WO2001014121A1 - Zylinder für einen doppelschneckenextruder - Google Patents

Zylinder für einen doppelschneckenextruder Download PDF

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WO2001014121A1
WO2001014121A1 PCT/DE2000/002896 DE0002896W WO0114121A1 WO 2001014121 A1 WO2001014121 A1 WO 2001014121A1 DE 0002896 W DE0002896 W DE 0002896W WO 0114121 A1 WO0114121 A1 WO 0114121A1
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Inventor
Michael Behling
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Berstorff Gmbh
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    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion

Definitions

  • the invention relates to a cylinder for a twin-screw extruder according to the preamble of claim 1.
  • Screw extruders are used in many ways for the processing of plastics. To ensure a high quality result, it is important that the processed plastic is extruded with a temperature that is as constant as possible and in an optimal range.
  • the cylinder of the extruder which is provided with a hole corresponding to the dimensions of the screw assembly, which forms the extrusion space for the plastic to be processed, is therefore usually crossed in its wall by channels through which a flowable temperature control medium (usually for cooling, if necessary. but also for heating).
  • Cylinder part which has an eyeglass-like double bore (extrusion space) for the twin-screw unit, and an outer, hollow-cylindrical jacket which surrounds the inner cylinder part closely and fulfills a supporting function with regard to the forces caused by the extrusion pressure.
  • Both the inner cylinder part and the hollow cylindrical jacket are in the longitudinal direction of the
  • Cylindrical channels for a temperature control medium In order to be able to cool the extrusion space as effectively as possible even in the area of its thickest wall, namely in the area of the gusset hole of the spectacle bore, the cooling channels of the inner cylinder part are arranged in the area of this gusset. In the vicinity of the plane spanned by the longitudinal axes of the twin-screw unit the cooling of the extrusion space essentially through the cooling channels of the hollow cylindrical outer shell. This means that the heat must flow from the inner cylinder part into the hollow cylindrical jacket. This is hampered by the parting line between the two parts of the cylinder. Therefore one has to improve the heat transfer with more or less good success
  • Cooling channel which has a course in the longitudinal direction of the cylinder which is basically similar to a helix.
  • This cooling channel is arranged in the area of the separating surface between the inner cylinder part and the hollow cylindrical jacket. It is composed in the following way from Section ⁇ different shape: At the top of the inner cylinder part several equidistant grooves are milled with vertical walls in such a way that the bottom of the groove is parallel to the plane spanned by the longitudinal axes of the twin-screw unit and in its longitudinal direction is at an oblique angle to these longitudinal axes. Correspondingly, grooves are also arranged on the underside, but their alignment with the longitudinal axes is selected at exactly the opposite angle.
  • the production of the cooling channel requires a comparatively high outlay, since not only the grooves on the top and Underside of the inner cylinder part must be milled, but milling work is also necessary on the inside of the hollow cylindrical shell for the production of the connecting grooves.
  • the hollow cylindrical shell produced in this way can only be used for the corresponding inner cylinder part of a twin-screw extruder, but not for an inner cylinder part one
  • a further solution for a cylinder of a twin-screw extruder which has an inner cylinder part and a hollow-cylindrical shell surrounding it, is known from the generic DE-OS 20 61 700.
  • the wall of the inner cylinder part is characterized by numerous grooves arranged side by side above and below the B ⁇ lle ⁇ bohrung for the twin-screw unit cut in. The bottom of these grooves runs in sections in a straight line or in a circular arc in such a way that the remaining wall has an approximately equal thickness everywhere towards the extrusion space. This requires a correspondingly high thickness
  • the grooves on the underside of the inner cylinder part consist of three sections, two of which run perpendicular to the longitudinal axes of the twin-screw unit and a central section is aligned obliquely to the longitudinal axes.
  • the object of the present invention is to develop a cylinder according to the preamble of claim 1 for a twin-screw extruder in such a way that the manufacturing effort required for this remains as small as possible, with a particularly uniform and effective temperature of the extrusion space being ensured.
  • the hollow-cylindrical shell of the cylinder is to be ensured be as universal as possible, not just for the inner cylinder part of one
  • Twin-screw extruders can rather be used for both single-screw and multi-screw extruders
  • the present invention is based on a twin-screw extruder with a cylinder, which encloses the twin-screw of the extruder to form an extrusion space.
  • the cylinder is in turn surrounded by a hollow-cylindrical jacket, the inner surface of which is smooth-planed Extends helically in the longitudinal direction of the cylinder and can be connected to an inlet and outlet for a flowable temperature medium
  • the helical channel is closed in the radial direction over part of the cylinder by separately manufactured cylinder sections, while the corresponding one Conclusion takes place in the other area of the circumference directly through the hollow-cylindrical jacket, it is provided in the cylinder designed according to the invention that the at least one channel over the entire circumference through the hollow-cylindrical nschen sheath itself is therefore no components are required that correspond to the cylinder sections from the generic state of the art.
  • a considerable cost reduction for the cylinder according to the invention results from the fact that the or the channels for the temperature medium have been generated by a thread-turning process is one Particularly simple manufacturing process, which can be carried out with a clamping of the workpiece and creates channels with a completely uniform helical line, which is of great advantage for the flow with the temperature medium.
  • the channel or channels therefore have no sudden kinks or other flow edges
  • the cylinder can be provided with a single screw-shaped channel. In most cases, however, it will be expedient to provide several channels next to one another as in the case of a multi-start thread. Preferably three or four such channels running parallel to one another are inserted into the channel
  • the slope of the channel or channels is usually kept constant over the length of the cylinder. In individual cases, however, it may be useful to change this slope in order to influence the dwell time of the temperature medium in the respective section of the cylinder along its longitudinal axis Choosing a large slope allows the temperature medium to pass faster than a smaller slope.
  • the temperature medium can be guided as required by the extruder or in the opposite direction
  • the webs are dimensioned in such a way that they immediately ensure a sufficient support effect for load transfer to the hollow-cylindrical jacket without it this requires separate components such as the cylinder sections according to DE-OS 2061700
  • a design of the channel or channels with - seen over the circumference - different pitch depth is provided.
  • the pitch depth is chosen to be the smallest in the areas in which the original wall thickness of the cylinder, ie before incorporation of the respective channel, on The greatest gait depth is provided in the areas in which the original
  • Wall thickness is greatest The transition between the largest and smallest passage depth is completely smooth and even due to the thread whirling process provided for the production of the ducts.
  • a cylinder is recommended in which the greatest duct depth of the duct is approximately 3 to 5 times, particularly preferably about 4 times the smallest gait depth, it may be expedient to choose the cross-sectional shape deviating from the rectangular cross-section and to provide a conical widening of the cross-section in the radial direction towards the outside.
  • the width of the respective channel thus increases towards the outside means that the side faces of the respective channel in the longitudinal section through the cylinder do not run parallel to each other, but enclose an angle ⁇ .
  • This angle ⁇ is advantageously in a range of 8-15 °, in particular approximately 10 °, with a conical cross-sectional shape of the channels It is advisable to choose the average thickness of the webs between two turns of the channel or channels arranged directly next to one another in the range of 1.5 to 4 times the average width of the channel or channels.
  • a preferred average web width is approximately the second , 5 times the mean channel width
  • a circumferential groove is worked into the cylinder into which the channels flow.
  • the connections for the supply and discharge of the temperature medium are arranged on the hollow-cylindrical jacket in a corresponding manner in the region of one of the two grooves. The grooves thus come in this way
  • the cylinder according to the invention ensures effective heat exchange, since the flow paths for the heat within the wall of the cylinder can be reduced as required by influencing the passage depth of the channels. Increased resistances for the heat flow as a result of the separation between individual components are used in the Invention Avoided With a given diameter of the cylinder, it is completely irrelevant for the design of the hollow-cylindrical jacket surrounding the cylinder, how many channels with which cross-sectional shape and which passage depth are respectively arranged on the cylinder
  • FIG. 1 shows a perspective view of a cylinder according to the invention
  • FIG. 2 shows a view from the right end of the cylinder
  • FIG. 3 shows a longitudinal section like line A-A in FIG. 2 showing the upper half as a view
  • FIG. 4 shows a longitudinal section like line B-B as a view
  • FIG. 2 shows the lower half as a view
  • FIG. 5 shows a cross section like line C-C in FIG. 3
  • Fig. 6 is a view of the left end of the cylinder like Fig. 1 and
  • the cylinder 1 shown in perspective in FIG. 1 is for an extruder
  • twin screw unit and therefore has two partially overlapping holes for the two not shown, intermeshing screws, the holes together forming an extrusion chamber 2 with a ball-like cross-section
  • a contact flange 14 is arranged, which, as in particular 3 and 4 shows that it has only a larger diameter than the cylinder 1 in its usual length.
  • On the outside of the cylinder 1 numerous turns of screws are arranged in the shape of a kidney in the longitudinal direction of the cylinder 1, between which webs are partitions 4 stand
  • the design of the channels 3 results in detail from the diagrams of FIGS. 3 to 5.
  • channels 3 existing webs 4 is about 2- to 2! times as large as the average width of the channels 3 (measured in the longitudinal direction of the cylinder 1). From the cross section taken along the line CC like FIG. 3, which is shown in FIG. 5, it results that there are a total of four channels 3, which are aquidistant to each other in the shape of a screw over the main part of the axial length of the
  • the gait depth of the channels 3, that is to say their depth in the radial direction of the cylinder 1 is not constant over the course of the circumference of the cylinder 1, but changes uniformly in the vicinity of the through the longitudinal axes of the Extrusion space 2 spanned plane, in which the wall of the cylinder 1 has the smallest value, there is also the narrowest pitch, which is denoted by h, offset by 90 ° to this, that is, in the gusset area of the glasses-like bore, the cylinder 1 has its greatest wall thickness There, the passage depth of the channels 3, denoted by h 2 , is also the greatest. The uniform change in the passage depth between the greatest value h 2 and the smallest value h- is obtained in a simple manner by corresponding
  • FIG. 3 shows the side view and the longitudinal section in the region of the greatest passage depth h 2
  • FIG. 4 shows the longitudinal section that is preferably shown in FIG. 2 along the line BB and is offset by 90 ° , So a longitudinal section in the area of the smallest passage depth h-, By Va ⁇ ist the passage depth over the circumference of the cylinder 1 it is achieved that the extreme over the circumference of the cylinder 1 differences in the heat flow path between the extrusion chamber 2 and the channels 3 are significantly reduced
  • a total of four channels 3 each flow into a circumferential groove 7 or 8 which is arranged near the front ends of the cylinder 1 and which functions as a distributor or one
  • FIG. 6 shows a view of the end face of the cylinder 1 with the contact flange 14.
  • FIG. 2 shows a view of the end face of the cylinder 1 with the contact flange 14.
  • Fig. 7 shows half in longitudinal section the assembly of a solid cylinder 1 1, which is formed from the cylinder 1 and the associated hollow cylindrical jacket 10.
  • the hollow cylindrical jacket 10, which has a connecting flange 17, 18 on each of its end faces, has a smooth surface on its inside.
  • the inside diameter of the hollow cylindrical jacket 10 corresponds to that
  • the temperature control medium After flowing through the channels 3, the temperature control medium enters the circumferential groove 8, which acts as a collector, and is withdrawn from there via the recess 19 and the derivation 13 from the full cylinder 11. During the flow through the channels 3 there is an effective heat exchange between the temperature control medium and the extrusion space 2.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Doppelschneckenextruder, wobei der Zylinder (1) unter Bildung eines Extrusionsraums (2) eine Doppelschnecke des Extruders umschliesst und seinerseits von einem auf seiner Innenoberfläche glatten hohlzylindrischen Mantel (10) umgeben ist, wobei an der Aussenseite des Zylinders (1) mindestens ein sich schraubenlinienförmig in Längsrichtung des Zylinders (1) erstreckender Kanal (3) eingearbeitet ist, der an eine Zu- und Ableitung (12, 13) für ein fliessfähiges Temperiermedium anschliessbar ist und zumindest über einen Teil des Umfangs des Zylinders (1) durch den hohlzylindrischen Mantel (10) in radialer Richtung abgeschlossen ist. Dabei ist der mindestens eine Kanal (3) durch einen Gewindewirbelvorgang in den Zylinder (1) eingearbeitet und der mindestens eine Kanal (3) über den gesamten Umfang von dem hohlzylindrischen Mantel (10) abgeschlossen. Die Gangtiefe des mindestens einen Kanals (3) ändert sich in radialer Richtung über den Umfang des Zylinders (1) in der Weise, dass sie in den Bereichen am grössten ist, wo die ursprüngliche Wanddicke des Zylinders (1) am grössten ist, und sie in den Bereichen am kleinsten ist, wo auch die ursprüngliche Wanddicke des Zylinders (1) am kleinsten ist.

Description

Zylinder für einen Doppelschneckenextruder
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Doppelschneckenextruder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schπeckenextruder werden in vielfacher Weise für die Verarbeitung von Kunststoffen eingesetzt. Zur Gewährleistung eines qualitativ hochwertigen Arbeitsergebnisses ist es dabei wichtig, daß der verarbeitete Kunststoff mit einer möglichst gleichbleibenden und in einem optimalen Bereich liegenden Teperatur extrudiert wird. Der Zylinder des Extruders, der mit einer den Abmessungen des Schneckenaggregats entsprechenden Bohrung versehen ist, die den Extrusionsraum für den zu verarbeitenden Kunststoff bildet, ist daher üblicherweise in seiner Wand von Kanälen durchzogen, durch die ein fließfähiges Temperiermedium (im Regelfall zur Kühlung, ggfs. aber auch zur Heizung) geführt werden kann.
Aus der EP 00 42 466 A1 ist ein Zylinder für einen Doppelschneckeπextruder bekannt, der aus zwei koaxial ineinandergeführten Teilen besteht, nämlich aus einem inneren
Zylinderteil, welcher eine brillenartige Doppelbohrung (Extrusionsraum) für das Doppelschneckenaggregat aufweist, und aus einem äußeren hohlzylindischen Mantel, der den inneren Zylinderteil eng anliegend umgibt und im Hinblick auf die durch den Extrusionsdruck hervorgerufenen Kräfte eine Tragfunktion erfüllt. Sowohl der innere Zyliπderteil als auch der hohlzylindrische Mantel sind dabei mit in Längsrichtung des
Zylinders verlaufenden Kanälen für ein Temperiermedium durchzogen. Um den Extrusionsraum auch im Bereich seiner dicksten Wand, nämlich im Bereich des Zwickels der Brillenbohrung möglichst effektiv kühlen zu können, sind die Kühlkanäle des inneren Zylinderteils im Bereich dieses Zwickels angeordnet. Im Nahbereich der durch die Längsachsen des Doppelschneckenaggregats aufgespannten Ebene erfolgt die Kühlung des Extrusionsraums im wesentlichen durch die Kühlkanäle des hohlzylindrischen Außenmantels. Das bedeutet, daß hierzu die Wärme aus dem inneren Zylinderteil in den hohlzylindrischen Mantel hinüberfließen muß. Dies wird durch die Trennfuge zwischen den beiden Teilen des Zylinders behindert. Daher hat man zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit mehr oder weniger gutem Erfolg den
Einsatz von Temperaturleitpasten in diesem kritischen Bereich empfohlen. In fertigungstechnischer Hinsicht hat diese Lösung den Nachteil, daß die Kühlkanäle in beiden Teilen des Zylinders angebracht werden müssen. Außerdem ist der hohizylindrische Mantel nicht auch für den inneren Zylinderteil eines Einschneckenextruders verwendbar, da die Kühlkanäle nur auf einem Teil seines
Umfangs konzentriert sind.
Aus der DE 26 59 037 C3 ist eine weitere Konstruktion für den Zylinder eines Doppelschneckenextruders bekannt, der ebenfalls aus einem inneren Zylinderteil und einem hohlzylindrischen Mantel besteht. Zur Kühlung des Extrusionsraums ist ein
Kühlkanal vorgesehen, der einen einer Schraubenlinie prinzipiell ähnelnden Verlauf in Längsrichtung des Zylinders aufweist. Diese Kühlkanal ist im Bereich der Trennfläche zwischen dem inneren Zylinderteil und dem hohlzylindrischen Mantel angeordnet. Er ist dabei in folgender Weise aus Teilstückeπ unterschiedlicher Form zusammengesetzt: An der Oberseite des inneren Zylinderteils sind mehrere äquidistant zueinander ertaufende Nuten mit senkrechten Wänden in der Weise eingefräst, daß der Grund der Nut jeweils parallel zu der von den Längsachsen des Doppelschneckenaggregats aufgespannten Ebene liegt und in seiner Längsrichtung in einem schrägen Winkel zu diesen Längsachsen steht. An der Unterseite sind in entsprechender Weise ebenfalls Nuten angeordnet, deren Ausrichtung zu den Längsachsen jedoch in genau dem entgegengesetzten Winkel gewählt ist. Die Zuordnung der unteren und oberen Nuten und deren Abstände sind so gewählt, daß ihre Enden jeweils paarweise übereinanderstehen. Um die übereinanderstehenden Enden im Hinblick auf die Durchleitung des Temperiermediums miteinander zu verbinden, sind an der Innenoberfläche des hohlzylindrischen Mantels sichelförmige Verbindungsnuten eingefräst. Der auf diese Weise erzeugte schraubeniinienartig verlaufende Kühlkanal hat den Vorteil, daß das Temperiermedium im Zwickelbereich der Brillenbohrung für das Doppelschneckenaggregat relativ dicht bis an den Extrusionsraum herangeführt wird. In fertigungstechnischer Hinsicht erfordert die Herstellung des Kühlkanals jedoch einen vergleichsweisen hohen Aufwand, da nicht nur die Nuten an der Ober- und Unterseite des inneren Zylinderteils eingefrast werden müssen, sondern auch an der Innenseite des hohlzy ndnschen Mantels Frasarbeiten für die Herstellung der Verbindungsnuteπ notwendig sind Darüber hinaus ist der auf diese Weise hergestellte hohlzylindπsche Mantel nur für den entsprechenden inneren Zylinderteil eines Doppelschπeckenextruders verwendbar nicht aber für einen inneren Zylinderteil eines
Einschneckenextruders
Eine weitere Losung für einen Zylinder eines Doppelschneckenextruders, der einen inneren Zylinderteil und einen diesen umschließenden hohlzyhndnschen Mantel aufweist ist aus der gattungsbildenden DE-OS 20 61 700 bekannt Die Wand des inneren Zylinderteils ist durch zahlreiche nebeneinander angeordnete Nuten über unter und seitlich neben der Bπlleπbohrung für das Doppelschneckeπaggregat eingeschnitten Der Grund dieser Nuten verlauft abschnittsweise gradlinig oder kreisbogenformig in der Weise, daß die verbleibene Wand zum Extrusionsraum hin überall eine in etwa gleiche Dicke aufweist Dies erfordert einen entsprechend hohen
Fertigungsaufwand Um die einzelnen Nuten zu einem schraubeniinienartig verlaufenden Kanal für das Kuhlmedium zu verbinden, sind die Nuten an der Unterseite des inneren Zylinderteils aus drei Teilstucken, von denen zwei senkrecht zu den Langsachsen des Doppelschneckenaggregats verlaufen und ein mittleres Teilstuck schräg zu den Langsachsen ausgeπchtet ist, so zusammengesetzt, daß sich eine Verschwenkung von einer Windung des Kuhlkanals zur nächsten Windung hin ergibt Dies tragt wiederum zu einer Erhöhung der Herstellkosten des inneren Zylinderteils bei Da die zwischen den einzelnen Windungen des Kuhlkanals verbleibenden Wände (Stege) zur Lastu bertrag ung auf den hohlzyhndnschen Mantel, der den inneren Zylinderteil umschließt, dienen sollen, sind die relativ schmal dimensionierten Stege, die über und unter der Bπllenbohrung des Extrusionsraums angeordnet und ursprünglich besonders hoch sind, in einer parallel zur Ebene des Doppelschneckenaggregats verlaufenden Flache plan abgefrast worden Auf diese abgefrasten Flachen der Stege wird jeweils an der Oberseite und an der Unterseite des inneren Zylinderteils ein aus Vollmateπal gebildeter Zylinderabschnitt gelegt, dessen Außenkontur der Innenoberflache des hohlzyhndnschen Mantels eπtspπcht Diese Zylinderabschnitte decken die einzelnen Windungen des Kuhlkanals nach oben hin ab Auf diese Weise bleibt der Querschnitt des Kuhlkanals über den Umfang gesehen annähernd gleich groß Diese bekannte Konstruktion ermöglicht zwar die Verwendung eines hohlzyhndnschen Mantels mit glatter Innenoberflache, erfordert aber nicht nur einen erheblichen Fertigungsaufwand für die Erzeugung der einzelnen Windungen des Kuhlkanals, sondern auch noch weiteren Aufwand für die Erstellung der beiden Zylinderabschnitte
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinder gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 für einen Doppelschneckenextruder dahingehend weiterzubilden, daß der dafür erforderliche Herstellaufwand möglichst geπng bleibt, wobei eine besonders gleichmäßige und effektive Tempeπerung des Extrusionsraums gewährleistet sein soll Darüber hinaus soll der hohlzyhndπsche Mantel des Zylinders möglichst universell verwendbar sein, also nicht nur für den inneren Zylinderteil eines
Doppelschneckenextruders verwendet werden können Vielmehr soll er sowohl für Einschnecken- als auch Mehrschneckenextruder einsetzbar sein
Gelost wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen
Unteranspruchen
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Doppelschneckenextruder mit einem Zylinder, der unter Bildung eines Extrusionsraums die Doppelschnecke des Extruders umschließt Der Zylinder ist seinerseits von einem hohlzyhndnschen Mantel umgeben, dessen Innenoberflache glattflachig ausgebildet ist An der Außenseite des Zylinders ist mindestens ein Kanal eingearbeitet, der sich schraubenlinienformig in Langsπchtung des Zylinders erstreckt und an eine Zu- und Ableitung für ein fließfahiges Tempeπermedium anschließbar ist Im Unterschied zum gattungsbildenden Stand der Technik, bei dem der schraubenlinienformige Kanal in radialer Richtung über einen Teil des Zylinders von gesondert gefertigten Zylinderabschnitten abgeschlossen wird, wahrend der entsprechende Abschluß im ubπgen Bereich des Umfangs direkt durch den hohlzyhndnschen Mantel erfolgt, ist bei dem erfindungsgemaß ausgebildeten Zylinder vorgesehen, daß der mindestens eine Kanal über den gesamten Umfang durch den hohlzyhndnschen Mantel selbst abgeschlossen wird Es werden also keine Bauteile benotigt, die den Zylinderabschnitten aus dem gattungsbildenden Stand der Technik entsprechen Eine erhebliche Kostenreduzierung für den erfindungsgemaßen Zylinder ergibt sich durch den Umstand, daß der oder die Kanäle für das Tempeπermedium durch einen Gewindewirbeivorgang erzeugt worden sind Es handelt sich dabei um einen besonders einfachen Fertigungsvorgang, der mit einer Aufspannung des Werksstucks durchgeführt werden kann und Kanäle mit einem völlig gleichmäßigen Schraubenlinienveriauf erzeugt, was für die Durchstromung mit dem Tempeπermedium von großem Vorteil ist Der oder die Kanäle weisen somit keine plötzlichen Knicke oder sonstigen Stromungskanten auf
Grundsätzlich kann der Zylinder mit einem einzigen schraubeπhnienformigen Kanal versehen sein In den meisten Fallen wird es aber zweckmäßig sein wie bei einem mehrgängigen Gewinde mehrere Kanäle nebeneinander vorzusehen Vorzugsweise werden drei oder vier solcher parallel zueinander verlaufender Kanäle in die
Außenseite des Zylinders eingearbeitet Die Steigung des oder der Kanäle wird üblicherweise über die Lange des Zylinders konstant gehalten In einzelnen Fallen kann es jedoch sinnvoll sein, diese Steigung zu verandern, um die Verweilzeit des Tempeπermediums im jeweiligen Abschnitt des Zylinders entlang seiner Langsachse zu beeinflussen Durch die Wahl einer großen Steigung kann das Tempeπermedium schneller passieren als bei einer kleineren Steigung Das Tempenermedium kann je nach Bedarf in Forderπchtung des Extruders oder auch entgegengesetzt gefuhrt werden
In vielen Fallen ist es vorteilhaft, eine rechteckige Querschnittsform für den oder die
Kanäle vorzusehen Die Tiefe des jeweiligen Kanals in radialer Richtung, d h seine Gangtiefe kann über den Umfang des Zylinders konstant bleiben Der Vorteil ist, dass die Wanddicke des Extrusionsraums über den Umfang ebenfalls konstant ist und somit der Fließweg durch die Wand des Extrusionsraums für die zu transportierende Warme - über den Umfang gesehen - ebenfalls konstant bleibt Hinsichtlich der Anordnung der einzelnen Windungen des oder der Kanäle des Zylinders hat es sich als zweckmäßig erwiesen, insbesondere bei Kanälen mit rechteckigem Querschnitt und gleichbleibender Gangtiefe die Breite des oder der Kanäle (gemessen in Langsπchtung des Zylinders) im Bereich des 0 7- bis 1 ,2-fachen der Dicke der Stege zwischen jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Windungen des oder der Kanäle einzustellen Die Stege sind so dimensioniert, daß sie unmittelbar eine ausreichende Stutzwirkung zur Lastubertragung auf den hohlzyhndnschen Mantel gewährleisten ohne daß es hierzu gesonderter Bauteile wie etwa der Zylinderabschnitte gemäß DE-OS 2061700 bedarf In der Ausfuhrungsform der Erfindung, ist eine Gestaltung des oder der Kanäle mit - über den Umfang gesehen - unterschiedlicher Gangtiefe vorgesehen Dabei wird die Gangtiefe in den Bereichen am kleinsten gewählt, in denen die ursprüngliche Waπddicke des Zylinders, also vor Einarbeitung des jeweiligen Kanals, am geπngsten ist Die größte Gaπgtiefe wird in den Bereichen vorgesehen, in denen die ursprungliche
Wanddicke am größten ist Der Übergang zwischen der größten und kleinsten Gangtiefe verlauft aufgrund des für die Herstellung der Kanäle vorgesehenen Gewindewirbelverfahrens völlig sanft und gleichmäßig Für einen Doppelschneckenextruder empfiehlt sich ein Zylinder, bei dem die größte Gangtiefe des Kanals etwa das 3- bis 5-fache, besonders bevorzugt etwa das 4-fache, der kleinsten Gaπgtiefe betragt Dabei kann es zweckmäßig sein, die Querschπittsform abweichend vom Rechteckquerschnrtt zu wählen und eine konische Erweiterung des Querschnitts in radialer Richtung nach außen hin vorzusehen Die Breite des jeweiligen Kanals vergrößert sich also nach außen hin Das bedeutet, daß die Seitenflächen des jeweiligen Kanals im Längsschnitt durch den Zylinder nicht parallel zueinander verlaufen, sondern einen Winkei α einschließen Dieser Winkel α liegt vorteilhaft in einem Bereich von 8 - 15°, insbesondere bei etwa 10° Bei einer konischen Querschnittsform der Kanäle empfiehlt es sich, die mittlere Dicke der Stege zwischen jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Windungen des oder der Kanäle im Bereich des 1 ,5- bis 4-fachen der mittleren Breite des oder der Kanäle zu wählen Bevorzugt wird eine mittlere Stegbreite, die etwa das 2,5-fache der mittleren Kanalbreite betragt
Um die Zu- und Ableitung des Tempeπermediums auf möglichst einfache Weise zu bewerkstelligen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß bei Zylindern mit mehreren versetzt nebeneinander laufenden Kanälen im Nahbereich der stirnseitigen Enden des Zylinders jeweils eine umlaufende Nut in den Zylinder eingearbeitet wird, in die die Kanäle munden Die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung des Tempeπermediums werden dabei am hohlzyhndnschen Mantel in entsprechender Weise jeweils im Bereich einer der beiden Nuten angeordnet Den Nuten kommt also auf diese Weise die
Funktion eines Verteilers oder Sammlers für die einzelnen Kanäle zu, so daß die Versorgung mit Tempeπermedium bei Bedarf jeweils mit einem einzigen Leitungsanschluß für die Zuleitung und für die Ableitung erfolgen kann Außer den niedπgen Herstellkosten gewährleistet der erfindungsgemaße Zylinder einen effektiven Wärmeaustausch, da über die Beeinflussung der Gangtiefe der Kanäle die Fließwege für die Warme innerhalb der Wand des Zylinders je nach Bedarf reduziert werden können Erhöhte Widerstände für den Warmefluß infolge von Trennflacherr zwischen einzelnen Bauteilen werden bei der Erfindung vermieden Bei einem vorgegebenen Durchmesser des Zylinders ist es für die Gestaltung des den Zylinder umgebenden hohlzyhndnschen Mantels völlig gleichgültig, wieviele Kanäle mit welcher Querschnittsform und welcher Gangtiefe jeweils auf dem Zylinder angeordnet
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert Es zeigen
Fig 1 eine perspektivische Ansicht eines erfiπdungsgemaßen Zylinders, Fig 2 eine Ansicht von der rechten Stirnseite des Zylinders gern Fig 1 ,
Fig 3 einen Längsschnitt gern Linie A-A in Fig 2 mit Darstellung der oberen Hälfte als Ansicht, Fig 4 einen Längsschnitt gern Linie B-B gern Fig 2 mit Darstellung der unteren Hälfte als Ansicht, Fig 5 einen Querschnitt gern Linie C-C in Fig 3,
Fig 6 eine Ansicht der linken Stirnseite des Zylinders gern Fig 1 und
Fig 7 den in einen zylindπschen Mantel eingeschobenen Zylinder gern Fig 1 in teilweiser Seitenansicht und teilweisem Längsschnitt
Der in Fig 1 perspektivisch dargestellte Zylinder 1 ist für einen Extruder mit
Doppelschneckenaggregat vorgesehen und weist daher zwei sich teilweise überlappende Bohrungen für die beiden nicht dargestellten, miteinander kammenden Schnecken auf, wobei die Bohrungen zusammen einen Extrusionsraum 2 mit bπllenartigem Querschnitt bilden Im Bereich der linken Stirnseite des Zylinders 1 ist ein Anlageflansch 14 angeordnet, der, wie insbesondere aus den Fig 3 und 4 hervorgeht, nur einen geπngfugig größeren Durchmesser aufweist als der Zylinder 1 in seiner ubπgen Lange An der Außenseite des Zylinders 1 sind zahlreiche Windungen von schrauben nienformig in Langsπchtung des Zylinders 1 sich erstreckenden Kanälen 3 angeordnet, zwischen denen als Trennwände Stege 4 stehen Die Ausfuhrung der Kanäle 3 ergibt sich im einzelnen aus den Schπrttbildem der Fig 3 bis 5 Der entlang der Linie A-A gern Fig 2 geführte axiale Längsschnitt in Fig 3 zeigt, daß die Kanäle 3 jeweils Sertenwaπde 5, 6 aufweisen, die in einem Winkel α von etwa 10° zueinander geneigt sind , so daß sich der Kanalquerschnitt in radialer Richtung nach außen hin konisch erweitert Die mittlere Breite der zwischen den einzelnen
Windungen der Kanäle 3 bestehenden Stege 4 ist etwa 2- bis 2 ! -mal so groß wie die mittlere Breite der Kanäle 3 (in Langsπchtung des Zylinders 1 gemessen) Aus dem entlang der Linie C-C gern Fig 3 geführten Querschnitt, der in Fig 5 dargestellt ist, ergibt sich daß es sich um insgesamt vier Kanäle 3 handelt, die sich aquidistant zueinander schraubenhnienformig über den wesentlichen Teil der axialen Lange des
Zylinders 1 erstrecken Weiterhin erkennt man aus Fig 5, daß die Gaπgtiefe der Kanäle 3, also deren Tiefe in radialer Richtung des Zylinders 1 über den Verlauf des Umfangs des Zylinders 1 hinweg nicht konstant ist, sondern sich gleichförmig verändert Im Nahbereich der durch die Langsachsen des Extrusionsraums 2 aufgespannten Ebene, in der die Wand des Zylinders 1 den kleinsten Wert aufweist, liegt auch die geπngste Gangtiefe vor, die mit h, bezeichnet ist Um jeweils 90° versetzt hierzu, also im Zwickeibereich der brillenartigen Bohrung hat der Zylinder 1 seine größte Wanddicke Dort ist auch die mit h2 bezeichnete Gangtiefe der Kanäle 3 jeweils am größten Die gleichförmige Änderung der Gangtiefe zwischen dem größten Wert h2 und dem kleinsten Wert h-, ergibt sich auf einfache Weise durch entsprechende
Einstellung der Prozeßparameter bei dem zur Herstellung der Kanäle 3 angewendeten Gewindewirbelverfahreπ Wahrend Fig 3 jeweils die Seitenansicht und den Längsschnitt im Bereich der größten Gangtiefe h2 zeigt, ist in Fig 4 der gern Fig 2 entlang der Linie B-B geführte, um 90° versetzte Längsschnitt dargestellt, also ein Längsschnitt im Bereich der kleinsten Gangtiefe h-, Durch die Vaπierung der Gangtiefe über den Umfang des Zylinders 1 wird erreicht, daß die über den Umfang des Zylinders 1 extremen Unterschiede im Warmefließweg zwischen dem Extrusionsraum 2 und den Kanälen 3 wesentlich vermindert werden Die insgesamt vier Kanäle 3 munden jeweils in einer in der Nahe der stirnseitigen Enden des Zylinders 1 angeordneten umlaufenden Nut 7 bzw 8, die die Funktion eines Verteilers bzw eines
Sammlers für die durch die Kanäle 3 zu fuhrende Tempeπerflussigkeit haben
In Fig 6 ist eine Ansicht der Stirnseite des Zylinders 1 mit dem Anlageflansch 14 dargestellt Wie auch aus Fig 2 hervorgeht, sind an beiden Stirnseiten des Zylinders 1 jeweils im Bereich der größten Waπddicke Bohrungen zur Aufnahme von Paßbolzen 1 5 vorgesehen, die in der Seitenansicht der Fig. 7 im einzelnen dargestellt sind. Fig. 7 zeigt zur Hälfte im Längsschnitt den Zusammenbau eines Vollzylinders 1 1 , der aus dem Zylinder 1 und dem zugehörigen hohlzylindrischen Mantel 10 gebildet wird. Der hohlzylindrische Mantel 10, der an seinen Stirnseiten jeweils einen Verbindungsflansch 17, 18 aufweist, ist an seiner Innenseite glattflächig ausgebildet. Lediglich im Bereich des Anlageflansches 14 weist er einen Absatz mit vergrößertem Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Aπlageflansches 14 des Zylinders 1 entspricht, so daß der Aπlageflansch 14 sich an diesen Absatz anlegen kann und im Sinne eines Anschlags gegen Verschiebungen in Längsrichtung des Zylinders 1 gehalten wird. Der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Mantels 10 entspricht dem
Außendurchmesser der Stege 4 des Zylinders 1 , der somit wie eine "nasse Buchse" in dem hohlzylindrischen Mantel 10 eingebettet ist, so daß die einzelnen Windungen der Kanäle 3 in radialer Richtung nach außen abgeschlossen sind. Durch die Verbindungsflansche 17, 18 ist jeweils eine radiale Bohrung für die Zuleitung 12 und die Ableitung 13 für das Temperiermedium geführt, die im Bereich der bereits erwähnten umlaufenden Nuten 7, 8 enden. Die Verbindung der umlaufenden Nut 8 mit der Ableitung 13 ist nicht so unmittelbar wie bei der umlaufenden Nut 7 und der Zuleitung 12. Vielmehr erfolgt diese Verbindung hierbei über eine Ausnehmung 19 im Anlageflansch 14. Das Temperiermedium kann somit durch die Zuleitung 12 in die als Verteiler fungierende umlaufende Nut 7 strömen und von dort in die vier schraubenlinienförmigen Kanäle 3 gelangen. Nach Durchströmen der Kanäle 3 gelangt das Temperiermedium in die als Sammler fungierende umlaufende Nut 8 und wird von dort über die Ausnehmung 19 und die Ableitung 13 wieder aus dem Vollzylinder 1 1 abgezogen. Während des Durchströmens der Kanäle 3 findet ein effektiver Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermedium und dem Extrusionsraum 2 statt.
Damit sich der Zylinder 1 nicht gegenüber dem hohlzylindrischen Mantel 1 1 verdrehen kann, sind im Umfangsbereich des Anlageflansches 14 Arretiernuten 9 angeordnet, in die von außen durch entsprechende Bohrungen, die radial durch den Verbindungsflansch 18 geführt sind, Stiftschrauben 16 eingreifen. Über die
Verbindungsflansche 17, 18 können mehrere Vollzylinder 1 1 segmentartig zusammengesetzt und miteinander fest verbunden werden. Dabei ist es geib^verständJiQϊi möglich, bei konstruktiv unveränderten hohlzylindrischen Mänteln 10
Figure imgf000011_0001
entlang des Extrusionsraums unterschiedlichen Bedarf an Wärmeaustausch (Kühlung oder Heizung) optimal zu entsprechen
Mit dem erfindungsgemaßen Zylinder wird eine sehr kostengünstige und im Hinblick auf die technischen Erfordernisse sehr effektive Losung für die prozeßgerechte
Tempeπerung eines Schneckenextruders geboten
Bezugszeichenliste
1 Zylinder
2 Extrusionsraum
3 Kanal
4 Steg
5 Seitenfläche des Kanals
6 Seitenfläche des Kanals
7 umlaufende Nut
8 umlaufende Nut
9 Arretiernut
10 hohizyhndrischer Mantel
1 1 Vollzylinder
12 Zuleitung
13 Ableitung
14 Anlageflansch
15 Paßbolzen
16 Stiftschrauben
17 Verbindungsflansch
18 Verbindungsflansch
19 Ausnehmung α Winkel der Seitenwände i kleinste Gangtiefe h2 größte Gangtiefe

Claims

Patentansprüche
1 Zylinder für einen Doppelschneckenextruder, wobei der Zylinder (1 ) unter Bildung eines Extrusionsraums (2) eine Doppelschnecke des Extruders umschließt und seinerseits von einem auf seiner Innenoberflache glatten hohlzyhndnschen
Mantel (10) umgeben ist, wobei an der Außenseite des Zylinders (1 ) mindestens ein sich schraubenhnienformig in Längsrichtung des Zylinders (1 ) erstreckender Kanal (3) eingearbeitet ist, der an eine Zu- und Ableitung (12, 13) für ein fiießfahiges Tempeπermedium anschließbar ist und zumindest über einen Teil des Umfangs des Zylinders (1 ) durch den hohlzyhndnschen Mantel (10) in radialer Richtung abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (3) durch einen Gewindewirbelvorgang in den Zylinder (1 ) eingearbeitet ist und der mindestens eine Kanal (3) über den gesamten Umfang von dem hohlzyhndnschen Mantel (10) abgeschlossen istund daß sich die Gangtiefe des mindestens einen Kanals (3) in radialer Richtung über den Umfang des Zylinders (1 ) in der Weise ändert, daß sie in den Bereichen am größten ist, wo die ursprüngliche Wanddicke des Zylinders (1) am größten ist, und daß sie in den Bereichen am kleinsten ist, wo auch die ursprüngliche Wanddicke des Zylinders (1 ) am kleinsten ist
2 Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne eines mehrgängigen Gewindes mehrere Kanäle (3) insbesondere drei oder vier Kanäle (3), nebeneinander vorgesehen sind
3 Zylinder nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der einzelnen Windungen des mindestens einen Kanals (3) in Langsπchtung des Zylinders (1)konstant ist
Zylinder nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (3) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist
5. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des mindestens einen Kanals (3) in Längsrichtung des Zylinders (1 ) das 0,7- bis 1 ,2-fache der Dicke der Stege (4) zwischen jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Windungen des oder der Kanäle (3) beträgt.
6. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Gangtiefe etwa das 3- bis 5-fache, insbesondere etwa das 4- fache der kleinsten Gangtiefe beträgt.
7. Zylinder nach einem der Ansprüche -1 - 3 oder 5 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite des mindestens einen Kanals (3) in radialer Richtung nach außen hin vergrößert.
8. Zylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (5, 6) des mindestens einen Kanals (3) jeweils einen Winkel α im Bereich von 8 - 15°, insbesondere einen Winkel von etwa 10 ° einschließen.
9. Zylinder nach einem der Ansprüche -1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke der Stege (4) zwischen jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Windungen des oder der Kanäle (3) das 1 ,5- bis 4- fache, insbesondere das 2,5-fache der mittleren Breite des oder der Kanäle (3) beträgt.
10. Zylinder nach einem der Ansprüche -1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) im Nahbereich der stirnseitigen Enden des Zylinders (1) jeweils in eine umlaufende Nut (7, 8) münden und die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung (12, 13) des Temperiermediums jeweils im Bereich einer der beiden Nuten (7, 8) am hohizyhndischen Mantel (10) angeordnet sind.
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