz der thermoplastischen Extrusionsmischung
unterdrücken,
nach der Verlangsamung des Durchflusses durch die Form anzuschwellen.
-
Dementsprechend
erkennt man, dass man die Notwendigkeiten einer produktiven Durchflussrate
mit den Erfordernissen von Praktikabilität und einer effektiven und
gleichmäßig verteilten
Kühlung
abwägen
muss.
-
Viele
in der Industrie sind trotzdem daran gescheitert, die oben angeführten Einschränkungen
zu erkennen. Beispielsweise haben manche in der Industrie versucht,
die Produktivität
der zweiten oder Kühlungsphase
des Extrusionsvorgangs zu erhöhen, in
dem sie die Wärmemenge
erhöhten,
welche aus der Oberfläche
des Extrusionszylinders abgezogen wird. Leider haben sich diese
Verfahren als ineffektiv herausgestellt, denn wenn eine Wärmemenge
abgezogen wird um im Wesentlichen das gesamte Extrusionsmaterial
durchzukühlen,
kühlen
sich die Perimeterschichten des Extrusionsmaterials, welche in direkterem
Kontakt mit der Zylinderoberfläche
sind, sehr stark und liefern kein zufrieden stellendes Extrudierungsergebnis
mehr. Somit ist eine primäre Schwierigkeit,
welche mit dieser Kühlungsphase
verbunden ist, die Tatsache dass die Mengen an Extrusionsmischung,
welche am nächsten
zu dem Schaft bzw. zu der Welle der Zentralschraube sind, nicht
effektiv gekühlt
werden, da eine Mehrheit der Wärme, welche
abgeführt
wird, zunächst
von dem extrudierten Material kommt, welches sich in dem Perimeterbereich
innerhalb des Zylinders der zweiten mechanischen Extrusionsvorrichtung
befindet. Beispielsweise werden die Perimetermengen des Extrusionsmaterials
weiter kühler
und kühler
wenn Wärme
abgezogen wird, während
die inneren Mengen allmählich
auf die gewünschte,
ziemlich präzise
Extrusionstemperatur kühlen.
Dies ergibt Extrusionsmaterial, welches nicht von einheitlicher
Konsistenz für
korrekte Extrusion ist. Tatsächlich
soll auch angemerkt werden, dass in dieser zweiten Phase, ebenso
wie in der ersten Phase, vollständige
Homogenisierung der Extrusionsmischung manchmal nicht erreicht wird,
und deshalb das fertige Produkt von minderwertiger Qualität sein kann.
-
Dementsprechend
erkennt man, dass die gesamte Produktivität der derzeitigen Industrie
nach wie vor eingeschränkt
ist durch die Kühlungsphase des
Extrusionsprozesses. Bis heute ist die einzige effektive Art und
Weise zur Sicherstellung eines effektiv gekühlten extrudierbaren Materials,
einen langsamen, langen und allmählichen
Kühlungsprozess
vorzusehen, um das Extrusionsmaterial zu verdicken ohne nur einzelne
Bereiche davon zu überkühlen, und
somit eine längere
Mischzeit für
verbesserte Homogenisierung zu erreichen. Die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung adressiert jedoch die Probleme und Notwendigkeiten, welche
im Stand der Technik bleiben, und ist dazu in der Lage, die Durchflussrate an
Extrusionsmaterial signifikant zu erhöhen, ohne einen Kompromiss
in der Qualität
des fertigen Produkts einzugehen.
-
EP 0 694 376 A zeigt
ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung, um einen thermoplastischen
Harzschaum herzustellen. Ein thermoplastisches Harz, ein Blasmittel
und andere notwendige Komponenten werden in einem geschmolzenen
Zustand gemischt und die Mischung wird extrudiert, um sie zu expandieren.
Die Vorrichtung umfasst eine Zumesszone, welche an dem vorderen
Ende einer rotierenden Welle an einem Extruder vorgesehen ist, eine Knetzone,
welche näher
an dem rückwärtigen Ende als
an der Zumesszone vorgesehen ist, und eine Vielzahl an perforierten
Platten, welche auf der Oberfläche
der Welle angebracht sind, in der Knetzone. Der Außendurchmesser
der Welle ist kleiner hergestellt als derjenige einer Schraube in
der Zumesszone, wie am Boden von Kanälen gemessen wird. Dieses Merkmal
kombiniert mit den perforierten Platten, um gleichmäßige Mischung
und konsistenten Extrudierbetrieb sicherzustellen.
-
DE 1 629 731 A zeigt
eine Schraubenpresse (oder Extruder) für Plastikmaterial, die mit
kaltem Material gefüllt
werden kann. Dabei umfasst eine langgestreckte Schraube einen Schraubengang,
welche sich von der langgestreckten Welle erstreckt, um Extrusionsmaterial
in Richtung des Auslasses des Schraubenextruders zu bewegen. Der
Schraubengang hat Öffnungen
in der Nähe
der langgestreckten Welle.
-
Weiterhin
sei auf
DE 1 263 700
A hingewiesen, welche eine Schraubenfilterpresse (oder
Extruder) betrifft, zur Abtrennung von fester Materie von Suspensionen.
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaumextrusionsanordnung
vorzusehen, welche während
der Kühlungsphase
im Wesentlichen die Kühlungseffekte
durch die Extrusionsmaterialmischung, welche sich innerhalb des
Zylinders befindet, verteilt, um dabei effektiver, effizienter und gleichmäßig im Wesentlichen
das gesamte Extrusionsmaterial bei einer passenden extrudierbaren Temperatur
zu halten, welche dem Polymer oder der Substanz, welche als Basis
für die
Extrusionsmischung verwendet wird, entspricht.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Vorrichtung ist es, eine Extrusionsanordnung
vorzusehen, welche verwendet werden kann mit bestehenden Extrusionsstrukturen
ohne wesentliche Änderungen, welche
somit die gesamte erreichte Durchsatzrate auf Niveaus erhöht, die
so groß wie
normalerweise ungefähr
10 bis 50 über
derzeitig verfügbaren
Durchsatzraten sind, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Extrusionsschraube
vorzusehen, welche effektiv verwendet werden kann in existierenden
Extrusionsvorrichtungen, und welche somit effektiver für eine gleichmäßige Wärmeableitung
von heißem
und geschmolzenem Extrusionsmaterial sorgt, ohne das Material zu überkühlen oder
zu heizen, während gleichzeitig
die erreichte Durchflussrate noch wesentlich erhöht wird.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaumextrusionsanordnung
vorzusehen, welche im Wesentlichen die Einschränkungen, welche üblicherweise
mit der Kühlungsphase
des Extrusionsvorgangs verbunden sind, beseitigt.
-
Auch
ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaumextrusionsanordnung
vorzusehen, welche effektiv die Extrusionsproduktionsrate erhöht ohne
die Größe und/oder
die Komplexität
der Struktur auf unpraktikable oder unökonomische Größen zu erhöhen.
-
Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermoplastische
Extrusionsschraube vorzusehen, welche effektiv die Extrusionsmischung
zirkuliert, und sicherstellt dass der größte Teil, wenn nicht die gesamte
Extrusionsmischung effektiv und gleichmäßig in die Nähe von der
Wärmeableitungsoberfläche des
Zylinders der Extrusionsvorrichtung kommt.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermoplastische
Extrusionsschraube vorzusehen, welche wesentlich das Flussmuster
verändert,
welches normalerweise durch eine Extrusionsmischung innerhalb der
Extrusionsvorrichtung erzeugt wird, wobei effektivere und gleichmäßigere Verarbeitung
erreicht wird und deutliche Verbesserungen in der Rate erreicht
werden, mit welcher das extrudierte Produkt hergestellt wird.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermoplastische
Extrusionsschraube vorzusehen, welche effektiv die Extrusionsmischung
zirkuliert und für
ein im Wesentlichen homogenes und hochqualitatives Produkt sorgt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung ist eine homogenisierungsverbessernde Extrusionsschraube
gemäß Anspruch
1. Auch wird eine Schaumextrusionsanordnung gemäß Anspruch 8 vorgesehen und
umfasst eine solche homogenisierungsverbessernde Extrusionsschraube.
Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren der Kühlung einer
Schaumextrusionsmischung gemäß Anspruch
17 vor. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine thermoplastische Schaumextrusionsanordnung
des Typs, welcher strukturiert ist um ein extrudiertes Schaumprodukt
in einer von einer Vielzahl von extrudierten Formen herzustellen.
Insbesondere umfasst die Schaumextrusionsanordnung einen Schmelzbereich, welcher
eine Vielzahl an Pellets erhält
und schmilzt, bevorzugt thermoplastische Materialpellets, und einen
Wärmeableitungsbereich.
-
Bevorzugterweise
an dem Schmelzbereich der Schaumextrusionsanordnung beinhaltet ist
eine Agens- bzw. Mittelzufügungsanordnung.
Insbesondere ist die Mittelzufügungsanordnung
strukturiert, um einen Schaumbildner zu den geschmolzenen oder schmelzenden
Materialpellets zuzuführen,
zur vollständigen
Mischung/Vermischung und Homogenisierung damit. Von da her umfasst
die Schaumextrusionsanordnung auch eine Mischanordnung. Die Mischanordnung,
welche auch bevorzugt in dem Schmelzbereich beinhaltet ist, ist
strukturiert um die geschmolzenen Materialpellets und den Schaumbildner
gründlich
zu mischen, wobei eine reinere, homogenere Extrusionsmischung erreicht
wird.
-
Im
Gegensatz zum Schmelzbereich ist der Wärmeableitungsbereich der vorliegenden
Erfindung strukturiert, um Überschusswärme von
der Mischung aus geschmolzenen Materialpellets und Schaumbildnern
abzuleiten, so dass die Mischung eine extrudierbare Temperatur und
Konsistenz erreichen kann. Vorzugsweise umfasst der Wärmeableitungsbereich einen
lang gestreckten Zylinder, durch welchen die Mischung fließt. Der
Zylinder, welcher vorzugsweise im Wesentlichen umschlossen ist,
umfasst mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass, welche
darin definiert sind. Der Einlass ist strukturiert, um die Mischung
aus geschmolzenen Pellets und Schaumbildner dadurch zu erhalten,
vorzugsweise von dem Schmelzbereich, zum Durchfluss in den Zylinder.
-
Kooperativ
angeordnet in dem Zylinder des Wärmeableitungsbereichs
ist eine Wärmeableitungsstruktur.
Insbesondere zieht die Wärmeableitungsstruktur
Wärme von
dem Zylinder ab, wie durch Flüssigkühlung, wobei
Wärme von
der Mischung aus geschmolzenen Pellets und Schaumbildner abgezogen wird,
um sicherzustellen, dass die Extrusionsmischung zu einer extrudierbaren
Temperaturspanne gelangt.
-
Angeordnet
innerhalb des Zylinders des Wärmeableitungsbereichs
ist eine thermoplastische Extrusionsschraube. Diese Extrusionsschraube
ist vorzugsweise eine Kühlungsschraube,
welche axial angeordnet ist innerhalb des Zylinders, und strukturiert
ist um sich darin zu drehen, wenn der Zylinder eine Menge an Mischung
von geschmolzenen Pellets und Blasmittel enthält. Um die Mischung aus geschmolzenen
Pellets und Blasmittel in Richtung des Auslasses des Zylinders zu
bewegen, umfasst die Extrusionsschraube weiterhin mindestens einen Schraubengang.
Der Schraubengang ist vorzugsweise strukturiert, um sich um die
Extrusionsschraube zu wickeln und dreht sich bei Drehung der Schraube,
um die Mischung in Richtung des Auslasses des Zylinders zu bringen.
Um effektive, vollständige
und gleichmäßig verteilte
Kühlung
der Mischung aus geschmolzenen Pellets und Schaumbildner zu erreichen,
umfasst der Schraubengang der vorliegenden Erfindung jedoch weiterhin
mindestens eine, aber vorzugsweise eine Vielzahl von Zirkulationskanälen, welche
darin definiert sind. Insbesondere sind die Zirkulationskanäle im Allgemeinen
präzise
positioniert in dem Schraubengang, um Mengen der Mischung aus geschmolzenen
Pellets und Schaumbildner dadurch durch Drehung der Extrusionsschraube
zu erhalten. Dementsprechend wird eine effektive Zirkulation der
Mischung relativ zu dem Zylinder bei Erhalt der Mengen an Mischung
aus geschmolzenen Pellets und Schaumbildner durch den Zirkulationskanal erreicht,
und die vollständige
Mischung an geschmolzenen Pellets und Schaumbildner wird im Wesentlichen
gleichmäßig verteilt
in nahe Nachbarschaft des Zylinders kommen, um effektive und gleichmäßige Wärmeableitung
und Kühlung
davon zu erreichen.
-
Zuletzt
umfasst die Schaumextrusionsanordnung eine Form. Insbesondere, ist
die Form kooperativ angeordnet in Flusskommunikation mit dem Auslass
des Zylinders, und kann jede einer Anzahl an gewünschten Formen annehmen, um
die Mischung aus geschmolzenen Pellets und Schaumbildnern anzunehmen,
bei der extrudierbaren Temperatur, um dadurch die gewünschte Form
zu erhalten. Tatsächlich beginnt
die Mischung beim Verlassen der Form zu „schäumen" und stellt dadurch das fertige extrudierte Produkt
her.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
Für ein vollständiges Verständnis der
Natur der vorliegenden Erfindung soll Bezug genommen werden auf
die folgende detaillierte Beschreibung, im Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen:
-
1 ist
eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht der Schaumextrusionsanordnung
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine sektionale, teilweise aufgeschnittene Ansicht des Zylinders
und der Extrusionsschraube des Wärmeableitungsbereichs
der Schaumextrusionsanordnung der vorliegenden Erfindung;
-
3 ist
eine isolierte Sektionsansicht des Schraubengangs der Extrusionsschraube
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ist
eine Querschnittsansicht des Schraubengangs der Extrusionsschraube
der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
eine geschnittene, getrennte Ansicht, welche ein erstes Ausführungsbeispiel
des Zirkulationskanals zeigt, welcher in dem Schraubengang der Extrusionsschraube
der vorliegenden Erfindung definiert wird.
-
6 ist
eine geschnittene, getrennte Ansicht, welche ein alternatives Ausführungsbeispiel des
Zirkulationskanals zeigt, welcher in dem Schraubengang der Extrusionsschraube
der vorliegenden Erfindung definiert ist; und
-
7 ist
eine sektionale, perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Extrusionsschraube der vorliegenden Erfindung.
-
Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten
der Zeichnungen.
-
Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
Die
vorliegende Erfindung ist gerichtet auf eine Schaumextrusionsanordnung,
wie in 1 dargestellt, und allgemein als 10 bezeichnet.
Insbesondere ist die Extrusionsanordnung 10 strukturiert,
um ein expansionsfähiges
Polymer-Plastik
zu produzieren, welches bei Aussetzung zu einer externen Umgebung
schäumt,
um ein fertiges oder halbfertiges Produkt zu erzeugen. Insoweit
kann die Schaumextrusionsanordnung 10 der vorliegenden
Erfindung verwendet werden mit einer Anzahl an thermoplastischen
Polymeren, darunter, aber nicht eingeschränkt auf Polystyrol, Polyethylen
(PE), Polypropylen, PET oder andere ähnliche Thermoplasten, darunter schäumende oder
expandierbare Thermoplasten oder andere Materialien, welche zukünftig verwendet oder
entwickelt werden können.
Wie in 1 gezeigt definiert das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Schaumextrusionsanordnung 10 der vorliegenden Erfindung
eine Tandem-Typ-Anordnung, obwohl eine einzelne, in-line und/oder
ineinander greifende Doppelschraubenanordnung auch verwendet werden kann,
welche, wenn sie verwendet wird, auch als innerhalb des Bereichs
und des Gedankens dieser Erfindung betrachtet werden soll. Mit Blick
auf die Tandem-Anordnung, wie in 1 gezeigt,
umfasst jedoch die Schaumextrusionsanordnung 10 einen ersten
Schmelzbereich, bezeichnet als 20, und einen zweiten Wärmeabzugsbereich,
bezeichnet als 40. Der erste Schmelzbereich 20 ist
strukturiert, um eine Vielzahl an thermoplastischen Materialpellets
aufzunehmen und zu schmelzen, welche vorzugsweise die Basis für das Produkt,
wie das Schaumprodukt, welches produziert werden soll, bilden. Wie
normalerweise in der Industrie umfasst das bevorzugte Ausführungsbeispiel
einen größeren trichterförmigen Feststoffeinlass 24,
wodurch große
Mengen an Rohmaterial, wie Materialpellets und ähnliches, in den Schmelzbereich 20 eingeführt werden
können.
Natürlich
wird erwähnt
das die Materialpellets kleine Perlen oder zylindrische Pellets,
größere Würfel, Blöcke, Klumpen,
Flocken, Puder definierende Partikel oder jede andere Konfiguration
des Materials umfassen können,
welche passend in den Schmelzbereich 20 eingeführt werden
können,
um nachfolgend geschmolzen zu werden. Weiterhin, obwohl der Schmelzbereich 20 einen
großen
Bottich oder anderen Heizbehälter
zur direkten und unverzüglichen Schmelze
der Materialpellets umfassen kann, umfasst der Schmelzbereich 20 vorzugsweise
einen lang gestreckten Extrusionszylinder 50', durch welchen die Materialpellets
gepresst werden. Insbesondere ist eine thermoplastische Extrusionsschraube, wie
eine innere Schmelzschraube 60' in dem Zylinder des Schmelzbereichs 20 enthalten,
und ist vorzugsweise von einer großen Getriebeanordnung 22 angetrieben,
um innerhalb des Schmelzbereichs 20 zu rotieren. Wenn die
Materialpellets durch den Schmelzbereich 20 gepresst werden,
vorzugsweise durch die innere Schmelzschraube 60' um im Wesentlichen
einen Fleischwolfeffekt zu haben, wird Wärmeenergie produziert um die
Materialpellets zu schmelzen, welche sich innerhalb des Zylinders 50' befinden. Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
liefert mindestens eine Heizquelle, vorzugsweise die Wand des Zylinders 50' des Schmelzbereichs 20 umfassend,
Wärme zu
dem Zylinder 50'.
Außerdem
presst die innere Schmelzschraube 60', welche in dem Zylinder 50' enthalten ist,
vorzugsweise, wenn nicht zwingend, die Materialpellets gegen die
innere Wand des Zylinders 50' und
gegeneinander, wobei ein Schereffekt verursacht wird, welcher in
der Praxis die größte Wärmemenge
zu den Materialpellets hinzufügt,
und die gesamte Schmelzung davon verbessert, bis ein glattes, aber
viskoses Material erhalten wird.
-
Da
die Materialpellets allein normalerweise nicht die notwendige Schäumungsreaktion
erzeugen, wenn sie erhärten,
es sei denn es wird Material mit vorab eingebauten oder mikro-umschlossenen
Mitteln verwendet, und somit nicht das gewünschte fertige Schaumprodukt
werden wird, umfasst die Schaumextrusionsanordnung 10 weiterhin
eine Mittelzufügungsanordnung 26.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
fügt die
Mittelzufügungsanordnung 26 einen
Schaumbildner zu den geschmolzenen oder schmelzenden Materialpellets
hinzu, vorzugsweise wenn sie den Schmelzbereich 20 passieren.
Weiterhin kann der Schaumbildner im bevorzugten Ausführungsbeispiel
Fluorkohlenstoff, Kohlenwasserstoff und/oder andere äquivalente
Schaumbildner oder Mischungen davon umfassen, welche Volumen zu dem
fertigen Produkt hinzufügen
und die Schäumungswirkung
auslösen
werden, wenn die extrudierte Schmelze die Schaumextrusionsanordnung 10 verlässt. Natürlich wird
es verstanden, dass zukünftig auch
andere Schaumbildner entwickelt oder vorgesehen werden können, abhängig von
dem gewünschten
fertigen Produkt, und tatsächlich
mit dem thermoplastischen Material vor der Einfügung in den Schmelzbereich 20 kombiniert
werden können.
Weiterhin kann, wenn gewünscht,
und vorzugsweise entlang mit der Mittelzufügungsanordnung 26,
ein Färbemittel
und/oder ein Keimbildungsmittel zusätzlich zu den Materialpellets,
die geschmolzen werden, hinzugefügt
werden.
-
Auch
ist vorzugsweise bei dem Schmelzbereich 20 eine Mischanordnung 27 enthalten.
Die Mischanordnung 27 ist vorzugsweise durch entweder die
gesamte oder zumindest einen Teil der Schmelzschraube 60' definiert,
welche vorzugsweise die geschmolzenen Materialpellets durch den
Schmelzbereich 20 presst, und für eine effektivere Schmelzung durch
den Schereffekt sorgt, welcher intern und mit dem Zylinder 50' erzeugt wird.
Die Mischanordnung 27 ist strukturiert, um die geschmolzenen
Materialpellets und das Blasmittel gründlich miteinander zu mischen,
um eine im Wesentlichen homogene Mischung aus geschmolzenen Materialpellets
und Schaumbildner zu erreichen. In dieser Hinsicht wird es als sehr
wichtig angesehen, dass sich eine feste und gleichmäßige Schaumextrusionsmischung
der geschmolzenen Materialpellets und des Schaumbildners ergibt,
um ein gewünschtes
fertiges Produkt zu erhalten, dass wenige, wenn überhaupt, Deformationen, Fehler
oder irreguläre
Strukturen wie Lufttaschen, irreguläre Zellstrukturen, etc. enthält.
-
Wenn
die Extrusionsmischung einmal effektiv homogenisiert wurde, wird
sie vorzugsweise direkt in den zweiten Wärmeabzugsbereich 40 geleitet.
Wie in 1 mit Bezug auf die bevorzugte Tandem-Anordnung
dargestellt, kann dieser Wärmeabzugsbereich 40 eine
separate Struktur umfassen, aber alternativ auch hauptsächlich eine
Fortsetzung des Schmelzbereichs 20 sein, wie es insbesondere
in der nichtschäumenden
thermoplastischen Extrusion der Fall ist. Insbesondere kann in dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
welches in 1 dargestellt ist, eine verbindende
Leitung 30 vorgesehen sein, um die Extrusionsmischung von
dem Schmelzbereich 20 in den Wärmeabzugsbereich 40 zu
leiten. Der Wärmeabzugsbereich 40 ist
strukturiert, um die Extrusionsmischung dadurch zu erhalten und
zu verarbeiten, und um gleichmäßig Überschusswärme von
der Extrusionsmischung abzuführen,
so dass die Mischung eine passende extrudierbare Temperatur erreicht,
häufig
zwischen 93 und 149 °C
(200 bis 300 Grad Fahrenheit), abhängig von dem verwendeten Thermoplasten
und der Menge des darin enthaltenen Gases. Insbesondere ist es in
dem Schaumextrusionsverfahren nötig,
dass die Extrusionsmischung mit einer passenden extrudierbaren Viskosität zugefügt wird.
Wenn die Temperatur des Extrusionsmaterials zu heiß ist, wird
das Material eine zu geringe Viskosität haben, was bedeutet dass
es flüssig
ist und schwierig in ein fertiges oder anwendbares Produkt zu formen
ist. Somit muss das Extrusionsmaterial ausreichend gekühlt oder
viskos gemacht werden, d.h. eingedickt und Gelartig, um durch eine
Form 44 gießbar
und formbar zu sein, ohne so viskos zu sein, um zu früh hart zu
werden. Dementsprechend ist der Wärmeabzugsbe reich 40 strukturiert,
um Überschusswärme von
der Extrusionsmischung in einer kontrollierten bzw. gesteuerten,
gleichmäßigen und gleichmäßig verteilten
Art und Weise abzuführen,
so dass im Wesentlichen die gesamte Extrusionsmischung eine gleichmäßige und
effektiv extrudierbare Temperatur erreicht, und so dass die extrudierbare Temperatur
durch die gesamte Extrusionsmischung schneller erreicht wird, als
gewöhnlich
möglich
ist.
-
Unter
Bezugnahme auf den Wärmeabzugsbereich 40 und
den Rest der Figuren erkennt man, dass das bevorzugte Ausführungsbeispiel
des Wärmeabzugsbereichs 40 einen
lang gestreckten Zylinder 50 umfasst. Der lang gestreckte
Zylinder 50 umfasst mindestens einen Einlass 31,
wie die Verbindungsleitung 30, gezeigt in 1,
und mindestens einen Auslass, wie die Form 44, welche darin
definiert ist. Somit wird in der bevorzugten Tandemkonfiguration,
die in 1 gezeigt ist, die Extrusionsmischung vorzugsweise
von dem Schmelzbereich 20 erhalten, in einer vollständig oder
im Wesentlichen gemischten Form, durch den Einlass 31 zur
Durchleitung und Verarbeitung durch den Zylinder 50, vor
der Formung durch die Form 44. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Prozess, der in dem Wärmeabzugsbereich 40 ausgeführt wird,
vorzugsweise die Kühlung
der Extrusionsmischung, obwohl andere Phasen wie weitere Mischung
darin auch ausgeführt werden
können.
-
Zusammenarbeitend
mit dem Zylinder 50 des Wärmeabzugsbereichs 40 angeordnet
ist eine Wärmeabzugsstruktur.
Insbesondere ist die Wärmeabzugsstruktur
strukturiert, um Wärme
abzuziehen, vorzugsweise von dem Zylinder 50, und dementsprechend,
um Wärme
aus der Extrusionsmischung, welche darin enthalten ist und durch
den Zylinder 50 geleitet wird, abzuziehen. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
umfasst die Wärmeabzugsstruktur
eine Kühlungsstruktur
wie eine Vielzahl an Kühlschlangen oder
Kanälen 52,
vorzugsweise angeordnet hauptsächlich über einem
Umfang des Zylinders 50. Somit kann die Wärmeabzugsstruktur 52 eine
erhebliche Menge an Wärme
von dem Umfang des Zylinders 50 abziehen, und wird in der
Tat wesentliche Mengen an Wärme
von den Mengen der Extrusionsmischung abziehen, welche sich in einer
Nähe des
Umfangs 51 des Zylinders 50 befinden, wie nachfolgend
detaillierter beschrieben wird.
-
Eine
thermoplastische Extrusionsschraube 60, wie eine Schaumkühlungsschraube,
ist in dem Zylinder 50 enthalten und vorzugsweise so dimensioniert,
dass eine präzise,
aber drehbare Passung erreicht wird. Insbesondere ist die Extrusionsschraube 60 vorzugsweise
aus rostfreiem Stahl hergestellt, und auch im Allgemeinen lang gestreckt
gemacht, und nochmals vorzugsweise eine integral ausgebildete Schraube,
welche sich über
die Länge
des Zylinders 50 erstreckt. Die Extrusionsschraube 60 ist auch
vorzugsweise mit einer Getriebeanordnung verbunden, wie bei 42 in 1 gezeigt,
welche die Extrusionsschraube 60 in dem Zylinder 50 dreht,
obwohl es auch möglich
ist, dass die Extrusionsschraube stationär ist, aber mit einer Eingangskraft,
welche die Extrusionsmischung durch den Zylinder presst. Unabhängig davon
umfasst die Extrusionsschraube 60 vorzugsweise mindestens
einen Schraubengang 64, welcher in einem bevorzugteren
Ausführungsbeispiel
strukturiert ist, sich vollständig
um einen zentralen lang gestreckten Schaft bzw. eine zentrale lang gestreckte
Welle 62 zu wickeln, um einen kontinuierlichen, lang gestreckten
Schraubengang 64 zu definieren, obwohl eine oder mehrere
gewinkelte Kratzplatten ebenfalls den Gang definieren können. Außerdem,
obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel
einen einzelnen Schraubengang 64 aufweist, können in
einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie
in 7 gezeigt, zwei oder mehrere Schraubengänge 64 und 64' hintereinander
oder Seite an Seite, wie in der gezeigten Alternative, angeordnet
sein, um mindestens einen Flusspfad für die Extrusionsmischung zu
definieren. Natürlich
soll erwähnt
werden, dass der Schraubengang 64 sich vollständig entlang der
Welle 62 oder des Zylinders 50 erstrecken kann, aber
nicht muss, abhängig
von den Mischungs-, Heizungs-, und/oder Kühlungserfordernissen des speziellen
Systems und des speziellen Polymers oder Materials, welches als
die Basis für
die Extrusionsmischung verwendet wird. Außerdem kann der spezifische
Einfallswinkel des Schraubengangs 64 verändert werden,
um die Geschwindigkeit, mit welcher die Extrusionsmischung durch
den Zylinder 50 fließt,
zu regulieren.
-
Der
Schraubengang 64, welcher separat oder integral mit der
Welle 62 in einer oder mehreren kontinuierlichen oder segmentierten
Teilen ausgebildet sein kann, ist vorzugsweise strukturiert, um
sich bei Drehung der gesamten Extrusionsschraube 60 zu drehen.
Außerdem
ist der Schraubengang 64 strukturiert, um sich von der
lang gestreckten Welle 62 in im Wesentlichen nahe benachbarte
Relation mit einer Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 zu erstrecken. In der Tat ist diese nahe benachbarte
Relation zwischen dem Schraubengang 64 und der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 normalerweise ungefähr das 0.001 – fache
des inneren Zylinderdurchmessers, welcher häufig etwa 15.24 cm (6 Zoll)
ist, so dass ein minimaler Leckstrom der Extrusionsmischung bei
Drehung der Extrusionsschraube 60 in dem Zylinder 50 dazwischen
passiert. Außerdem, obwohl
die Oberfläche
des Schraubengangs 64 vorzugsweise glatt und normalerweise
mit einer geringeren Reibung behaftet ist als die Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50, ist die Natur der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 derart, dass Bewegung durch den Zylinder 50 erreicht
wird. Dementsprechend, wenn sich die Extrusionsschraube 60 dreht,
tendiert die relative Bewegung zwischen dem Schraubengang 64 und
der inneren Zylinderoberfläche 51 dazu,
die Extrusionsmischung vorwärts
zu pressen, wie durch den Pfeil B in 1 und 2 gezeigt
ist, und zwar in Übereinstimmung
mit der Drehung der Extrusionsschraube 60, wie durch den
Pfeil A gezeigt. Diese Bewegung der Extrusionsmischung in Richtung
des Endes, welches vorzugsweise den Auslass 44 umfasst,
funktioniert dadurch zum Vorwärts-Ziehen
und -Drücken
der Extrusionsmischung, wobei die Schmelze durch die Form 44 gepresst
wird, um das Schaumprodukt 45 zu formen, welches endgültig verwendet
wird in der Herstellung der fertigen Produkte.
-
Wie
vorstehend angedeutet ist die Wärmeabzugsstruktur 52 vorzugsweise über einem
Umfang des Zylinders 50 angeordnet, wie in 2 gezeigt
ist. In diesem Ausführungsbeispiel
wird von den Mengen an Extrusionsmischung, welche am nächsten zu
der inneren Umfangsoberfläche 51 des
Zylinders 50 sind, mehr Wärme abgezogen. Wie jedoch bereits
erläutert
wurde betreffen wichtige Betrachtungen die Rate, mit der die Extrusionsmischung
den Wärmeabzugsbereich 40 passieren
kann, um eine passende extrudierbare Temperatur zu erreichen. Beispielsweise,
obwohl lediglich Erhöhung
der Wärmeabzugsrate in
konventionelle Systemen den Eindruck erweckt, die Durchsatzrate
zu erhöhen,
wenn überschüssige Wärme zu schnell
abgezogen wird in der Absicht, den Prozess zu beschleunigen, werden
die Mengen an Extrusi onsmischung, welche am nächsten zu dem Umfang des Zylinders 51 (50)
sind, überkühlt relativ zu
den Mengen der Mischung, welche am nächsten zu der Welle 62 der
Extrusionsschraube sind. Als Ergebnis muss der Wärmeabzugsvorgang von konventionellen
Systemen hinreichend langsam sein, um sicherzustellen, dass die
gesamte Extrusionsmischung gleichmäßig bei der extrudierbaren
Temperatur ankommt.
-
Dagegen
ist die Struktur der vorliegenden Erfindung so, dass eine schnellere
Durchsatzrate der extrudierbaren Mischung durch den Wärmeabzugsbereich 40 erreicht
werden kann, in dem die Abzugsstruktur 52 geheizt wird.
Insbesondere, und wie in den 2 bis 7 dargestellt,
umfasst der Schraubengang 64 der thermoplastischen Extrusionsschraube,
und vor allem die Schaumkühlungsschraube
der vorliegenden Erfindung mindestens einen, aber bevorzugterweise
mehrere Zirkulationskanäle 90,
welche darin definiert sind. Die Zirkulationskanäle 90 sind vorzugsweise
mit einer beabstandeten Distanz voneinander entlang des Schraubengangs 64 angeordnet,
und können
sich entlang des gesamten Schraubengangs 64 erstrecken,
sofern es benötigt wird.
Vorzugsweise sind die Zirkulationskanäle 90 in einer im
Allgemeinen versetzten Ausrichtung voneinander angebracht, entlang
des bevorzugten kontinuierlichen Schraubengangs 64, welcher
entweder von einer Oben- oder Untenansicht der Extrusionsschraube 60 aus
gesehen werden kann, um einen Querkanalfluss und Geschwindigkeit
zu unterbrechen, und um einen turbulenteren und gemischteren Fluss
zu ermöglichen.
Die Zirkulationskanäle
sind auch vorzugsweise in einem niedrigeren Bereich des Schraubengangs 64 angeordnet,
um in einer engeren Nähe
zu der Schraubenwelle 62 zu sein, als zu der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50, und am meisten bevorzugt sind sie im Allgemeinen
direkt benachbart zu der Wurzel der Extrusionsschraube 60 angebracht.
Außerdem
ist eine Umfangsoberfläche der
Zirkulationskanäle 90 vorzugsweise
vollständig von
dem Schraubengang 64 umschlossen und definiert.
-
Wie
am besten in 2 gezeigt, umfasst jeder Schraubengang 64 vorzugsweise
eine vordere Oberfläche 70,
eine hintere Oberfläche 72 und
eine Umfangskante 80. Dementsprechend, wenn sich der Schraubengang 64 dreht,
schaufelt die vordere Oberfläche 70 hauptsächlich die
Extrusionsmischung und presst sie in Richtung der hinteren Niederdruckoberfläche 72,
wobei die Extrusionsmischung nahe der Schraubenwelle 62 hinauf
zu der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 gepresst wird, und unterbricht den normalen
laminaren Fluss der Schmelze, während
sie gleichzeitig vorwärts
in Richtung der Form 44 gezogen wird. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
erstreckt sich der Zirkulationskanal 90 von der vorderen
Oberfläche 70 zu
der hinteren Oberfläche 72 derart,
dass die Extrusionsmischung, welche in dem Zylinder 50 enthalten
ist, den Zirkulationskanal 90 passiert, wie in der Richtung,
welche durch den Pfeil C, welcher in 4 gezeigt
ist, wenn sich der Schraubengang 64 dreht. Außerdem,
wenn sich die Mengen an Extrusionsmischung von der vorderen Oberflächenseite
des Schraubengangs 64 zu der hinteren Oberflächenseite
des Schraubengangs bewegen, werden die Mengen an Extrusionsmischung,
welche sich im Allgemeinen bei der hinteren Oberfläche 72 des
Schraubengangs 64 befinden, versetzt und hinaufgedrückt in Richtung
der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50. Diese Zirkulation der Extrusionsmischung
durch die Zirkulationskanäle 90 stellt
im Wesentlichen sicher, dass eine gleichmäßige, gleichförmige Verteilung
der Kühlung
durch die gesamte Menge an Extrusionsmischung erreicht wird, und
dass dementsprechend eine größere Wärmemenge
gleichförmig
abgezogen werden kann, um eine schnellere Durchflussrate zu erlauben.
Insbesondere kann mehr Wärme
abgezogen werden und die Rate der Bewegung kann erhöht werden,
wenn die vorliegende Erfindung benutzt wird, denn der größere Wärmeabzug
ist durch die gesamte Extrusionsmischung verteilt und kein Teil
der Mischung wird mehr als ein anderer gekühlt, in einem Versuch, Wärme von
vernachlässigten
Bereichen abzuziehen. Tatsächlich
wurde experimentell festgestellt, dass mit der vorliegenden Erfindung
der Ausstoß von Schaumprodukten
in manchen Systemen um über 181,6
kg (400 englische Pfund) pro Stunde erhöht wurde, was eine wesentliche
Produktionserhöhung über vorab
gezeigte Maxima von ungefähr
463,3 kg (950 englische Pfund) pro Stunde ausmacht, es entspricht
einer Erhöhung
der Produktivität
von 40 %.
-
Unter
Bezugnahme auf 3, 5 und 6,
um effektiver für
die Zirkulation der Extrusionsmischung durch die Zirkulationskanäle 90 zu
sorgen, sind die Zirkulationskanäle 90 in
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
in 5 nach innen verjüngt von der vorderen Oberfläche 70 zu
der hinteren Oberfläche 72 des
Schraubengangs 64. Eine solche Konfiguration schaufelt
hauptsächlich
maximale Mengen an Extrusionsmischung zur Zirkulation dadurch und
tendiert dazu, einen „Jet"-Effekt zu zeigen, welcher
eine Flussgeschwindigkeit durch den Zirkulationskanal 90 maximiert,
und eine erhöhte
Störung des
Zustands der Extrusionsmischung hinter der hinteren Oberfläche 72 wird
erreicht. Weiterhin ist der Zirkulationskanal 90 vorzugsweise
strukturiert, um im Wesentlichen kurz in der Länge und mit einem größeren Einlassbereich
als Auslassbereich zu sein. Dementsprechend, wenn der Fluss im Zirkulationskanal 90 konvergiert
und diesen schnell durchläuft,
tendiert die Extrusionsmischung dazu, eine maximale Schwellung beim
Verlassen des Zirkulationskanals 90 zu zeigen, eine Charakteristik,
welche auch dazu tendiert die Flussmuster zu stören und welche eine Mischung
und Zirkulation der Extrusionsmischung erhöht.
-
Auch
sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
am besten gezeigt in 3, zwei der Kanten des Zirkulationskanals 90,
wie die linken und rechten Kanten 101 und 103 nach
innen verjüngt,
um den oben beschriebenen Jet-Effekt
und Flusskonvergenz zu erzielen, während zwei der Kanten, wie
die obere und untere Kante 100 und 102, im Wesentlichen
flach sind. Der Effekt der flachen Kanten ist, im Wesentlichen zu
einer Gleitung und sprunghaftem Schuss durch den Zirkulationskanal 90 zu
führen,
wobei Flusswirbel erzeugt werden und der Fluss an der hinteren Oberflächenseite
des Schraubengangs gestört wird.
Tatsächlich
wird durch die oben beschriebene, bevorzugte asymmetrische Struktur
des Einlassbereichs des Zirkulationskanals eine verbesserte Homogenisierung
der Extrusionsmischung erreicht, und in dem Fall der Schaumkühlungsschraube
wird eine größere Zirkulation
für gleichmäßigere Kühlung der Extrusionsmischung
erreicht. In einem alternativen, weniger bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Zirkulationskanals 90',
wie in 6 gezeigt, kann eine innere Verjüngung von
sowohl der vorderen Oberfläche 70 wie
auch der hinteren Oberfläche 72 vorgesehen
werden, um die Extrusionsmischung durch die Zirkulationskanäle 90' zu treiben.
-
Zum
Schluss, und wie bereits erwähnt,
ist die Umfangskante 80 des Schraubengangs 64 in
im Wesentlichen nahe benachbarter Relation zu der Innenoberfläche 51 des
Schaumextrusionszylinders 50 angeordnet, um Leckfluss dazwischen
zu minimieren, wenn sich der Schraubengang 64 dreht und
die Schaumextrusionsmischung vorwärts gepresst wird. In dem gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel, und
um eine verbesserte und effektivere Drehung zu erreichen, ist die
Umfangskante 80 des Schraubengangs 64 vorzugsweise
mit einem hinteren Teil 84 abgeschrägt, welcher von der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 abgewinkelt ist, und mit einem vorderen Teil 82,
welcher im Wesentlichen die Kontur der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 konfrontiert und mit dieser korrespondiert.
Eine solche Konfiguration erreicht den notwendigen Kratzeffekt,
während auch
die Oberfläche,
welche in nahen Berührungskontakt
mit der Innenoberfläche 51 des
Zylinders 50 kommt, minimiert wird, um zu der Verringerung
von potentieller Wärmescherung
zu führen.