WO2008119559A2 - Multi-shaft extruder device and method for operating said device - Google Patents

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WO2008119559A2
WO2008119559A2 PCT/EP2008/002629 EP2008002629W WO2008119559A2 WO 2008119559 A2 WO2008119559 A2 WO 2008119559A2 EP 2008002629 W EP2008002629 W EP 2008002629W WO 2008119559 A2 WO2008119559 A2 WO 2008119559A2
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conveying
zone
extruder device
fiber
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Josef Blach
Markus Blach
Michael Blach
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Blach Verwaltungs Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Multi-shaft extruder apparatus and method of operating the same
  • the invention is based on a multi-screw extruder device according to the preamble of claim 1.
  • the invention is further based on a method for operating a multi-shaft extruder device according to the preamble of claim 28.
  • an extruder device with a fiber strand feed in which at one point of a housing, a fiber strand is fed via an insertion channel, wherein the fiber strand is preimpregnated in a impregnation before being fed into a mixing zone.
  • the invention is in particular the object of providing a multi-shaft extruder device, which allows a homogeneous coating result. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further Embodiments result from the dependent claims and claims.
  • the invention is based on a multi-shaft extruder device with at least two conveying elements which are arranged in meshing and can be operated in the same direction of rotation, with an additive supply unit for supplying an additive and with a fiber strand feed unit, by means of which at least one fiber strand is added to a viscous one Workspace is done.
  • the fiber strand feed unit has at least one fiber strand feed opening which opens into a process space, wherein a feed zone is provided in the process space which is intended to be filled with a fiber strand additive mixture in at least one operating mode between 30% and 80% and with at least one first compression zone arranged downstream of the fiber strand addition opening, which is intended to reduce an entrained gas volume by at least a quarter of its volume.
  • a feed zone is provided in the process space which is intended to be filled with a fiber strand additive mixture in at least one operating mode between 30% and 80% and with at least one first compression zone arranged downstream of the fiber strand addition opening, which is intended to reduce an entrained gas volume by at least a quarter of its volume.
  • Extruder device with two and / or more conveyor elements are understood. Under a conveyor element is to be understood in particular an element with a compression and / or relaxation function with conveying task.
  • a Combing arrangement describes an arrangement of conveying elements which engage with their screw flights such as a toothing. In this case, a distance between a screw crest of a conveying element and a screw base of a further conveying element is greater and / or equal to 4 mm.
  • the conveying elements are arranged tightly combing, wherein a backlash of the screws is performed with ⁇ 10% of the distance.
  • a fiber strand represents either a single fiber, such as a short glass fiber, a ring or an endless fiber strand and / or another fiber strand which appears expedient to the person skilled in the art.
  • An additive here is either a thermosetting or thermoplastic plastic, a resin and / or another, considered appropriate to the expert additive.
  • a viscous work area describes an area in which the additive is or has become viscous. This viscous component preferably constitutes a molten plastic and / or another component which has been prepared as required, such as a liquid.
  • a conveying zone is a region which has a maximum length of 6 times the length of a conveying element outer diameter and in which Components, such as fiber strands and / or an additive to be transported or promoted in a preferred direction, axially of the multi-shaft extruder.
  • a process space is to be understood as the space of the multi-shaft extruder device in which the fiber strands and / or an additive are filled and / or mixed. If the fiber strand and the additive are introduced into the process space for a wetting process, a fiber strand additive mixture results.
  • a remaining volume of the process space is filled with a gas volume, which preferably represents air and is introduced mainly by the fiber strand.
  • a compression zone represents a zone which is intended to shift a volume ratio of fiber strand additive mixture to gas volume in favor of the fiber strand additive mixture by pressing off the gas. It is advantageous if the compression zone reduces the gas volume by at least a quarter of its volume, preferably by one half of its volume and particularly advantageously by at least 90% of its volume.
  • a conveying element of the compression zone can be designed with a special geometry of the screw webs, such as a smaller pitch of the screw web. This takes a degree of filling in the
  • Multi-screw extruder over the conveyor zone, which has a direct effect on the wetting of the fibers.
  • a unit is designed such that it is intended to have a volume ratio of fiber strand additive mixture to gas volume of at least 80% to 20%, preferably of at least 60% to 40% and particularly advantageously of at least 50% 50%.
  • the unit may be a metering device that regulates the supply of fiber strand and / or additive and thus inevitably entrainment of the gas.
  • At least one further compression zone is proposed.
  • Conveying elements and compression zone work on the same principle as in the first compression zone.
  • At least one degassing zone is provided.
  • structurally simple additional degassing capability can be achieved by arranging a housing degassing opening in the extruder housing.
  • the degassing can be achieved, for example, by means of the externally acting atmospheric pressure.
  • the degassing zone is arranged after the first compression zone and the further compression zone is arranged after the degassing zone. By this arrangement, even better wetting of the fiber strand can be achieved.
  • the first compression zone, the degasification zone and / or the further compression zone each have a longitudinal extent of not more than three times a winningelementau joint, whereby a sufficiently long distance for degassing or wetting can be provided.
  • the fiber strand addition opening has a longitudinal extent of not more than four times a winningelementau call messr.
  • Particularly advantageous is an embodiment of the fiber strand addition opening with a maximum of twice a delivery element outer diameter. This can
  • a preferred development is that a vacuum source is provided, which serves to build and / or to maintain a vacuum. " By applying a vacuum, wetting can be done efficiently.
  • a homogenization zone in which at least two conveying elements have passage areas, so that a mass transfer between at least two device areas is possible.
  • the conveying elements in the passage area at a distance greater than 4 mm.
  • distance defines, for example, a flight depth which results between a screw comb of one conveying element and a screw root of a further conveying element.
  • the Faserstrangzu Swissiki has at least two arranged on a circumference of an extruder housing fiber strand feeders with Faserstrangzugabeö réelleen to a radial supply of fiber strands in the process space rensraum.
  • the arrangement of the fiber strand feeders can be made particularly space-saving.
  • the fiber strand feeds can be arranged structurally simple around the circumference of the extruder housing, since sufficient space is available.
  • the entire length of the multi-screw extruder can be reduced. In general, however, the arrangement of the fiber strand feeds along an axial extent of the extruder housing would be possible.
  • the feeding of the fiber strands is preferably carried out without pressure.
  • the conveying elements of the first compression zone, the degassing zone and / or the further compression zone are executed in one, two and / or three courses.
  • the geometry of the conveyor elements of the respective zone can be designed specifically and optimally for their function, since the number of conveyor lines is determined by the geometry of the conveyor elements.
  • the conveyor elements are designed in at least one area opposite to at least one other area with a smaller Da / Di in order to achieve an enlarged housing conveyor element gap.
  • Da represents the delivery element outer diameter and / or "Di” the delivery element inner diameter of the delivery elements.
  • the delivery element gap defines the distance between the outer element HARMI, a low installation cost, since the generation of the gap can be designed independently of the housing design.
  • At least one annular gap is provided which has a radial channel height of maximum (Da-Di) / 2.
  • Da-Di radial channel height of maximum
  • a radial distance between a conveying element outer diameter of a conveying element of the conveying zone and an inner wall of an extruder housing be increased compared to at least one other region, whereby an enlarged wetting area for the supplied fiber strands with the additive can be achieved.
  • a "different area” defines in particular the remaining area of the multi-shaft extruder.
  • a preferred development consists in that in at least one extruder housing section of a conveying section a radial distance reduction is provided between at least one conveying element and the extruder housing section.
  • a specific engine torque is at least 20 Nm / cm 3 , preferably at least 40 Nm / cm 3 and more preferably at least 60 Nm / cm 3 .
  • a specific engine torque is to be understood as a torque to be introduced or a minimum power of a motor, which is related to the axial distance (indicated in cm) with the power 3 of two conveying elements.
  • the conveying elements are arranged in a closed pitch circle, whereby a high power density and a balanced load distribution can be achieved.
  • the arrangement structurally simple ensures a higher material throughput and a short residence time compared to a single screw.
  • the arrangement of more than five and particularly advantageous arrangement of 12 conveyor elements which also allow a maximum of four
  • Twin-screw extruder of e.g. four different products, additives, fiber strands and / or fiber strand contents to operate in parallel.
  • the device has an outer and / or an inner process space which is characterized by a ne arrangement of the conveying elements are formed. As a result, structurally simple separate supply and / or separate transport of components are possible.
  • a return element is arranged, which is intended to transport via the additive feed unit supplied additive from the inner process space in the outer process space and vice versa.
  • a return element is to be understood as meaning a delivery element which has an opposite incline with respect to the delivery elements arranged, for example, in the delivery region.
  • the return element is arranged in the axial conveying direction in front of the fiber strand addition opening.
  • the invention is based on a method for operating a multi-shaft extruder device.
  • a conveying zone in a process space of between 30% and 80% be filled with a fiber-strand additive mixture and an entrained gas volume be reduced by at least a quarter of its volume.
  • a volume ratio of fiber additive mixture to gas volume of at least 80% to 20%, preferably from at least 60% to 40%, and more preferably at least 50% to 50%.
  • fiber strands are fed radially into the process space via at least two fiber strand addition openings arranged on a circumference of an extruder housing.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic representation of a portion of the multi-screw extruder according to FIG. 1
  • 4 shows a cross section through a further multi-screw extruder according to the invention with 12 conveying elements
  • FIG. 6 shows a cross section through an alternative multi-screw extruder according to the invention with 4 fiber strand feeds
  • FIG. 7 shows a cross section through a further multi-shaft extruder according to the invention with empty positions
  • FIG. 8 is a schematic representation of a pre-impregnation device
  • FIG. 9 is a schematic representation of a portion of another multi-screw extruder with a conically executed Radialabstandsredu- ornamentation
  • FIG. 10 is a schematic representation of a portion of a further multi-shaft extruder with an endless fiber strand feed
  • FIG. 11 is a detailed view of the Faserstrangzu Glass- unit of Figure 10 in a plan view.
  • FIG. 1 shows a multi-shaft extruder 10a in the design of a double-screw extruder.
  • the twin-screw extruder has an extruder housing 12a, the two conveyor lines 44, 46 each having a plurality of along an axis 18 of the extruder housing 12a successively extending conveyor elements 14a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 218, or 16a, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 220 and / or further conveying elements for melting, mixing, shearing, cutting and / or diverting conveying materials, such as a kneading block 58, 66.
  • the conveying elements 14a, 16a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 218, 220 of the conveyor sections 44, 46 are arranged in pairs, so that, for example, the vertically superimposed Conveying elements 14a and 16a mesh with each other and with a same direction of rotation 60a of an unillustrated motor, which has a reduction and / or branching transmission, with a specific engine torque of at least 20 Nm / cm 3 , preferably 40 Nm / cm 3 and more preferably be operated from 60 Nm / cm 3 (see Figure 2).
  • the conveying elements 14a and 16a are preferably designed to be tightly combing, the distance between a screw comb and a screw base being greater than and / or equal to 4 mm.
  • the conveying paths 44, 46 comprise at least one input area 20a, a wetting area 22a and a discharge and conveying area 24a.
  • An additive feed unit 26a is arranged at the input area 20a, via which an additive 28a, such as a plastic, is supplied to the conveying elements 48, 68 of the input area 20a.
  • the additive 28a is transported by means of the conveying elements 48, 68 of the conveying paths 44, 46 in the direction of an axial conveying direction 74a to conveying elements 62, 64. These serve to build up pressure in the axial conveying direction 74a and ensure a transition into kneading blocks 58, 66, where the additive 28a is melted.
  • the additive 28a is now along The axis 18 transported in an area in which each conveying section 44, 46, a return element 70a, 72 is arranged.
  • the return elements 70a, 72 guide the additive 28a in the axial conveying direction 74a into a process space 76 of a conveying zone 30a, which constitutes a viscous working area 78 and the beginning of the wetting area 22a.
  • the supply of a fiber strand 34a wherein a fiber strand either a single fiber, such as a short glass fiber and / or an endless fiber, such as a roving, can be understood.
  • a fiber strand feed unit 32a has a fiber strand feed opening 80a having a longitudinal extent of about 1.5 times the length of the conveyor element outer diameter 82.
  • the conveying element outer diameter 82 refers to a conveying element arranged in the respective region and, in the case of the fiber strand feed opening 80a, to the conveying elements 14a and 16a.
  • a radial distance 86 between a conveying element outer diameter 82 of a conveying element 14a, 16b of the conveying zone 30a and an inner wall 88 of the extruder housing 12a is increased relative to at least one other region 90 (see FIGS. 2 and 3).
  • the fiber strand 34a and the additive 28a are mixed to a fiber strand additive mixture 92, which is to 30% to 80%, preferably to 50% completes the process room 76.
  • a remaining space is filled to 70% to 20%, preferably to 50%, with a gas volume 94, which is entrained in the fiber strand feed and preferably consists of air.
  • the fiber-strand additive mixture 92 and the gas volume 94 are shown schematically for a partial section of the process chamber 76.
  • a volume ratio of fiber strand additive mixture 92 to gas volume 94 is adjusted by means of a unit 96 which adjusts either the amount of fiber strands 34a supplied and / or the amount of additive 28a supplied.
  • the conveying zone 30a is adjoined by a first compression zone 36 with two vertically arranged double-flighted conveying elements 50 and 98, which have a longitudinal extent of approximately 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82 and have a compression function.
  • the gas volume 94 is squeezed out via a cross-sectional reduction by a small selected screw pitch and thus an increase in pressure from the process chamber 76 and the gas volume 94 is thus reduced by at least a quarter of its volume.
  • the gas volume 94 is reduced by half, and more preferably by its entire volume.
  • the gas volume reduction can also be reduced by changing a pitch of a worm gear.
  • the first compression zone 36 is adjoined by a degassing zone 38 with two vertically arranged double-flighted conveying elements 52 and 100, which have a longitudinal extent of about 2 times the length of the conveyor element outer diameter 82 and have a higher pitch of the screw threads compared to the conveyor elements 50 and 98 and thus have a relaxation function.
  • this degassing zone 38 is a Gekoruseentgasungsö réelle
  • a vacuum source 104 can be applied to the extruder housing 12a for establishing and / or maintaining a vacuum for reducing the gas molecules in the process chamber 76. It would also be possible only to apply an atmospheric pressure for degassing.
  • a further compression zone 40 with two vertically arranged single-channel conveying elements 54 and 106 is arranged, which have a longitudinal extent of approximately 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82 Have compression function and also have an influence on the fiber length.
  • the squeezing of the gas volume 94 is achieved by a very strong cross-section reduction.
  • a housing degassing opening 224 is arranged, via which the vacuum source 104 can be applied to the extruder housing 12a
  • a homogenization zone 42 which corresponds to 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82, is arranged.
  • the homogenization zone 42 may correspond to a maximum length of 3 times the length of the conveyor element outer diameter 82.
  • passage regions 114, 116 are formed which enable a mass transfer between at least two device regions 118, 120.
  • the conveying element regions 108, 110 in the passage regions 114, 116 have a spacing between the screw crest and the screw root which is greater than and / or equal to 4 mm.
  • the mass transfer enables a uniform wetting of the fiber strand 34a by the additive 28a.
  • the homogenization zone 42 which also represents the end of the wetting area 22a, is adjoined in the axial conveying direction 74a by the discharge and delivery area 24a into which delivery elements 56, 112 extend.
  • Conveying area 24a may, however, still extend to a maximum length of 6 times the length of conveying element outer diameter 82.
  • a plurality of fiber strand feed units 32a for feeding different fiber strand types, such as ductile, tough and / or brittle fiber strands 34a.
  • the arrangement of the Faserstrangzu GmbHen 32a can be tailored to the type of fiber strand 34a. Is a feeder of brittle cut fibers, a 39dozagaggregat, as shown in Figure 1, are used.
  • a side-dosing unit can take place in the area of the kneading blocks 58, 66, since the ductile fiber strands 34a can withstand the loading of the kneading block 58, 66 and / or can be impregnated with equal efficiency. Furthermore, the supply of ductile fiber strands 34a as cut fibers in the kneading blocks 58, 66 can take place via a side metering unit and, in the axial conveying direction, the supply of a brittle fiber strand 34g in the form of a continuous strand via a fiber strand feed unit 32g to a gate 190 (see FIG 10).
  • FIG. 4 shows an alternative multi-shaft extruder 10b in a cross section in the form of a ring extruder 122 with 12 conveying elements 14b, 16b, 126 arranged distributed in the circumferential direction 124, of which only three have been provided with reference numerals for the sake of clarity.
  • the conveying elements 14b, 16b, 126 arranged in a closed pitch circle are enclosed by an extruder housing 12b and all have the same direction of rotation 60b.
  • the extruder housing 12b has a fiber strand feed unit 32b with two fiber strand feeders 128, 130 arranged in a circumferential direction 124 one after the other, at an angular distance of 180 °.
  • the fiber strand feeders 128, 130 are arranged at the same axial height of the extruder housing 12b, but an axially offset arrangement would also be possible. borrowed.
  • Each fiber strand feed 128, 130 has a fiber strand feed opening 80b and a transfer region 132, 134, in which fiber strands 34b fed through the fiber strand feeders 128, 130 are fed to an outer process space 136.
  • the process space 136 constitutes a guide clearance 138 for guiding at least one fiber strand 34b, wherein the guide clearance 138 is formed in a radial direction 140 between the conveying elements 14b, 16b, 126 and the extruder housing 12b.
  • the conveying elements 14b, 16b, 126 include a core 142b and in the radial direction 140 between the core 142b and the conveying elements 14b, 16b, 126, a filling gap 144 is arranged, which forms an inner process space 146.
  • An additive 28b such as a plastic, is introduced into this filling gap 144 via the additive feed unit 26b.
  • the core 142b can have at least one cooling channel 210 for temperature control of the system, which extends at least in regions in the axial direction 74b.
  • FIG. 6 shows an alternative multi-shaft extruder 10c as a ring extruder 158 with a fiber strand feed unit 32c with four at an angular distance of 90 ° around the circumference of the fiber extruder
  • Extruder housing 12c distributed fiber strand feeders 160, 162, 164, 166, each with a fiber strand addition opening 80c shown.
  • the following description is essentially limited to the differences between 1 to 5 on at least one fiber strand feed 160, 162, 164, 166, a feed unit 168 is arranged, the pre-coated cut fibers 170 before feeding a fiber strand 34c in the fiber strand feed 160 of the fiber strand 34c applies.
  • the cut fibers 170 are introduced into the fiber strand feed 160 with the fiber strand 34c.
  • FIG. 7 shows a further multi-screw extruder 10d as a ring extruder 172.
  • conveying element positions 174 are arranged radially around a core 142d, of which ten are filled with conveying elements 14d, 16d and two empty positions as conveying elements 176, 178 are executed.
  • any number, combination and / or sequence of conveying element-carrying and conveyor element-free conveying element positions 174 can also be provided.
  • the empty positions 176, 178 extend at least from the area of the fiber feed unit 32d and preferably from the input area 20 to the discharge and conveying area 24 and are filled with separating filling pieces.
  • a fiber strand 34d and the additive 28 can be transported in spaced-apart conveyor element units 180 by the arrangement of separation filler pieces in the empty positions 176, 178 in the circumferential direction 124.
  • FIG. 8 shows a preimpregnation device 182 with a
  • the coating takes place before feeding the fiber strand 34e into the extruder device.
  • the additive 28e preferably a plastic, is applied to the fiber strand 34e as a film by means of at least one application device in the form of a nozzle 188.
  • at least one movement device in the form of a gate 190 is arranged on the coating unit 184, via which the fiber strand 34e is guided before passing the nozzle 188.
  • the gate 190 oscillates the supplied fiber strand (s) 34e in the process of application of the additive.
  • the feed unit 186 includes a first guide member 192 and a second guide member 194, both of which guide the fiber strand 34e. Since the fiber strand 34e is guided past the guide elements 192, 194 under tension by means of a tension generated by the extruder device, and the additive 28e is moved past the guide elements 192, 194 second guide element 194 between the fiber strand 34e and a working surface 196 of the second guide element 194, the second guide element 194 additionally operates the additive 28e into the fiber strand 34e.
  • a deflection unit 216 is arranged, which feeds the fiber strand 34e via a further guide element 228 of the fiber strand feed unit 32e.
  • a tear-off edge 226 is formed, which ensures that the additive film is transported to the fiber strand 34e.
  • a heat source 198 for example in the form of at least one heating jet introduced into the guide elements 194, 196, 228, 230, is arranged, which heats the supplied and coated fiber strand 34e before it is fed into the fiber strand feed unit 32e.
  • FIG. 9 shows a schematic section of a conveying path 200 with at least two conveying elements 202, 204 of a further multi-screw extruder 10f.
  • An extruder barrel 12f has an extruder barrel portion 206 disposed after the fiber strand feeding unit 32f and its fiber strand adding port 8Of and extending by a distance 3 times a conveyor element HY preparer 82 corresponds, in an axial conveying direction 74 f extends.
  • a further extruder housing portion 208 is arranged, which has a transition 212 with a Radialabstandsredu- ornamentation 256, which is conical.
  • the further extruder housing region 208 merges into a discharge and delivery region 24f in which the one separation unit 214 in the form of the conveying element 204 is arranged, which splits the fiber strands 34f into predetermined lengths.
  • FIG. 10 shows a schematic section of another multi-shaft extruder 10 g in the form of a ring extruder 232.
  • a conveying element 234 is arranged in an input region 20g, which is a conveying element 234
  • the conveyor element 234 is adjoined by a region which forms a filling gap 144 and an inner process region 146. From this filling gap 144, the additive 28g is transported in the radial direction 140 to the extruder housing 12g into an outer process space 136 or guide clearance 138 by means of a return conveying element 70g, which is arranged in the axial conveying direction 74g downstream of the conveying element 234.
  • a return conveying element 70g which is arranged in the axial conveying direction 74g downstream of the conveying element 234.
  • a widened housing portion provided through which an extruder housing conveying element gap 152 is formed.
  • This extruder housing conveying element gap 152 may additionally and / or alternatively be formed by a design of a conveying element 148.
  • the conveying element 148 has a smaller ratio of the conveying element outer diameter 82 (Da) to a conveying element inner diameter 150 (Di) in one area, for example the fiber strand feed area, compared to another area, such as the wetting area 22g (see FIG. 5) ).
  • a core segment 240 may be provided, which has a widened diameter with respect to the remaining part of the core 142g.
  • annular gap 154 for example arranged in the homogenization zone 42g and / or between two conveying elements 236, 238, which is designed without conveying elements, extends at least by a length of one third of the length of the conveying element outer diameter 82 and a radial channel height 156 of maximum (Da-Di) / 2.
  • the fiber strand feed unit serves to feed endless fiber strands and has at the fiber strand feed opening 80g a cylindrical insert 236 with a feed mold part 244 and a holding edge 246, wherein the feed mold part 244 extends against the radial direction 140 into the housing 12g.
  • the insert 242 further includes a longitudinal slot 248 into which the fiber strands 34g are inserted. the.
  • the insert 236 can be arranged rotatably offset at an angle of 0 ° to 45 ° to the conveying direction 74g.
  • a gate 190g is arranged, which feeds the fiber strands 34g, separated by gate webs 250, to the fiber feed unit 32g.
  • the gate 190 may be rotatably staggered at an angle of 0 ° to 45 ° with respect to the direction of conveyance 74g, with rotation of the gate 190 being independent of rotation of the insert 242 (see FIG. 11). Furthermore, the gate 190 can be adjusted in the vertical direction continuously relative to the insert 242.

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Abstract

According to the invention, a fiber strand supply unit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g) comprises at least one fibre strand introduction opening (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) that leads to a process chamber (76, 136), said process chamber (76, 136) comprising a transfer zone (30a, 30b) that is provided, in at least one operating mode, to be filled to between 30 % and 80 % with a fibre strand additive mixture (92), and at least one first compression area (36) arranged after the fibre strand introduction opening (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) and provided to reduce a conveyed gas volume (94) to about at least one quarter of the volume thereof.

Description

Mehrwellenextrudervorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselbenMulti-shaft extruder apparatus and method of operating the same
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Mehr- wellenextrudervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 28.The invention is based on a multi-screw extruder device according to the preamble of claim 1. The invention is further based on a method for operating a multi-shaft extruder device according to the preamble of claim 28.
Aus der Druckschrift DE 40 16 784 Al ist eine Extrudervorrichtung mit einer Faserstrangzuführung bekannt, bei der an einer Stelle eines Gehäuses ein Faserstrang über einen Einführkanal zugeführt wird, wobei der Faserstrang in einem Imprägnierkanal vor einer Zuführung in eine Einmischzone vorimprägniert wird.From the document DE 40 16 784 Al an extruder device with a fiber strand feed is known, in which at one point of a housing, a fiber strand is fed via an insertion channel, wherein the fiber strand is preimpregnated in a impregnation before being fed into a mixing zone.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Mehrwellenextrudervorrichtung bereitzustellen, die ein homogenes Beschichtungsergebnis ermöglicht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.The invention is in particular the object of providing a multi-shaft extruder device, which allows a homogeneous coating result. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further Embodiments result from the dependent claims and claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrich- tung mit zumindest zwei Förderelementen, die kämmend angeordnet und mit einem gleichen Drehsinn betreibbar sind, mit einer Zusatzstoffzuführeinheit zum Zuführen eines Zusatzstoffs und mit einer Faserstrangzuführeinheit, mittels der eine Zu- gäbe von zumindest einem Faserstrang in einem viskosen Arbeitsbereich erfolgt.The invention is based on a multi-shaft extruder device with at least two conveying elements which are arranged in meshing and can be operated in the same direction of rotation, with an additive supply unit for supplying an additive and with a fiber strand feed unit, by means of which at least one fiber strand is added to a viscous one Workspace is done.
Es wird vorgeschlagen, dass die Faserstrangzuführeinheit zumindest eine Faserstrangzugabeöffnung aufweist, die in einen Verfahrensraum mündet, wobei im Verfahrensraum eine Förderzo- ne angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebsmodus zwischen 30 % und 80 % mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt zu werden, und mit wenigstens einer nach der Faserstrangzugabeöffnung angeordneten ersten Verdichtungszone, die dazu vorgesehen ist, ein eingeschlepptes Gasvolumen um zumindest ein Viertel seines Volumens zu reduzieren. Dadurch kann eine besonders gute Benetzung des Faserstrangs erreicht werden.It is proposed that the fiber strand feed unit has at least one fiber strand feed opening which opens into a process space, wherein a feed zone is provided in the process space which is intended to be filled with a fiber strand additive mixture in at least one operating mode between 30% and 80% and with at least one first compression zone arranged downstream of the fiber strand addition opening, which is intended to reduce an entrained gas volume by at least a quarter of its volume. As a result, a particularly good wetting of the fiber strand can be achieved.
Unter einer Mehrwellenextrudervorrichtung soll hier eineUnder a multi-screw extruder device is here a
Extrudervorrichtung mit zwei und/oder mehr Förderelementen verstanden werden. Unter einem Förderelement soll hier insbesondere ein Element mit einer Komprimierungs- und/oder Entspannungsfunktion mit Förderaufgabe verstanden werden. Eine kämmende Anordnung beschreibt eine Anordnung von Förderelementen, die mit ihren Schneckenstegen wie eine Verzahnung ineinander greifen. Hierbei ist ein Abstand zwischen einem Schneckenkamm des einen Förderelements und einem Schnecken- grund eines weiteren Förderelements größer und/oder gleich 4 mm. Besonders bevorzugt sind die Förderelemente dicht kämmend angeordnet, wobei ein Flankenspiel der Schnecken mit ≤ 10 % des Abstands ausgeführt ist. Ein Faserstrang stellt hierbei entweder eine Einzelfaser, wie eine Kurzglasfaser, einen Ro- ving bzw. einen Endlosfaserstrang und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Faserstrang dar. Ein Zusatzstoff ist hierbei entweder ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff, ein Harz und/oder ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Zusatzstoff. Ein viskoser Arbeitsbereich beschreibt einen Bereich, in dem der Zusatzstoff viskos ist oder geworden ist. Diese viskose Komponente stellt bevorzugt einen aufgeschmolzenen Kunststoff und/oder eine andere, bedarfsgerecht aufbereitete Komponente, wie eine Flüssigkeit, dar. Eine Förderzone ist ein Bereich, der maxi- mal eine Länge von 6-mal der Länge eines Förderelementaußen- durchmesser aufweist und in dem Komponenten, beispielsweise Faserstränge und/oder ein Zusatzstoff, in eine bevorzugte Richtung, axial des Mehrwellenextruders transportiert bzw. gefördert werden. Unter einem Verfahrensraum soll der Raum der Mehrwellenextrudervorrichtung verstanden werden, in dem die Faserstränge und/oder ein Zusatzstoff eingefüllt sind und/oder gemischt werden können. Werden der Faserstrang und der Zusatzstoff zu einem Benetzungsvorgang in den Verfahrensraum eingebracht, ergibt sich ein Faserstrang-Zusatzstoff- gemisch. Je nach Befüllungsgrad des Verfahrensraums, der sich nach der Zuführung des Faserstrangs und/oder des Zusatzstof- fes bei einem Wert zwischen 30 % und 80 % einstellt, wird ein restlicher Raum des Verfahrensraums mit einem Gasvolumen, das bevorzugt Luft darstellt und hauptsächlich mit dem Faserstrang eingeschleppt wird, befüllt. Ferner stellt eine Ver- dichtungszone eine Zone dar, die dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen zu Gunsten des Faserstrang-Zusatzstoffgemischs zu verschieben, indem das Gas abgepresst wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Verdichtungszone das Gasvolumen um zumin- dest ein Viertel seines Volumens, bevorzugt um eine Hälfte seines Volumens und besonders vorteilhaft um zumindest 90 % seines Volumens reduziert. Dafür kann ein Förderelement der Verdichtungszone mit einer speziellen Geometrie der Schneckenstege ausgeführt sein, wie beispielsweise einer kleineren Steigung des Schneckenstegs. Dadurch nimmt ein Füllgrad imExtruder device with two and / or more conveyor elements are understood. Under a conveyor element is to be understood in particular an element with a compression and / or relaxation function with conveying task. A Combing arrangement describes an arrangement of conveying elements which engage with their screw flights such as a toothing. In this case, a distance between a screw crest of a conveying element and a screw base of a further conveying element is greater and / or equal to 4 mm. Particularly preferably, the conveying elements are arranged tightly combing, wherein a backlash of the screws is performed with ≤ 10% of the distance. In this case, a fiber strand represents either a single fiber, such as a short glass fiber, a ring or an endless fiber strand and / or another fiber strand which appears expedient to the person skilled in the art. An additive here is either a thermosetting or thermoplastic plastic, a resin and / or another, considered appropriate to the expert additive. A viscous work area describes an area in which the additive is or has become viscous. This viscous component preferably constitutes a molten plastic and / or another component which has been prepared as required, such as a liquid. A conveying zone is a region which has a maximum length of 6 times the length of a conveying element outer diameter and in which Components, such as fiber strands and / or an additive to be transported or promoted in a preferred direction, axially of the multi-shaft extruder. A process space is to be understood as the space of the multi-shaft extruder device in which the fiber strands and / or an additive are filled and / or mixed. If the fiber strand and the additive are introduced into the process space for a wetting process, a fiber strand additive mixture results. Depending on the degree of filling of the process chamber, which occurs after the supply of the fiber strand and / or the additive At a value of between 30% and 80%, a remaining volume of the process space is filled with a gas volume, which preferably represents air and is introduced mainly by the fiber strand. Furthermore, a compression zone represents a zone which is intended to shift a volume ratio of fiber strand additive mixture to gas volume in favor of the fiber strand additive mixture by pressing off the gas. It is advantageous if the compression zone reduces the gas volume by at least a quarter of its volume, preferably by one half of its volume and particularly advantageously by at least 90% of its volume. For this purpose, a conveying element of the compression zone can be designed with a special geometry of the screw webs, such as a smaller pitch of the screw web. This takes a degree of filling in the
Mehrwellenextruder über die Förderzone zu, was sich unmittelbar auf die Benetzung der Fasern auswirkt.Multi-screw extruder over the conveyor zone, which has a direct effect on the wetting of the fibers.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Einheit so ausgeführt ist, dass sie dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80 % zu 20 %, bevorzugt von zumindest 60 % zu 40 % und besonders vorteilhaft von zumindest 50 % zu 50 % einzustellen. Dadurch kann besonders einfach für eine große Arbeitsbreite ein optimaler Füllgrad im Verfahrensraum eingestellt werden. Die Einheit kann eine Dosiervorrichtung sein, die die Zuführung von Faserstrang und/oder Zusatzstoff und somit zwangsläufig eine Einschleppung des Gases reguliert.Furthermore, it is advantageous if a unit is designed such that it is intended to have a volume ratio of fiber strand additive mixture to gas volume of at least 80% to 20%, preferably of at least 60% to 40% and particularly advantageously of at least 50% 50%. As a result, it is particularly easy to set an optimum filling level in the process area for a large working width. The unit may be a metering device that regulates the supply of fiber strand and / or additive and thus inevitably entrainment of the gas.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine weitere Verdichtungszone vorgeschlagen. Somit kann die Reduzierung des Gasvolumens stufenweise weiter erhöht werden. Förderelemente und Verdichtungszone funktionieren nach demselben Prinzip wie bei der ersten Verdichtungszone.In a further embodiment of the invention, at least one further compression zone is proposed. Thus, the Reduction of the gas volume gradually increased further. Conveying elements and compression zone work on the same principle as in the first compression zone.
Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Entgasungszone vorgesehen ist. Hierbei kann konstruktiv einfach eine zusätzliche Entgasungsmöglichkeit durch eine Anordnung einer Gehäuseentgasungsöffnung im Extrudergehäuse erreicht werden. Hierbei kann die Entgasung beispielsweise mittels des von au- ßen einwirkenden atmosphärischen Drucks erreicht werden.It is also proposed that at least one degassing zone is provided. In this case, structurally simple additional degassing capability can be achieved by arranging a housing degassing opening in the extruder housing. Here, the degassing can be achieved, for example, by means of the externally acting atmospheric pressure.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn nach der ersten Verdichtungszone die Entgasungszone angeordnet und nach der Entgasungszone die weitere Verdichtungszone angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann eine noch bessere Benetzung des Faserstrangs erreicht werden.Furthermore, it may be advantageous if the degassing zone is arranged after the first compression zone and the further compression zone is arranged after the degassing zone. By this arrangement, even better wetting of the fiber strand can be achieved.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die erste Verdichtungszone, die Entgasungszone und/oder die weitere Verdichtungszone je- weils eine Längserstreckung von maximal dreimal einem Förder- elementaußendurchmesser aufweist, wodurch eine ausreichend lange Strecke für die Entgasung bzw. die Benetzung bereitgestellt werden kann.In addition, it is proposed that the first compression zone, the degasification zone and / or the further compression zone each have a longitudinal extent of not more than three times a Förderelementaußendurchmesser, whereby a sufficiently long distance for degassing or wetting can be provided.
Eine zusätzliche Reduzierung einer Baulänge des Mehrwellenextruders kann vorteilhaft erreicht werden, wenn die erste Verdichtungszone, die Entgasungszone und/oder die weitere Verdichtungszone jeweils eine Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser aufweist. Dadurch können Bauraum, Montageaufwand und/oder Kosten eingespart werden. Es wird zudem vorgeschlagen, dass die Faserstrangzugabeöffnung eine Längserstreckung von maximal viermal einem Förder- elementaußendurchmesser aufweist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Faserstrangzugabeöffnung mit maximal zweimal einem Förderelementaußendurchmesser . Dadurch kannAn additional reduction of a length of the multi-screw extruder can advantageously be achieved if the first compression zone, the degassing zone and / or the further compression zone each have a longitudinal extension of at most twice a Förderelementaußendurchmesser. As a result, installation space, assembly costs and / or costs can be saved. It is also proposed that the fiber strand addition opening has a longitudinal extent of not more than four times a Förderelementaußendurchmesser. Particularly advantageous is an embodiment of the fiber strand addition opening with a maximum of twice a delivery element outer diameter. This can
Platz sparend eine hinreichende Länge zur Zuführung des Faserstrangs erzielt werden. Insbesondere vorteilhaft ist die Ausführung der Faserstrangzugabeöffnung mit einer Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderelementaußen- durchmesser.Space saving a sufficient length for feeding the fiber strand can be achieved. Particularly advantageous is the execution of the fiber strand addition opening with a longitudinal extent of a maximum of twice a Förderelementaußen- diameter.
Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass eine Vakuumquelle vorgesehen ist, die zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums dient." Durch das Anlegen ei- nes Vakuums kann die Benetzung effizient erfolgen.A preferred development is that a vacuum source is provided, which serves to build and / or to maintain a vacuum. " By applying a vacuum, wetting can be done efficiently.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Homogenisierungszone vorgesehen ist, in der zumindest zwei Förderelemente Durchgangsbereiche aufweisen, so dass ein Stoffaustausch zwi- sehen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen ermöglichbar ist. Dadurch kann einfach ein Stoffaustausch und auch ein Vermischen von Komponenten und/oder Faserstrangströmen erreicht werden. Dies geschieht besonders wirksam unter einem aufgebauten Förderdruck. Unter Durchgangsbereichen sollen hier insbesondere Durchbrüche und/oder Auslassungen in den Förderelementstegen der Förderelemente verstanden werden. Vorteilhafterweise weisen die Förderelemente im Durchgangsbereich einen Abstand größer als 4 mm auf. Hierbei definiert „Abstand" etwa eine Gangtiefe, die sich zwischen einem Schne- ckenkamm des einen Förderelements und einem Schneckengrund eines weiteren Förderelements ergibt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Faserstrangzuführeinheit mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses angeordnete Faserstrangzuführungen mit Faserstrangzugabeöffnungen zu einer radialen Zuführung von Fasersträngen in den Verfah- rensraum aufweist. Dadurch kann die Anordnung der Faserstrangzuführungen besonders Platz sparend ausgeführt werden. Weiterhin können die Faserstrangzuführungen konstruktiv einfach um den Umfang des Extrudergehäuses angeordnet werden, da ein ausreichendes Platzangebot gegeben ist. Ferner kann die gesamte Länge des Mehrwellenextruders reduziert werden. Generell wäre jedoch auch die Anordnung der Faserstrangzuführungen entlang einer axialen Erstreckung des Extrudergehäuses möglich. Die Zuführung der Faserstränge erfolgt bevorzugt drucklos .Furthermore, it is proposed that a homogenization zone is provided, in which at least two conveying elements have passage areas, so that a mass transfer between at least two device areas is possible. As a result, it is easy to achieve a mass transfer and also a mixing of components and / or fiber strand streams. This happens particularly effective under a built-up delivery pressure. Through passages should be understood here in particular breakthroughs and / or omissions in the Förderelementstegen the conveying elements. Advantageously, the conveying elements in the passage area at a distance greater than 4 mm. Here, "distance" defines, for example, a flight depth which results between a screw comb of one conveying element and a screw root of a further conveying element. Further, it is advantageous if the Faserstrangzuführeinheit has at least two arranged on a circumference of an extruder housing fiber strand feeders with Faserstrangzugabeöffnungen to a radial supply of fiber strands in the process space rensraum. As a result, the arrangement of the fiber strand feeders can be made particularly space-saving. Furthermore, the fiber strand feeds can be arranged structurally simple around the circumference of the extruder housing, since sufficient space is available. Furthermore, the entire length of the multi-screw extruder can be reduced. In general, however, the arrangement of the fiber strand feeds along an axial extent of the extruder housing would be possible. The feeding of the fiber strands is preferably carried out without pressure.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Förderelemente der ersten Verdichtungszone, der Entgasungszone und/oder der weiteren Verdichtungszone ein-, zwei- und/oder dreigängig ausgeführt sind. Dadurch kann die Geometrie der Förderelemente der jeweiligen Zone gezielt und optimal auf ihre Funktion ausgelegt werden, da durch die Geometrie der Förderelemente die Anzahl der Förderstränge bestimmt wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that the conveying elements of the first compression zone, the degassing zone and / or the further compression zone are executed in one, two and / or three courses. As a result, the geometry of the conveyor elements of the respective zone can be designed specifically and optimally for their function, since the number of conveyor lines is determined by the geometry of the conveyor elements.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Förderelemente in zumindest einem Bereich gegenüber zumindest einem anderen Bereich mit einem kleineren Da/Di ausgeführt sind, um einen vergrößerten Gehäuse-Förderelementspalt zu erzielen. Hierbei stellt „Da" den Förderelementaußendurchmesser und/oder „Di" den För- derelementinnendurchmesser der Förderelemente dar. Ferner definiert der Förderelementspalt den Abstand zwischen dem Au- ßendurchmesser des Förderelements und einer Innenwand des Extrudergehäuses. Dadurch ergibt sich eine hohe Variabilität, einen vergrößerten Gehäuse-Förderelementspalte zu erhalten, und es kann ein geringer Montageaufwand erreicht werden, da die Generierung des Spalts unabhängig von der Gehäuseausgestaltung gestaltet werden kann.It is also proposed that the conveyor elements are designed in at least one area opposite to at least one other area with a smaller Da / Di in order to achieve an enlarged housing conveyor element gap. Here "Da" represents the delivery element outer diameter and / or "Di" the delivery element inner diameter of the delivery elements. Furthermore, the delivery element gap defines the distance between the outer element ßendurchmesser the conveying element and an inner wall of the extruder housing. This results in a high variability to obtain an enlarged housing-Förderelementspalte, and it can be achieved a low installation cost, since the generation of the gap can be designed independently of the housing design.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Ringspalt vorgesehen ist, der eine radiale Kanalhöhe von ma- ximal (Da-Di) /2 aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein för- derelementloser Bereich realisiert werden, der zu einem Stoffaustausch genutzt werden kann. Hierbei soll unter Kanalhöhe die Erstreckung des Ringspalts in radialer Richtung verstanden werden.Furthermore, it may be advantageous if at least one annular gap is provided which has a radial channel height of maximum (Da-Di) / 2. As a result, it is advantageously possible to realize a delivery element-free region which can be used for mass transfer. This is to be understood by channel height, the extent of the annular gap in the radial direction.
Zudem wird vorgeschlagen, dass im Bereich der Faserstrangzugabeöffnung ein Radialabstand zwischen einem Förderelementau- ßendurchmesser eines Förderelements der Förderzone und einer Innenwand eines Extrudergehäuses gegenüber wenigstens einem anderen Bereich vergrößert ist, wodurch ein vergrößerter Be- netzungsbereich für die zugeführten Faserstränge mit dem Zusatzstoff erreicht werden kann. Hierbei definiert ein „anderer Bereich" insbesondere den übrigen Bereich des Mehrwellenextruders.In addition, it is proposed that in the region of the fiber strand addition opening, a radial distance between a conveying element outer diameter of a conveying element of the conveying zone and an inner wall of an extruder housing be increased compared to at least one other region, whereby an enlarged wetting area for the supplied fiber strands with the additive can be achieved. Here, a "different area" defines in particular the remaining area of the multi-shaft extruder.
Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass in zumindest einem Extrudergehäuseabschnitt einer Förderstrecke eine Radialabstandsreduzierung zwischen wenigstens einem Förderelement und dem Extrudergehäuseabschnitt vorgesehen ist. Da- durch kann ein Übergang zwischen zwei Extrudergehäuseabschnitten erreicht werden, der einen schonenden Übertrag ei- nes Faserstrangs gewährleistet. Ist die Radialabstandreduzierung insbesondere gestuft und/oder konisch ausgebildet, kann der Faserstrang mit dem Übergang gezielt auf ein gewünschtes Längenverhältnis gebracht werden.A preferred development consists in that in at least one extruder housing section of a conveying section a radial distance reduction is provided between at least one conveying element and the extruder housing section. As a result, a transition between two extruder housing sections can be achieved, which ensures a gentle transfer of a Nes fiber strand guaranteed. If the radial clearance reduction is in particular stepped and / or conical, the fiber strand can be selectively brought to a desired aspect ratio with the transition.
Es wird zudem vorgeschlagen, dass ein spezifisches Maschinendrehmoment mindestens 20 Nm/cm3, bevorzugt mindestens 40 Nm/cm3 und besonders vorteilhaft mindestens 60 Nm/cm3 beträgt. Dadurch kann eine hohe Leistung des Mehrwellenextru- ders und damit ein hohes Fördervolumen erreicht werden. Unter einem spezifischen Maschinendrehmoment soll hierbei ein einzubringendes Drehmoment bzw. eine Mindestleistung eines Motors verstanden werden, das auf den Achsabstand (angegeben in cm) mit der Potenz 3 zweier Förderelemente bezogen ist.It is also proposed that a specific engine torque is at least 20 Nm / cm 3 , preferably at least 40 Nm / cm 3 and more preferably at least 60 Nm / cm 3 . As a result, a high output of the multi-shaft extruder and thus a high delivery volume can be achieved. In this case, a specific engine torque is to be understood as a torque to be introduced or a minimum power of a motor, which is related to the axial distance (indicated in cm) with the power 3 of two conveying elements.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Förderelemente in einem geschlossenen Teilkreis angeordnet sind, wodurch eine hohe Leistungsdichte und eine ausgewogene Belastungsverteilung erreicht werden können. Durch diese Anordnung können große Drehzahlen der Mehrwellenextrudervorrichtung erreicht werden, wobei die Anordnung konstruktiv einfach einen höheren Materialdurchsatz und eine kurze Verweildauer gegenüber einer Einzelschnecke gewährleistet. Vorteilhaft ist die Anordnung von mehr als fünf und besonders vorteilhaft die Anordnung von 12 Förderelementen, die es auch ermöglichen, maximal vierFurthermore, it is advantageous that the conveying elements are arranged in a closed pitch circle, whereby a high power density and a balanced load distribution can be achieved. By this arrangement, high speeds of the multi-shaft extruder device can be achieved, the arrangement structurally simple ensures a higher material throughput and a short residence time compared to a single screw. Advantageously, the arrangement of more than five and particularly advantageous arrangement of 12 conveyor elements, which also allow a maximum of four
Doppelwellenextruder von z.B. vier verschiedenen Produkten, Zusatzstoffen, Fasersträngen und/oder Faserstranggehalten parallel zu betreiben.Twin-screw extruder of e.g. four different products, additives, fiber strands and / or fiber strand contents to operate in parallel.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen äußeren und/oder einen inneren Verfahrensraum aufweist, die durch ei- ne Anordnung der Förderelemente gebildet sind. Dadurch sind konstruktiv einfach eine getrennte Zuführung und/oder ein getrennter Transport von Komponenten möglich.Furthermore, it is advantageous if the device has an outer and / or an inner process space which is characterized by a ne arrangement of the conveying elements are formed. As a result, structurally simple separate supply and / or separate transport of components are possible.
Vorteilhafterweise ist ein Rückförderelement angeordnet, das dazu vorgesehen ist, über die Zusatzstoffzuführeinheit zugeführten Zusatzstoff von dem inneren Verfahrensraum in den äußeren Verfahrensraum und umgekehrt zu transportieren. Unter einem Rückförderelement soll hier ein Förderelement verstan- den werden, das eine gegenläufige Steigung im Bezug auf die zum Beispiel im Förderbereich angeordneten Förderelemente aufweist .Advantageously, a return element is arranged, which is intended to transport via the additive feed unit supplied additive from the inner process space in the outer process space and vice versa. Here, a return element is to be understood as meaning a delivery element which has an opposite incline with respect to the delivery elements arranged, for example, in the delivery region.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückförderelement in der axialen Förderrichtung vor der Faserstrangzugabeöffnung angeordnet ist. Dadurch kann konstruktiv einfach eine unmittelbare Beschichtung der zugeführten Faserstränge realisiert werden.In a further embodiment of the invention it is provided that the return element is arranged in the axial conveying direction in front of the fiber strand addition opening. As a result, structurally simple direct coating of the supplied fiber strands can be realized.
Des Weiteren geht die Erfindung von einem Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung aus.Furthermore, the invention is based on a method for operating a multi-shaft extruder device.
Es wird vorgeschlagen, dass in wenigstens einem Betriebsmodus eine Förderzone in einem Verfahrensraum zwischen 30 % und 80 % mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt wird und ein eingeschlepptes Gasvolumen um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert wird. Dadurch kann eine gute Benetzung des Faserstrangs besonders wirtschaftlich erreicht werden.It is proposed that in at least one operating mode, a conveying zone in a process space of between 30% and 80% be filled with a fiber-strand additive mixture and an entrained gas volume be reduced by at least a quarter of its volume. As a result, good wetting of the fiber strand can be achieved particularly economically.
Ferner kann ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80 % zu 20 %, bevorzugt von zumindest 60 % zu 40 % und besonders vorteilhaft von zumindest 50 % zu 50 % eingestellt werden.Further, a volume ratio of fiber additive mixture to gas volume of at least 80% to 20%, preferably from at least 60% to 40%, and more preferably at least 50% to 50%.
Eine weitere Verbesserung der Faserstrangbenetzung erfolgt durch den Aufbau und die Aufrechterhaltung eines Vakuums an einer Entgasungszone, die zur Reduzierung des Gasvolumens mit einer Vakuumquelle angelegt wird.Further improvement in fiber strand wetting is accomplished by establishing and maintaining a vacuum at a degassing zone which is applied to reduce the volume of gas with a vacuum source.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn Faserstränge über mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses angeordnete Faserstrangzugabeöffnungen radial in den Verfahrensraum zugeführt werden.Furthermore, it is advantageous if fiber strands are fed radially into the process space via at least two fiber strand addition openings arranged on a circumference of an extruder housing.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder,1 shows a longitudinal section through a multi-screw extruder according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt II-II aus Figur 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs des Mehrwellenextruders gemäß Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit 12 Förderelementen,2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic representation of a portion of the multi-screw extruder according to FIG. 1, 4 shows a cross section through a further multi-screw extruder according to the invention with 12 conveying elements,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Förderelement, Fig. 6 einen Querschnitt durch einen alternativen erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit 4 Faserstrangzuführungen,6 shows a cross section through an alternative multi-screw extruder according to the invention with 4 fiber strand feeds, FIG.
Fig. 7 einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Mehrwellenextruder mit Leerposi- tionen,7 shows a cross section through a further multi-shaft extruder according to the invention with empty positions,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer VorimprägnierVorrichtung,8 is a schematic representation of a pre-impregnation device,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders mit einer konisch ausgeführten Radialabstandsredu- zierung,9 is a schematic representation of a portion of another multi-screw extruder with a conically executed Radialabstandsredu- ornamentation,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders mit einer Endlosfaserstrangzuführung und Fig. 11 eine Detaildarstellung der Faserstrangzuführ- einheit aus Figur 10 in einer Draufsicht.10 is a schematic representation of a portion of a further multi-shaft extruder with an endless fiber strand feed, and FIG. 11 is a detailed view of the Faserstrangzuführ- unit of Figure 10 in a plan view.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In Figur 1 ist ein Mehrwellenextruder 10a in der Ausgestal- tung eines Doppelwellenextruders gezeigt. Der Doppelwellenextruder weist ein Extrudergehäuse 12a auf, das zwei Förderstrecken 44, 46 mit jeweils mehreren sich entlang einer Achse 18 des Extrudergehäuses 12a hintereinander erstreckenden Förderelementen 14a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 218, bzw. 16a, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 220 und/oder weiteren Förderelementen zum Aufschmelzen, Mischen, Scheren, Schneiden und/oder Umleiten von Fördermaterialien, wie beispielsweise einem Knetblock 58, 66, umschließt. Die Förderelemente 14a, 16a, 48, 50, 52, 54 ,56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 218, 220 der Förderstrecken 44, 46 sind paarweise kämmend angeordnet, so dass beispielsweise die vertikal übereinander liegenden Förderelemente 14a und 16a miteinander kämmen und mit einem gleichen Drehsinn 60a von einem nicht dargestellten Mo- tor, der ein Reduzier- und/oder Verzweigungsgetriebe hat, mit einem spezifischen Maschinendrehmoment von mindestens 20 Nm/cm3, bevorzugt 40 Nm/cm3 und besonders bevorzugt von 60 Nm/cm3 betrieben werden (siehe Figur 2). Die Förderelemente 14a und 16a sind bevorzugt dicht kämmend ausgeführt, wobei der Abstand zwischen einem Schneckenkamm und einem Schneckengrund größer und/oder gleich 4 mm ist.FIG. 1 shows a multi-shaft extruder 10a in the design of a double-screw extruder. The twin-screw extruder has an extruder housing 12a, the two conveyor lines 44, 46 each having a plurality of along an axis 18 of the extruder housing 12a successively extending conveyor elements 14a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 218, or 16a, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 220 and / or further conveying elements for melting, mixing, shearing, cutting and / or diverting conveying materials, such as a kneading block 58, 66. The conveying elements 14a, 16a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 218, 220 of the conveyor sections 44, 46 are arranged in pairs, so that, for example, the vertically superimposed Conveying elements 14a and 16a mesh with each other and with a same direction of rotation 60a of an unillustrated motor, which has a reduction and / or branching transmission, with a specific engine torque of at least 20 Nm / cm 3 , preferably 40 Nm / cm 3 and more preferably be operated from 60 Nm / cm 3 (see Figure 2). The conveying elements 14a and 16a are preferably designed to be tightly combing, the distance between a screw comb and a screw base being greater than and / or equal to 4 mm.
Entlang der Achse 18 umfassen die Förderstrecken 44, 46 zumindest einen Eingabebereich 20a, einen Benetzungsbereich 22a und einen Austrag- und Förderbereich 24a.Along the axis 18, the conveying paths 44, 46 comprise at least one input area 20a, a wetting area 22a and a discharge and conveying area 24a.
Am Eingabebereich 20a ist eine Zusatzstoffzuführeinheit 26a angeordnet, über die ein Zusatzstoff 28a, wie etwa ein Kunststoff, den Förderelementen 48, 68 des Eingabebereichs 20a zu- geführt wird. Der Zusatzstoff 28a wird mittels der Förderelemente 48, 68 der Förderstrecken 44, 46 in Richtung einer axialen Förderrichtung 74a zu Förderelementen 62, 64 transportiert. Diese dienen zu einem Druckaufbau in der axialen Förderrichtung 74a und gewährleisten einen Übergang in Knetblö- cke 58, 66, wo der Zusatzstoff 28a aufgeschmolzen wird. In einem viskosen Zustand wird nun der Zusatzstoff 28a entlang der Achse 18 in einen Bereich transportiert, in dem je Förderstrecke 44, 46 ein Rückförderelement 70a, 72 angeordnet ist. Die Rückförderelemente 70a, 72 leiten den Zusatzstoff 28a in der axialen Förderrichtung 74a in einen Verfahrensraum 76 einer Förderzone 30a, die einen viskosen Arbeitsbereich 78 und den Beginn des Benetzungsbereichs 22a darstellt.An additive feed unit 26a is arranged at the input area 20a, via which an additive 28a, such as a plastic, is supplied to the conveying elements 48, 68 of the input area 20a. The additive 28a is transported by means of the conveying elements 48, 68 of the conveying paths 44, 46 in the direction of an axial conveying direction 74a to conveying elements 62, 64. These serve to build up pressure in the axial conveying direction 74a and ensure a transition into kneading blocks 58, 66, where the additive 28a is melted. In a viscous state, the additive 28a is now along The axis 18 transported in an area in which each conveying section 44, 46, a return element 70a, 72 is arranged. The return elements 70a, 72 guide the additive 28a in the axial conveying direction 74a into a process space 76 of a conveying zone 30a, which constitutes a viscous working area 78 and the beginning of the wetting area 22a.
In diesen viskosen Arbeitsbereich 78 erfolgt über eine Faser- strangzuführeinheit 32a die Zuführung eines Faserstrangs 34a, wobei unter einem Faserstrang entweder eine Einzelfaser, wie eine Kurzglasfaser und/oder eine Endlosfaser, wie ein Roving, verstanden werden kann. Dargestellt ist hierbei ein Seitendo- sieraggregat mit zwei Schneckenelementen zu einer Zuführung von Schnittfasern. Generell wäre hier auch eine Zuführung von Endlosfasersträngen mittels eines Zuführgatters möglich. Die Faserstrangzuführeinheit 32a weist eine Faserstrangzugabeöffnung 80a auf, die eine Längserstreckung von ca. 1,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 hat. Hierbei bezieht sich der Förderelementaußendurchmesser 82 jeweils auf ein in dem jeweiligen Bereich angeordnetes Förderelement und in dem Fall der Faserstrangzugabeöffnung 80a auf die Förderelemente 14a und 16a.In this viscous working area 78 via a Faserstrangzuführeinheit 32a, the supply of a fiber strand 34a, wherein a fiber strand either a single fiber, such as a short glass fiber and / or an endless fiber, such as a roving, can be understood. Shown here is a Seitendo- sieraggregat with two screw elements to a supply of chopped fibers. In general, a supply of endless fiber strands by means of a Zuführgatters would be possible here. The fiber strand feed unit 32a has a fiber strand feed opening 80a having a longitudinal extent of about 1.5 times the length of the conveyor element outer diameter 82. In this case, the conveying element outer diameter 82 refers to a conveying element arranged in the respective region and, in the case of the fiber strand feed opening 80a, to the conveying elements 14a and 16a.
Im Bereich 84 der Faserstrangzugabeöffnung 80a ist ein Radi- alabstand 86 zwischen einem Förderelementaußendurchmesser 82 eines Förderelements 14a, 16b der Förderzone 30a und einer Innenwand 88 des Extrudergehäuses 12a gegenüber wenigstens einem anderen Bereich 90 vergrößert (siehe Figur 2 und 3) . Im Verfahrensraum 76 der Förderzone 30a werden der Faserstrang 34a und der Zusatzstoff 28a zu einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 vermischt, das zu 30 % bis 80 %, bevorzugt zu 50 % den Verfahrensraum 76 ausfüllt. Ein verbleibender Raum wird zu 70 % bis 20 %, bevorzugt zu 50 %, mit einem Gasvolumen 94 befüllt, das bei der Faserstrangzuführung mit eingeschleppt wird und bevorzugt aus Luft besteht. In Figur 2 sind das Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 und das Gasvolumen 94 schematisch für einen Teilausschnitt des Verfahrensraums 76 gezeigt. Ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 zu Gasvolumen 94 wird mittels einer Einheit 96 eingestellt, die entweder die Menge der zugeführten Faser- stränge 34a und/oder die Menge des zugeführten Zusatzstoffs 28a einstellt.In the region 84 of the fiber strand feed opening 80a, a radial distance 86 between a conveying element outer diameter 82 of a conveying element 14a, 16b of the conveying zone 30a and an inner wall 88 of the extruder housing 12a is increased relative to at least one other region 90 (see FIGS. 2 and 3). In the process chamber 76 of the conveying zone 30a, the fiber strand 34a and the additive 28a are mixed to a fiber strand additive mixture 92, which is to 30% to 80%, preferably to 50% completes the process room 76. A remaining space is filled to 70% to 20%, preferably to 50%, with a gas volume 94, which is entrained in the fiber strand feed and preferably consists of air. In FIG. 2, the fiber-strand additive mixture 92 and the gas volume 94 are shown schematically for a partial section of the process chamber 76. A volume ratio of fiber strand additive mixture 92 to gas volume 94 is adjusted by means of a unit 96 which adjusts either the amount of fiber strands 34a supplied and / or the amount of additive 28a supplied.
In Richtung der axialen Förderrichtung 74a schließt sich an die Förderzone 30a eine erste Verdichtungszone 36 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 50 und 98 an, die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen und eine Komprimierungsfunktion haben. Mittels der ersten Verdichtungszone 36 wird das Gasvolumen 94 über eine Querschnittsreduzierung durch eine kleine gewählte Schneckensteigung und damit eine Druckerhöhung aus dem Verfahrensraum 76 ausgepresst und das Gasvolumen 94 wird somit um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert. Bevorzugt wird das Gasvolumen 94 um die Hälfte und besonders bevorzugt um sein gesamtes Volumens re- duziert. Alternativ kann die Gasvolumenreduzierung auch über eine Änderung einer Steigung eines Schneckengangs reduziert werden.In the direction of the axial conveying direction 74a, the conveying zone 30a is adjoined by a first compression zone 36 with two vertically arranged double-flighted conveying elements 50 and 98, which have a longitudinal extent of approximately 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82 and have a compression function. By means of the first compression zone 36, the gas volume 94 is squeezed out via a cross-sectional reduction by a small selected screw pitch and thus an increase in pressure from the process chamber 76 and the gas volume 94 is thus reduced by at least a quarter of its volume. Preferably, the gas volume 94 is reduced by half, and more preferably by its entire volume. Alternatively, the gas volume reduction can also be reduced by changing a pitch of a worm gear.
In axialer Förderrichtung 74a schließt sich an die erste Ver- dichtungszone 36 eine Entgasungszone 38 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 52 und 100 an, die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge des Förderele- mentaußendurchmessers 82 aufweisen und die gegenüber den Förderelementen 50 und 98 eine höhere Steigung der Schneckengänge aufweisen und somit eine Entspannungsfunktion haben. An dieser Entgasungszone 38 ist eine GehäuseentgasungsöffnungIn the axial conveying direction 74a, the first compression zone 36 is adjoined by a degassing zone 38 with two vertically arranged double-flighted conveying elements 52 and 100, which have a longitudinal extent of about 2 times the length of the conveyor element outer diameter 82 and have a higher pitch of the screw threads compared to the conveyor elements 50 and 98 and thus have a relaxation function. At this degassing zone 38 is a Gehäuseentgasungsöffnung
102 angeordnet, über die eine Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums zur Reduzierung der Gasmoleküle im Verfahrensraum 76 angelegt werden kann. Es wäre auch nur die Anlegung eines atmosphärischen Drucks zur Entgasung möglich.102, via which a vacuum source 104 can be applied to the extruder housing 12a for establishing and / or maintaining a vacuum for reducing the gas molecules in the process chamber 76. It would also be possible only to apply an atmospheric pressure for degassing.
Zu einem vollständigen Auspressen des Gasvolumens 94 ist in Richtung der axialen Förderrichtung 74a eine weitere Verdichtungszone 40 mit zwei vertikal angeordneten eingängigen För- derelementen 54 und 106 angeordnet, die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen, eine Komprimierungsfunktion aufweisen und ferner einen Einfluss auf die Faserlänge haben. Auch hier wird das Auspressen des Gasvolumens 94 durch eine sehr starke Querschnittsreduzierung erreicht.For a complete squeezing out of the gas volume 94, in the direction of the axial conveying direction 74a, a further compression zone 40 with two vertically arranged single-channel conveying elements 54 and 106 is arranged, which have a longitudinal extent of approximately 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82 Have compression function and also have an influence on the fiber length. Again, the squeezing of the gas volume 94 is achieved by a very strong cross-section reduction.
In axialer Förderrichtung 74a schließt sich an die weitere Verdichtungszone 40 eine weitere Entgasungszone 222 mit zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 218 und 220 an, die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen und die gegenüber den Förderelementen 54 und 106 eine höhere Steigung der Schneckengänge aufweisen und somit eine Entspannungsfunktion haben. An dieser weiteren Entgasungszone 222 ist eine Gehäu- seentgasungsöffnung 224 angeordnet, über die die Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a angelegt werden kann In Richtung der axialen Förderrichtung 74a nach der weiteren Verdichtungszone 40 ist eine Homogenisierungszone 42, die 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entspricht, angeordnet. Die Homogenisierungszone 42 kann maximal einer Länge von 3-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entsprechen. In Förderelementbereichen 108, 110 der Homogenisierungszone 42, die vertikal übereinander angeordnet sind, sind Durchgangsbereiche 114, 116 ausgeformt, die einen Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbe- reichen 118, 120 ermöglichen. Hierbei weisen die Förderelementbereiche 108, 110 in den Durchgangsbereichen 114, 116 einen Abstand zwischen Schneckenkamm und Schneckengrund auf, der größer und/oder gleich 4 mm ist. Durch den Stoffaustausch wird eine gleichmäßige Benetzung des Faserstrangs 34a durch den Zusatzstoff 28a ermöglicht.In the axial conveying direction 74a is followed by the further compression zone 40, a further degassing zone 222 with two vertically arranged zweigängigen conveying elements 218 and 220, which have a longitudinal extension of about 2 times the length of Förderelementaußendurchmessers 82 and compared to the conveying elements 54 and 106 a have higher pitch of the flights and thus have a relaxation function. At this further degassing zone 222, a housing degassing opening 224 is arranged, via which the vacuum source 104 can be applied to the extruder housing 12a In the direction of the axial conveying direction 74a after the further compression zone 40, a homogenization zone 42, which corresponds to 0.5 times the length of the conveying element outer diameter 82, is arranged. The homogenization zone 42 may correspond to a maximum length of 3 times the length of the conveyor element outer diameter 82. In conveying element regions 108, 110 of the homogenizing zone 42, which are arranged vertically one above the other, passage regions 114, 116 are formed which enable a mass transfer between at least two device regions 118, 120. In this case, the conveying element regions 108, 110 in the passage regions 114, 116 have a spacing between the screw crest and the screw root which is greater than and / or equal to 4 mm. The mass transfer enables a uniform wetting of the fiber strand 34a by the additive 28a.
An die Homogenisierungszone 42, die auch das Ende des Benet- zungsbereichs 22a darstellt, schließt sich in axialer Förderrichtung 74a der Austrag- und Förderbereich 24a an, in den sich Förderelemente 56, 112 erstrecken. Der Austrag- undThe homogenization zone 42, which also represents the end of the wetting area 22a, is adjoined in the axial conveying direction 74a by the discharge and delivery area 24a into which delivery elements 56, 112 extend. The discharge and
Förderbereich 24a kann sich aber noch bis zu einer Länge von maximal 6-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 erstrecken.Conveying area 24a may, however, still extend to a maximum length of 6 times the length of conveying element outer diameter 82.
Entlang einer Längserstreckung des Mehrwellenextruders in axialer Richtung 74a ist auch die Anordnung von mehreren Fa- serstrangzuführeinheiten 32a, zur Zuführung verschiedener Faserstrangtypen, wie duktilen, zähen und/oder spröden Fasersträngen 34a, möglich. Hierbei kann die Anordnung der Faser- Strangzuführeinheiten 32a gezielt auf den Typ des Faserstrangs 34a abgestimmt werden. Erfolgt eine Zuführung von spröden Schnittfasern, kann ein Seitendosieraggregat, wie in Figur 1 gezeigt, zum Einsatz kommen. Werden duktile Schnittfasern zugeführt, kann ein Seitendosieraggregat im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen, da die duktilen Faserstränge 34a der Belastung des Knetblocks 58, 66 standhalten können und/oder so gleich effizient imprägniert werden können. Ferner kann über ein Seitendosieraggregat die Zuführung von duktilen Fasersträngen 34a als Schnittfasern im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen und in axialer Förderrichtung da- nach die Zuführung eines spröden Faserstrangs 34g in der Form eines Endlosstrangs über eine Faserstrangzuführeinheit 32g mit einem Gatter 190 (siehe Figur 10) .Along a longitudinal extension of the multi-shaft extruder in the axial direction 74a, it is also possible to arrange a plurality of fiber strand feed units 32a for feeding different fiber strand types, such as ductile, tough and / or brittle fiber strands 34a. Here, the arrangement of the Faserstrangzuführeinheiten 32a can be tailored to the type of fiber strand 34a. Is a feeder of brittle cut fibers, a Seitendozagaggregat, as shown in Figure 1, are used. If ductile cut fibers are fed, a side-dosing unit can take place in the area of the kneading blocks 58, 66, since the ductile fiber strands 34a can withstand the loading of the kneading block 58, 66 and / or can be impregnated with equal efficiency. Furthermore, the supply of ductile fiber strands 34a as cut fibers in the kneading blocks 58, 66 can take place via a side metering unit and, in the axial conveying direction, the supply of a brittle fiber strand 34g in the form of a continuous strand via a fiber strand feed unit 32g to a gate 190 (see FIG 10).
Figur 4 zeigt einen alternativen Mehrwellenextruder 10b in einem Querschnitt in der Form eines Ringextruders 122 mit 12 in Umfangsrichtung 124 verteilt angeordneten Förderelementen 14b, 16b, 126, von denen der Übersichtlichkeit halber nur drei mit Bezugszeichen versehen wurden. Die in einem geschlossenen Teilkreis angeordneten Förderelemente 14b, 16b, 126 sind von einem Extrudergehäuse 12b umschlossen und weisen alle den gleichen Drehsinn 60b auf. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 3 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 3. Am Extrudergehäuse 12b ist eine Faserstrangzuführeinheit 32b mit zwei Faserstrangzuführungen 128, 130 in einer Umfangsrichtung 124 nacheinander, in einem Winkelabstand von 180° angeordnet. Die Faserstrangzuführungen 128, 130 sind auf der gleichen axialen Höhe des Extrudergehäuses 12b angeordnet, es wäre jedoch auch eine axial versetzte Anordnung mög- lieh. Jede Faserstrangzuführung 128, 130 weist eine Faserstrangzugabeöffnung 80b und einen Übergabebereich 132, 134 auf, in dem durch die Faserstrangzuführungen 128, 130 zugeführte Faserstränge 34b einem äußeren Verfahrensraum 136 zu- geführt werden.FIG. 4 shows an alternative multi-shaft extruder 10b in a cross section in the form of a ring extruder 122 with 12 conveying elements 14b, 16b, 126 arranged distributed in the circumferential direction 124, of which only three have been provided with reference numerals for the sake of clarity. The conveying elements 14b, 16b, 126 arranged in a closed pitch circle are enclosed by an extruder housing 12b and all have the same direction of rotation 60b. With regard to features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 3. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 3. The extruder housing 12b has a fiber strand feed unit 32b with two fiber strand feeders 128, 130 arranged in a circumferential direction 124 one after the other, at an angular distance of 180 °. The fiber strand feeders 128, 130 are arranged at the same axial height of the extruder housing 12b, but an axially offset arrangement would also be possible. borrowed. Each fiber strand feed 128, 130 has a fiber strand feed opening 80b and a transfer region 132, 134, in which fiber strands 34b fed through the fiber strand feeders 128, 130 are fed to an outer process space 136.
Der Verfahrensraum 136 stellt einen Führungsfreiraum 138 zur Führung zumindest eines Faserstrangs 34b dar, wobei der Führungsfreiraum 138 in einer radialer Richtung 140 zwischen den Förderelementen 14b, 16b, 126 und dem Extrudergehäuse 12b gebildet wird.The process space 136 constitutes a guide clearance 138 for guiding at least one fiber strand 34b, wherein the guide clearance 138 is formed in a radial direction 140 between the conveying elements 14b, 16b, 126 and the extruder housing 12b.
Die Förderelemente 14b, 16b, 126 schließen einen Kern 142b ein und in radialer Richtung 140 zwischen dem Kern 142b und den Förderelementen 14b, 16b, 126 ist ein Füllspalt 144 angeordnet, der einen inneren Verfahrensraum 146 bildet. In diesen Füllspalt 144 wird über die Zusatzstoffzuführeinheit 26b ein Zusatzstoff 28b, wie beispielsweise ein Kunststoff, eingebracht. Der Kern 142b kann zu einer Temperierung des Sys- tems zumindest einen Kühlkanal 210 aufweisen, der sich zumindest bereichsweise in axialer Richtung 74b erstreckt.The conveying elements 14b, 16b, 126 include a core 142b and in the radial direction 140 between the core 142b and the conveying elements 14b, 16b, 126, a filling gap 144 is arranged, which forms an inner process space 146. An additive 28b, such as a plastic, is introduced into this filling gap 144 via the additive feed unit 26b. The core 142b can have at least one cooling channel 210 for temperature control of the system, which extends at least in regions in the axial direction 74b.
In Figur 6 ist ein alternativer Mehrwellenextruder 10c als Ringextruder 158 mit einer Faserstrangzuführeinheit 32c mit vier in einem Winkelabstand von 90° über den Umfang desFIG. 6 shows an alternative multi-shaft extruder 10c as a ring extruder 158 with a fiber strand feed unit 32c with four at an angular distance of 90 ° around the circumference of the fiber extruder
Extrudergehäuses 12c verteilten Faserstrangzuführungen 160, 162, 164, 166 mit jeweils einer Faserstrangzugabeöffnung 80c gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Fi- guren 1 bis 5 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Aus- führungsbeispiel in den Figuren 1 bis 5. An zumindest einer Faserstrangzuführung 160, 162, 164, 166 ist eine Beschickungseinheit 168 angeordnet, die vorbeschichtete Schnittfasern 170 vor einer Zuführung eines Faserstrangs 34c in die Faserstrangzuführung 160 des Faserstrangs 34c aufbringt. Die Schnittfasern 170 werden mit dem Faserstrang 34c in die Faserstrangzuführung 160 eingebracht.Extruder housing 12c distributed fiber strand feeders 160, 162, 164, 166, each with a fiber strand addition opening 80c shown. With regard to features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 5. The following description is essentially limited to the differences between 1 to 5 on at least one fiber strand feed 160, 162, 164, 166, a feed unit 168 is arranged, the pre-coated cut fibers 170 before feeding a fiber strand 34c in the fiber strand feed 160 of the fiber strand 34c applies. The cut fibers 170 are introduced into the fiber strand feed 160 with the fiber strand 34c.
In Figur 7 ist ein weitere Mehrwellenextruder 10d als Ring- extruder 172 gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 6 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 6. Im Extrudergehäuse 12d sind radial um einen Kern 142d 12 Förderelementpositionen 174 angeordnet, von denen zehn mit Förderelementen 14d, 16d ausgefüllt sind und zwei als förderele- mentlose Leerpositionen 176, 178 ausgeführt sind. Es kann aber auch jede beliebige Anzahl, Kombination und/oder Abfolge von förderelementtragenden und förderelementlosen Förderelementpositionen 174 vorgesehen sein. Die Leerpositionen 176, 178 erstrecken sich zumindest vom Bereich der Faserzuführeinheit 32d und bevorzugt vom Eingabebereich 20 bis hin zum Austrag- und Förderbereich 24 und sind mit Trennfüllstücken be- füllt. Durch die Anordnung der Trennfüllstücke ab dem Eingabebereich 20 kann eine Eingabe von verschiedenen Zusatzstoffen 28 erfolgen, die durch die Trennfüllstücke getrennt voneinander transportiert werden können. Werden die Trennfüllstücke erst in axialer Förderrichtung 74 nach der Faser- strangzugabeeinheit 32d angeordnet, wird der Strom des aufgeschmolzenen Zusatzstoffs 28 anteilmäßig in Bereiche geleitet, die durch die Trennfüllstücke gebildet werden. Zumindest zwei Förderelemente 14d, 16d können als funktionelle Einheit bzw. als Förderelementeinheit 180 zusammengefasst werden.FIG. 7 shows a further multi-screw extruder 10d as a ring extruder 172. With regard to features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6. In the extruder housing 12d, conveying element positions 174 are arranged radially around a core 142d, of which ten are filled with conveying elements 14d, 16d and two empty positions as conveying elements 176, 178 are executed. However, any number, combination and / or sequence of conveying element-carrying and conveyor element-free conveying element positions 174 can also be provided. The empty positions 176, 178 extend at least from the area of the fiber feed unit 32d and preferably from the input area 20 to the discharge and conveying area 24 and are filled with separating filling pieces. By arranging the Trennfüllstücke from the input area 20, an input of various additives 28 can be made, which can be transported separated by the Trennfüllstücke. If the separating filling pieces are arranged only in the axial conveying direction 74 after the fiber strand adding unit 32d, the flow of the molten additive 28 is proportionally directed into regions, which are formed by the Trennfüllstücke. At least two conveying elements 14d, 16d can be combined as a functional unit or as a conveying element unit 180.
Ferner können ein Faserstrang 34d und der Zusatzstoff 28 durch die Anordnung von Trennfüllstücken in den Leerpositionen 176, 178 in Umfangsrichtung 124 in voneinander getrennten Förderelementeinheiten 180 transportiert werden.Further, a fiber strand 34d and the additive 28 can be transported in spaced-apart conveyor element units 180 by the arrangement of separation filler pieces in the empty positions 176, 178 in the circumferential direction 124.
In Figur 8 ist eine Vorimprägniervorrichtung 182 mit einerFIG. 8 shows a preimpregnation device 182 with a
Beschichtungseinheit 184 zur Vorimprägnierung zumindest eines Faserstrangs 34e mittels einer Zusatzstoffzuführeinheit 26e mit einem Zusatzstoff 28e und einer Zuführeinheit 186, die den Faserstrang 34e einer Faserstrangzuführeinheit 32e einer nicht näher dargestellten Extrudervorrichtung zuführt, gezeigt. Hierbei erfolgt die Beschichtung vor einer Zuführung des Faserstrangs 34e in die Extrudervorrichtung. Der Zusatzstoff 28e, bevorzugt ein Kunststoff, wird als Film mittels zumindest einer Aufbringvorrichtung in der Form einer Düse 188 auf den Faserstrang 34e aufgebracht. Zu einer Verbesserung der Beschichtung ist an der Beschichtungseinheit 184 zumindest eine Bewegungsvorrichtung in der Form eines Gatters 190 angeordnet, über das der Faserstrang 34e vor einer Vorbeiführung an der Düse 188 geführt wird. Das Gatter 190 be- wegt den oder die zugeführten Faserstränge 34e im Prozess einer Aufbringung des Zusatzstoffs oszillierend. Die Zuführeinheit 186 umfasst ein erstes Führungselement 192 und ein zweites Führungselement 194, die beide den Faserstrang 34e führen. Da der Faserstrang 34e durch einen von der Extrudervor- richtung erzeugten Zug unter Spannung an den Führungselementen 192, 194 vorbeigeführt wird und der Zusatzstoff 28e am zweiten Führungselement 194 zwischen dem Faserstrang 34e und einer Arbeitsfläche 196 des zweiten Führungselements 194 liegt, arbeitet das zweite Führungselement 194 den Zusatzstoff 28e zusätzlich in den Faserstrang 34e ein. Ferner wird, durch dieses Vorbeiführen und die Ausübung eines Gleitdrucks auf den Faserstrang 34e, an dem Faserstrang anhaftendes bzw. sich im Zusatzstoff 28e befindliches Gas ausgepresst. Nach dem zweiten Führungselement 194 ist eine Umlenkeinheit 216 angeordnet, die den Faserstrang 34e über ein weiteres Füh- rungselement 228 der Faserstrangzuführungseinheit 32e zuführt. An allen Führungselementen 194, 196, 228 bzw. an dem führenden Teil 230 des Umlenkelements ist eine Abrisskante 226 angeformt, die gewährleistet, dass der Zusatzstofffilm mit dem Faserstrang 34e transportiert wird. Weiterhin ist ei- ne Wärmequelle 198, beispielsweise in der Form von zumindest einem in die Führungselemente 194, 196, 228, 230 eingebrachten Heizstrahl, angeordnet, der den zugeführten und beschichteten Faserstrang 34e vor der Zuführung in die Faserstrangzu- führeinheit 32e erwärmt.Coating unit 184 for preimpregnating at least one fiber strand 34e by means of an additive feed unit 26e with an additive 28e and a feed unit 186 which feeds the fiber strand 34e to a fiber strand feed unit 32e of an extruder device (not shown). Here, the coating takes place before feeding the fiber strand 34e into the extruder device. The additive 28e, preferably a plastic, is applied to the fiber strand 34e as a film by means of at least one application device in the form of a nozzle 188. To improve the coating, at least one movement device in the form of a gate 190 is arranged on the coating unit 184, via which the fiber strand 34e is guided before passing the nozzle 188. The gate 190 oscillates the supplied fiber strand (s) 34e in the process of application of the additive. The feed unit 186 includes a first guide member 192 and a second guide member 194, both of which guide the fiber strand 34e. Since the fiber strand 34e is guided past the guide elements 192, 194 under tension by means of a tension generated by the extruder device, and the additive 28e is moved past the guide elements 192, 194 second guide element 194 between the fiber strand 34e and a working surface 196 of the second guide element 194, the second guide element 194 additionally operates the additive 28e into the fiber strand 34e. Further, by this passing and the exercise of a sliding pressure on the fiber strand 34e, on the fiber strand adhering or in the additive 28e befindliches gas is squeezed out. After the second guide element 194, a deflection unit 216 is arranged, which feeds the fiber strand 34e via a further guide element 228 of the fiber strand feed unit 32e. On all guide elements 194, 196, 228 or on the leading part 230 of the deflecting a tear-off edge 226 is formed, which ensures that the additive film is transported to the fiber strand 34e. Furthermore, a heat source 198, for example in the form of at least one heating jet introduced into the guide elements 194, 196, 228, 230, is arranged, which heats the supplied and coated fiber strand 34e before it is fed into the fiber strand feed unit 32e.
In Figur 9 ist ein schematischer Ausschnitt einer Förderstrecke 200 mit zumindest zwei Förderelementen 202, 204 eines weiteren Mehrwellenextruders 10f gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 7 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 7. Ein Extrudergehäuse 12f weist einen Extrudergehäuseabschnitt 206 auf, der nach der Faserstrangzuführeinheit 32f und deren Faserstrangzugabeöffnung 8Of angeordnet ist und der sich um eine Strecke, die 3-mal einem Förderelementnau- ßendurchmesser 82 entspricht, in einer axialen Förderrichtung 74f erstreckt. Im Anschluss an diesen Extrudergehäuseabschnitt 206 ist ein weiterer Extrudergehäusebereich 208 angeordnet, der einen Übergang 212 mit einer Radialabstandsredu- zierung 256 aufweist, die konisch ausgeführt ist. Der weitere Extrudergehäusebereich 208 wiederum geht in einen Austrag- und Förderbereich 24f über, in dem die eine Zerteilungsein- heit 214 in Form des Förderelements 204 angeordnet ist, die die Faserstränge 34f in vorbestimmte Längen zerteilt.FIG. 9 shows a schematic section of a conveying path 200 with at least two conveying elements 202, 204 of a further multi-screw extruder 10f. With regard to features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 7. The following description is essentially limited to the differences from the embodiment in FIGS. 1 to 7. An extruder barrel 12f has an extruder barrel portion 206 disposed after the fiber strand feeding unit 32f and its fiber strand adding port 8Of and extending by a distance 3 times a conveyor element ßendurchmesser 82 corresponds, in an axial conveying direction 74 f extends. Following this extruder housing section 206, a further extruder housing portion 208 is arranged, which has a transition 212 with a Radialabstandsredu- ornamentation 256, which is conical. The further extruder housing region 208, in turn, merges into a discharge and delivery region 24f in which the one separation unit 214 in the form of the conveying element 204 is arranged, which splits the fiber strands 34f into predetermined lengths.
In Figur 10 ist ein schematischer Ausschnitt eines weiteren Mehrwellenextruders 10g in der Form eines Ringextruders 232 gezeigt. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Fi- guren 1 bis 9 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 9.FIG. 10 shows a schematic section of another multi-shaft extruder 10 g in the form of a ring extruder 232. With regard to features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 9. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 9.
Entlang einer axialen Förderrichtung 74g ist in einem Einga- bebereich 20g ein Förderelement 234 angeordnet, das einerAlong an axial conveying direction 74g, a conveying element 234 is arranged in an input region 20g, which is a conveying element 234
Förderung eines über eine Zusatzstoffzuführeinheit 26g eingebrachten Zusatzstoffs 28g dient. An das Förderelement 234 schließt ein Bereich an, der einen Füllspalt 144 und einen inneren Verfahrensbereich 146 bildet. Aus diesem Füllspalt 144 wird der Zusatzstoff 28g mittels eines Rückförderelements 70g, das in axialer Förderrichtung 74g nach dem Förderelement 234 angeordnet ist, in radialer Richtung 140 zum Extrudergehäuse 12g in einen äußeren Verfahrensraum 136 bzw. Führungsfreiraum 138 transportiert. Um eine ausreichende Faserstrang- Zuführung zu erreichen, ist im Bereich einer Faserstrangzu- führeinheit 32g, die eine Faserstrangzuführung 252 und einen Übergabebereich 254 aufweist, ein verbreiterter Gehäuseabschnitt vorgesehen, durch den ein Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 gebildet wird.Promotion of an introduced via an additive supply unit 26g additive 28g is used. The conveyor element 234 is adjoined by a region which forms a filling gap 144 and an inner process region 146. From this filling gap 144, the additive 28g is transported in the radial direction 140 to the extruder housing 12g into an outer process space 136 or guide clearance 138 by means of a return conveying element 70g, which is arranged in the axial conveying direction 74g downstream of the conveying element 234. In order to achieve a sufficient fiber strand feed, in the region of a fiber strand feed unit 32g, which is a fiber strand feed 252 and a Transfer portion 254, a widened housing portion provided through which an extruder housing conveying element gap 152 is formed.
Dieser Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 kann zusätzlich und/oder alternativ durch eine Ausgestaltung eines Förderelements 148 gebildet sein. Hierfür weist das Förderelement 148 in einem Bereich, beispielsweise dem Faserstrangzuführbe- reich, gegenüber einem anderen Bereich, wie dem Benetzungsbe- reich 22g, ein kleineres Verhältnis des Förderelementaußen- durchmessers 82 (Da) zu einem Förderelementinnendurchmesser 150 (Di) auf (siehe Figur 5) .This extruder housing conveying element gap 152 may additionally and / or alternatively be formed by a design of a conveying element 148. For this purpose, the conveying element 148 has a smaller ratio of the conveying element outer diameter 82 (Da) to a conveying element inner diameter 150 (Di) in one area, for example the fiber strand feed area, compared to another area, such as the wetting area 22g (see FIG. 5) ).
Weiterhin kann ein Kernsegment 240 vorgesehen sein, das einen verbreiterten Durchmesser gegenüber dem verbleibenden Teil des Kerns 142g aufweist.Furthermore, a core segment 240 may be provided, which has a widened diameter with respect to the remaining part of the core 142g.
Weiterhin ist ein Ringspalt 154, beispielsweise angeordnet in der Homogenisierungszone 42g und/oder zwischen zwei Förder- elementen 236, 238, dargestellt, der förderelementlos gestaltet ist, sich mindestens um eine Länge von einem Drittel der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 erstreckt und eine radiale Kanalhöhe 156 von maximal (Da-Di) /2 aufweist.Furthermore, an annular gap 154, for example arranged in the homogenization zone 42g and / or between two conveying elements 236, 238, which is designed without conveying elements, extends at least by a length of one third of the length of the conveying element outer diameter 82 and a radial channel height 156 of maximum (Da-Di) / 2.
Die Faserstrangzuführeinheit dient zu einer Zuführung von Endlosfasersträngen und weist an der Faserstrangzugabeöffnung 80g einen zylinderförmigen Einsatz 236 mit einem Zuführformteil 244 und einem Halterand 246 auf, wobei sich das Zuführformteil 244 entgegen der radialen Richtung 140 in das Gehäuse 12g erstreckt. Der Einsatz 242 weist ferner einen Längs- schlitz 248 auf, in den die Faserstränge 34g eingeführt wer- den. Der Einsatz 236 kann in einem Winkel von 0° bis 45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar angeordnet werden. Vertikal über dem Einsatz ist ein Gatter 190g angeordnet, das die Faserstränge 34g, jeweils separiert durch Gatterstege 250, der Faserzuführeinheit 32g zuführt. Das Gatter 190 kann in einem Winkel von 0° bis 45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar angeordnet werden, wobei eine Drehung des Gatters 190 unabhängig von einer Drehung des Einsatzes 242 erfolgen kann (siehe Figur 11) . Ferner kann das Gatter 190 in vertikaler Richtung stufenlos gegenüber dem Einsatz 242 verstellt werden. The fiber strand feed unit serves to feed endless fiber strands and has at the fiber strand feed opening 80g a cylindrical insert 236 with a feed mold part 244 and a holding edge 246, wherein the feed mold part 244 extends against the radial direction 140 into the housing 12g. The insert 242 further includes a longitudinal slot 248 into which the fiber strands 34g are inserted. the. The insert 236 can be arranged rotatably offset at an angle of 0 ° to 45 ° to the conveying direction 74g. Vertically above the insert, a gate 190g is arranged, which feeds the fiber strands 34g, separated by gate webs 250, to the fiber feed unit 32g. The gate 190 may be rotatably staggered at an angle of 0 ° to 45 ° with respect to the direction of conveyance 74g, with rotation of the gate 190 being independent of rotation of the insert 242 (see FIG. 11). Furthermore, the gate 190 can be adjusted in the vertical direction continuously relative to the insert 242.
Bezugszeichenreference numeral
10 Mehrwellenextruder 60 Drehsinn10 multi-screw extruder 60 turning sense
12 Extrüdergehäuse 62 Förderelement12 extruder housing 62 conveying element
14 Förderelement 64 Förderelement14 conveying element 64 conveying element
16 Förderelement 66 Knetblock16 conveying element 66 kneading block
18 Achse 68 Förderelement18 axis 68 conveying element
20 Eingabebereich 70 Rückförderelement20 Input area 70 Return element
22 Benetzungsbereich 72 Rückförderelement22 wetting area 72 return conveyor element
24 Austrag- und Förderbe74 axiale Förderrichtung reich 76 Verfahrensräum24 Discharge and conveying chamber axial conveying direction rich 76 Process room
26 Zusatzstoffzuführeinheit 78 viskoser Arbeitsbereich26 additive feed unit 78 viscous work area
28 Zusatzstoff 80 FaserStrangzugabeöffnung28 Additive 80 Fiber feed addition port
30 Förderzone 82 Förderelementaußendurch-30 conveying zone 82 conveying element outside
32 Faserstrangzuführeinheit messer32 fiber strand feed unit knife
34 Faserstrang 84 Bereich34 fiber strand 84 area
36 erste Verdichtungszone 86 Radialabstand36 first compression zone 86 radial distance
38 Entgasungszone 88 Innenwand38 degassing zone 88 inner wall
40 weitere Verdichtungszone 90 anderer Bereich40 more compression zone 90 other area
42 Homogenisierungszone 92 Faserstrang-42 homogenization zone 92 fiber strand
44 Förderstrecke Zusatzstoffgemisch44 conveying section additive mixture
46 Förderstrecke 94 Gasvolumen46 conveying section 94 gas volume
48 Förderelement 96 Einheit48 conveying element 96 unit
50 Förderelement 98 Förderelement50 conveying element 98 conveying element
52 Förderelement 100 Förderelement52 conveying element 100 conveying element
54 Förderelement 102 Gehäuseentgasungsöffnung54 conveying element 102 housing degassing opening
56 Förderelement 104 Vakuumquelle56 conveying element 104 vacuum source
58 Knetblock 106 Förderelement 108 Förderelementbereich 166 Faserstrangzuführung58 kneading block 106 conveying element 108 conveying element region 166 fiber strand feed
110 Förderelementbereich 168 Beschickungseinheit110 conveying element area 168 loading unit
112 Förderelement 170 Schnittfaser112 conveying element 170 cut fiber
114 Durchgangsbereich 172 Ringextruder114 passage area 172 ring extruder
116 Durchgangsbereich 174 Förderelementposition116 passage area 174 conveyor element position
118 Vorrichtungsbereich 176 Leerposition118 Device area 176 Empty position
120 Vorrichtungsbereich 178 Leerposition120 Device area 178 Empty position
122 Ringextruder 180 Förderelementeinheit122 ring extruder 180 conveying element unit
124 Umfangsrichtung 182 Vorimprägniervorrichtung124 circumferential direction 182 preimpregnating device
126 Förderelement 184 Beschichtungseinheit126 conveying element 184 coating unit
128 Faserstrangzuführung 186 Zuführeinheit128 fiber strand feed 186 feed unit
130 Faserstrangzuführung 188 Düse130 fiber strand feed 188 nozzle
132 Übergabebereich 190 oszillierendes Gatter132 transfer area 190 oscillating gate
134 Übergabebereich 192 erstes Führungselement134 transfer area 192 first guide element
136 äußerer Verfahrensraum 194 zweites Führungselement136 outer process space 194 second guide element
138 Führungsfreiraum 196 Arbeitsfläche138 Guide clearance 196 Work surface
140 radiale Richtung 198 Wärmequelle140 radial direction 198 heat source
142 Kern 200 Förderstrecke142 core 200 conveyor line
144 Füllspalt 202 Förderelement144 filling gap 202 conveying element
146 Innerer Verfahrensraum 204 Förderelement146 inner process space 204 conveying element
148 Förderelement 206 Extrudergehäuseabschnitt148 conveying element 206 extruder housing section
150 Förderelementinnendurch208 Extrudergehäusebereich messer 210 Kühlkanal150 Inline element through208 Extruder housing range Knife 210 Cooling channel
152 Extrudergehäuse- 212 Übergang Förderelementspalt 214 Zerteilungseinheit152 extruder housing 212 transition conveyor element gap 214 division unit
154 Ringspalt 216 Umlenkelement154 Annular gap 216 deflecting element
156 Kanalhöhe 218 Förderelement156 Channel height 218 conveying element
158 Ringextruder 220 Förderelement158 ring extruder 220 conveying element
160 Faserstrangzuführung 222 Entgasungszone160 fiber strand feed 222 degassing zone
162 Faserstrangzuführung 224 Gehäuseentgasungsöffnung162 fiber strand feed 224 housing vent
164 Faserstrangzuführung 226 Abrisskante 228 Führungselement 244 Zuführformteil164 fiber strand feed 226 trailing edge 228 guide element 244 feed molding
230 führender Teil 246 Halterand230 leading part 246 retaining edge
232 Ringextruder 248 Längsschlitz232 ring extruder 248 longitudinal slot
234 Förderelement 250 Gattersteg234 conveyor element 250 gate web
236 Förderelement 252 Faserstrangzuführung236 conveying element 252 fiber strand feed
238 Förderelement 254 Übergabebereich238 conveying element 254 transfer area
240 Kernsegment 256 Radialabstandsreduzie-240 core segment 256 Radial Distance Reduction
242 Einsatz rung 242 use

Claims

Ansprüche claims
1. Mehrwellenextrudervorrichtung mit zumindest zwei Förderelementen (14a, 14b, 14d, 16a, 16b, 16d, 48 - 56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 126, 148, 202, 204, 234 - 238), die kämmend angeordnet und mit einem gleichen Drehsinn (60a, 60b) betreibbar sind, mit einer Zusatzstoffzuführeinheit (26a, 26b, 26e) zum Zuführen eines Zusatzstoffs (28a, 28b, 28e) und mit einer Faserstrang- zuführeinheit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g), mittels der eine Zugabe von zumindest einem Faserstrang (34a, 34b, 34c, 34e, 34f, 34g) in einem viskosen Arbeitsbereich (78) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzuführeinheit (32a, 32b, 32c, 32e, 32f, 32g) zumindest eine Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 8Of, 80g) aufweist, die in einen Verfahrensraum (76, 136) mündet, wobei im Verfahrensraum (76, 136) eine Förderzone (30a, 30b) angeordnet ist, die dazu vorgese- hen ist, in wenigstens einem Betriebsmodus zwischen 30 % und 80 % mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) befüllt zu werden, und mit wenigstens einer nach der Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 80f, 80g) angeordneten ersten Verdichtungszone (36) , die dazu vorgese- hen ist, ein eingeschlepptes Gasvolumen (94) um zumindest ein Viertel seines Volumens zu reduzieren. 1. multi-shaft extruder device with at least two conveying elements (14a, 14b, 14d, 16a, 16b, 16d, 48-56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 126, 148, 202, 204, 234 - 238) intermeshing and operable in a same direction of rotation (60a, 60b) with an additive supply unit (26a, 26b, 26e) for supplying an additive (28a, 28b, 28e) and a fiber strand feeding unit (32a, 32b, 32c , 32e, 32f, 32g), by means of which at least one fiber strand (34a, 34b, 34c, 34e, 34f, 34g) is added in a viscous working area (78), characterized in that the fiber strand feed unit (32a, 32b, 32c , 32e, 32f, 32g) at least one fiber strand addition opening (80a, 80b, 80c, 8Of, 80g), which in a process chamber (76, 136) opens, wherein in the process space (76, 136) a conveying zone (30a, 30b) arranged which is intended to be filled with a fiber-strand additive mixture (92) in at least one operating mode between 30% and 80% and at least one first compression zone (36) located downstream of the fiber strand feed opening (80a, 80b, 80c, 80f, 80g), which is designed to reduce an entrained gas volume (94) by at least a quarter of its volume.
2. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungszone (36) dazu vorgesehen ist, das Gasvolumen (94) um zumindest eine Hälfte seines Volumens zu reduzieren.2. Multi-screw extruder device according to claim 1, characterized in that the compression zone (36) is provided to reduce the gas volume (94) by at least one half of its volume.
3. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungszone (36) dazu vorgesehen ist, das Gas- volumen (94) um zumindest 90 % seines Volumens zu reduzieren.3. Multi-screw extruder device according to claim 1 or 2, characterized in that the compression zone (36) is provided to reduce the gas volume (94) by at least 90% of its volume.
4. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit (96), die dazu vorgesehen ist, ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 80 % zu 20 % einzustellen.4. multi-shaft extruder apparatus according to claim 1, characterized by a unit (96), which is intended to set a volume ratio of fiber strand additive mixture (92) to gas volume (94) of at least 80% to 20%.
5. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (96) ein Volumenverhältnis von Faserstrang- Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 60 % zu 40 % einstellt.5. multi-screw extruder device according to claim 4, characterized in that the unit (96) adjusts a volume ratio of fiber strand additive mixture (92) to gas volume (94) of at least 60% to 40%.
6. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (96) ein Volumenverhältnis von Faserstrang- Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 50 % zu 50 % einstellt 6. multi-shaft extruder device according to claim 5, characterized in that the unit (96) adjusts a volume ratio of fiber strand additive mixture (92) to gas volume (94) of at least 50% to 50%
7. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Verdichtungszone (40).7. multi-shaft extruder device according to one of the preceding claims, characterized by at least one further compression zone (40).
8. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Entgasungszone (38).8. multi-shaft extruder device according to one of the preceding claims, characterized by at least one degassing zone (38).
9. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten Verdichtungszone (36) die Entgasungszone (38) angeordnet und nach der Entgasungszone (38) die weitere Verdichtungszone (40) angeordnet ist.9. multi-screw extruder device according to claim 7 and 8, characterized in that after the first compression zone (36) the degassing zone (38) and after the degassing zone (38) the further compression zone (40) is arranged.
10. Mehrwellenextrudervorrichtung zumindest nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichtungszone (36), die Entgasungszone (38) und/oder die weitere Verdichtungszone (40) jeweils eine Längserstreckung von maximal dreimal einem Förderele- mentaußendurchmesser (82) aufweisen.10. multi-shaft extruder device at least according to claim 7 and 8, characterized in that the first compression zone (36), the degassing zone (38) and / or the further compression zone (40) each have a longitudinal extension of a maximum of three times a Förderele- ment outer diameter (82).
11. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichtungszone (36), die Entgasungszone (38) und/oder die weitere Verdichtungszone (40) jeweils eine Längserstreckung von maximal zweimal einem Förderele- mentaußendurchmesser (82) aufweisen. 11. multi-screw extruder device according to claim 10, characterized in that the first compression zone (36), the degassing zone (38) and / or the further compression zone (40) each have a longitudinal extent of at most twice a Förderele- ment outer diameter (82).
12. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzugabeöffnung (80a, 80b, 80c, 8Of) eine Längserstreckung von maximal viermal einem Förderele- mentaußendurchmesser (82) aufweist.12. Multi-screw extruder device according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strand addition opening (80a, 80b, 80c, 8Of) has a longitudinal extent of not more than four times a delivery element outer diameter (82).
13. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Vakuumquelle (104), die zum Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums dient.13. Multi-shaft extruder device according to one of the preceding claims, characterized by a vacuum source (104), which serves to build and / or to maintain a vacuum.
14. Mehrwellenextrudervorrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Homogenisierungszone (42), in der zumindest zwei Förderelemente (56, 112) Durchgangsbereiche (114, 116) aufweisen, so dass ein Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen (118, 120) ermöglichbar ist.14. Multi-shaft extruder device according to one of the preceding claims, characterized by a homogenization zone (42) in which at least two conveying elements (56, 112) have passage regions (114, 116), so that a mass transfer between at least two device regions (118, 120). is possible.
15. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzuführeinheit (32b, 32c, 32g) mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses (12b, 12c, 12g) angeordnete Faserstrangzuführungen (128, 130, 160 - 166, 252) mit Faserstrangzugabeöffnungen (80b, 80c, 80g) zu einer radialen Zuführung von Fasersträngen (34b, 34c, 34g) in den Verfahrensraum (136) aufweist. 15. Multi-screw extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fiber strand feed unit (32b, 32c, 32g) has at least two fiber strand feeders (128, 130, 160-166, 252) arranged on a circumference of an extruder housing (12b, 12c, 12g). with fiber strand feed openings (80b, 80c, 80g) for radially feeding fiber strands (34b, 34c, 34g) into the process space (136).
16. Mehrwellenextrudervorrichtung zumindest nach Anspruch 7 und δ, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (50-54, 98, 100, 106) der ersten Verdichtungszone (36), der Entgasungszone (38) und/oder der weiteren Verdichtungszone (40) ein-, zwei- und/oder dreigängig ausgeführt sind.16 multi-screw extruder device at least according to claim 7 and δ, characterized in that the conveying elements (50-54, 98, 100, 106) of the first compression zone (36), the degassing zone (38) and / or the further compression zone (40) a , two- and / or Dreigängig are executed.
17. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (148) in zumindest einem Bereich gegenüber zumindest einem anderen Bereich (22g) mit einem kleineren Da/Di ausgeführt ist, um einen vergrößerten Extrudergehäuse-Förderelementenspalt (152) zu erzielen.17. A multi-shaft extruder apparatus according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conveyor element (148) is designed in at least one area opposite to at least one other area (22g) with a smaller Da / Di to accommodate an enlarged extruder housing conveyor element gap (152) achieve.
18. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, zumindest einen Ringspalt (154), der eine radiale Kanal- höhe (156) von maximal (Da-Di) /2 aufweist.18. multi-shaft extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized by, at least one annular gap (154) having a radial channel height (156) of a maximum (Da-Di) / 2.
19. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (84) der Faserstrangzugabeöffnung (80a) ein Radialabstand (86) zwischen einem Förderelementaußen- durchmesser (82) eines Förderelements (14a, 16a) der Förderzone (30a) und einer Innenwand (88) eines Extrudergehäuses (12a) gegenüber wenigstens einem anderen Be- reich (90) vergrößert ist. 19. Multi-shaft extruder device according to claim 1, characterized in that in the area (84) of the fiber strand addition opening (80a) a radial distance (86) between a delivery element outer diameter (82) of a conveying element (14a, 16a) of the conveying zone (30a) and an inner wall (88) of an extruder housing (12a) is enlarged relative to at least one other area (90).
20. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Extrudergehäusebereich (208) einer Förderstrecke (200) eine Radialabstandreduzierung zwischen wenigstens einem Förderelement (204) und dem Extrudergehäusebereich (208) vorgesehen ist.20. multi-shaft extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in at least one extruder housing portion (208) of a conveying path (200) a Radialabstandreduzierung between at least one conveying element (204) and the extruder housing portion (208) is provided.
21. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifisches Maschinendrehmoment mindestens 20 Nm/cm3 beträgt.21. Multi-shaft extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a specific engine torque is at least 20 Nm / cm 3 .
22. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Maschinendrehmoment mindestens 40 Nm/cm3 beträgt.22. Multi-shaft extruder device according to claim 21, characterized in that the specific engine torque is at least 40 Nm / cm 3 .
23. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Maschinendrehmoment mindestens 60 Nm/cm3 beträgt .23. Multi-shaft extruder device according to claim 22, characterized in that the specific engine torque is at least 60 Nm / cm 3 .
24. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234 - 238) in einem geschlossenen Teilkreis ange- ordnet sind. 24. multi-screw extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conveying elements (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234 - 238) are arranged in a closed pitch circle.
25. Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen äußeren und/oder einen inneren Verfahrensraum (136, 146), die durch eine Anordnung der Förderelemente (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234 - 238) gebildet sind.25. Multi-shaft extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized by an outer and / or an inner process space (136, 146), which is arranged by an arrangement of the conveying elements (14b, 14d, 16b, 16d, 126, 148, 202, 204, 234 - 238) are formed.
26. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein Rückförderelement (70g) , das dazu vorgesehen ist, über die Zusatzstoffzuführeinheit (26g) zugeführten Zusatzstoff (28g) von dem inneren Verfahrensraum (146) in den äußeren Verfahrensraum (136) zu transportieren.26. Multi-shaft extruder apparatus according to claim 25, characterized by a return element (70g), which is provided to transport via the additive feed unit (26g) supplied additive (28g) from the inner process chamber (146) in the outer process space (136).
27. Mehrwellenextrudervorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet:, dass das Rückförderelement (70g) in der axialen Förderrichtung (74g) vor der Faserstrangzugabeöffnung (80g) ange- ordnet ist.27. The multi-shaft extruder device according to claim 26, characterized in that the return element (70g) is arranged in the axial conveying direction (74g) in front of the fiber strand addition opening (80g).
28. Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebsmodus eine Förderzone (30a, 30b) in einem Verfahrensraum (76, 136) zwischen 30 % und 80 % mit einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch befüllt wird und ein eingeschlepptes Gasvolumen (94) um zumindest ein Viertel seines Volumens reduziert wird. 28. A method for operating a multi-screw extruder device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in at least one operating mode, a conveying zone (30a, 30b) is filled in a process space (76, 136) between 30% and 80% with a fiber strand additive mixture and an entrained gas volume (94) is reduced by at least a quarter of its volume.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch zu Gasvolumen von zumindest 80 % zu 20 % eingestellt wird.29. The method according to claim 28, characterized in that a volume ratio of fiber additive mixture to gas volume of at least 80% to 20% is set.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 60 % zu 40 % einge- stellt wird.30. The method according to claim 29, characterized in that a volume ratio of fiber-additive mixture (92) to gas volume (94) of at least 60% to 40% is set.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis von Faser-Zusatzstoffgemisch (92) zu Gasvolumen (94) von zumindest 50 % zu 50 % eingestellt wird.31. The method according to claim 30, characterized in that a volume ratio of fiber-additive mixture (92) to gas volume (94) of at least 50% to 50% is set.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Aufbau und zu einer Aufrechterhaltung eines Va- kuums an einer Entgasungszone (38) zu einer Reduzierung des Gasvolumens (94) eine Vakuumquelle (104) angelegt wird.32. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a vacuum source (104) is applied to a structure and to maintain a vacuum at a degassing zone (38) in order to reduce the gas volume (94).
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass33. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
Faserstränge (34b, 34c, 34g) an mindestens zwei an einem Umfang eines Extrudergehäuses (12b, 12c, 12g) angeordneten Faserstrangzugabeöffnungen (80b, 80c, 80g) radial in den Verfahrensraum (136) zugeführt werden. Fiber strands (34b, 34c, 34g) are fed radially into the process space (136) at at least two fiber strand feed openings (80b, 80c, 80g) arranged on a circumference of an extruder housing (12b, 12c, 12g).
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