WO2006105757A1 - Schnecken -extruder zur verarbeitung von polymeren - Google Patents

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WO2006105757A1
WO2006105757A1 PCT/DE2006/000534 DE2006000534W WO2006105757A1 WO 2006105757 A1 WO2006105757 A1 WO 2006105757A1 DE 2006000534 W DE2006000534 W DE 2006000534W WO 2006105757 A1 WO2006105757 A1 WO 2006105757A1
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Andreas Limper
Bruno Muth
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Harburg-Freudenberger Maschinenbau Gmbh
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/505—Screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2007/00—Use of natural rubber as moulding material

Definitions

  • the invention relates to a screw extruder for processing polymers according to the preamble of claim 1.
  • Such an extruder for processing rubbers is known for example from DE 22 35 784 C3 and DE 30 03 615 C2.
  • the known extruder comprises a cylinder with a rotatably mounted therein and drivable by a motor screw, wherein metal pins project radially through the cylinder in the working area of the screw and the screw has interrupted screw flights in this zone.
  • the mass throughput can be increased by increasing the pitch.
  • the mass throughput only increases up to a limit gear pitch, while decreasing as the limit gear pitch is exceeded.
  • the limit value depends on the rheological material properties of the polymer to be extruded and the counterpressure at the screw tip to be overcome, as well as the number of flights of the screw.
  • the task is to develop an extruder for processing polymers, with which the mass throughput is significantly increased.
  • a screw extruder for processing polymers which has a cylinder with a rotatably mounted therein and rotatable by a motor screw and a catchment area with an intake opening in that the screw in a first Schnek- ken zone in Region of the feeding opening has a pitch, which is greater than 1.7 times the inner cylinder diameter.
  • the increased throughput is due to the fact that in the area of the feed opening, the screw is not completely enclosed by the cylinder and the influence of the back pressure in the area below the feed opening on the flow is less than in the closed area.
  • the pitch in the partially open cylinder area below the feed opening is to be selected to be higher than in the closed cylinder area.
  • a pitch in the first screw zone at low pressure influence is particularly favorable, which is greater than 2.0 times and less than 2.8 times the inner diameter of the cylinder.
  • the screw viewed in the conveying direction, before the feed opening on a second screw zone with a low flight depth, which 0.08 times to 0.2 times the inner diameter of the cylinder.
  • a particularly good effect is achieved here if the flight depth of the second screw zone is less than 0.17 times the internal cylinder diameter.
  • the first and second screw zone have different pitches and / or different flight depths.
  • the screw geometry in the closed cylinder region and in the open cylinder region can be adapted separately to the respective different back pressure-dependent flow conditions.
  • the worm has a third worm zone, which, viewed in the conveying direction, is arranged in front of the second worm zone, which differs from the second weft zone in the flight depth and / or the pitch ,
  • the cylinder in a particularly advantageous further development of the invention, provision is made for the cylinder to have grooves on its inside in the intake region. Since the grooves act as a kind of claw and ensure a positive connection to the rubber, their arrangement in the feed area ensures that the rubber melt adheres to the cylinder wall and does not slide and thus effectively transported in the conveying direction to the screw tip.
  • the screw extruder has a feed roller in the intake region below the intake opening, provides that the grooves are at most partially formed in the direction of the cylinder longitudinal axis only on a partial region of the intake region and in the cylinder section below the intake port.
  • This special arrangement of the grooves ensures that the melt in the closed region of the cylinder is guided over the grooves both by the drag flow caused by the screw rotation and by the pressure induced by the feed roller.
  • the groove positioning in the draw-in area thus ensures that the melt-shaped rubber in the region of the draw-in opening is not sheared off or cut off by a knife if the grooves are not arranged vertically relative to the screw land, as in the case of FIGS helical grooves in the pin extruder according to the prior art is the case.
  • the grooves In order to ensure compulsory conveyance or a flow guided through the grooves by the grooves, the grooves have a total length in the direction of the cycle. Linderl Kunststoffsachse, which corresponds to one to four times the inner cylinder diameter.
  • a further development of the invention provides for a self-cleaning of the extruder, a conical course of the grooves.
  • Particularly advantageous for guiding the rubber melt is to form a plurality of grooves in the catchment area as axial grooves, as this helical promotion with very high pressure build-up is achieved.
  • the high pressure is particularly advantageous when in the conveying direction downstream mixing and shearing elements, which usually consume pressure to be flowed through without or with minimal throughput losses.
  • the analogous consideration applies to tools connected to the extruder with high pressure consumption.
  • the melt guide improves in that the grooves have a rectangular shape.
  • the second screw zone and the grooves are arranged in the same area relative to the cylinder longitudinal axis.
  • This corresponding arrangement ensures that the rubber melt can be passed through the grooves over the entire height of the passage. This does not succeed at lower trained courses. Furthermore, this results in a thermally homogeneous ne melt distribution achieved in the screw channel, because on the one hand by the low flight depth causes the proportion of the circular flow in the screw channel and the shear stress acting on the material increases.
  • the circular flow With the circular flow, a warm, already sheared layer of the rubber melt is helically transported through the screw channel between the screw base and the cylinder wall in the direction of the screw tip, so that the heat exchange in the screw channel is improved with increasing flow fraction of the circular flow. Furthermore, due to the high shear stress, the proportion of cold flow regions is reduced or prevented because the yield stress of the rubber characterized by a limit shear stress is exceeded.
  • the grooves on the cylinder inside or cylinder wall prevent sliding of the rubber melt on the cylinder wall. As a result, a high throughput is achieved, which does not depend substantially on the backpressure built up in the flight.
  • the screw extruder of the embodiment comprises a screw rotatably mounted in a cylinder and can be driven by a motor, which is promoted as polymer rubber during rotation of the screw through the cylinder and is transported under pressure through a tool attached to the cylinder.
  • the extruder according to the invention can also be used for processing plastics. which, which is supplied to the screw granular.
  • the extruder of the present embodiment is supplied in its catchment area rubber strip-shaped or granular form over a hopper and its subsequent feed opening in the cylinder.
  • the intake opening is characterized by a recess in the cylinder, below which a drivable rotatable feed roller is arranged, which assists the introduction of the rubber into the extruder.
  • a drivable rotatable feed roller is arranged, which assists the introduction of the rubber into the extruder.
  • the catchment area corresponds in length to three to five times the inside diameter of the cylinder and consists of a single cylinder segment with an internally mounted bush, which is, for example, connected via a pin cylinder segment with a Austragszylindersegment.
  • the screw in a first screw zone in the region of the feed opening has a pitch which is greater than 1.7 times the inner cylinder diameter.
  • the pitch is equal to a value between 2 times and 2.8 times the inside diameter of the cylinder. This value is particularly favorable when a low back pressure against the drag flow in the course of the screw is formed.
  • the pitch is 3.2 times the cylinder inside
  • the inner diameter of the cylinder still very high throughputs can be achieved.
  • the throughput should theoretically be maximum at a pitch of 3.2 times the internal cylinder diameter, since at this value the conveying angle of 45 ° is achieved for a maximum throughput with pure shear flow.
  • the back pressure directed to the drag flow is dependent on the ratio of the length and the width of the feed opening relative to the cylinder longitudinal axis with respect to the pitch of the first screw zone, because this ratio determines whether and, if so, to what extent the promoted in the screw flight rubber melt over the feed opening is conveyed directly into the closed cylinder area.
  • the pitch is determined.
  • the screw In order to prevent the formation of cold and ungescherten flow areas (cores) in the screw channel, the screw, viewed in the conveying direction, in front of the feed opening on a second screw zone, wherein the flight depth 0.08 to 0.2 times the cylinder inner diameter equivalent.
  • a particularly homogeneous temperature profile without cold flow ranges results at a flight depth which is smaller than 0.17 times the inner cylinder diameter.
  • pitches and / or pitches are chosen to achieve a high mass throughput different funding mechanisms in these areas.
  • a third worm zone is arranged, which has different dimensions in relation to the second in the flight depth and / or the pitch.
  • the cylinder In the catchment area, the cylinder has on its inside in the working area of the screw a plurality of grooves which are circumferentially evenly distributed. It is also conceivable to provide only a single groove.
  • the grooves are formed in the direction of the cylinder longitudinal axis only in a partial region of the catchment area and in the cylinder section below the intake opening at most partially. That the grooves are not provided below the gesaraten feed opening, based on the ZyiinderlHarsachse.
  • the length of the grooves is at most 50% of the total groove length, the length of the grooves being considered in the direction of the cylinder longitudinal axis.
  • the total length of the groove, relative to the cylinder axis corresponds to one to four times the inside diameter of the cylinder. At this length is still a highly viscous and feasible via the grooves melt in the screw channel before.
  • the grooves are arranged in the region of the second screw zone, relative to the cylinder longitudinal axis. That is, the area of the grooves and second screw zone with the low flight depth are arranged corresponding to each other, wherein the grooves are incorporated as rectangular axial grooves with a groove depth decreasing in the conveying direction in the inlet bushing.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schnecken-Extruder zur Verarbeitung von Polymeren, der einen Zylinder mit einer darin drehbar gelagerten und über einen Motor rotierbare Schnecke sowie einen Einzugsbereich mit einer Einzugsöffnung. Um einen hohen Durchsatz zu erzielen, weist die Schnecke in einer ersten Schnecken-Zone im Bereich der Fütteröffnung eine Gangsteigung auf, welche größer als das 1,7 fache des Zylinderinnendurchmessers ist.

Description

Schnecken-Extruder zur Verarbeitung von Polymeren
Die Erfindung betrifft einen Schnecken-Extruder zur Verarbeitung von Polymeren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher Extruder zur Verarbeitung von Kautschuken ist beispielsweise aus der DE 22 35 784 C3 und DE 30 03 615 C2 bekannt.
Der bekannte Extruder weist einen Zylinder mit einer darin drehbar gelagerten und von einem Motor antreibbaren Schnecke auf, wobei Metallstifte radial durch den Zylinder in den Arbeitsbereich der Schnecke ragen und die Schnecke in dieser Zone unterbrochene Schneckenstege aufweist.
Mit diesem Extrudertyp werden höhere Ausstoßleistungen respektive Massedurchsätze bei gleichzeitig guter Homogenität des extrudierten Produkts im Vergleich zu konventionellen kalt gefütterten Kautschuk-Extrudern ohne Stifte erreicht. Diese Vorteile haben dazu geführt, dass der Stiftextruder in den letzten 30 Jahren in der Reifenindustrie der bei weitem häufigst eingesetzte Extrudertyp ist.
Jedoch verlangt die kautschukverarbeitende Industrie eine weitere Steigerung der Masse-Durchsätze bei gleichzeitig guter Produkt-Homogenität .
Es ist allgemein bekannt, dass der Masse-Durchsatz durch Erhöhung der Gangsteigung gesteigert werden kann. Jedoch steigt der Masse-Durchsatz nur bis zu einer Grenz-Gangsteigung, während er bei überschreiten der Grenz-Gangsteigung sinkt. Der Grenzwert ist abhängig von den rheologischen Materialeigenschaften des zu ex- trudierenden Polymers sowie dem zu überwindenden Gegendruck an der Schneckenspitze als auch der Gangzahl der Schnecke .
In der Praxis werden auf Schnecken-Extrudern unter Verwendung derselben Schnecken Kautschuke sowie Kunststoffe mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften verarbeitet, so dass eine Abschätzung der für einen hohen Masse-Durchsatz idealen Gangsteigung schwierig ist. Typische Gangsteigungen bei Schnecken-Extrudern zur Verarbeitung von Kautschuken sind auf der Seite 36 der Dissertation von G. Harms mit dem Titel "Ein neuer Extruder für die Kautschukverarbeitung" genannt. Sie liegen zwischen 1 und 1,51 bezogen auf den Zylinderinnen- durchmesser.
Ferner wird auf der Seite 395 des im Hanser Verlag erschienenen Fachbuchs "Rubber Processing" von James L. White aus dem Jahr 1995 [ISBN 3-446-16600-9] der Hinweis gegeben, dass die wesentlichen Strömungseigenschaften im Einzugsbereich zu dem übrigen Teil des Ex- truders ähnlich sind und dass deshalb die gleichen mathematischen Ansätze zur Berechnung des Masse- Durchsatzes zu verwenden sind.
Ausgehend vom eingangs zitierten Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, einen Extruder zur Verarbeitung von Polymeren zu entwickeln, mit dem der Masse-Durchsatz deutlich gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schnecken- Extruder zur Verarbeitung von Polymeren, der einen Zylinder mit einer darin drehbar gelagerten und über einen Motor rotierbare Schnecke sowie einen Einzugsbereich mit einer Einzugsöffnung aufweist dadurch gelöst, dass die Schnecke in einer ersten Schnek- ken-Zone im Bereich der Fütteröffung eine Gangsteigung aufweist, welche größer als das 1,7 fache des Zylinderinnendurchmessers ist.
Der erhöhte Durchsatz begründet sich dadurch, dass im Bereich der Fütteröffnung die Schnecke nicht vollständig vom Zylinder umschlossen ist und der Einfluss des Gegendrucks im Bereich unterhalb der Fütteröffnung auf die Strömung geringer als im geschlossenen Bereich ist. Um einen hohen Durchsatz zu erzielen ist deshalb die Gangsteigung im teilweise offenen Zylinderbereich unterhalb der Fütteröffnung höher als im geschlossenen Zylinderbereich zu wählen.
Dabei ist eine Gangsteigung in der ersten Schnecken- Zone bei geringem Druckeinfluss besonders günstig, welche größer als das 2,0 fache und kleiner als das 2,8 fache des Zylinderinnendurchmessers ist. Um bei einem Schnecken-Extrüder mit hoher Durchsatzleistung ein thermisch und mechanisch homogenes Produkt ohne kalte Kerne zu extrudieren, weist die Schnecke, in Förderrichtung betrachtet, vor der Fütteröffnung eine zweite Schnecken-Zone mit einer geringen Gangtiefe auf, welche dem 0,08 fachen bis 0,2 fachen des Zylinderinnendurchmessers entspricht. Eine besonders gute Wirkung wird hierbei erzielt, wenn die Gangtiefe der zweiten Schnecken-Zone kleiner als das 0,17 fache des Zylinderinnendurchmesser ist.
In einer vorteilhaften Ausführung weisen die erste und zweite Schnecken-Zone unterschiedliche Gangsteigungen und / oder unterschiedliche Gangtiefen auf. Hierdurch kann die Schneckengeometrie im geschlossenen Zylinderbereich und im offenen Zylinderbereich separat an die jeweils vorliegenden unterschiedlichen gegendruckabhängigen Strömungsverhältnisse angepasst werden.
Um eine hohe Druck-Durchsatzstabilität zu erreichen, weist die Schnecke eine, in Förderrichtung betrachtet, vor der zweiten Schnecken-Zone angeordnete dritte Schnecken-Zone auf, welche sich von der zweiten Schnek- ken-Zone in der Gangtiefe und / oder der Gangsteigung unterscheidet .
In einer besonderes vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zylinder auf seiner Innenseite im Einzugsbereich Nuten aufweisen. Da die Nuten wie eine Art Kralle wirken und einen Formschluss zum Kautschuk sicherstellen, wird durch ihre Anordnung im Einzugsbereich gewährleistet, dass die Kautschuk- Schmelze an der Zylinderwand haftet und nicht gleitet und somit effektiv in Förderrichtung zur Schneckenspitze transportiert wird. Eine weitere vorteilhafte Ausführung, bei der der Schnecken-Extruder im Einzugsbereich unterhalb der Einzugsöffnung eine Speisewalze aufweist, sieht vor, dass die Nuten in Richtung der Zylinderlängsache lediglich auf einem Teilbereich des Einzugbereichs sowie im Zylinderabschnitt unterhalb der Einzugsöffnung höchstens teilweise ausgebildet sind.
Durch diese spezielle Anordnung der Nuten wird erreicht, dass die Schmelze im geschlossenen Bereich des Zylinders sowohl durch die von der Schneckenrotation verursachte Schleppströmung als auch von dem durch die Speisewalze induzierten Druck über die Nuten geführt werden. Durch die Nut-Positionierung in dem Einzugsbereich wird somit gewährleistet, dass der schmelzeförmi- ge Kautschuk im Bereich der Einzugsöffnung selbst dann nicht abgeschert bzw. wie von einem Messer abgeschnitten wird, wenn die Nuten gegenüber dem Schneckensteg nicht senkrecht angeordnet sind, wie es bei den wendeiförmigen Nuten beim Stiftextruder nach dem Stand der Technik der Fall ist.
D. h. hierdurch können unterschiedlichste Nutverläufe zur Erhöhung des Druckaufbauvermögens verwendet werden.
Die vorbeschriebenen Effekte sind besonders ausgeprägt und günstig, wenn die Nuten eine Länge unterhalb der Einzugsöffnung in Richtung der Zylinderlängsachse aufweisen, welche höchstens 50% der Gesamt-Nutlänge beträgt .
Damit durch die Nuten eine Zwangsförderung bzw. eine durch die Nuten geführte Strömung gewährleistet wird, weisen die Nuten eine Gesamt-Lange in Richtung der Zy- linderlängsachse auf, welche dem ein- bis vierfachen des Zylinderinnendurchmessers entspricht.
Hintergrund hierfür ist, dass die Viskosität des Kautschuks aufgrund der eingebrachten Dissipationsenergie und somit Temperatur in Förderrichtung über die Nutlänge sinkt, wobei zur Schmelzeführung eine hohe Viskosität benötigt wird.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht zur Selbstreinigung des Extruders einen konischen Verlauf der Nuten vor.
Besonders vorteilhaft zur Führung der Kautschuk- Schmelze ist es, mehrere Nuten im Einzugsbereich als Axial-Nuten auszubilden, da hierdurch eine schraubenartige Förderung mit sehr hohem Druckaufbau erzielt wird. Der hohe Druck ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in Förderrichtung nachgeordnete Misch- und Scherelemente, welche üblicherweise Druck verbrauchen, ohne oder mit minimalen Durchsatzverlusten durchströmt werden sollen. Die analoge Betrachtung gilt für am Extruder angeschlossene Werkzeuge mit hohen Druckverbrauch.
Ferner verbessert sich die Schmelzeführung dadurch, dass die Nuten eine rechteckige Ausprägung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Schnecken-Zone und die Nuten im gleichen Bereich bezogen auf die Zylinderlängsachse angeordnet sind. Durch diese korrespondierende Anordnung wird erreicht, dass die Kautschuk-Schmelze über die komplette Höhe des Gangs durch die Nuten geführt werden kann. Dies gelingt bei tiefer ausgebildeten Gängen nicht. Ferner wird hierdurch eine thermisch homoge- ne SchmelzeVerteilung im Schneckenkanal erreicht, da einerseits durch die geringe Gangtiefe bewirkt wird, dass der Anteil der Zirkularströmung im Schneckenkanal sowie die auf das Material wirkenden Schubspannung steigt. Mit der Zirkularströmung wird eine warme bereits gescherte Schicht der Kautschuk-Schmelze durch den Schneckenkanal wendeiförmig zwischen Schneckengrund und Zylinderwand in Richtung der Schneckenspitze transportiert, so dass bei steigendem Strömungsanteil der ZirkularStrömung der Wärmeaustausch im Schneckenkanal verbessert wird. Ferner wird durch die hohe Schubspannung der Anteil der kalten Strömungsbereiche verringert oder verhindert, weil die durch eine Grenzschubspannung charakterisierte Fließgrenze des Kautschuks überschritten wird.
Die Nuten auf der Zylinderinnenseite bzw. Zylinderwand verhindern, ein Gleiten der Kautschuk-Schmelze an der Zylinderwand. Hierdurch wird ein hoher Durchsatz erreicht, der im Wesentlichen nicht vom im Schneckengang aufgebauten Gegendruck abhängt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schnecken-Extruders zur Verarbeitung von Polymeren beschrieben.
Der Schnecken-Extrüder des Ausführungsbeispiels weist eine in einem Zylinder drehbar gelagerte und über einen Motor antreibbare Schnecke auf, mit der als Polymer Kautschuk bei Rotation der Schnecke durch den Zylinder gefördert wird und unter Druck durch ein an den Zylinder befestigtes Werkzeug transportiert wird.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Extruder auch zur Verarbeitung von Kunststoffen verwendet wer- den, welcher der Schnecke granulatförmig zugeführt wird.
Dem Extruder der vorliegenden Ausführung wird in seinem Einzugsbereich Kautschuk streifenförmig oder granulat- förmig über einen Trichter und seine anschließende Einzugsöffnung im Zylinders zugeführt. Die Einzugsöffnung zeichnet sich durch eine Aussparung im Zylinder aus, unterhalb dieser eine antreibbare drehbare Speisewalze angeordnet ist, welche den Einzug des Kautschuks in den Extruder unterstützt. Insbesondere bei Verwendung von granulatförmigem Kautschuk zur Fütterung des Extruders kann auf die Speisewalze verzichtet werden. Der Einzugbereich entspricht in seiner Länge dem drei- bis fünffachen des Zylinderinnendurchmessers und besteht aus einem einzelnen Zylindersegment mit einer innenseitig montierten Buchse, welches bspw. über ein Stift- Zylindersegment mit einem Austragszylindersegment verbunden ist.
Zur Durchsatzoptimierung hat die Schnecke in einer erste Schnecken-Zone im Bereich der Fütteröffnung eine Gangsteigung, welche größer als das 1,7 fache des Zylinderinnendurchmessers ist.
Damit die Schnecke besonders viel Kautschuk pro Zeiteinheit einzieht, entspricht die Gangsteigung einem Wert, der zwischen dem 2 fachen und 2,8 fachen des Zylinderinnendurchmessers entspricht. Dieser Wert ist besonders günstig, wenn sich ein geringer Gegendruck gegenüber der Schleppströmung im Gang der Schnecke ausbildet.
Bei einem vernachlässigbaren Gegendruck entspricht die Gangsteigung dem 3,2 fachen Wert des Zylinderinnen- durchmessers, wobei auch für Gangsteigungen zwischen dem 2,8 fachen und 3,5 fachen des Zylinderinnendurch- messers noch sehr hohe Durchsätze erreicht werden. Der Durchsatz sollte bei einer Gangsteigung von 3,2 mal dem Zylinderinnendurchraesser theoretisch maximal sein, da bei diesem Wert der Förderwinkel von 45° für einen maximalen Durchsatz bei reiner Scherströmung erreicht wird.
Der zur Schleppströmung gerichtete Gegendruck ist abhängig von dem Verhältnis der Länge und der Breite der Fütteröffnung bezogen auf die Zylinderlängsachse gegenüber der Gangsteigung der ersten Schnecken-Zone, denn dieses Verhältnis bestimmt, ob und ggf. in welchem Maß die im Schneckengang geförderte Kautschuk-Schmelze über die Fütteröffnung unmittelbar in den geschlossen Zylinderbereich gefördert wird.
Deshalb wird abhängig von den Abmessungen der Fütteröffnung die Gangsteigung ermittelt.
Um die Ausbildung von kalten und ungescherten Strömungsbereiche (Kernen) im Schneckenkanal zu verhindern, weist die Schnecke, in Förderrichtung betrachtet, vor der Fütteröffnung eine zweite Schnecken-Zone auf, bei der die Gangtiefe dem 0,08 fachen bis 0,2 fachen des Zylinderinnendurchmesser entspricht. Ein besonders homogenes Temperaturprofil ohne kalte Strömungsbereiche ergibt sich bei einer Gangtiefe, welche kleiner als 0,17 fache des Zylinderinnendurchmessers ist.
Für die erste und zweite Schnecken-Zone sind zur Erzielung eines hohen Masse-Durchsatzes unterschiedliche Gangsteigungen und / oder Gangtiefen gewählt, um die unterschiedlichen Fördermechanismen in diesen Bereichen zu berücksichtigen.
In Förderrichtung betrachtet, vor der zweiten Schnek- ken-Zone, ist eine dritte Schnecken-Zone angeordnet, welche gegenüber der zweiten unterschiedliche Abmessungen in der Gangtiefe und/oder der Gangsteigung besitzt.
In dem Einzugsbereich weist der Zylinder auf seiner Innenseite im Arbeitsbereich der Schnecke mehrere Nuten auf, welche umfangsseitig gleichmäßig verteilt sind. Denkbar ist aber auch nur eine einzige Nut vorzusehen.
Vorzugsweise sind die Nuten in Richtung der Zylinderlängsachse lediglich in einem Teilbereich des Einzugsbereichs und im Zylinderabschnitt unterhalb der Einzugsöffnung höchstens teilweise ausgebildet ist. D.h. die Nuten sind nicht unterhalb der gesaraten Einzugsöffnung, bezogen auf die ZyIinderlängsachse, vorgesehen.
Unterhalb der Einzugsöffnung beträgt die Länge der Nuten höchstens 50% der Gesamt-Nutlänge, wobei die Länge der Nuten in Richtung der ZyIinderlängsachse betrachtet wird.
Da die Viskosität über die Schneckenlänge in Extrusi- onsrichtung bzw. Förderrichtung abnimmt, entspricht die Gesamt-Lange der Nut, bezogen auf die Zylinderachse, das ein- bis vierfache des Zylinderinnendurchmessers. Bei dieser Länge liegt noch eine hochviskose und über die Nuten führbare Schmelze im Schneckenkanal vor.
Die Nuten sind im Bereich der zweiten Schneckenzone, bezogen auf die Zylinderlängsachse, angeordnet. D.h. der Bereich der Nuten und zweiten Schnecken-Zone mit der geringen Gangtiefe sind korrespondierend zueinander angeordnet, wobei die Nuten als rechteckige Axial-Nuten mit einer in Förderrichtung abnehmenden Nuttiefe in die Einlauf-Buchse eingearbeitet sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Schnecken-Extruder zur Verarbeitung von Polymeren, der einen Zylinder mit einer darin drehbar gelagerten und über einen Motor rotierbaren Schnecke sowie einen Einzugsbereich mit einer Einzugsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke in einer ersten Schnecken-Zone im Bereich der Fütteröffung eine Gangsteigung aufweist, welche größer als das 1,7 fache des Zylinderinnendurchmessers ist.
2. Schnecken-Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnecken-Zone eine Gangsteigung aufweist, die größer als das 2 fache und kleiner als das 2,8 fache des ZylinderInnendurchmessers ist.
3. Schnecken-Extruder nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke, in Förderrichtung betrachtet, vor der Fütteröffnung eine zweite Schnecken-Zone mit einer Gangtiefe aufweist, die dem 0,08 fachen bis 0,2 fachen des Zylinderinnendurchmesser entspricht .
4. Schnecken-Extruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Schnecken-Zone unterschiedliche Gangsteigungen / oder Gangtiefen aufweisen.
5. Schnecken-Extruder nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke eine, in Förderrichtung betrachtet, vor der zweiten Schnecken-Zone angeordnete dritte Schnecken-Zone aufweist, welche sich von der zweiten Schnecken-Zone in der Gangtiefe und/oder der Gangsteigung unterscheidet.
6. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnecken-Extruder zur Verarbeitung von
Kautschuken ausgebildet ist.
7. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einzugsbereich unterhalb der Einzugsöffnung eine Speisewalze vorgesehen ist und der der Zylinder auf seiner Innenseite im Einzugsbereich Nuten aufweist.
8. Schnecken-Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten in Richtung der Zylinderlängsache lediglich auf einem Teilbereich des Einzugbereichs sowie im Zylinderabschnitt unterhalb der Einzugs- Öffnung höchstens teilweise ausgebildet sind.
9. Schnecken-Extruder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Einzugsöffnung die Nuten eine Länge in Richtung der Zylinderlängsachse aufweisen, welche höchstens 50% der Gesamt-Nutlänge beträgt.
10. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten eine Gesamt-Lange in Richtung der Zylinderlängsachse aufweisen, welche dem ein- bis vierfachen des Zylinderinnendurchmessers entspricht .
11. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nuten im Einzugsbereich als Axial-
Nuten ausgebildet sind.
12. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten konisch verlaufen.
13. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten rechteckig ausgebildet ist.
14. Schnecken-Extruder nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schnecken-Zone und die Nuten im gleichen Bereich bezogen auf die Zylinderlängsachse angeordnet sind.
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