WO2007101740A1 - Extruderschnecke mit verbesserten eigenschaften - Google Patents

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WO2007101740A1
WO2007101740A1 PCT/EP2007/050491 EP2007050491W WO2007101740A1 WO 2007101740 A1 WO2007101740 A1 WO 2007101740A1 EP 2007050491 W EP2007050491 W EP 2007050491W WO 2007101740 A1 WO2007101740 A1 WO 2007101740A1
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pins
channels
extruder screw
extruder
inlet
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PCT/EP2007/050491
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Martin Würtele
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Kraussmaffei Technologies Gmbh
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    • B29C48/507—Screws characterised by the material or their manufacturing process

Definitions

  • the invention relates to an extruder screw with improved properties according to the preamble of claim 1.
  • granules are introduced into an extruder in which a substantially cylindrical shell houses a longitudinally extending screw.
  • Such an extruder screw is shown for example in FIG. 3.
  • Such an extruder screw has a feed zone, a compression zone, a meter ring zone, a shear zone, a mixing zone and a backflow stop.
  • plastic granules are fed into the extruder and drawn in by the screw and already heated, for example, by heating elements arranged on the extruder jacket.
  • the compression zone is carried out by additional pressure application melting of the plastic often supported by a heated extruder jacket.
  • the liquefied plastic granulate is conveyed further forward and then enters a shear zone and a mixing zone.
  • melt homogeneity is the decisive quality feature of a plasticizing unit.
  • the melt homogeneity can be improved and thus good product quality are taken into account.
  • the abundance of existing geometries demonstrates the need for such good shear and mixing.
  • plastics are increasingly colored in the extruder during the plasticization and / or fillers, such as fibers added in the extruder.
  • a central role in such newer methods of plasticization is attributable to the fact that it is precisely such cost-saving approaches requiring very good melt homogeneity with low material loading.
  • the use of shear and mixing elements is unavoidable in this context. For example, it is necessary that, when in the feed zone in addition to the plastic granules and dyes are added, a uniform color without color streaks is achieved until the end of the screw.
  • fibers whether natural fibers or mineral or glass fibers, it is important that the fibers are homogeneously distributed in the plastic in order to ensure uniform material properties.
  • a distribution process or distributive mixing This process is characterized by surface enlargement, shear deformation and transient processes with conventional shear rates present in the screw flight.
  • the second process is the so-called dispersive mixing, in which mutually incompatible substances are mixed together or agglomerates of solids are to be divided or finely distributed.
  • dispersive mixing in which mutually incompatible substances are mixed together or agglomerates of solids are to be divided or finely distributed.
  • the shear stresses and residence times are significantly higher compared to the shear rates acting in the screw flight.
  • the shear elements are preferably mounted in front of the mixing elements. Since a compromise has to be made between the production costs and the effectiveness of the various shearing and mixing elements, only a small number of elements have become established in the plastics processing market. Exemplary of this are the Maddock shearing member (FIG. 4) and the helical shearing member (FIG. 5) as well as the toothed disc mixing member (FIG. 6) and the diamond mixing member (FIG. 7).
  • the Maddock shear (disclosed, for example, in US 3,486,192) and the helical shear (also disclosed in US 3,411,179) are dispersive elements. These elements have inlet channels which are arranged longitudinal to the longitudinal axis of the screw or angled to the longitudinal axis of the screw and in which material is conveyed through a channel open towards the metering ring zone. The input channels are closed at the end, wherein adjacent to each input channel (paired arrangement), an output channel is arranged, which is closed to the meter ring zone and is open to a mixing zone or backflow block.
  • the helical shearing part differs here from the Maddock shearing part in that the spiral Shear with a pitch gradient is occupied in such a way that the helical shearing is in contrast to the Maddock shaving effect and in addition by the Schraganix a larger effective shear bar length is present.
  • the distributive mixing is carried out, for example, by mixing elements such as the toothed disk mixing element or diamond mixing element. Both mixing elements have several rows of teeth or rhombuses with a plurality of teeth or rhombuses, which are arranged distributed radially on a cylindrical screw part. By the teeth or diamonds that move with the rotation of the screw transverse to the Forderides, the plastic melt stream is split several times and merged between the tooth or diamond rows again. This results in a very good mixing effect by overlaying different melt layers.
  • mixing elements such as the toothed disk mixing element or diamond mixing element. Both mixing elements have several rows of teeth or rhombuses with a plurality of teeth or rhombuses, which are arranged distributed radially on a cylindrical screw part.
  • the object of the invention is to form an extruder screw with shear and mixing device such that both a disperse and a distributive mixture with a short design, high efficiency and low production costs is possible.
  • An extruder screw with a mixing and shearing device has one or more inlet and outlet channels in the manner of a Maddock or spiral shearing part, wherein barrier webs are present and shear webs are present, which have the same or greater gap than the barrier webs.
  • the melt In order to drive melt from the inlet channel into the outlet channel, the melt must overcome the shear bar.
  • in the inlet channel one or more, at an arbitrary angle OC to the channel direction or offset from each other, following pins or pin packages consisting of pins of the same or different diameters.
  • the overflow over the shear bar ensures a disperse mixing, the pins provide a distributive mixing.
  • a short structural length can be achieved by the combined distributive and disperse mixing.
  • the mass which has been swirled by the pins is guided in a swirling manner over the shear webs, which is surprisingly too has an effect that is above the effect of the individual components.
  • Figure 1 a mixing device according to the invention in a so-called developed view, wherein inlet and outlet channels extend obliquely to the screw longitudinal axis;
  • Figure 2 a mixing device according to the invention, in which the inlet and outlet channels are parallel to the longitudinal axis of the screw;
  • Figure 3 an extruder screw according to the prior art
  • FIG. 4 a Maddock shaver according to the prior art
  • FIG. 5 shows a prior art helical shaver
  • FIG. 6 a toothed disk mixing part according to the prior art
  • Figure 7 a diamond mixing part according to the prior art.
  • An inventive extruder screw 1 (shown in FIGS. 1 and 2 only in the area of the mixing and shearing part) extends along a longitudinal axis 2 of the screw and is rotatably mounted about the longitudinal axis 2 in an extruder housing (not shown).
  • the extruder screw 1 has, adjacent to a backflow lock or an outlet-side screw head (not shown), the mixing and shearing device 3 designed according to the invention.
  • the mixing and shearing device 3 consists of a contour pointing radially outward on the screw core 4.
  • the contour can be formed by welding or chipping from the screw material.
  • the contour consists of inlet channels 5 and outlet channels 6.
  • the inlet channels 5 and the outlet channels 6 run parallel to one another and are separated by the inlet channels 5 and outlet channels 6 laterally delimiting barrier ribs 8 and shear ribs 9.
  • the inlet channels 5 are formed open against the Forderides of Guts in the extruder 7.
  • the outlet channels 6 are open to the opening of the inlet channel 5 opposite in Forderlatin in the extruder 7.
  • the inlet and outlet ducts 5, 6 are bounded by the barrier webs 8 and shear webs 9, the barrier webs 8 between the openings adjacent inlet channels 5 each form a transverse to the longitudinal axis 2 extending end wall 10 and form two openings of the outlet channels 6, second end walls 11 ,
  • the first end wall 10 and the second end wall 11 are connected by the longitudinal locking web 8, wherein the first end wall 10 and the second End wall 11 of the longitudinally extending locking web 8 have a longitudinal axis 2 different or opposite orientation, so that an approximately s-shaped course is achieved.
  • the barrier ribs 8 have approximately a height or the screw core 4 with the barrier ribs 8 has a diameter which corresponds approximately to the inner diameter of an extruder housing, so that the plasticized plastic mass does not flow over the barrier ribs.
  • the two end walls 10, 11 may have a greater gap - analogous to the shear bar - have.
  • the shear webs 9 have a height or the core 4 of the screw 1 together with the shear web 9 has a diameter which is smaller than the inner diameter of the Extrudergehauses , so that at least the same, but preferably a larger gap between the web top and Extruderinnenwandung is achieved so that melt that enters the inlet channel flows through the Forder horr the screw and the movement of the screw, the shear webs 9.
  • the overflow via the shear bar ensures the disperse mixing.
  • the inlet channels 5 and the parallel outlet channels 6 extend helically or angularly to the conveyor direction 7 or to the longitudinal axis 2 of the screw ,
  • the channels 5, 6 run parallel to the longitudinal extension of the worm or to the longitudinal axis 2.
  • 6 pins 12 are present in the inlet channels 5 and / or outlet channels.
  • the pins 12 may, for example, be arranged to extend along the longitudinal extension of an inlet channel 5 from the opening of the inlet channel to its opposite end closed by the second end wall 11 (FIG. 1). They extend radially outward.
  • pins 12 of different diameters are used over the length of the channel in order to improve the mixing effect.
  • pins 12 may be provided with a large diameter at the inlet of the inlet channel 5 and the diameter of the pins 12 to the closed end of the channel further taper.
  • the pins 12 are arranged in pin packages 13, for example, packages 13 each of three pins 12, which are arranged side by side relative to the longitudinal axis 2 of the screw.
  • the pin packages 13 can be arranged offset to one another, so that an improved distribution of the material flowing through (arrow 14 in FIG. 2) is achieved.
  • pins 12 and pin packages 13 increase the flow resistance in the channel, the pin diameter or the clear space between the shear web 9, barrier web 8 and pin 12 or between the can to adjust the flow rate and to achieve a gleich45igen mass flow over the length of the shear webs 9
  • Pins 12 are adapted to pin packages 13 so that the flow resistance through the pins 12 and pin packages 13 decreases or increases towards the closed end of the inlet channel 5, as desired.
  • the pins 12 are arranged successively, with the row of pins 15 thus formed extending at an angle OC relative to the parallel locking and shear webs 8, 9.
  • the angle OC can be such that the row of pins 15 is arranged at the inlet of the inlet channel 5 closer to the sealing land 8 and is arranged closer to the shear web 9 at the opposite closed end of the inlet channel or vice versa. Even with such a row of pins 15, the diameter of the pins can vary.
  • the pins 12 may have a round, triangular, quadrangular, polygonal or columnar cross-section with cannulated walls.
  • the pin packs 13 may be angled with respect to the longitudinal extent of the screw or the screw longitudinal axis 2.
  • pins 12, pin packages 13 or rows of pins 15 can also be repeated in the outlet channels or also be present exclusively in the outlet channels 6, if desired.
  • the closed ends of the inlet channels 5 and the outlet channels 6 may also be rounded, in particular if the inlet channels 5 and the outlet channels 6 are milled out of the full material.
  • the inlet channels 5 and the outlet channels 6 may also have a different internal geometry than a polygonal or U-shaped form. It is essential for the invention that shear webs 9 are present and that the channels are open at one end and at the other end. de are closed. In a further advantageous embodiment, first barrier webs 8 are present.
  • the channels can have a constant width and depth along their length. But they can also be narrower or wider, or shallower or deeper.
  • inlet channels 5 and outlet channels 6 with barrier ribs 8 and shear bars 9 and arranged in the inlet channels 5 and / or outlet channels 6 pins 12 a distributive and disperse mixing effect is achieved, which is above the mixing effect of devices where the disperse mixing and the distributive mixing are performed by different sequential regions.
  • the screw builds shorter or the plasticizing unit can be correspondingly longer.
  • an extruder screw provided with the mixing and shearing element according to the invention is considerably cheaper to produce.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extruderschnecke zum Plastifizieren von Kunststoffen beim Spritzpressen oder Spritzgießen von Kunststoffen mit einer Misch- und Schereinrichtung zum Mischen und Scheren von plastifiziertem Kunststoff, wobei die Misch- und Schereinrichtung (3) aus einer auf dem Schneckenkern (4) radial nach außen weisenden Kontur ausgebildet ist, wobei die Kontur aus Einlaufkanälen (5) und Auslaufkanälen (6) besteht, welche parallel zueinander verlaufen, wobei die Einlaufkanäle (5) entgegen der Förderrichtung des Gutes geöffnet ausgebildet sind und die Auslaufkanäle (6) in Förderrichtung geöffnet ausgebildet sind sowie die Ein- und Auslaufkanäle (5, 6) radial nach außen geöffnet sind, wobei in den Einlaufkanälen (5) und/oder Auslaufkanälen (6) vom Schneckenkern (4) radial vorstehende Stifte vorhanden sind.

Description

Extruderschnecke mit verbesserten Eigenschaften
Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke mit verbesserten Eigenschaften nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Beim Spritzpressen oder Spritzgießen von Kunststoffen wird ein Granulat in einen Extruder eingeführt, bei dem ein im Wesentlichen zylindrischer Mantel eine sich längs erstreckende Schnecke beherbergt. Eine solche Extruderschnecke ist beispielsweise in Fig. 3 gezeigt. Eine solche Extruderschnecke besitzt eine Einzugszone, eine Kompressionszone, eine Meterringzone, eine Scherzone, eine Mischzone und eine Rückstromsperre. Im Bereich der Einzugszone wird Kunststoffgranulat in den Extruder aufgegeben und von der Schnecke eingezogen und beispielsweise durch am Extrudermantel angeordnete Heizelemente bereits erwärmt. In der Kompressionszone erfolgt durch zusätzliche Druckaufbringung ein Aufschmelzen des Kunststoffes häufig auch durch einen beheizten Extrudermantel unterstützt. Im Bereich der Meterringzone wird das verflüssigte Kunststoffgranulat weiter nach vorne gefördert und gelangt anschließend in eine Scherzone und eine Mischzone.
Bei dieser sogenannten Einschneckenplastifizierung, bei der die Erzeugung des flüssigen Kunststoffes mit einer einzelnen im Extrudermantel sich befindenden drehenden Schnecke erzielt wird, wird der anfänglich als Schüttgut vorhandene Kunststoff aufgeschmolzen, gegebenenfalls mit gewissen Zusatzstoffen vermischt und gegen einen vorliegenden Druck gefördert und thermisch sowie mechanisch homogenisiert. Neben einem hohen Durch- satz bei geringem Energiebedarf ist die Schmelzehomogenität das entscheidende Qualitätsmerkmal einer Plastifiziereinheit . Durch Scher- und Mischelemente kann die Schmelzehomogenität verbessert werden und somit einer guten Produktqualität Rechnung getragen werden. Die Fülle an bestehenden Geometrien zeigt hierbei die Notwendigkeit für eine solche gute Scherung und Mischung.
Um die Kosten bei Spritzguss- oder Spritzpressverfahren weiter zu verringern werden Kunststoffe immer häufiger während der Plastifizierung im Extruder eingefärbt und/oder Füllstoffe, wie beispielsweise Fasern im Extruder zugegeben. Eine zentrale Rolle fällt bei derartigen neueren Verfahren der Plastifizie- rung zu, da gerade derartige Ansätze zur Einsparung von Kosten eine sehr gute Schmelzehomogenität bei geringer Materialbelastung erfordern. Der Einsatz von Scher- und Mischelementen ist in diesem Zusammenhang unumgänglich. Beispielsweise ist es notwendig, dass, wenn in der Einzugszone neben dem Kunststoffgranulat auch Farbstoffe zugegeben werden, ein einheitlicher Farbton ohne Farbschlieren bis zum Ende der Schnecke erzielt wird.
Bei dem Zusatz von Fasern gleich, ob es sich hierbei um Naturfasern oder Mineral- bzw. Glasfasern handelt, ist es wichtig, dass die Fasern homogen im Kunststoff verteilt sind, um einheitliche Materialeigenschaften sicher zu stellen.
Hierbei muss bezüglich des Mischens zwischen zwei Prozessen unterschieden werden. Sollen untereinander verträgliche Stoffe gemischt werden, so spricht man von einem Verteilprozess oder auch dem distributiven Mischen. Gekennzeichnet ist dieser Pro- zess durch Oberflächenvergrößerung, Scherdeformation und UmIa- gerungsvorgänge bei üblichen, im Schneckengang vorliegenden Schergeschwindigkeiten. Der zweite Prozess ist das sogenannte dispersive Mischen, bei dem untereinander nicht verträgliche Stoffe miteinander gemischt werden oder Agglomerate von Feststoffen zerteilt bzw. fein verteilt werden sollen. Hierfür sind maßgeblich die Schubspannungen und Verweilzeiten bei deutlich höheren gegenüber den im Schneckengang wirkenden Schergeschwindigkeiten .
Im Stand der Technik werden Mischschnecken mit Scher- und Mischelementen ausgestattet, wobei die Scherelemente vorzugsweise vor den Mischelementen angebracht werden. Da bei den verschiedenen Scher- und Mischelementen ein Kompromiss zwischen Fertigungsaufwand und Effektivität eingegangen werden muss, hat sich auf dem Kunststoffverarbeitungsmarkt nur eine kleine Anzahl von Elementen etabliert. Beispielhaft hierfür sind das Maddock-Scherteil (Fig. 4) und das Wendel-Scherteil (Fig. 5) sowie das Zahnscheiben-Mischteil (Fig. 6) und das Rauten-Mischteil (Fig. 7) .
Das Maddock-Scherteil (beispielsweise offenbart in der US 3486192) und das Wendel-Scherteil (auch offenbart in der US 3411179) sind dispers mischende Elemente. Dieses Elemente verfügen über Einlaufkanäle, die längs zur Schneckenlängsachse oder gewinkelt zur Schneckenlängsachse angeordnet sind und bei denen durch einen zur Meterringzone hin offenen Kanal Material eingefördert wird. Die Eingangskanäle sind am Ende geschlossen, wobei neben jedem Eingangskanal (paarweise Anordnung) ein Ausgangskanal angeordnet ist, der zur Meterringzone hin geschlossen ist und zu einer Mischzone oder Rückstromsperre hin geöffnet ist. Damit der Kunststoff durch den Förderdruck der Schnecke nach vorne gelangen kann, muss er zwischen den Ein- und Auslaufkanälen einen Barrieresteg überwinden, der die Kanäle voneinander trennt. Hierdurch findet eine starke Scherung und Mischung statt. Das Wendel-Scherteil unterscheidet sich hierbei vom Maddock-Scherteil dadurch, dass das Wendel- Scherteil mit einem Gangsteigungswinkel derart belegt ist, dass das Wendel-Scherteil im Gegensatz zum Maddock-Scherteil forderwirksam ist und zudem durch die Schraganordnung eine größere wirksame Schersteglange vorhanden ist.
Das distributive Mischen wird beispielsweise durch Mischelemente wie das Zahnscheiben-Mischelement oder Rauten- Mischelement durchgeführt. Beide Mischelemente verfugen über mehrere Zahn- oder Rautenreihen mit mehreren Zahnen bzw. Rauten, die auf einem zylindrischen Schneckenteil radial verteilt angeordnet sind. Durch die Zahne bzw. Rauten, die sich mit der Umdrehung der Schnecke quer zur Forderrichtung bewegen, wird der Kunststoffschmelzestrom mehrfach aufgeteilt und zwischen den Zahn- bzw. Rautenreihen wieder zusammengeführt. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Mischwirkung durch eine Überlagerung verschiedener Schmelzeschichten.
Aus der DE 3132429 ist auch ein sogenannter Stiftmischer bekannt, wie sie auch heute noch vielfach eingesetzt werden. Die Stifte können dabei in unterschiedlichster Weise angeordnet sein und übernehmen wie bei den Zahn- und Rauten- Mischelementen die Aufgabe der Aufteilung des Schmelzestromes in mehrere Teilstrome.
Beim beschriebenen Stand der Technik ist von Nachteil, dass für eine ausreichende thermische und mechanische Schmelzehomo- genitat - gerade bei dünnwandigen Anwendungen bzw. Bauteilen - es prozesstechnisch erforderlich ist, am Ende der Schnecke sowohl ein dispers als auch ein distributiv wirkendes Mischelement vorzusehen. Insbesondere bei der Direkteinfarbung und der Zugabe von Füllstoffen wie Naturfasern ist dies zum Erzielen einer ausreichenden Homogenitat zwingend erforderlich. Nur durch das hintereinander geschaltete Vorsehen beider Mischprozesse ist eine einwandfreie Produktqualitat gewahrleistet. Ei- ne solche Anordnung eines dispers und eines distributiv wirkenden Mischelements am Ende der Schnecke, wie dies beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, bewirkt allerdings eine Reduzierung der für den Aufschmelzprozess zur Verfugung stehenden Schneckenlange. Dieses steht wiederum im Widerspruch zu einer einwandfreien Schmelzequalitat . Darüber hinaus ist der Fertigungsaufwand für ein dispers und ein distributiv wirkendes Mischelement enorm.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Extruderschnecke mit Scher- und Mischeinrichtung derart auszubilden, dass sowohl eine disperse als auch eine distributive Mischung bei kurzer Bauweise, hoher Effektivität und gunstigen Herstellkosten möglich ist.
Die Aufgabe wird mit einer Extruderschnecke mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelost.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteranspruchen gekennzeichnet .
Eine Extruderschnecke mit einer erfindungsgemaßen Misch- und Schereinrichtung weist ein oder mehrere Einlauf- und Auslauf- kanale nach Art eines Maddock- oder Wendel-Scherteils auf, wobei Sperrstege vorhanden sind und Scherstege vorhanden sind, die ein gleiches oder größeres Spaltmaß wie die Sperrstege besitzen. Um Schmelze von dem Einlaufkanal in den Auslaufkanal zu fuhren, muss die Schmelze den Schersteg überwinden. Dabei sind in dem Einlaufkanal ein oder mehrere, unter einem beliebigen Winkel OC zur Kanalrichtung oder versetzt zueinander, folgende Stifte oder Stiftpakete bestehend aus Stiften gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers angeordnet. Das Überströmen über den Schersteg sorgt für ein disperses Mischen, die Stifte sorgen für ein distributives Mischen. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch das kombinierte distributive und disperse Mischen eine kurze Baulänge erreichbar ist. Darüber hinaus ist von Vorteil, dass durch die örtlich konzentrierte Belastung des Materials sowohl auf Scherung als auch in mischender bzw. verwirbelnder Art durch die Stifte die Masse, die durch die Stifte verwirbelt wurde, verwirbelt über die Scherstege geführt wird, was in überraschender Weise zu einer Wirkung geführt hat, die über der Wirkung der einzelnen Komponenten liegt.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
Figur 1: eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung in einer sogenannten abgewickelten Darstellung, wobei Ein- und Auslaufkanäle schräg zur Schneckenlängsachse verlaufen;
Figur 2: eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung, bei dem die Ein- und Auslaufkanäle parallel zur Längsachse der Schnecke verlaufen;
Figur 3: eine Extruderschnecke nach dem Stand der Technik;
Figur 4: ein Maddock-Scherteil nach dem Stand der Technik;
Figur 5: ein Wendel-Scherteil nach dem Stand der Technik;
Figur 6: ein Zahnscheiben-Mischteil nach dem Stand der Technik;
Figur 7: ein Rauten-Mischteil nach dem Stand der Technik. Eine erfindungsgemaße Extruderschnecke 1 (in Fig. 1 und 2 nur im Bereich des Misch- und Scherteils gezeigt) erstreckt sich entlang einer Schneckenlangsachse 2 und ist in einem Extruder- gehause (nicht gezeigt) um die Langsachse 2 drehbar gelagert.
Die Extruderschnecke 1 besitzt benachbart zu einer Ruckstromsperre bzw. einem auslassseitigen Schneckenkopf (nicht gezeigt) die erfindungsgemaß ausgebildete Misch- und Schereinrichtung 3. Die Misch- und Schereinrichtung 3 besteht aus einer auf dem Schneckenkern 4 befindlichen radial nach außen weisenden Kontur.
Die Kontur kann durch Aufschweißen oder Ausfrasen aus dem Schneckenmaterial ausgebildet sein.
Die Kontur besteht aus Einlaufkanalen 5 und Auslaufkanalen 6. Die Einlaufkanale 5 und die Auslaufkanale 6 verlaufen parallel zueinander und sind durch die Einlaufkanale 5 und Auslaufkana- Ie 6 seitlich begrenzende Sperrstege 8 und Scherstege 9 getrennt .
Die Einlaufkanale 5 sind entgegen der Forderrichtung des Guts im Extruder 7 geöffnet ausgebildet. Die Auslaufkanale 6 sind der Öffnung der Einlaufkanale 5 gegenüberliegend in Forderrichtung im Extruder 7 geöffnet.
Die Ein- und Auslaufkanale 5, 6 werden von den Sperrstegen 8 und Scherstegen 9 begrenzt, wobei die Sperrstege 8 zwischen den Offnungen benachbarte Einlaufkanale 5 jeweils eine quer zur Langsachse 2 verlaufende Stirnwandung 10 ausbilden und zwischen zwei Offnungen der Auslaufkanale 6, zweite Stirnwandungen 11 ausbilden. Die erste Stirnwandung 10 und die zweite Stirnwandung 11 werden durch den längs verlaufenden Sperrsteg 8 verbunden, wobei die erste Stirnwandung 10 und die zweite Stirnwandung 11 bezuglich des längs verlaufenden Sperrsteges 8 eine zur Langsachse 2 unterschiedliche bzw. gegenüberliegende Orientierung besitzen, so dass ein etwa s-formiger Verlauf erreicht wird.
Die Sperrstege 8 haben in etwa eine Hohe bzw. der Schneckenkern 4 mit den Sperrstegen 8 einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser eines Extrudergehauses in etwa entspricht, so dass die plastifizierte Kunststoffmasse nicht über die Sperrstege strömt. Auch die beiden Stirnwandungen 10, 11 können ein größeres Spaltmaß - analog dem Schersteg - aufweisen.
Von den ersten Stirnwandungen 10 zu den zweiten Stirnwandungen 11 verlauft parallel zum Sperrsteg 8 je ein Schersteg 9. Die Scherstege 9 besitzen eine Hohe bzw. der Kern 4 der Schnecke 1 zusammen mit dem Schersteg 9 einen Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Extrudergehauses, so dass zumindest das gleiche, vorzugsweise aber ein größeres Spaltmaß zwischen Stegoberseite und Extruderinnenwandung erreicht wird, so dass Schmelze, die in den Einlaufkanal gelangt, durch den Forderdruck der Schnecke und die Bewegung der Schnecke die Scherstege 9 überströmt. Das Überströmen über den Schersteg sorgt für das disperse Mischen.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform (Fig. 1) verlaufen die Ein- laufkanale 5 und die parallel verlaufenden Auslaufkanale 6 he- lixartig geneigt bzw. gewinkelt zur Forderrichtung 7 bzw. zur Schneckenlangsachse 2. Durch diesen Gangsteigungswinkel wird die wirksame Schersteglange vergrößert und eine gewisse Forderwirksamkeit erreicht.
Bei einer zweiten Ausfuhrungsform (Fig. 2) verlaufen die Kanale 5, 6 parallel zur Langserstreckung der Schnecke bzw. zur Langsachse 2. Erfindungsgemaß sind in den Einlaufkanalen 5 und/oder Auslauf- kanalen 6 Stifte 12 vorhanden.
Die Stifte 12 können beispielsweise der Langserstreckung eines Einlaufkanals 5 folgend von der Öffnung des Einlaufkanals bis zu seinem gegenüberliegenden von der zweiten Stirnwandung 11 verschlossenen Ende verlaufend angeordnet sein (Fig. 1). Sie erstrecken sich radial nach außen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform werden über die Lange des Kanals Stifte 12 unterschiedlichen Durchmessers eingesetzt, um die Mischwirkung zu verbessern. Hierbei können beispielsweise Stifte 12 mit einem großen Durchmesser am Eingang des Einlaufkanals 5 vorgesehen sein und sich der Durchmesser der Stifte 12 zum geschlossenen Kanalende hin weiter verjungen .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform (Fig. 2) sind die Stifte 12 in Stiftpaketen 13 angeordnet, beispielsweise Pakete 13 zu je drei Stiften 12, die bezogen auf die Langsachse 2 der Schnecke nebeneinander angeordnet sind. Um die Mischwirkung zu verbessern können die Stiftpakete 13 versetzt zueinander angeordnet sein, so dass eine verbesserte Aufteilung des durchströmenden Gutes (Pfeil 14 in Fig. 2) erreicht wird. Da die Stifte 12 bzw. Stiftpakete 13 den Stromungswiderstand im Kanal erhohen, kann zur Anpassung der Stromungsgeschwindigkeit und zum Erzielen eines gleichmaßigen Massenstroms über die Lange der Scherstege 9 der Stiftdurchmesser bzw. der lichte Raum zwischen Schersteg 9, Sperrsteg 8 und Stift 12 oder zwischen den Stiften 12 bei Stiftpaketen 13 so angepasst sein, dass der Stromungswiderstand durch die Stifte 12 bzw. Stiftpakete 13 zum geschlossenen Ende des Einlaufkanals 5 hin abnimmt oder zunimmt, je nach Wunsch. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Fig. 2) sind die Stifte 12 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei die derart gebildete Stiftreihe 15 bezogen auf die parallel verlaufenden Sperr- und Scherstege 8, 9 unter einem Winkel OC verläuft. Der Winkel OC kann dabei derart sein, dass die Stiftreihe 15 am Eingang des Einlaufkanals 5 dichter am Sperrsteg 8 angeordnet ist und am gegenüberliegenden geschlossenen Ende des Einlaufkanals 5 näher am Schersteg 9 angeordnet ist oder umgekehrt. Auch bei einer derartigen Stiftreihe 15 kann der Durchmesser der Stifte variieren.
Generell können die Stifte 12 einen runden, dreieckigen, viereckigen, vieleckigen oder säulenartigen Querschnitt mit kanel- lierten Wandungen besitzen.
Die Stiftpakete 13 können bezüglich der Längserstreckung der Schnecke bzw. der Schneckenlängsachse 2 gewinkelt angeordnet sein .
Die beschriebenen Anordnungen der Stifte 12, Stiftpakete 13 oder Stiftreihen 15 können auch in den Auslaufkanälen wiederholt werden oder auch ausschließlich in den Auslaufkanälen 6 vorhanden sein, wenn dies gewünscht ist.
Anstelle einer geraden Ausbildung der ersten und zweiten Stirnwandungen 10, 11 können die geschlossenen Enden der Einlaufkanäle 5 und der Auslaufkanäle 6 auch rundlich ausgebildet sein, insbesondere wenn die Einlaufkanäle 5 und die Auslaufkanäle 6 aus dem vollen Material ausgefräst sind. Die Einlaufkanäle 5 und die Auslaufkanäle 6 können auch eine andere Innengeometrie als eine eckige oder u-förmige Form haben. Für die Erfindung wesentlich ist, dass Scherstege 9 vorhanden sind und die Kanäle jeweils an einem Ende offen sind und am anderen En- de geschlossen sind. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind zunächst Sperrstege 8 vorhanden.
Die Kanäle können über deren Länge eine konstante Breite und Tiefe haben. Sie können aber auch schmaler oder breiter werden, oder flacher oder tiefer.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass mit der Kombination von Einlaufkanälen 5 und Auslaufkanälen 6 mit Sperrstegen 8 und Scherstegen 9 und in den Einlaufkanälen 5 und/oder Auslaufkanälen 6 angeordneten Stiften 12 eine distributive und disperse Mischwirkung erreicht wird, die über der Mischwirkung von Vorrichtungen liegt, bei denen das disperse Mischen und das distributive Mischen durch unterschiedliche aufeinanderfolgende Bereiche durchgeführt wird.
Darüber hinaus ist von Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung die Schnecke kürzer baut bzw. die Plastifizie- reinheit entsprechend länger sein kann. Darüber hinaus ist eine mit dem erfindungsgemäßen Misch- und Scherelement versehene Extruderschnecke erheblich günstiger in der Herstellung.
Bezugszeichenliste :
1 ExtruderSchnecke
2 Schneckenlängsachse
3 Misch- und Schereinrichtung
4 Schneckenkern
5 Einlaufkanäle
6 Auslaufkanäle
7 Förderrichtung im Extruder
8 Sperrstege
9 Scherstege
10 erste Stirnwandung
11 zweite Stirnwandung
12 Stifte
13 Stiftpakete
14 Pfeil
15 Stiftreihe

Claims

Patentansprüche
1. Extruderschnecke zum Plastifizieren von Kunststoffen beim Spritzpressen oder Spritzgießen von Kunststoffen mit einer Misch- und Schereinrichtung zum Mischen und Scheren von plastifiziertem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Schereinrichtung (3) aus einer auf dem Schneckenkern (4) radial nach außen weisenden Kontur ausgebildet ist, wobei die Kontur aus Einlaufkanalen (5) und Auslaufkanalen (6) besteht, welche parallel zueinander verlaufen, wobei die Einlaufkanale (5) entgegen der Forderrichtung des Gutes geöffnet ausgebildet sind und die Auslaufkanale (6) in Forderrichtung geöffnet ausgebildet sind sowie die Ein- und Auslaufkanale (5, 6) radial nach außen geöffnet sind, wobei in den Einlaufkanalen (5) und/oder Auslaufkanalen (6) vom Schneckenkern (4) radial vorstehende Stifte vorhanden sind.
2. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufkanale (5) und die Auslaufkanale (6) von je einem Sperrsteg (8) und einem Schersteg (9) oder zweier Scherstegen (9) begrenzt werden, wobei die Sperrstege (8) derart verlaufend angeordnet sind, dass die Einlaufkanale
(5) und die Auslaufkanale (6) jeweils ihrer Öffnung gegenüberliegend verschlossen sind und die Kanale (5, 6) entlang einer Längsseite von einem gemeinsamen Sperrsteg (8) und entlang der anderen Längsseite von einem gemeinsamen Schersteg (9) begrenzt werden.
3. Extruderschnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrstege (8) in etwa eine Hohe bzw. der Schneckenkern mit den Sperrstegen (8) einen Durchmesser besitzt, der dem Innendurchmesser eines Extrudergehau- ses in etwa entspricht, um das Überströmen von Material von einem Einlaufkanal (5) in den Auslaufkanal (6) über den Sperrsteg (8) klein zu halten.
4. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherstege (9) bezuglich der Sperrstege (8) mit dem Extrudergehause ein gleiches oder größeres Spaltmaß besitzen.
5. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufkanale (5) und die parallel verlaufenden Auslaufkanale (6) aufeinanderfolgend alternierend und helixartig geneigt bzw. gewinkelt zur Forderrichtung (7) bzw. zur Schneckenlangsachse (2) an der Extruderschnecke (4) bzw. auf dem Schneckenkern (4) mit einem Gangsteigungswinkel angeordnet sind.
6. Extruderschnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanale (5, 6) parallel zur Langserstreckung der Schnecke (1) bzw. zur Langsachse (2) der Schnecke (1) alternierend aufeinander folgend angeordnet sind.
7. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (12) der Langserstreckung eines Einlaufkanals (5) oder Auslaufkanals (6) folgend von der Öffnung des Kanals (5, 6) bis zu seinem gegenüberliegenden verschlossenen Ende verlaufend angeordnet sind.
8. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (12) unterschiedliche Durchmesser oder unterschiedliche Querschnitte besitzen .
9. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (12) einen dreieckigen, viereckigen, quadratischen, mehreckigen oder säulenartig kanellierten Querschnitt besitzen.
10. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (12) in Stiftpaketen (13) angeordnet sind, wobei die Stiftpakete (13) bezogen auf die Längsachse (2) der Schnecke (1) nebeneinander angeordnet sind.
11. Extruderschnecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftpakete (13) versetzt zueinander angeordnet sind.
12. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit und zum Erzielen eines gleichmäßigen Massestroms über die Länge der Scherstege (9) der Durchmesser der Stifte (12) oder der lichte Raum zwischen Schersteg
(9), Sperrsteg (8) und Stiften (12) oder zwischen den Stiften (12) bei Stiftpaketen (13) so angepasst ist, dass der Strömungswiderstand durch die Stifte (12) bzw. Stiftpakete (13) zum geschlossenen Ende des Einlaufkanals (5) oder Auslaufkanals (6) hin abnimmt oder zunimmt, je nach Wunsch.
13. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (12) aufeinander- folgend angeordnet sind, wobei die derart gebildeten Stiftreihen (15) bezogen auf die parallel verlaufenden Sperr- und Scherstege (8, 9) unter einem Winkel OC verlaufen .
14. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftreihe (15) am Eingang des Kanals (5) dichter am Sperrsteg (8) angeordnet ist und am gegenüberliegenden geschlossenen Ende des Kanals (5) näher am Schersteg (9) angeordnet ist oder umgekehrt.
15. Extruderschnecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stiftpakete (13) aus nebeneinander angeordneten Stiften (12) bezüglich der Längserstreckung der Schnecke (1) bzw. der Schneckenlängsachse
(2) gewinkelt bzw. geneigt angeordnet sind.
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