WO2015028360A1 - Device and method for producing multi-component materials - Google Patents

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WO2015028360A1
WO2015028360A1 PCT/EP2014/067703 EP2014067703W WO2015028360A1 WO 2015028360 A1 WO2015028360 A1 WO 2015028360A1 EP 2014067703 W EP2014067703 W EP 2014067703W WO 2015028360 A1 WO2015028360 A1 WO 2015028360A1
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conveying
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guide means
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Thomas Hochrein
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Skz-Kfe Ggmbh Kunststoff-Forschung Und -Entwicklung
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    • B29C48/68Barrels or cylinders
    • B29C48/681Barrels or cylinders for single screws

Definitions

  • German Patent Application 10 2012 217 323.7 is incorporated herein by reference.
  • the invention relates to an extrusion device for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution. Furthermore, the invention is directed to a process for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetric concentration distribution. The invention is also directed to a multi-component material.
  • Multi-component materials are known which do not have a homogeneous material composition or filler distribution along a component dimension but a heterogeneous distribution.
  • Such multicomponent materials are gradient materials, also termed “Functional Graded Materials” (FGM).
  • FGM Frctional Graded Materials
  • the grading of multi-component materials leads to a continuous variation of all important thermomechanical characteristics, such as modulus of elasticity, thermal expansion coefficient, fracture toughness and strength mechanical properties the optimal adaptation of a property curve in materials to external requirements. requirements.
  • Graduated components can have functional properties which can not be achieved by a direct material transition. Design aspects through selected color gradients also play a role here.
  • Devices for the production of multi-component materials with a certain concentration distribution of the components involved are known in various designs.
  • multi-component materials can be produced with a gradient direction.
  • special melt profiles are generated from a base polymer and a filled compound material, which are mixed by a mixing unit in such a way that only one gradient direction and one homogeneous filler distribution perpendicular to the flow direction result (compare Yong-Bin Zhu et al., A Eng. Eng., 2006, 291, 1388-1396).
  • the method is only suitable for multi-component materials with a gradient direction.
  • the object of the invention is to provide a device with which multi-component materials with a radial and rotationally symmetric concentration distribution of the involved material components can be produced, wherein the multicomponent materials should also be producible as continuous products.
  • the device should be quickly and structurally easy to adapt to changes in the desired concentration distributions of each end product.
  • an extrusion apparatus for producing multi-component materials having at least one first feed opening for feeding a first material component into a conveying channel, a conveying means extending along a conveying direction for conveying at least the first material component within the along the conveying direction extending delivery channel and at least one second feed opening for supplying a second material component in the conveyor channel is then suitable for generating a radial and rotationally symmetric concentration distribution, when a downstream of the conveyor arranged Leitsch is provided to produce a spirally layered component mixture, which rotationally driven about a rotation axis and at least one lead aperture for occurs at least the first material component along the conveying direction.
  • the extrusion device comprises at least one homogenizing means arranged downstream of the guide means, which is arranged coaxially to the axis of rotation and has a plurality of homogenization openings for the axial passage of the component mixture.
  • the extrusion device according to the invention it is possible to produce a material which is homogeneous in the axial direction, this multi-component material having a defined profile of a radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
  • the throughput of at least the first material component along the conveying direction is adjustable by the design of the guide means and thus the concentration ratio or the concentration profile of the first material component and the second material component can be changed.
  • the design of the conductive agent may differ, for example, with regard to the number, position and geometric contour of the guide openings. Also, the design of the conductive agent may vary in thickness.
  • the guide means preferably has a circular outer contour, wherein a diameter of the guide means is tuned to an inner diameter of the conveying channel.
  • the guide means may be formed, for example, as a circular perforated disc or pinhole.
  • the guide means downstream of the conveyor and immediately adjacent to this along the conveyor channel is arranged.
  • the conveying means is preferably a conveying screw, which feeds at least the first material component axially to the guiding means along the conveying direction.
  • the conveyor could also be a melt pump.
  • the first material component can be supplied to the conveying means in a plasticized state.
  • the conveyor is alternatively also a melting of at least the first material component possible.
  • the second material component can already be supplied to the delivery channel in a molten state via the at least one second supply opening.
  • the first feed opening for feeding the first material component into the feed channel is preferably provided in the region of the feed screw.
  • Downstream of the conductive agent is achieved by the homogenizing agent, a concentric mixing of the helically stacked by the conductive component mixture.
  • the use of the homogenizing agent thus makes it possible to achieve a circular mixing effect on the peripheral lines of the component mixture.
  • the homogenizing agent By the homogenizing agent, a homogeneous mixing of the vortex structure of the component mixture can be achieved without the radial rotation symmetric concentration distribution is changed.
  • Suitable homogenizing agents are, for example, (filter) sieves, perforated plates or similar tubular structures.
  • the homogenizing agent preferably has a circular outer contour, wherein a diameter of the homogenizing agent is adapted to an inner diameter of the conveying channel.
  • Both the conducting agent and the homogenizing agent are arranged in the extrusion apparatus in such a way that replacement or replacement of the conducting agent or of the homogenizing agent is simply possible.
  • the second feed opening for supplying the second material component is arranged in the conveying channel downstream immediately adjacent to the guide means. In principle, it is also possible to arrange both the first feed opening and the second feed opening upstream of the guide means in the region of the conveying means.
  • the extrusion device Downstream of the homogenizing agent, the extrusion device has a nozzle for discharging the multi-component material with radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
  • the invention Extrusion device it is also possible to homogenize more than two material components.
  • An apparatus enables a particularly good homogenization of the material components by the rotary drive of the homogenizing agent.
  • the axis of rotation of the homogenizing agent is preferably congruent with the axis of rotation of the conductive agent. Rotation speeds of the homogenizing agent and the conductive agent are advantageously adaptable to the materials to be homogenized.
  • An apparatus enables a precise control of the extrusion device and thus a targeted influencing of the material properties of the multi-component materials producible with the device according to the invention.
  • Due to the independent drive of the conductive agent and the homogenizing agent the radial and rotationally symmetrical concentration distribution and the concentration ratio of the material components are adjustable.
  • a degree of homogenization is adjustable.
  • the drive of the conductive agent and / or the homogenizing agent can be achieved, for example, by introducing a movement at the circumference or at the center of the conductive agent or the homogenizing agent. It is possible, for example, to derive the rotational movements of the conductive agent or of the homogenizing agent from a rotational movement of the conveying means.
  • a drive hollow shaft for the guide means with drive shaft mounted therein for the homogenizer.
  • peripherally arranged to the homogenizing agent or the guide means drives are structurally simple to implement.
  • An apparatus according to claim 4 allows a particularly flexible choice of the degree of homogenization or the concentration ratio of the material components.
  • the variable drive of the conductive agent or of the homogenizing agent along two directions of rotation about the axis of rotation is possible by drive elements which can be controlled independently of one another or by a common drive device.
  • a device ensures a controllable generation of a spirally stratified component mixture, which is realized particularly simply in terms of its design.
  • the axial supply of at least the first material component to the guide means is preferably carried out by the conveying means, which is designed as a screw conveyor and axially feeds the first material component along the conveying direction of the guide means.
  • An apparatus enables a targeted supply of the second material component to the first material component and the achievement of a vortex structure of the component mixture downstream of the conductive agent.
  • the second feed opening is provided axially immediately adjacent to the guide means in the extrusion apparatus and introduces the second material component from the outside radially into the feed channel.
  • at least two supply openings are provided for feeding the second material component.
  • the feed openings are preferably arranged equidistant from each other radially to the conveyor channel.
  • An apparatus enables a simultaneous melting of the first material component and the second material component. component by means of the conveying means along the conveying direction. In this way, it is possible to dispense with a coextruder for separately melting the second material component outside the delivery channel.
  • An apparatus according to claim 8 allows a simultaneous promotion of the first material component and the second material component by the conveying means along the conveying direction.
  • the at least one first feed opening and the at least one second feed opening upstream of the guide means are to be provided in the extrusion apparatus in such a way that each of the feed openings is assigned to a specific thread turn of the feed worm. This ensures that the respective material component can only be metered into the thread associated therewith.
  • the guide means is to be designed such that at least one guide aperture for the passage of the first material component and a second guide aperture for the passage of the second material component along the conveying direction is provided. It is also possible to use more than two material components with a correspondingly multi-start screw conveyor. It is also possible, for example, for two material components to be fed axially to the guide means by means of a screw conveyor with two threads, and for a third feed component to be arranged downstream of the guide means for feeding a third material component.
  • An apparatus according to claim 9 further improves the homogenization of the component mixture and improves the storage of the individual homogenizing agent in the delivery channel.
  • a device provides the ability to save storage elements in the conveyor channel, not the homogenization process serve.
  • Secondary homogenizing agents rigid with respect to the axis of rotation are useful for stabilizing rotationally drivable homogenizing agents or the conducting agent. Additional homogenizing agents may further receive a pressure of a melt stream of the component mixture onto the conducting agent or the homogenizing agent.
  • An apparatus according to claim 1 1 is a structurally particularly simple solution for stabilizing and storing the conductive agent and for receiving a pressure of the melt stream.
  • a device according to claims 12 and 13 enables the simultaneous feeding of different material components directly into the guide means. This allows a reduction of the space required by the device according to the invention.
  • the structural design of the device is further simplified.
  • Another object of the invention is to provide a process for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution, which in particular enables the production of multi-component materials as endless goods.
  • the concentration distribution of the produced multi-component material is particularly fast and easy to adapt to different applications of the multi-component material.
  • This object is achieved by a method having the features of claim 14.
  • the method can also be developed with the features of claims 2 to 13.
  • the method can be used in particular for the field of gradient materials in plastics processing for all thermoplastically processable materials. However, other applications are conceivable in which plastic masses are processed. Examples are an application in food extrusion, in ceramic materials or in the field of pharmacy.
  • a method according to claim 15 enables a structurally simple solution for producing a spirally stratified component mixture. If it is necessary to melt the second material component before it is fed into the delivery channel, this melting is preferably carried out outside the extrusion apparatus by a coextruder.
  • a method according to claim 16 enables a common melting of the material components by means of the conveying means.
  • Coextruder for melting the second material component can be dispensed with. It is also advantageous to supply both material components to the conveyor already in a plasticized state.
  • a further object is to provide a multi-component material which extends along a main extension direction with a length suitable for any desired applications and has a variably adjustable radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
  • a multi-component material comprises a first material component and a second material component, wherein a concentration distribution of the material components extends radially and rotationally symmetrical with respect to the main extension direction and the multi-component material along the main extension direction has a length of at least 10 meters , in particular at least 30 meters, in particular at least 50 meters, in particular at least 100 meters, the multi-component material is suitable for a variety of different applications.
  • the multi-component material is present as a continuous endless product.
  • Possible applications of the multi-component material include, for example, use as waveguides for millimeter / submillimeter and terahertz wave applications. Terahertz waveguides consist, for example, of a polymer core and a cladding of a second polymer, the refractive index of the core being greater than that of the cladding.
  • Inventive multi-component materials can also be used as tubes and profiles, in particular in the field of semi-finished products for the production of products by functional analytical separation. So can For example, stabilizer content and fillers are adjusted as a function of the wall thickness and are thus used optimally in accordance with the prevailing principles of action, for example penetration depths. Multi-component materials can also be used in the use of colorants or effect pigments to achieve special color effects or gradients. For example, a concentric color gradient can be generated in components and semi-finished products. Gradual color gradients within a component can indicate the wear on a surface by a color change as a result of a Schichtabtrags.
  • the multi-component materials according to the invention can also be used as environmentally sensitive components. Similar to bimetallic strips, special mechanical properties can be achieved by combination of materials, which are dependent on factors such as temperature. Thus, it is possible to produce a multi-component material from an unfilled and heavily filled / reinforced material. This then reacts due to the different thermal expansion coefficients to temperature fluctuations in the form of deformation. The same can be achieved when using a superabsorbent as a filler for a material component of the multi-component material for the action of water or liquid.
  • the multi-component material according to the invention consists in gradient foams or gradient resistances. If, for example, one material component with blowing agent and another material component without blowing agent are used in the production of the multi-component material, the pore density / size can be varied over the cross section. Such are, for example Components with a foam core and a shell or a solid core and a porous surface or a solid core and shell with an intermediate foam layer produced. Along with this, a hardness in the direction of the concentration distribution can also be varied. By admixing electrically conductive additives or fillers in a material component of the inventive multi-component material with adjustable resistance values can be provided. For example, a conductive core with insulator material or vice versa is providable.
  • a multi-component material according to claim 18 makes it possible to provide an endless product which has a continuous or constant concentration distribution along the main extension direction, as a result of which the multi-component material has constant material properties over its entire longitudinal extent.
  • Figure 1 is a side view of a first embodiment of the extrusion apparatus for the production of multi-component materials.
  • Fig. 2 is a view of the extrusion apparatus of Figure 1 in a rotated by 90 ° view from above.
  • 3 is a sectional view of the extrusion device according to section line III-III in Fig. 2.
  • FIG. 4 is a sectional view, corresponding to FIG. 3, of the extrusion device with a schematic representation of two material components as dots of different shading;
  • FIG. 5 is a sectional view of the extrusion apparatus according to section line V-V in FIG. 1; FIG.
  • FIGS. 1 to 5 is an isolated perspective view of a first embodiment of a conductive means of the extrusion apparatus according to FIGS. 1 to 5;
  • FIG. 7 shows a view of the guide means according to FIG. 6 in a view from the front
  • FIG. 9 is a view of the homogenizing agent according to FIG.
  • FIG 10 is an isolated view of a second embodiment of a guiding means of the extrusion apparatus according to FIGS. 1 to 5 in a view from the front; an isolated view of a third embodiment of a conductive agent of Extmsions device according to Figures 1 to 5 in a front view. an isolated view of a fourth embodiment of a conductive agent of Extmsions device according to Figures 1 to 5 in a front view.
  • FIG. 15 is an isolated view of a fifth embodiment of a guide means of the extender device in a front view;
  • FIG. 18 shows a view of the guide means according to FIG. 17 in a view from the side;
  • FIG. 19 is a front view of the guide means of FIGS. 17 and 18; FIG.
  • FIG. 20 shows a view of the guide means according to FIGS. 17 to 19 in a rear view
  • FIG. 21 is a sectional view of the guide means of FIGS.
  • Fig. 22 is a sectional view of the guide means of FIGS.
  • An extrusion device 1 comprises a first feed opening 2 for feeding a first material component 3 into a feed channel 4 and a second feed opening 5 for feeding a second material component 6 into the feed channel 4.
  • a first feed opening 2 for feeding a first material component 3 into a feed channel 4
  • a second feed opening 5 for feeding a second material component 6 into the feed channel 4.
  • the first material component 3 and the second material component 6 are shown schematically in FIG. 4 by dots of different shading.
  • the extrusion apparatus 1 serves to produce a multi-component material 66 having a radial and rotationally symmetrical concentration distribution of the first material component 3 and the second material component 6.
  • Such a multi-component material 66 is shown in FIGS. 15 and 16 , Within the conveying channel 4, the material components 3, 6 along a conveying direction 7, which is illustrated in the accompanying drawings by the directional arrow 7, can be conveyed.
  • the extrusion device 1 comprises a conveying means 8, which conveys the first material component 3 within the conveying channel 4.
  • the conveyor 8 is a per se known auger with a thread 9.
  • the conveyor screw 8 is guided radially in a worm cylinder 10 and about a rotational axis 1 1 rotationally driven by a first drive device 12.
  • the drive device 12 is indicated only schematically in FIGS. 1 to 5.
  • the drive device 12 is, for example, an electric motor or the like known per se, which sets a drive disk in rotation.
  • the driven pulley 13 can be driven by the drive pulley of the drive device 12, for example by means of a drive belt or directly by interlocking toothed outer contours of drive pulley or driven pulley.
  • the conveyor screw 8 is supported radially by a bearing device 15.
  • the bearing device 15 has for this purpose per se known ball bearings 16, which is a rotation of the screw conveyor 8 about the rotation axis 1 first allow.
  • the bearing device 15 is flanged to a first end face 17 of the worm cylinder 10.
  • the worm cylinder 10 extends along the axis of rotation 11 or the conveying direction 7 and has a nominal diameter which corresponds to an outer diameter of the conveyor worm 8.
  • the first feed opening 2 is arranged on the screw cylinder 10 adjacent to the first end face 17.
  • a feeding direction of the first material component 3 illustrated by the directional arrow 18 in FIGS. 1, 3 and 4 extends transversely to the rotation axis 11 or to the conveying direction 7.
  • Screw cylinder 10 are provided according to the first embodiment of the extrusion device 1, no supply openings.
  • the screw conveyor 8 has different areas in a conventional manner.
  • a first region 20 of the screw conveyor 8 adjacent to the first feed opening 2 preferably serves for melting the first material component 3 and a second region 21, which adjoins the first region 20 in the conveying direction 7, preferably for compressing the first material component 3.
  • the final detail design the screw conveyor 8 depends on the material components to be processed.
  • the screw conveyor 8 can be driven by the first drive device 12 along a first direction of rotation 22.
  • the direction of rotation 22 indicates the conveying direction of the material components 3, 6 from the bearing device 15 downstream in the direction of a guide means 23.
  • the first drive device 12 may also be such with a corresponding structural design be formed that in addition to a drive along the first direction of rotation 22 and a drive along a second direction of rotation 26 allows.
  • the guide means 23 is connected in a rotationally fixed manner via a coupling member 24 to the conveyor screw 8.
  • the guide means 23 is therefore also by the first drive device 12 in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable.
  • the guide means 23 serves to produce a spirally layered component mixture 25.
  • the connection of the coupling member 24 and guide means 23 is detachable.
  • the guide means 23 alternatively has a separate drive.
  • the guide means 23 could alternatively, for example, be in rotary connection at its circumference with a drive disk, which can be driven by a drive motor.
  • the guide means 23 which is shown in detail according to a first embodiment variant in FIGS. 6 and 7, is arranged in the region of the second end face 19 of the worm cylinder 10 in the conveying channel 4.
  • a radial outer contour of the guide means 23 is therefore adapted to an inner contour of the worm cylinder 10 in the region of the second end face 19 in the first embodiment.
  • the guide means 23 in the direction of screw conveyor 8 also by the screw cylinder 10 and on the other side facing away from the screw conveyor 8 by a feed cylinder 27 which defines the conveyor channel 4 downstream of the guide means 23.
  • the first embodiment of the guide means 23 has four guide openings 28 for the passage of the first material component 3 along the conveying direction 7.
  • the first material component 3 is the axial direction of the guide means 23 by the screw conveyor 8.
  • the number and shape of the guide openings 28 is merely a first embodiment. Further variants will be described later. In principle, the shape and number of guide apertures are to be selected as a function of the desired radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
  • the guide openings 28 are arranged equidistantly spaced from each other with respect to the axis of rotation 11.
  • the guide openings extend along the axis of rotation 1 1 from a first end face 29 of the guide means 23 running adjacent to the conveyor worm 8 to a second end face 30 facing the feed cylinder 27.
  • FIGS Guide apertures 28 in cross section considered a triangular contour, with a spanned by the triangular contour passage area of the first end face 29 in the direction of the second end face 30 increases continuously.
  • the passage surfaces extend transversely to the axis of rotation 1 1.
  • the guide means 23 has a central opening 31, which forms a hub for the rotationally fixed connection of the guide means 23 to the coupling member 24.
  • the central aperture 31 has a plurality of grooves 32, which cooperate with matching keys of the coupling member 24.
  • a toothing on an outer contour of the coupling member 24 may be provided.
  • the central aperture 31 is preferably formed as a recess which extends along the axis of rotation 1 1, starting from the first end face 29 only partially through the guide means 23 and this does not fully penetrate.
  • FIGS. 10, 11, 12, and 17 to 22 show an alternative embodiment variant of a conducting means 33 with only one guiding opening 34.
  • the third embodiment variant of a conducting means 35 according to FIG. 11, on the other hand, has a multiplicity of conducting openings 36.
  • the fourth embodiment variant of a conducting means 37 according to FIG. 12 also has a plurality of guide openings 38, which differ in their geometric shape from their inner contour from the other embodiment variants.
  • the fifth embodiment according to FIGS. 17 to 22 will be described later in detail.
  • the guide means 23 is arranged in the extrusion apparatus 1 such that replacement of the guide means 23 by another conducting means, for example one of the alternative conducting means 33, 35, 37, is easily possible.
  • the feed cylinder 27 In the conveying direction 7 downstream of the guide means 23 of the conveying channel 4 is enclosed by the feed cylinder 27. From the sectional views according to FIGS. 3, 4 and 5, it can be seen that the feed cylinder 27 is formed in two parts and has two cylinder sections 39, 40, which are arranged axially adjacent to one another.
  • the second feed opening 5 for feeding the second material component 6 into the feed channel 4 is provided in the feed cylinder 27.
  • a feed direction of the second material component 6 illustrated in FIGS. 1, 3 and 4 by the directional arrow 42 extends transversely to the conveying direction 7 or to the axis of rotation 11, respectively.
  • the worm cylinder 10 and the first cylinder section 39 are displaceable relative to one another along the axis of rotation 1 1.
  • the guide means 23 can be removed from the device 1 in the conveying direction 7.
  • the feed cylinder 27 downstream of a homogenizing 43, which is arranged coaxially to the axis of rotation 1 1 and a plurality of homogenization perforations 44 for the axial passage of the component mixture 25.
  • the conveying channel 4 forms a swirling section 45, in which a vortex-shaped layer structure of the first material component 3 and the second material component 6 is present.
  • the homogenizing means 43 in the first embodiment variant of the extraction device 1 according to FIGS. 1 to 5 is designed so that it can be driven to rotate about the axis of rotation 1 1.
  • the homogenizing means 43 it is basically also conceivable for the homogenizing means 43 to be arranged stationary coaxially with the axis of rotation 11.
  • the homogenizing means 43 is driven by a second drive device 46 which is indicated schematically in FIG. 1 and which is controllable independently of the first drive device 12.
  • the drive device 46 is, for example, a known electric motor or the like, which sets a drive shaft in rotation. This drive shaft is circulated by a drive belt.
  • the drive belt rotates next to the drive shaft of the drive device 46, a freely rotatable attached to the Extmsions device 1 output shaft 47.
  • the output shaft 47 has an output shaft longitudinal axis 65 which is parallel to the axis of rotation 1 1 runs.
  • the output shaft 47 is force-transmitting with a Homogenisimgs-Lagemng 48 in connection, whereby a rotation of the drive shaft of the drive device 46 in a rotation of the Homogenisgemngsstoffs 43 is about the axis of rotation 1 1 convertible.
  • the Homogenisiemngsstoff-Lagemng 48 is rotatably connected to the Homogenisiemngsstoff 43 and arranged along the conveying direction 7 between two bearing means 41, 53.
  • stabilizing elements 70 are provided which extend in the conveying direction 7 between the bearing means 41, 53 and support them against each other.
  • the homogenizing means 43 can be seen in detail in FIGS. 8 and 9.
  • the homogenizing agent 43 has a turbulence section 45 associated first end face 49 and the Verwirbelungs- section 45 facing away from the second end face 50.
  • the homogenization openings 44 extend in a channel-shaped manner parallel to the axis of rotation 1 1 from the first end face 49 to the second end face 50.
  • FIGS. 8 and 9 are further radially spaced from the axis of rotation 11.
  • the homogenizing agent 43 is arranged in the extender device 1 in such a way that replacement or replacement of the homogenizing agent 43 by another homogenizing agent, for example with differently arranged homogenizing perforations 44, is possible.
  • a replacement of the homogenizing agent 43 a connection between the first bearing means 41 and the second bearing means 53 is to be solved. Subsequently, the homogenizing agent 43 is to be released from the homogenizing agent storage 48 and removed therefrom.
  • the conveying channel 4 is radially bounded on the circumference by an output cylinder 52.
  • the output cylinder 52 is stationary in the Extmsions device 1 stationarily supported by the bearing means 53.
  • a nozzle 55 for discharging the homogenized component mixture 56 adjoins the delivery cylinder 52 at an end region 54 which is axially spaced from the homogenization means 43.
  • the operation of the extrusion device 1 is as follows:
  • the extrusion device 1 for producing a multi-component material 66 with a radial and rotationally symmetric concentration distribution, it is assumed that the extrusion device 1 is present as described above according to FIGS. 1 to 5.
  • the first material component 3 is then fed via the first feed opening 2 into the conveying channel 4.
  • the first material component 3 is preferably a plastic material which is supplied to the conveying channel 4 in granular or powdery form. In principle, all thermoplastically processable materials can be used here.
  • the first material component 3 is conveyed along the conveying direction 7 by the screw conveyor 8 and melted.
  • the first material component 3 is conveyed along the conveying direction 7 up to the guide means 23.
  • the first material component 3 is then conveyed under pressure along the conveying direction 7 through the guide openings 28 of the guide means 23.
  • the pressure for flowing through the material component 3 by the guide means 23 is generated by the screw conveyor 8.
  • the second material component 6 is supplied to the conveying channel 4 downstream of the guide means 23.
  • the second material component 6 may be either a plastic melt which has already been melted by a coextruder, not shown, before the second material component 6 is passed through the second feed opening 5, or a granular or powdery material.
  • the second material component 6 has properties deviating from the first material component 3, for example deviating physical properties or a deviating color design.
  • the spirally layered component mixture 25 is now guided along the conveying direction 7 through the homogenization openings 44 of the rotationally driven homogenizing means 43. As a result, a homogeneous, radial and rotationally symmetrical concentration distribution in the component mixture 25 is achieved.
  • a homogenized component mixture 56 with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution which is discharged through the nozzle 55 as an endless multi-component material 66.
  • FIGS. 15 and 16 This endless multi-component material 66 is shown schematically in FIGS. 15 and 16.
  • Fig. 15 shows the multi-component material 66 in a view centrally from the front.
  • Fig. 16 shows the endless multi-component material 66 from the side.
  • the multiple Component material 66 has a radius R and a length L.
  • the first material component 3 has a high concentration in a central region 67. Radially spaced from the central region 67 to an outer surface 68, the second material component 6 predominates.
  • FIG. 15 also shows a diagram from which a portion A of the first material component 3 on the multi-component material 66 can be taken along the radius R.
  • the concentration distribution of the material components 3, 6 extends radially and rotationally symmetrically with respect to a main extension direction 69. Along the main extension direction 69, the concentration distribution runs continuously or consistently.
  • the length L of the continuous multi-component material 66 can be selected as desired.
  • the length L is preferably at least 10 meters, in particular at least 30 meters, in particular at least 50 meters, in particular at least 100 meters.
  • the actual length L is based on the particular field of application on which the multi-component material 66 is to be used.
  • the extrusion apparatus 1 a is used to produce multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
  • the essential difference to the Extmsions device 1 according to the first embodiment is that the first supply port 2 and the second supply port 5 downstream of the guide means 23 are arranged net.
  • a conveying means 8a in the form of a screw conveyor with two threads 9a, 57 is used, wherein each of the material components 3, 6 a thread 9a, 57 is assigned.
  • the first thread 9a of the first material component 3 and the second thread 57 of the second material component 6 is assigned.
  • the material components 3, 6 are the lead 23 via the respective associated thread 9a, 57 separately fed axially.
  • a rotatable about the axis of rotation 1 1 drive shaft 58 of the screw conveyor 8a is formed as a hollow shaft, which is rotatably connected to the guide means 23.
  • homogenizing drive shaft 59 is arranged in the drive shaft 58 a along the axis of rotation 1 1 extending homogenizing drive shaft 59 in the drive shaft 58 a along the axis of rotation 1 1 extending homogenizing drive shaft 59 is arranged.
  • the homogenizing drive shaft 59 is non-rotatable with the Homogenisiemngsstoff 43 connected and can put this in rotation about the axis of rotation 1 1.
  • the end 60 of the homogenization drive shaft 59 which is at a distance from the homogenization means 43, is rotationally drivable by the drive device 46a.
  • the drive shaft 58 it is also possible to form the drive shaft 58 not as a hollow shaft but as a shaft made of a solid material, wherein the homogenizing agent 43 would then be driven according to the extrusion device 1 from the outside.
  • the conducting means 23 and the homogenizing means 43 can be driven in rotation independently of one another about the axis of rotation 1 1.
  • the guide means 23 and the homogenization means 43 are optionally rotationally drivable along the first direction of rotation 22 or the second direction of rotation 26 about the axis of rotation 1 1.
  • both the guide means 23 and the homogenizing means 43 are designed by the drive shaft 58 of the screw conveyor 8a in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable.
  • FIGS. 17 to 22 show a fifth embodiment of a conductive means 71, which is suitable for the separate passage of two material components.
  • the guide means 71 has four first guide openings 72 for the passage of the first material component 3 and / or second material component 6 along the conveying direction 7 and four second guide openings 73 for the passage of a further material component along the conveying direction 7.
  • the guide means 71 also has a central aperture or -ausströmung 31, as described in connection with the first embodiment of the conductive agent 23.
  • the conducting means 71 can in principle be used both in the extrusion apparatus 1 according to the first Th variant embodiment as well as in the extrusion device la according to the second embodiment find application.
  • the first guide openings 72 extend from a first end face 74 of the guide means 71 to a second end face 75.
  • the guide openings 72 have a triangular contour in cross-section.
  • the triangular geometry is chosen only as an example.
  • the first material component 3 and / or second material component 6 can be fed to the first guide openings 72 along a feed direction illustrated by the directional arrow 78.
  • the second guide openings 73 extend, starting from the second end face 75, in regions in the direction of the first end face 74, wherein the second guide openings 73 do not extend to the first end face 74 but each lead radially outward via lateral feed openings 76.
  • a feed direction of the further material component illustrated by the directional arrow 79 runs transversely to the conveying direction 7.
  • the further material component 6 is the side of the guide means 71 zugebbar.
  • the further material component is deflected in the conveying direction 7 and emerges in the conveying direction 7 from the conducting means 71.
  • the lateral Zu Kunststofföffnun- gene 76 are slit-like.
  • the second guide openings 73 viewed in cross-section, have a triangular contour.
  • the four lateral feed openings 76 are each offset by 90 ° with respect to the axis of rotation 1 1 and in flat basin-like depressions 77 on the outer periphery of the guide means 71st intended.
  • the guide means 71 for example, according to the guide means 23 by the first drive device 12 in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable.
  • radial addition points of the further material component are formed fixed from the outside.
  • the conductive means 71 such that a plurality of further material components can be fed laterally into the conductive means 71. In this case, it is not absolutely necessary for a material component to flow through the conducting means 71 in the conveying direction 7.
  • Fig. 14 shows a third embodiment of the invention. Structurally identical parts are given the same reference numerals as in the first embodiment, to the description of which reference is hereby made. Structurally different parts receive the same reference numerals with a following b.
  • Fig. 14 shows schematically a section of the conveying channel 4 of the extrusion apparatus 1b.
  • homogenizing means 43b are provided, which are arranged along the axis of rotation 1 1 and coaxial with this in a Homogenmaschinesmittel-row 61.
  • In-line homogenizing means 43b have the advantage of further improved homogenization of the component mixture 25.
  • the homogenizing means 43b are supported in a homogenizing agent row 61 axially from each other and thus improve the storage of the respective homogenizing agent 43b.
  • the extrusion apparatus 1b in addition to the homogenizer row 61 still has a stabilizing means 62, which is arranged along the axis of rotation 1 1 immediately adjacent to the guide means 23 and downstream of the same.
  • the stabilizing means 62 has openings 63 corresponding to the through openings 28 for the passage of the material components 3, 6.
  • the stabilizing means 62 is arranged stationarily in the conveying channel 4 and serves by means of a rolling bearing 64 for the radial support of the drive shaft 58 or the homogenizing agent drive shaft 59.
  • the individual homogenizing means 43b of the homogenizing agent row 61 are either all rotatable about the rotational axis 1 1 or alternatively in relation to the axis of rotation 1 1 rigid.
  • a first homogenizing means 43b could be rotationally driven and a second homogenizing means 43b could be rigid with respect to the axis of rotation.
  • multi-component materials can be produced, which extend along a main extension direction and have a concentration distribution of the material components 3, 6 which extends radially and rotationally symmetrically with respect to the main extension direction.
  • the first material component 3 and the second material component 6 have a continuous or constant concentration distribution along the main extension direction.
  • the described embodiments of the extrusion device 1, la, lb can also be used for the production of multi-component materials with more than two material components. Accordingly, more than two supply openings would then be provided, through which material components can be introduced into a delivery channel. Correspondingly, screw conveyors with more than two threads would then also be conceivable.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to an extrusion device (1) for producing multi-component materials having a radial and rotationally symmetrical concentration distribution, comprising: at least one first feed opening (2) for feeding a first material component (3) into a conveyor channel (4); a conveying means (8), which extends along a conveying direction (7), for conveying at least the first material component (3) inside the conveying channel (4) that extends along the conveying direction (7); at least one second feed opening (5) for feeding a second material component (6) into the conveying channel (4); and a directing means (23), which is arranged downstream of the conveying means (8), for producing a helically layered component mixture (25). The directing means (23) can be driven such that the directing means (23) rotates about a rotation axis (11) and has at least one directing hole (28), through which at least the first material component (3) passes along the conveying direction (7). At least one homogenisation means (43) is also provided, which is arranged downstream of the directing means (23), which homogenization means (43) is arranged coaxially to the rotation axis (11), and has a plurality of homogenisation holes (44), through which the component mixture (25) passes axially.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen  Apparatus and method for the production of multi-component materials
Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung 10 2012 217 323.7 wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen. The content of German Patent Application 10 2012 217 323.7 is incorporated herein by reference.
Die Erfindung betrifft eine Extrusions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotations symmetrischen Konzentrationsverteilung. Ferner richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung. Die Erfindung richtet sich auch auf einen Mehr-Komponenten- Werkstoff. The invention relates to an extrusion device for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution. Furthermore, the invention is directed to a process for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetric concentration distribution. The invention is also directed to a multi-component material.
Es sind Mehr-Komponenten- Werkstoffe bekannt, die keine homogene Ma- terialzusammensetzung oder Füllstoffverteilung entlang einer Bauteildimension, sondern eine heterogene Verteilung aufweisen. Bei derartigen Mehr-Komponenten- Werkstoffen handelt es sich um Gradientenwerkstoffe, auch„Functional Graded Materials" (FGM) genannt. Bei Gradientenwerkstoffen ändert sich die Materialzusammensetzung nicht sprunghaft in Form einer Stufenfunktion, sondern monoton und kontinuierlich. Durch einen derartigen Konzentrationsverlauf der Materialkomponenten sind vorteilhafte Eigenschaften von Bauteilelementen erreichbar. Insbesondere ist die Abstimmung von mechanischen Kennwerten sowie thermischer oder optischer Eigenschaften von Bedeutung. Eine Gradierung von Mehr- Komponenten- Werkstoffen führt zu einer kontinuierlichen Variation aller wichtigen thermomechanischen Kennwerte, beispielsweise Elastizitätsmodul, Wärmeausdehnungskoeffizient, Bruchzähigkeit und Festigkeit. Gradienten erlauben hinsichtlich mechanischer Eigenschaften die optimale Anpassung eines Eigenschaftsverlaufs in Werkstoffen an äußere Anforde- rungen. Gradierte Bauteile können Funktionseigenschaften besitzen, welche durch einen direkten Materialübergang nicht erzielbar sind. Auch Designaspekte durch ausgewählte Farbverläufe spielen hier eine Rolle. Vorrichtungen zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer bestimmten Konzentrationsverteilung der beteiligten Komponenten sind in verschiedener Ausführung bekannt. Mittels bekannter Vorrichtungen können nur Mehr-Komponenten- Werkstoffe mit einer Gradientenrichtung hergestellt werden. Bei bekannten Verfahren werden zum Beispiel spezielle Schmelzeprofile aus einem Basispolymer und einem gefüllten Compoundmaterial generiert, welche durch eine Mixeinheit derart durchmischt werden, dass sich nur eine Gradientenrichtung sowie eine zur Strömungsrichtung senkrechte homogene Füllstoffverteilung ergibt (vgl. Yong- Bin Zhu et al., A New Technique for Preparing a Filled Type of Polymerie Gradient Material, Macromol. Mater. Eng., 2006, 291, 1388-1396). Das Verfahren ist jedoch aufgrund des Verfahrensprinzips nur für Mehr- Komponenten- Werkstoffe mit einer Gradientenrichtung geeignet. Multi-component materials are known which do not have a homogeneous material composition or filler distribution along a component dimension but a heterogeneous distribution. Such multicomponent materials are gradient materials, also termed "Functional Graded Materials" (FGM). "In gradient materials, the material composition does not change abruptly in the form of a step function, but monotonically and continuously The grading of multi-component materials leads to a continuous variation of all important thermomechanical characteristics, such as modulus of elasticity, thermal expansion coefficient, fracture toughness and strength mechanical properties the optimal adaptation of a property curve in materials to external requirements. requirements. Graduated components can have functional properties which can not be achieved by a direct material transition. Design aspects through selected color gradients also play a role here. Devices for the production of multi-component materials with a certain concentration distribution of the components involved are known in various designs. By means of known devices only multi-component materials can be produced with a gradient direction. In known processes, for example, special melt profiles are generated from a base polymer and a filled compound material, which are mixed by a mixing unit in such a way that only one gradient direction and one homogeneous filler distribution perpendicular to the flow direction result (compare Yong-Bin Zhu et al., A Eng. Eng., 2006, 291, 1388-1396). However, due to the process principle, the method is only suitable for multi-component materials with a gradient direction.
Es ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen Konzentrationsverteilung bekannt, bei der eine Schlitzdüse an einem Extruder einen Schmelzefilm produziert, welcher auf einer Welle aufwickelbar ist. Wird während dieses Vorgangs die Werkstoffzusammensetzung variiert, ist Rundmaterial mit einer radialen Konzentrationsverteilung herstellbar (vgl. Gang Wu et al, Preparation and structural study of polypropylene-talc gradient materials, Polym. Int., 2004 53,749-755). Nachteil an einer derartigen Vorrichtung ist, dass ein Wickelkern benötigt wird und somit entweder im Kern ein Werkstoff ohne Konzentrationsverteilung oder alternativ ein Hohlraum vorhanden ist. Endlos- rundmaterial ist mit derartigen Vorrichtung und Verfahren nicht produzierbar. There is also known an apparatus for producing multi-component materials with a radial concentration distribution in which a slot die on an extruder produces a melt film which can be wound on a shaft. If the material composition is varied during this process, round material with a radial concentration distribution can be produced (cf Gang Wu et al., Preparation and structural study of polypropylene-talc gradient materials, Polym. Int., 2004 53, 749-755). Disadvantage of such a device is that a winding core is needed and thus either a material without concentration distribution or alternatively a cavity is present in the core. Endless- round material is not producible with such device and method.
Es ist nachteilig, dass es mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren nicht möglich ist, endlose Mehr-Komponenten- Werkstoffe mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung herzustellen. It is disadvantageous that it is not possible with the known devices and methods to produce endless multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der Mehr-Komponenten- Werkstoffe mit einer radialen und rotati- onssymmetrischen Konzentrationsverteilung der beteiligten Materialkomponenten herstellbar sind, wobei die Mehr-Komponenten- Werkstoffe auch als Endlosware herstellbar sein sollen. Die Vorrichtung soll dabei schnell und konstruktiv einfach an Änderungen der angestrebten Konzentrationsverteilungen des jeweiligen Endprodukts anpassbar sein. The object of the invention is to provide a device with which multi-component materials with a radial and rotationally symmetric concentration distribution of the involved material components can be produced, wherein the multicomponent materials should also be producible as continuous products. The device should be quickly and structurally easy to adapt to changes in the desired concentration distributions of each end product.
Diese Aufgabe wird durch eine Extrusions-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Extrusions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit mindestens einer ersten Zuführöffnung zur Zuführung einer ersten Materialkomponente in einen Förderkanal, einem sich entlang einer Förderrichtung erstreckenden Fördermittel zur Förderung mindestens der ersten Materialkomponente innerhalb des sich entlang der Förderrichtung erstreckenden Förderkanals und mindestens einer zweiten Zuführöffnung zur Zuführung einer zweiten Materialkomponente in den Förderkanal dann zur Erzeugung einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung geeignet ist, wenn ein stromabwärts des Fördermittels angeordnetes Leitmittel zur Erzeugung einer spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung vorgesehen ist, welches um eine Drehachse rotatorisch antreibbar ist und mindestens eine Leit- Durchbrechung zum Durch- tritt mindestens der ersten Materialkomponente entlang der Förderrichtung aufweist. Zusätzlich umfasst die Extrusions-Vorrichtung erfindungsgemäß mindestens ein stromabwärts des Leitmittels angeordnetes Homogenisierungsmittel, welches koaxial zu der Drehachse angeordnet ist und mehrere Homogenisierungs-Durchbrechungen zum axialen Durchtritt der Komponenten-Mischung aufweist. Durch die erfindungsgemäße Extrusions- Vorrichtung ist die Herstellung eines in axialer Richtung homogenen Werkstoffs ermöglicht, wobei dieser Mehr-Komponenten- Werkstoff ein definiertes Profil einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrati- onsverteilung aufweist. Vorzugsweise ist durch die Gestaltung des Leitmittels der Durchsatz mindestens der ersten Materialkomponente entlang der Förderrichtung einstellbar und somit das Konzentrationsverhältnis bzw. der Konzentrationsverlauf der ersten Materialkomponente und der zweiten Materialkomponente veränderbar. Die Gestaltung des Leitmittels kann sich beispielsweise hinsichtlich der Anzahl, Lage und geometrischen Kontur der Leit-Durchbrechungen unterscheiden. Ebenfalls kann die Gestaltung des Leitmittels hinsichtlich dessen Dicke variieren. Das Leitmittel weist vorzugsweise eine kreisförmige Außenkontur auf, wobei ein Durchmesser des Leitmittels auf einen Innendurchmesser des Förderkanals abgestimmt ist. Das Leitmittel kann beispielsweise als kreisrunde Lochscheibe oder Lochblende ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist das Leitmittel stromabwärts des Fördermittels und unmittelbar benachbart zu diesem entlang des Förderkanals angeordnet. Bei dem Fördermittel handelt es sich vorzugsweise um eine Förderschnecke, welche mindestens die erste Materialkomponente dem Leitmittel axial entlang der Förderrichtung zuführt. Alternativ könnte es sich bei dem Fördermittel auch um eine Schmelzepumpe handeln. Die erste Materialkomponente ist dem Fördermittel in einem plastifizierten Zustand zuführbar. Bei entsprechender Gestaltung des Fördermittels ist alternativ auch ein Aufschmelzen zumindest der ersten Materialkomponente möglich. Vorzugsweise ist die zweite Materialkomponente dem Förderkanal über die mindestens eine zweite Zuführöffnung bereits in einem aufgeschmolzenen Zustand zuführbar. Die erste Zuführöffnung zur Zuführung der ersten Materialkomponente in den Förderkanal ist vorzugsweise im Bereich der Förderschnecke vorgesehen. Stromabwärts des Leitmittels ist durch das Homogenisierungsmittel eine konzentrische Durchmischung der durch das Leitmittel spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung erreichbar. Durch den Einsatz des Homogenisierungsmittels ist also eine kreisförmige Mischwirkung auf Umfangslinien der Komponenten- Mischung erreichbar. Durch das Homogenisierungsmittel ist eine homogene Durchmischung der Wirbelstruktur der Komponenten-Mischung erzielbar, ohne dass die radiale rotations symmetrische Konzentrationsverteilung geändert wird. Als Homogenisierungsmittel eignen sich beispielsweise (Filter-)Siebe, Lochplatten oder ähnliche rohrförmige Strukturen. Auch das Homogenisierungsmittel weist vorzugsweise eine kreisförmige Außenkontur auf, wobei ein Durchmesser des Homogenisierungsmittels auf einen Innendurchmesser des Förderkanals abgestimmt ist. Sowohl das Leitmittel als auch das Homogenisierungsmittel sind derart in der Extrusions- Vorrichtung angeordnet, dass ein Auswechseln bzw. Ersetzen des Leitmit- tels bzw. des Homogenisierungsmittels einfach möglich ist. Vorteilhafterweise ist die zweite Zuführöffnung zur Zuführung der zweiten Materialkomponente in den Förderkanal stromabwärts unmittelbar benachbart zum Leitmittel angeordnet. Es ist grundsätzlich auch möglich, sowohl die erste Zuführöffnung als auch die zweite Zuführöffnung stromaufwärts des Leit- mittels im Bereich des Fördermittels anzuordnen. Stromabwärts des Homogenisierungsmittels weist die Extrusions-Vorrichtung eine Düse zum Ausbringen des Mehr-Komponenten- Werkstoffs mit radialer und rotationssymmetrischer Konzentrationsverteilung auf. Mit der erfindungsgemäßen Extrusions-Vorrichtung ist es auch möglich, mehr als zwei Materialkomponenten zu homogenisieren. This object is achieved by an extrusion device with the features of claim 1. According to the invention, it has been recognized that an extrusion apparatus for producing multi-component materials having at least one first feed opening for feeding a first material component into a conveying channel, a conveying means extending along a conveying direction for conveying at least the first material component within the along the conveying direction extending delivery channel and at least one second feed opening for supplying a second material component in the conveyor channel is then suitable for generating a radial and rotationally symmetric concentration distribution, when a downstream of the conveyor arranged Leitmittel is provided to produce a spirally layered component mixture, which rotationally driven about a rotation axis and at least one lead aperture for occurs at least the first material component along the conveying direction. In addition, according to the invention, the extrusion device comprises at least one homogenizing means arranged downstream of the guide means, which is arranged coaxially to the axis of rotation and has a plurality of homogenization openings for the axial passage of the component mixture. By means of the extrusion device according to the invention, it is possible to produce a material which is homogeneous in the axial direction, this multi-component material having a defined profile of a radial and rotationally symmetrical concentration distribution. Preferably, the throughput of at least the first material component along the conveying direction is adjustable by the design of the guide means and thus the concentration ratio or the concentration profile of the first material component and the second material component can be changed. The design of the conductive agent may differ, for example, with regard to the number, position and geometric contour of the guide openings. Also, the design of the conductive agent may vary in thickness. The guide means preferably has a circular outer contour, wherein a diameter of the guide means is tuned to an inner diameter of the conveying channel. The guide means may be formed, for example, as a circular perforated disc or pinhole. Advantageously, the guide means downstream of the conveyor and immediately adjacent to this along the conveyor channel is arranged. The conveying means is preferably a conveying screw, which feeds at least the first material component axially to the guiding means along the conveying direction. Alternatively, the conveyor could also be a melt pump. The first material component can be supplied to the conveying means in a plasticized state. With appropriate design of the conveyor is alternatively also a melting of at least the first material component possible. Preferably, the second material component can already be supplied to the delivery channel in a molten state via the at least one second supply opening. The first feed opening for feeding the first material component into the feed channel is preferably provided in the region of the feed screw. Downstream of the conductive agent is achieved by the homogenizing agent, a concentric mixing of the helically stacked by the conductive component mixture. The use of the homogenizing agent thus makes it possible to achieve a circular mixing effect on the peripheral lines of the component mixture. By the homogenizing agent, a homogeneous mixing of the vortex structure of the component mixture can be achieved without the radial rotation symmetric concentration distribution is changed. Suitable homogenizing agents are, for example, (filter) sieves, perforated plates or similar tubular structures. Also, the homogenizing agent preferably has a circular outer contour, wherein a diameter of the homogenizing agent is adapted to an inner diameter of the conveying channel. Both the conducting agent and the homogenizing agent are arranged in the extrusion apparatus in such a way that replacement or replacement of the conducting agent or of the homogenizing agent is simply possible. Advantageously, the second feed opening for supplying the second material component is arranged in the conveying channel downstream immediately adjacent to the guide means. In principle, it is also possible to arrange both the first feed opening and the second feed opening upstream of the guide means in the region of the conveying means. Downstream of the homogenizing agent, the extrusion device has a nozzle for discharging the multi-component material with radial and rotationally symmetrical concentration distribution. With the invention Extrusion device, it is also possible to homogenize more than two material components.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2 ermöglicht eine besonders gute Homo- genisierung der Materialkomponenten durch den rotatorischen Antrieb des Homogenisierungsmittels. Die Drehachse des Homogenisierungsmittels ist vorzugsweise deckungsgleich mit der Drehachse des Leitmittels. Rotationsgeschwindigkeiten des Homogenisierungsmittels und des Leitmittels sind vorteilhafterweise auf die zu homogenisierenden Werkstoffe anpass- bar. An apparatus according to claim 2 enables a particularly good homogenization of the material components by the rotary drive of the homogenizing agent. The axis of rotation of the homogenizing agent is preferably congruent with the axis of rotation of the conductive agent. Rotation speeds of the homogenizing agent and the conductive agent are advantageously adaptable to the materials to be homogenized.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht eine präzise Ansteuerung der Extrusions-Vorrichtung und damit eine gezielte Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung her- stellbaren Mehr-Komponenten- Werkstoffe. Durch den unabhängigen Antrieb des Leitmittels und des Homogenisierungsmittels sind die radiale und rotationssymmetrische Konzentrationsverteilung und das Konzentrationsverhältnis der Materialkomponenten einstellbar. Zum anderen ist auch ein Homogenisierungs-Grad einstellbar. Der Antrieb des Leitmittels und/oder des Homogenisierungsmittels ist beispielsweise durch eine Bewegungseinleitung am Umfang oder am Mittelpunkt des Leitmittels beziehungsweise des Homogenisierungsmittels erreichbar. Es ist beispielsweise möglich, die Rotationsbewegungen des Leitmittels beziehungsweise des Homogenisierungsmittels von einer Rotationsbewegung des Fördermittels abzuleiten. So ist es beispielsweise möglich, eine Antriebshohlwelle für das Leitmittel mit darin gelagerter Antriebswelle für das Homogenisierungsmittel vorzusehen. Auch umfangsseitig zu dem Homogenisierungsmittel beziehungsweise dem Leitmittel angeordnete Antriebe sind konstruktiv einfach umsetzbar. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4 ermöglicht eine besonders flexible Wahl des Homogenisierungs-Grades beziehungsweise des Konzentrationsverhältnisses der Materialkomponenten. Der variable Antrieb des Leitmittels beziehungsweise des Homogenisierungsmittels entlang zweier Dreh- richtungen um die Drehachse ist durch unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebselemente oder durch eine gemeinsame Antriebs Vorrichtung möglich. An apparatus according to claim 3 enables a precise control of the extrusion device and thus a targeted influencing of the material properties of the multi-component materials producible with the device according to the invention. Due to the independent drive of the conductive agent and the homogenizing agent, the radial and rotationally symmetrical concentration distribution and the concentration ratio of the material components are adjustable. On the other hand, a degree of homogenization is adjustable. The drive of the conductive agent and / or the homogenizing agent can be achieved, for example, by introducing a movement at the circumference or at the center of the conductive agent or the homogenizing agent. It is possible, for example, to derive the rotational movements of the conductive agent or of the homogenizing agent from a rotational movement of the conveying means. Thus, it is possible, for example, to provide a drive hollow shaft for the guide means with drive shaft mounted therein for the homogenizer. Also peripherally arranged to the homogenizing agent or the guide means drives are structurally simple to implement. An apparatus according to claim 4 allows a particularly flexible choice of the degree of homogenization or the concentration ratio of the material components. The variable drive of the conductive agent or of the homogenizing agent along two directions of rotation about the axis of rotation is possible by drive elements which can be controlled independently of one another or by a common drive device.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet eine kontrollierbare Er- zeugung einer spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung, welche konstruktiv besonders einfach verwirklicht ist. Die axiale Zuführung zumindest der ersten Materialkomponente zu dem Leitmittel erfolgt vorzugsweise durch das Fördermittel, welches als Förderschnecke ausgebildet ist und die erste Materialkomponente entlang der Förderrichtung dem Leitmittel axial zuführt. A device according to claim 5 ensures a controllable generation of a spirally stratified component mixture, which is realized particularly simply in terms of its design. The axial supply of at least the first material component to the guide means is preferably carried out by the conveying means, which is designed as a screw conveyor and axially feeds the first material component along the conveying direction of the guide means.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 6 ermöglicht eine gezielte Zuführung der zweiten Materialkomponente zu der ersten Materialkomponente und die Erzielung einer Wirbelstruktur der Komponenten-Mischung stromabwärts des Leitmittels. Vorteilhafterweise ist die zweite Zuführöffnung axial unmittelbar benachbart zu dem Leitmittel in der Extrusions-Vorrichtung vorgesehen und bringt die zweite Materialkomponente von außen radial in den Förderkanal ein. Vorzugsweise sind zumindest zwei Zuführöffnungen zur Zuführung der zweiten Materialkomponente vorgesehen. Die Zuführöff- nungen sind vorzugsweise äquidistant beabstandet zueinander radial zum Förderkanal angeordnet. An apparatus according to claim 6 enables a targeted supply of the second material component to the first material component and the achievement of a vortex structure of the component mixture downstream of the conductive agent. Advantageously, the second feed opening is provided axially immediately adjacent to the guide means in the extrusion apparatus and introduces the second material component from the outside radially into the feed channel. Preferably, at least two supply openings are provided for feeding the second material component. The feed openings are preferably arranged equidistant from each other radially to the conveyor channel.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 7 ermöglicht ein gleichzeitiges Aufschmelzen der ersten Materialkomponente und der zweiten Materialkom- ponente mittels des Fördermittels entlang der Förderrichtung. Auf diese Weise kann auf einen Coextruder zum separaten Aufschmelzen der zweiten Materialkomponente außerhalb des Förderkanals verzichtet werden. Eine Vorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht eine gleichzeitige Förderung der ersten Materialkomponente und der zweiten Materialkomponente durch das Fördermittel entlang der Förderrichtung. Dabei sind die mindestens eine erste Zuführöffnung und die mindestens eine zweite Zuführöffnung stromaufwärts des Leitmittels so in der Extrusions-Vorrichtung vorzuse- hen, dass jede der Zuführöffnungen einem bestimmten Gewindegang der Förderschnecke zugeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die jeweilige Materialkomponente nur dem ihr zugeordneten Gewindegang zudosier- bar ist. Das Leitmittel ist so zu gestalten, dass zumindest eine Leit- Durchbrechung zum Durchtritt der ersten Materialkomponente und eine zweite Leit-Durchbrechung zum Durchtritt der zweiten Materialkomponente entlang der Förderrichtung vorhanden ist. Es ist ferner auch die Verwendung von mehr als zwei Materialkomponenten mit einer entsprechend mehrgängigen Förderschnecke möglich. Es ist ferner auch möglich, dass beispielsweise zwei Materialkomponenten mittels einer Förderschnecke mit zwei Gewindegängen dem Leitmittel axial zuführbar sind und eine dritte Zuführöffnung stromabwärts des Leitmittels zur Zuführung einer dritten Materialkomponente angeordnet ist. An apparatus according to claim 7 enables a simultaneous melting of the first material component and the second material component. component by means of the conveying means along the conveying direction. In this way, it is possible to dispense with a coextruder for separately melting the second material component outside the delivery channel. An apparatus according to claim 8 allows a simultaneous promotion of the first material component and the second material component by the conveying means along the conveying direction. In this case, the at least one first feed opening and the at least one second feed opening upstream of the guide means are to be provided in the extrusion apparatus in such a way that each of the feed openings is assigned to a specific thread turn of the feed worm. This ensures that the respective material component can only be metered into the thread associated therewith. The guide means is to be designed such that at least one guide aperture for the passage of the first material component and a second guide aperture for the passage of the second material component along the conveying direction is provided. It is also possible to use more than two material components with a correspondingly multi-start screw conveyor. It is also possible, for example, for two material components to be fed axially to the guide means by means of a screw conveyor with two threads, and for a third feed component to be arranged downstream of the guide means for feeding a third material component.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9 verbessert weiter die Homogenisierung der Komponenten-Mischung und verbessert die Lagerung der einzelnen Homogenisierungsmittel in dem Förderkanal. An apparatus according to claim 9 further improves the homogenization of the component mixture and improves the storage of the individual homogenizing agent in the delivery channel.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 10 schafft die Möglichkeit, Lagerelemente im Förderkanal einzusparen, die nicht dem Homogenisierungsprozess dienen. In Bezug zur Drehachse starre zweite Homogenisierungsmittel sind dazu verwendbar, um rotatorisch antreibbare Homogenisierungsmittel oder das Leitmittel zu stabilisieren. Durch zusätzliche Homogenisierungsmittel ist ferner ein Druck eines Schmelzestroms der Komponenten-Mischung auf das Leitmittel oder das Homogenisierungsmittel aufnehmbar. A device according to claim 10 provides the ability to save storage elements in the conveyor channel, not the homogenization process serve. Secondary homogenizing agents rigid with respect to the axis of rotation are useful for stabilizing rotationally drivable homogenizing agents or the conducting agent. Additional homogenizing agents may further receive a pressure of a melt stream of the component mixture onto the conducting agent or the homogenizing agent.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 1 ist eine konstruktiv besonders einfache Lösung zur Stabilisierung und Lagerung des Leitmittels und zur Aufnahme eines Drucks des Schmelzestroms. An apparatus according to claim 1 1 is a structurally particularly simple solution for stabilizing and storing the conductive agent and for receiving a pressure of the melt stream.
Eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13 ermöglicht die gleichzeitige Zuführung verschiedener Materialkomponenten direkt in das Leitmittel. Hierdurch ist eine Reduzierung des Platzbedarfs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Der konstruktive Aufbau der Vorrichtung wird weiter vereinfacht. A device according to claims 12 and 13 enables the simultaneous feeding of different material components directly into the guide means. This allows a reduction of the space required by the device according to the invention. The structural design of the device is further simplified.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung bereitzustellen, das insbesondere die Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen als Endlosware ermöglicht. Dabei soll die Konzentrationsverteilung des produzierten Mehr- Komponenten- Werkstoffs besonders schnell und einfach auf verschiedene Anwendungsgebiete des Mehr-Komponenten- Werkstoffs anpassbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Durch Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Extrusi- ons-Vorrichtung, Zuführung der ersten Materialkomponente und der zweiten Materialkomponente in den Förderkanal, Förderung mindestens der ersten Materialkomponente entlang der Förderrichtung bis zu dem Leitmit- tel, Führung mindestens der ersten Materialkomponente durch die mindestens eine Leit-Durchbrechung des Leitmittels entlang der Förderrichtung, Erzeugen einer spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung aus den Materialkomponenten mittels des Leitmittels und Führung der Kom- ponenten-Mischung entlang der Förderrichtung durch die mehreren Homogenisierungs-Durchbrechungen des Homogenisierungsmittels wird die Erzeugung einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung in der Komponenten-Mischung ermöglicht. Das Verfahren kann auch mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13 weitergebildet werden. Das Verfahren lässt sich insbesondere für den Bereich der Gradientenwerkstoffe in der Kunststoffverarbeitung für alle thermoplastisch verarbeitbaren Materialien einsetzen. Jedoch sind auch andere Anwendungsgebiete denkbar, in denen plastische Massen verarbeitet werden. Beispiele sind eine Anwendung in der Lebensmittelextrusion, bei Keramikmassen oder auf dem Gebiet der Pharmazie. Another object of the invention is to provide a process for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution, which in particular enables the production of multi-component materials as endless goods. Here, the concentration distribution of the produced multi-component material is particularly fast and easy to adapt to different applications of the multi-component material. This object is achieved by a method having the features of claim 14. By providing an extrusion device according to the invention, feeding the first material component and the second material component into the conveying channel, conveying at least the first material component along the conveying direction up to the guiding medium. tel, guiding at least the first material component through the at least one conductive opening of the conductive material along the conveying direction, producing a spirally layered component mixture of the material components by means of the conductive agent and guiding the component mixture along the conveying direction through the plurality of homogenization openings the homogenizing agent enables the generation of a radial and rotationally symmetrical concentration distribution in the component mixture. The method can also be developed with the features of claims 2 to 13. The method can be used in particular for the field of gradient materials in plastics processing for all thermoplastically processable materials. However, other applications are conceivable in which plastic masses are processed. Examples are an application in food extrusion, in ceramic materials or in the field of pharmacy.
Ein Verfahren nach Anspruch 15 ermöglicht eine konstruktiv einfache Lösung zur Erzeugung einer spiralförmig geschichteten Komponenten- Mischung. Falls ein Aufschmelzen der zweiten Materialkomponente vor der Zufuhr in den Förderkanal notwendig ist, erfolgt dieses Aufschmelzen vorzugsweise außerhalb der Extrusions-Vorrichtung durch einen Coextru- der. A method according to claim 15 enables a structurally simple solution for producing a spirally stratified component mixture. If it is necessary to melt the second material component before it is fed into the delivery channel, this melting is preferably carried out outside the extrusion apparatus by a coextruder.
Ein Verfahren nach Anspruch 16 ermöglicht ein gemeinsames Aufschmel- zen der Materialkomponenten mittels des Fördermittels. Auf einen A method according to claim 16 enables a common melting of the material components by means of the conveying means. On one
Coextruder zum Aufschmelzen der zweiten Materialkomponente kann so verzichtet werden. Vorteilhaft ist es auch, beide Materialkomponenten dem Fördermittel bereits in einem plastifiziertem Zustand zuzuführen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Mehr-Komponenten- Werkstoff zu schaffen, welcher sich mit einer für beliebige Anwendungen geeigneten Länge entlang einer Haupt-Erstreckungsrichtung erstreckt und eine variabel einstellbare radiale und rotationssymmetrische Konzentrationsvertei- lung aufweist. Coextruder for melting the second material component can be dispensed with. It is also advantageous to supply both material components to the conveyor already in a plasticized state. A further object is to provide a multi-component material which extends along a main extension direction with a length suitable for any desired applications and has a variably adjustable radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
Diese Aufgabe wird durch einen Mehr-Komponenten- Werkstoff gemäß Anspruch 17 gelöst. Dadurch, dass der Mehr-Komponenten- Werkstoff eine erste Materialkomponente und eine zweite Materialkomponente umfasst, wobei eine Konzentrationsverteilung der Materialkomponenten radial und rotationssymmetrisch bezüglich der Haupt-Erstreckungsrichtung verläuft und der Mehr-Komponenten- Werkstoff entlang der Haupt- Erstreckungsrichtung eine Länge von mindestens 10 Metern, insbesondere mindestens 30 Metern, insbesondere mindestens 50 Metern, insbesondere mindestens 100 Metern hat, ist der Mehr-Komponenten- Werkstoff für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungsgebiete geeignet. Vorzugsweise liegt der Mehr-Komponenten- Werkstoff als kontinuierliche Endlosware vor. Mögliche Anwendungsgebiete des Mehr-Komponenten- Werkstoffs sind beispielsweise die Verwendung als Wellenleiter für Millimeter- /Submillimeter- und Terahertz- Wellenanwendungen. Terahertz- Wellenleiter bestehen beispielsweise aus einem Polymerkern und einem Mantel aus einem zweiten Polymer, wobei der Brechungsindex des Kerns größer ist als der des Mantels. This object is achieved by a multi-component material according to claim 17. Characterized in that the multi-component material comprises a first material component and a second material component, wherein a concentration distribution of the material components extends radially and rotationally symmetrical with respect to the main extension direction and the multi-component material along the main extension direction has a length of at least 10 meters , in particular at least 30 meters, in particular at least 50 meters, in particular at least 100 meters, the multi-component material is suitable for a variety of different applications. Preferably, the multi-component material is present as a continuous endless product. Possible applications of the multi-component material include, for example, use as waveguides for millimeter / submillimeter and terahertz wave applications. Terahertz waveguides consist, for example, of a polymer core and a cladding of a second polymer, the refractive index of the core being greater than that of the cladding.
Erfindungsgemäße Mehr-Komponenten- Werkstoffe sind auch als Rohre und Profile verwendbar, insbesondere im Bereich der Halbzeuge zur Herstellung von Produkten nach funktionsanalytischer Trennung. So können beispielsweise Stabilisatorgehalt und Füllstoffe in Abhängigkeit der Wandstärke eingestellt werden und so gemäß den herrschenden Wirkprinzipien, zum Beispiel Eindringtiefen, optimal eingesetzt werden. Mehr-Komponenten- Werkstoffe können ferner bei einem Einsatz von Farbmitteln oder Effektpigmenten zum Erzielen besonderer Farbeffekte oder Farbverläufe genutzt werden. So kann beispielsweise ein konzentrischer Farbverlauf in Bauteilen und Halbzeugen generiert werden. Graduelle Farbverläufe innerhalb eines Bauteils können den Verschleiß an einer Fläche durch eine Farbänderung in Folge eines Schichtabtrags anzeigen. Inventive multi-component materials can also be used as tubes and profiles, in particular in the field of semi-finished products for the production of products by functional analytical separation. So can For example, stabilizer content and fillers are adjusted as a function of the wall thickness and are thus used optimally in accordance with the prevailing principles of action, for example penetration depths. Multi-component materials can also be used in the use of colorants or effect pigments to achieve special color effects or gradients. For example, a concentric color gradient can be generated in components and semi-finished products. Gradual color gradients within a component can indicate the wear on a surface by a color change as a result of a Schichtabtrags.
Die erfindungsgemäßen Mehr-Komponenten- Werkstoffe sind auch als umweltsensitive Bauteile einsetzbar. Analog zu Bimetallstreifen sind durch Materialkombination spezielle mechanische Eigenschaften erzielbar, die von Faktoren wie beispielsweise der Temperatur abhängig sind. So besteht die Möglichkeit, einen Mehr-Komponenten- Werkstoff aus einem ungefüllten und stark gefüllten / verstärkten Werkstoff herzustellen. Dieser reagiert dann aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf Temperaturschwankungen in Form von Deformation. Analoges kann bei Verwendung eines Superabsorbers als Füllstoff für eine Materialkomponente des Mehr-Komponenten- Werkstoffs für die Einwirkung von Wasser oder Flüssigkeit erzielt werden. The multi-component materials according to the invention can also be used as environmentally sensitive components. Similar to bimetallic strips, special mechanical properties can be achieved by combination of materials, which are dependent on factors such as temperature. Thus, it is possible to produce a multi-component material from an unfilled and heavily filled / reinforced material. This then reacts due to the different thermal expansion coefficients to temperature fluctuations in the form of deformation. The same can be achieved when using a superabsorbent as a filler for a material component of the multi-component material for the action of water or liquid.
Ein weiteres Beispiel der Verwendung des erfindungsgemäßen Mehr- Komponenten- Werkstoffs besteht in Gradientenschäumen oder Gradientenwiderständen. Wird bei der Herstellung des Mehr-Komponenten- Werkstoffs beispielsweise eine Materialkomponente mit Treibmittel und eine andere Materialkomponente ohne Treibmittel verwendet, ist die Po- rendichte/-größe über den Querschnitt variierbar. So sind beispielsweise Bauteile mit einem Schaumkern und einem Mantel oder einem massiven Kern und einer porigen Oberfläche oder einem massiven Kern und Mantel mit einer zwischenliegenden Schaumschicht herstellbar. Damit einhergehend kann auch eine Härte in Richtung der Konzentrationsverteilung vari- iert werden. Durch eine Beimengung elektrisch leitfähiger Additive oder Füllstoffe in eine Materialkomponente ist der erfindungsgemäße Mehr- Komponenten- Werkstoff mit einstellbaren Widerstandswerten bereitstellbar. So ist beispielsweise ein leitfähiger Kern mit Isolatormaterial oder umgekehrt versehbar. Another example of the use of the multi-component material according to the invention consists in gradient foams or gradient resistances. If, for example, one material component with blowing agent and another material component without blowing agent are used in the production of the multi-component material, the pore density / size can be varied over the cross section. Such are, for example Components with a foam core and a shell or a solid core and a porous surface or a solid core and shell with an intermediate foam layer produced. Along with this, a hardness in the direction of the concentration distribution can also be varied. By admixing electrically conductive additives or fillers in a material component of the inventive multi-component material with adjustable resistance values can be provided. For example, a conductive core with insulator material or vice versa is providable.
Ein Mehr-Komponenten- Werkstoff nach Anspruch 18 ermöglicht die Bereitstellung einer Endlosware, welche entlang der Haupt- Erstreckungsrichtung eine kontinuierliche bzw. gleichbleibende Konzentrationsverteilung aufweist, wodurch der Mehr-Komponenten- Werkstoff über dessen gesamte Längserstreckung konstante Werkstoffeigenschaften aufweist. A multi-component material according to claim 18 makes it possible to provide an endless product which has a continuous or constant concentration distribution along the main extension direction, as a result of which the multi-component material has constant material properties over its entire longitudinal extent.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of several embodiments. Show it:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsvariante der Extrusions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr- Komponenten- Werkstoffen; Figure 1 is a side view of a first embodiment of the extrusion apparatus for the production of multi-component materials.
Fig. 2 eine Ansicht der Extrusions-Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Ansicht von oben; Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Extrusions-Vorrichtung gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 2; Fig. 2 is a view of the extrusion apparatus of Figure 1 in a rotated by 90 ° view from above. 3 is a sectional view of the extrusion device according to section line III-III in Fig. 2.
Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Schnittdarstellung der Extru- sions-Vorrichtung mit schematischer Darstellung zweier Materialkomponenten als Punkte unterschiedlicher Schattierung; FIG. 4 is a sectional view, corresponding to FIG. 3, of the extrusion device with a schematic representation of two material components as dots of different shading; FIG.
Fig. 5 eine Schnittdarstellung der Extrusions-Vorrichtung gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 1 ; FIG. 5 is a sectional view of the extrusion apparatus according to section line V-V in FIG. 1; FIG.
Fig. 6 eine isolierte perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines Leitmittels der Extrusions- Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 5; 6 is an isolated perspective view of a first embodiment of a conductive means of the extrusion apparatus according to FIGS. 1 to 5;
Fig. 7 eine Ansicht des Leitmittels gemäß Fig. 6 in einer Ansicht von vorne; 7 shows a view of the guide means according to FIG. 6 in a view from the front;
Fig. 8 eine isolierte perspektivische Ansicht einer Ausfüh- rungsvariante eines Homogenisierungsmittels der8 is an isolated perspective view of an embodiment variant of a homogenizing agent of the
Extrusions-Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5; Extrusion device according to FIGS. 1 to 5;
Fig. 9 eine Ansicht des Homogenisierungsmittels gemäß Fig. 9 is a view of the homogenizing agent according to FIG.
8 in einer Ansicht von vorne;  8 in a front view;
Fig. 10 eine isolierte Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante eines Leitmittels der Extrusions-Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 5 in einer Ansicht von vorne; eine isolierte Ansicht einer dritten Ausführungsvariante eines Leitmittels der Extmsions-Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 5 in einer Ansicht von vorne; eine isolierte Ansicht einer vierten Ausführungsvariante eines Leitmittels der Extmsions-Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 5 in einer Ansicht von vorne; eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante einer Extmsions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen; eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsvariante einer Extmsions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen; eine Ansicht eines Mehr-Komponenten- Werkstoffs mit radialer und rotationssymmetrischer Konzentrationsverteilung von vorne und ein Diagramm, welches die Konzentrationsverteilung veranschaulicht; eine Seitenansicht des Mehr-Komponenten- Werkstoffs nach Fig. 15; Fig. 17 eine isolierte Ansicht einer fünften Ausführungsvarian- te eines Leitmittels der Extmsions-Vorrichtung in einer Ansicht von vorne; Fig. 18 eine Ansicht des Leitmittels gemäß Fig. 17 in einer Ansicht von der Seite; 10 is an isolated view of a second embodiment of a guiding means of the extrusion apparatus according to FIGS. 1 to 5 in a view from the front; an isolated view of a third embodiment of a conductive agent of Extmsions device according to Figures 1 to 5 in a front view. an isolated view of a fourth embodiment of a conductive agent of Extmsions device according to Figures 1 to 5 in a front view. a schematic side view of a second embodiment of an Extmsions device for the production of multi-component materials; a schematic side view of a third embodiment of an Extmsions device for the production of multi-component materials; a view of a multi-component material with radial and rotationally symmetric concentration distribution from the front and a diagram illustrating the concentration distribution; a side view of the multi-component material of FIG. 15; 17 is an isolated view of a fifth embodiment of a guide means of the extender device in a front view; FIG. 18 shows a view of the guide means according to FIG. 17 in a view from the side; FIG.
Fig. 19 eine Ansicht des Leitmittels gemäß den Fig. 17 und 18 in einer Vorderansicht; FIG. 19 is a front view of the guide means of FIGS. 17 and 18; FIG.
Fig. 20 eine Ansicht des Leitmittels gemäß den Fig. 17 bis 19 in einer Rückansicht; Fig. 21 eine Schnittdarstellung des Leitmittels nach den Fig. FIG. 20 shows a view of the guide means according to FIGS. 17 to 19 in a rear view; FIG. 21 is a sectional view of the guide means of FIGS.
17 bis 20 gemäß Schnittlinie XXI-XXI in Fig. 18; und  17 to 20 according to section line XXI-XXI in Fig. 18; and
Fig. 22 eine Schnittdarstellung des Leitmittels nach den Fig. Fig. 22 is a sectional view of the guide means of FIGS.
17 bis 21 gemäß Schnittlinie ΧΧΠ-ΧΧΠ in Fig. 19.  17 to 21 according to section line ΧΧΠ-ΧΧΠ in Fig. 19.
Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis Fig. 12 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Extrusions- Vorrichtung 1 umfasst eine erste Zuführöffnung 2 zur Zuführung einer ersten Materialkomponente 3 in einen Förderkanal 4 und eine zweite Zuführ- Öffnung 5 zur Zuführung einer zweiten Materialkomponente 6 in den Förderkanal 4. Alternativ ist es auch möglich, dass jeweils zwei oder mehr Zuführöffnungen 2, 5 zur Zuführung der Materialkomponenten 3, 6 vorgesehen sind. Die erste Materialkomponente 3 und die zweite Materialkomponente 6 sind in Fig. 4 schematisch durch Punkte unterschiedlicher Schat- tierung dargestellt. Die Extrusions-Vorrichtung 1 dient zur Herstellung eines Mehr-Komponenten- Werkstoffs 66 mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung der ersten Materialkomponente 3 und der zweiten Materialkomponente 6. Ein derartiger Mehr- Komponenten- Werkstoffs 66 ist in den Fig. 15 und Fig. 16 dargestellt. Innerhalb des Förderkanals 4 sind die Materialkomponenten 3, 6 entlang einer Förderrichtung 7, welche in den beigefügten Zeichnungen durch den Richtungspfeil 7 veranschaulicht ist, förderbar. Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12. An extrusion device 1 comprises a first feed opening 2 for feeding a first material component 3 into a feed channel 4 and a second feed opening 5 for feeding a second material component 6 into the feed channel 4. Alternatively, it is also possible that in each case two or more feed openings 2, 5 are provided for supplying the material components 3, 6. The first material component 3 and the second material component 6 are shown schematically in FIG. 4 by dots of different shading. The extrusion apparatus 1 serves to produce a multi-component material 66 having a radial and rotationally symmetrical concentration distribution of the first material component 3 and the second material component 6. Such a multi-component material 66 is shown in FIGS. 15 and 16 , Within the conveying channel 4, the material components 3, 6 along a conveying direction 7, which is illustrated in the accompanying drawings by the directional arrow 7, can be conveyed.
In deren erster Ausführungsvariante umfasst die Extrusions-Vorrichtung 1 ein Fördermittel 8, welches die erste Materialkomponente 3 innerhalb des Förderkanals 4 fördert. Bei dem Fördermittel 8 handelt es sich um eine an sich bekannte Förderschnecke mit einem Gewindegang 9. Die Förder- Schnecke 8 ist in einem Schneckenzylinder 10 radial geführt und um eine Drehachse 1 1 rotatorisch durch eine erste Antriebs Vorrichtung 12 antreibbar. Die Antriebs Vorrichtung 12 ist in den Fig. 1 bis Fig. 5 nur schematisch angedeutet. Bei der Antriebsvorrichtung 12 handelt es sich beispielsweise um einen an sich bekannten Elektromotor oder dergleichen, welcher eine Antriebsscheibe in Rotation versetzt. In its first embodiment variant, the extrusion device 1 comprises a conveying means 8, which conveys the first material component 3 within the conveying channel 4. The conveyor 8 is a per se known auger with a thread 9. The conveyor screw 8 is guided radially in a worm cylinder 10 and about a rotational axis 1 1 rotationally driven by a first drive device 12. The drive device 12 is indicated only schematically in FIGS. 1 to 5. The drive device 12 is, for example, an electric motor or the like known per se, which sets a drive disk in rotation.
Bei der ersten Ausführungsvariante der Extrusions-Vorrichtung 1 erfolgt der Antrieb der Förderschnecke 8 über eine Abtriebsscheibe 13, welche mit einem ersten Endbereich 14 der Förderschnecke 8 drehfest verbunden ist. Die Abtriebsscheibe 13 ist durch die Antriebsscheibe der Antriebs Vorrichtung 12 antreibbar, beispielsweise mittels eines Antriebsriemens oder direkt durch ein Ineinandergreifen verzahnter Außenkonturen von Antriebsscheibe bzw. Abtriebsscheibe. Wie den Schnittdarstellungen nach Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zu entnehmen, ist die Förderschnecke 8 durch eine Lagereinrichtung 15 radial gelagert. Die Lagereinrichtung 15 weist zu diesem Zweck an sich bekannte Kugellager 16 auf, die eine Rotation der Förderschnecke 8 um die Drehachse 1 1 erlauben. Die Lagereinrichtung 15 ist an eine erste Stirnseite 17 des Schneckenzylinders 10 angeflanscht. In the first embodiment of the extrusion device 1, the drive of the screw conveyor 8 via a driven pulley 13, which is rotatably connected to a first end portion 14 of the screw conveyor 8. The driven pulley 13 can be driven by the drive pulley of the drive device 12, for example by means of a drive belt or directly by interlocking toothed outer contours of drive pulley or driven pulley. As can be seen from the sectional views according to FIGS. 3, 4 and 5, the conveyor screw 8 is supported radially by a bearing device 15. The bearing device 15 has for this purpose per se known ball bearings 16, which is a rotation of the screw conveyor 8 about the rotation axis 1 first allow. The bearing device 15 is flanged to a first end face 17 of the worm cylinder 10.
Der Schneckenzylinder 10 erstreckt sich entlang der Drehachse 1 1 bezie- hungsweise der Förderrichtung 7 und weist einen Nenndurchmesser auf, welcher einem Außendurchmesser der Förderschnecke 8 entspricht. Gemäß der ersten Ausführungsvariante ist die erste Zuführöffnung 2 an dem Schneckenzylinder 10 benachbart zur ersten Stirnseite 17 angeordnet. Eine durch den Richtungspfeil 18 in den Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 4 veranschau- lichte Zuführrichtung der ersten Materialkomponente 3 verläuft quer zur Drehachse 1 1 beziehungsweise zur Förderrichtung 7. Im Bereich der von der ersten Stirnseite 17 abgewandten zweiten Stirnseite 19 des Schneckenzylinders 10 sind gemäß der ersten Ausführungsvariante der Extrusions- Vorrichtung 1 keine Zuführöffnungen vorgesehen. The worm cylinder 10 extends along the axis of rotation 11 or the conveying direction 7 and has a nominal diameter which corresponds to an outer diameter of the conveyor worm 8. According to the first embodiment variant, the first feed opening 2 is arranged on the screw cylinder 10 adjacent to the first end face 17. A feeding direction of the first material component 3 illustrated by the directional arrow 18 in FIGS. 1, 3 and 4 extends transversely to the rotation axis 11 or to the conveying direction 7. In the region of the second end face 19 of the first end face 17 facing away from the first end face 17 Screw cylinder 10 are provided according to the first embodiment of the extrusion device 1, no supply openings.
Die Förderschnecke 8 weist in an sich bekannter Weise verschiedene Bereiche auf. So dient ein erster Bereich 20 der Förderschnecke 8 benachbart zu ersten Zuführöffnung 2 vorzugsweise zum Aufschmelzen der ersten Materialkomponente 3 und ein zweiter Bereich 21, der sich in Förderrichtung 7 an den ersten Bereich 20 anschließt, vorzugsweise zum Verdichten der ersten Materialkomponente 3. Die letztendliche Detailgestaltung der Förderschnecke 8 richtet sich nach den zu verarbeitenden Materialkomponenten. Die Förderschnecke 8 ist durch die erste Antriebsvorrichtung 12 entlang einer ersten Drehrichtung 22 antreibbar. Die Drehrichtung 22 gibt die Förderrichtung der Materialkomponenten 3, 6 von der Lagereinrichtung 15 stromabwärts in Richtung eines Leitmittels 23 vor. Die erste Antriebsvorrichtung 12 kann bei entsprechender konstruktiver Gestaltung auch derart ausgebildet sein, dass sie neben einem Antrieb entlang der ersten Drehrichtung 22 auch einen Antrieb entlang einer zweiten Drehrichtung 26 ermöglicht. In der Ausführungsvariante der Extrusions- Vorrichtung 1 gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5 ist das Leitmittel 23 drehfest über ein Kupplungsglied 24 mit der Förderschnecke 8 verbunden. Das Leitmittel 23 ist folglich auch durch die erste Antriebsvorrichtung 12 in Rotation um die Drehachse 1 1 versetzbar. Das Leitmittel 23 dient zur Erzeugung einer spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung 25. Die Verbindung von Kupplungsglied 24 und Leitmittel 23 ist lösbar. The screw conveyor 8 has different areas in a conventional manner. Thus, a first region 20 of the screw conveyor 8 adjacent to the first feed opening 2 preferably serves for melting the first material component 3 and a second region 21, which adjoins the first region 20 in the conveying direction 7, preferably for compressing the first material component 3. The final detail design the screw conveyor 8 depends on the material components to be processed. The screw conveyor 8 can be driven by the first drive device 12 along a first direction of rotation 22. The direction of rotation 22 indicates the conveying direction of the material components 3, 6 from the bearing device 15 downstream in the direction of a guide means 23. The first drive device 12 may also be such with a corresponding structural design be formed that in addition to a drive along the first direction of rotation 22 and a drive along a second direction of rotation 26 allows. In the embodiment of the extrusion apparatus 1 according to FIGS. 1 to 5, the guide means 23 is connected in a rotationally fixed manner via a coupling member 24 to the conveyor screw 8. The guide means 23 is therefore also by the first drive device 12 in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable. The guide means 23 serves to produce a spirally layered component mixture 25. The connection of the coupling member 24 and guide means 23 is detachable.
Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass das Leitmittel 23 alternativ einen separaten Antrieb aufweist. So könnte das Leitmittel 23 alternativ bei- spielsweise an dessen Umfang mit einer Antriebsscheibe in Drehverbindung stehen, welche durch einen Antriebsmotor antreibbar ist. In principle, it is also conceivable that the guide means 23 alternatively has a separate drive. Thus, the guide means 23 could alternatively, for example, be in rotary connection at its circumference with a drive disk, which can be driven by a drive motor.
Das Leitmittel 23, welches im Detail gemäß einer ersten Ausführungsvariante in den Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt ist, ist im Bereich der zweiten Stirnseite 19 des Schneckenzylinders 10 in dem Förderkanal 4 angeordnet. Als radiale Führung des Leitmittels 23 dient in dem ersten Ausführungsbeispiel der Schneckenzylinder 10. Eine kreisförmige Außenkontur des Leitmittels 23 ist daher an eine Innenkontur des Schneckenzylinders 10 im Bereich der zweiten Stirnseite 19 angepasst. Axial in Bezug zur Drehachse 1 1 ist das Leitmittel 23 in Richtung Förderschnecke 8 ebenfalls durch den Schneckenzylinder 10 und andererseits von der Förderschnecke 8 abgewandt durch einen Zuführzylinder 27, welcher den Förderkanal 4 stromabwärts des Leitmittels 23 vorgibt. Wie den Fig. 6 und Fig. 7 zu entnehmen, weist das erste Ausführungsbeispiel des Leitmittels 23 vier Leit-Durchbrechungen 28 zum Durchtritt der ersten Materialkomponente 3 entlang der Förderrichtung 7 auf. Die erste Materialkomponente 3 ist dem Leitmittel 23 durch die Förderschnecke 8 axial zuführbar. Bei der Anzahl und Gestalt der Leit-Durchbrechungen 28 handelt es sich lediglich um eine erste Ausführungsvariante. Weitere Ausführungsvarianten werden später beschrieben. Grundsätzlich sind die Gestalt und Anzahl der Leit-Durchbrechungen in Abhängigkeit von der gewünschten radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung zu wählen. The guide means 23, which is shown in detail according to a first embodiment variant in FIGS. 6 and 7, is arranged in the region of the second end face 19 of the worm cylinder 10 in the conveying channel 4. A radial outer contour of the guide means 23 is therefore adapted to an inner contour of the worm cylinder 10 in the region of the second end face 19 in the first embodiment. Axially with respect to the axis of rotation 1 1, the guide means 23 in the direction of screw conveyor 8 also by the screw cylinder 10 and on the other side facing away from the screw conveyor 8 by a feed cylinder 27 which defines the conveyor channel 4 downstream of the guide means 23. As can be seen in FIGS. 6 and 7, the first embodiment of the guide means 23 has four guide openings 28 for the passage of the first material component 3 along the conveying direction 7. The first material component 3 is the axial direction of the guide means 23 by the screw conveyor 8. The number and shape of the guide openings 28 is merely a first embodiment. Further variants will be described later. In principle, the shape and number of guide apertures are to be selected as a function of the desired radial and rotationally symmetrical concentration distribution.
In der gezeigten Ausführungsvariante gemäß den Fig. 6 und Fig. 7 sind die Leit-Durchbrechungen 28 äquidistant beabstandet zueinander im Bezug zur Drehachse 1 1 angeordnet. Die Leit-Durchbrechungen erstrecken sich ent- lang der Drehachse 1 1 von einer benachbart zur Förderschnecke 8 verlaufenden ersten Stirnfläche 29 des Leitmittels 23 bis zu einer dem Zuführzylinder 27 zugewandten zweiten Stirnfläche 30. In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 und Fig. 7 weisen die Leit-Durchbrechungen 28 im Querschnitt betrachtet eine dreieckförmige Kontur auf, wobei sich eine durch die dreieckförmige Kontur aufgespannte Durchtrittsfläche von der ersten Stirnfläche 29 in Richtung zweiter Stirnfläche 30 kontinuierlich vergrößert. Die Durchtrittsflächen verlaufen quer zur Drehachse 1 1. In the embodiment shown according to FIGS. 6 and 7, the guide openings 28 are arranged equidistantly spaced from each other with respect to the axis of rotation 11. The guide openings extend along the axis of rotation 1 1 from a first end face 29 of the guide means 23 running adjacent to the conveyor worm 8 to a second end face 30 facing the feed cylinder 27. In the embodiment variant according to FIGS. 6 and 7, FIGS Guide apertures 28 in cross section considered a triangular contour, with a spanned by the triangular contour passage area of the first end face 29 in the direction of the second end face 30 increases continuously. The passage surfaces extend transversely to the axis of rotation 1 1.
Im Bereich der Drehachse 1 1 weist das Leitmittel 23 eine Zentraldurchbre- chung 31 auf, welche eine Nabe zur drehfesten Verbindung des Leitmittels 23 mit dem Kupplungsglied 24 bildet. Zu diesem Zweck weist die Zentraldurchbrechung 31 mehrer Nuten 32 auf, welche mit darauf abgestimmten Passfedern des Kupplungsgliedes 24 zusammenwirken. Anstelle von Passfedern kann auch eine Verzahnung an einer Außenkontur des Kupplungs- gliedes 24 vorgesehen sein. Die Zentraldurchbrechung 31 ist vorzugsweise als Ausnehmung ausgebildet, welche sich entlang der Drehachse 1 1 ausgehend von der ersten Stirnfläche 29 nur bereichsweise durch das Leitmittel 23 erstreckt und dieses nicht vollständig durchsetzt. In the region of the axis of rotation 1 1, the guide means 23 has a central opening 31, which forms a hub for the rotationally fixed connection of the guide means 23 to the coupling member 24. For this purpose, the central aperture 31 has a plurality of grooves 32, which cooperate with matching keys of the coupling member 24. Instead of keyways, a toothing on an outer contour of the coupling member 24 may be provided. The central aperture 31 is preferably formed as a recess which extends along the axis of rotation 1 1, starting from the first end face 29 only partially through the guide means 23 and this does not fully penetrate.
Durch die Gestaltung der Leit-Durchbrechungen 28 mit einer dreieckför- migen Durchtrittsfläche ist nach einem Durchtritt der ersten Materialkomponente 3 durch das Leitmittel 23 im Bereich der Drehachse 1 1 eine hohe Konzentration der ersten Materialkomponente 3 erreichbar, wohingegen radial beabstandet von der Drehachse 1 1 eine geringe Konzentration der ersten Materialkomponente 3 vorliegt. Wie oben beschrieben sind die Konzentrationsverhältnisse durch entsprechende Wahl des Leitmittels 23 und der Leit-Durchbrechungen 28 veränderbar. Weitere exemplarische Ausführungsvarianten des Leitmittels 23 sind in den Fig. 10, Fig. 1 1, Fig. 12 und Fig. 17 bis Fig. 22 dargestellt. So zeigt Fig. 10 eine alternative Ausführungsvariante eines Leitmittels 33 mit nur einer Leit-Durchbrechung 34. Die dritte Ausführungsvariante eines Leitmittels 35 gemäß Fig. 1 1 weist hingegen eine Vielzahl von Leit- Durchbrechungen 36 auf. Auch die vierte Ausführungsvariante eines Leitmittels 37 gemäß Fig. 12 weist mehrere Leit-Durchbrechungen 38 auf, welche sich in der geometrischen Gestalt deren Innenkontur von den anderen Ausführungsvarianten unterscheiden. Die fünfte Ausführungsvariante gemäß den Fig. 17 bis Fig. 22 ist später im Detail beschrieben. Due to the design of the guide openings 28 with a triangular passage area, a high concentration of the first material component 3 can be achieved after passage of the first material component 3 through the guide means 11 in the area of the rotation axis 1 1, whereas radially from the rotation axis 1 1 a low concentration of the first material component 3 is present. As described above, the concentration ratios can be changed by appropriate selection of the conductive agent 23 and the conductive openings 28. Further exemplary embodiments of the guide means 23 are shown in FIGS. 10, 11, 12, and 17 to 22. Thus, FIG. 10 shows an alternative embodiment variant of a conducting means 33 with only one guiding opening 34. The third embodiment variant of a conducting means 35 according to FIG. 11, on the other hand, has a multiplicity of conducting openings 36. The fourth embodiment variant of a conducting means 37 according to FIG. 12 also has a plurality of guide openings 38, which differ in their geometric shape from their inner contour from the other embodiment variants. The fifth embodiment according to FIGS. 17 to 22 will be described later in detail.
Das Leitmittel 23 ist derart in der Extrusions-Vorrichtung 1 angeordnet, dass ein Auswechseln bzw. Ersetzen des Leitmittels 23 durch ein anderes Leitmittel, beispielsweise eines der alternativen Leitmittel 33, 35, 37 einfach möglich ist. In Förderrichtung 7 stromabwärts des Leitmittels 23 ist der Förderkanal 4 durch den Zuführzylinder 27 umschlossen. Aus den Schnittdarstellungen gemäß Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 geht hervor, dass der Zuführzylinder 27 zweiteilig ausgebildet ist und zwei Zylinderteilabschnitte 39, 40, die axial benachbart zueinander angeordnet sind, aufweist. Die zweite Zuführöffnung 5 zur Zuführung der zweiten Materialkomponente 6 in den Förderkanal 4 ist im Zuführzylinder 27 vorgesehen. Eine in den Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 4 durch den Richtungspfeil 42 veranschaulichte Zuführrichtung der zweiten Materialkomponente 6 verläuft quer zur Förderrichtung 7 beziehungsweise zur Drehachse 1 1. The guide means 23 is arranged in the extrusion apparatus 1 such that replacement of the guide means 23 by another conducting means, for example one of the alternative conducting means 33, 35, 37, is easily possible. In the conveying direction 7 downstream of the guide means 23 of the conveying channel 4 is enclosed by the feed cylinder 27. From the sectional views according to FIGS. 3, 4 and 5, it can be seen that the feed cylinder 27 is formed in two parts and has two cylinder sections 39, 40, which are arranged axially adjacent to one another. The second feed opening 5 for feeding the second material component 6 into the feed channel 4 is provided in the feed cylinder 27. A feed direction of the second material component 6 illustrated in FIGS. 1, 3 and 4 by the directional arrow 42 extends transversely to the conveying direction 7 or to the axis of rotation 11, respectively.
Zu einem Auswechseln des Leitmittels 23 sind der Schneckenzylinder 10 und der erste Zylinderteilabschnitt 39 entlang der Drehachse 1 1 relativ zu- einander verlagerbar. Durch ein Trennen des Schneckenzylinders 10 und des ersten Zylinderteilabschnitts 39 im Bereich der zweiten Stirnseite 19 des Schneckenzylinders 10 ist das Leitmittel 23 in Förderrichtung 7 aus der Vorrichtung 1 entnehmbar. In axialer Richtung schließt sich entlang Förderrichtung 7 an den Zuführzylinder 27 stromabwärts ein Homogenisierungsmittel 43 an, welches koaxial zu der Drehachse 1 1 angeordnet ist und mehrere Homogenisierungs- Durchbrechungen 44 zum axialen Durchtritt der Komponenten-Mischung 25 aufweist. For exchanging the guide means 23, the worm cylinder 10 and the first cylinder section 39 are displaceable relative to one another along the axis of rotation 1 1. By separating the worm cylinder 10 and the first cylinder part section 39 in the region of the second end face 19 of the worm cylinder 10, the guide means 23 can be removed from the device 1 in the conveying direction 7. In the axial direction is followed along the conveying direction 7 to the feed cylinder 27 downstream of a homogenizing 43, which is arranged coaxially to the axis of rotation 1 1 and a plurality of homogenization perforations 44 for the axial passage of the component mixture 25.
In Förderrichtung 7 zwischen dem Leitmittel 23 und dem Homogenisierungsmittel 43 bildet der Förderkanal 4 einen Verwirbelungsabschnitt 45, in dem eine wirbeiförmige Schichtstruktur der ersten Materialkomponente 3 und der zweiten Materialkomponente 6 vorliegt. Das Homogenisierungsmittel 43 ist in der ersten Ausführungsvariante der Extmsions-Vorrichtung 1 gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5 um die Drehachse 1 1 rotatorisch antreibbar ausgebildet. Alternativ ist es grundsätzlich auch vor- stellbar, dass das Homogenisierungsmittel 43 stationär koaxial zur Drehachse 1 1 angeordnet ist. In the conveying direction 7 between the guide means 23 and the homogenizing means 43, the conveying channel 4 forms a swirling section 45, in which a vortex-shaped layer structure of the first material component 3 and the second material component 6 is present. The homogenizing means 43 in the first embodiment variant of the extraction device 1 according to FIGS. 1 to 5 is designed so that it can be driven to rotate about the axis of rotation 1 1. As an alternative, it is basically also conceivable for the homogenizing means 43 to be arranged stationary coaxially with the axis of rotation 11.
In der Ausführungsvariante gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5 erfolgt ein Antrieb des Homogenisierungsmittels 43 durch eine in Fig. 1 schematisch angedeu- tete zweite Antriebs Vorrichtung 46, welche unabhängig von der ersten Antriebsvorrichtung 12 ansteuerbar ist. Bei der Antriebs Vorrichtung 46 handelt es sich beispielsweise um einen an sich bekannten Elektromotor oder dergleichen, welcher eine Antriebswelle in Rotation versetzt. Diese Antriebswelle ist von einem Antriebsriemen umlaufen. Der Antriebsriemen umläuft neben der Antriebswelle der Antriebs Vorrichtung 46 eine an der Extmsions-Vorrichtung 1 frei drehbar angebrachte Abtriebswelle 47. Die Abtriebswelle 47 weist eine Abtriebswellenlängsachse 65 auf, die parallel beabstandet zur Drehachse 1 1 verläuft. Die Abtriebswelle 47 steht in kraft- übertragenderweise mit einer Homogenisiemngsmittel-Lagemng 48 in Verbindung, wodurch eine Rotation der Antriebswelle der Antriebs Vorrichtung 46 in eine Rotation des Homogenisiemngsmittels 43 um die Drehachse 1 1 umwandelbar ist. Die Homogenisiemngsmittel-Lagemng 48 ist drehfest mit dem Homogenisiemngsmittel 43 verbunden und entlang der Förderrichtung 7 zwischen zwei Lagermitteln 41, 53 angeordnet. Zur Stabili- siemng der Lagermittel 41, 53 gegeneinander sind Stabilisierungselemente 70 vorgesehen, welche sich in Förderrichtung 7 zwischen den Lagermitteln 41, 53 erstrecken und diese gegeneinander abstützen. In the embodiment variant according to FIGS. 1 to 5, the homogenizing means 43 is driven by a second drive device 46 which is indicated schematically in FIG. 1 and which is controllable independently of the first drive device 12. The drive device 46 is, for example, a known electric motor or the like, which sets a drive shaft in rotation. This drive shaft is circulated by a drive belt. The drive belt rotates next to the drive shaft of the drive device 46, a freely rotatable attached to the Extmsions device 1 output shaft 47. The output shaft 47 has an output shaft longitudinal axis 65 which is parallel to the axis of rotation 1 1 runs. The output shaft 47 is force-transmitting with a Homogenisimgs-Lagemng 48 in connection, whereby a rotation of the drive shaft of the drive device 46 in a rotation of the Homogenisgemngsmittels 43 is about the axis of rotation 1 1 convertible. The Homogenisiemngsmittel-Lagemng 48 is rotatably connected to the Homogenisiemngsmittel 43 and arranged along the conveying direction 7 between two bearing means 41, 53. To stabilize the bearing means 41, 53 against each other, stabilizing elements 70 are provided which extend in the conveying direction 7 between the bearing means 41, 53 and support them against each other.
Das Homogenisiemngsmittel 43 ist im Detail den Fig. 8 und Fig. 9 zu entnehmen. Das Homogenisiemngsmittel 43 weist eine dem Verwirbelungs- abschnitt 45 zugeordnete erste Stirnfläche 49 und eine dem Verwirbelungs- abschnitt 45 abgewandte zweite Stirnfläche 50 auf. Die Homogenisierungs- Durchbrechungen 44 erstrecken sich kanalförmig parallel zur Drehachse 1 1 von der ersten Stirnfläche 49 bis zur zweiten Stirnfläche 50. Den Fig. 8 und Fig. 9 sind ferner radial beabstandet zur Drehachse 1 1 Fixier-The homogenizing means 43 can be seen in detail in FIGS. 8 and 9. The homogenizing agent 43 has a turbulence section 45 associated first end face 49 and the Verwirbelungs- section 45 facing away from the second end face 50. The homogenization openings 44 extend in a channel-shaped manner parallel to the axis of rotation 1 1 from the first end face 49 to the second end face 50. FIGS. 8 and 9 are further radially spaced from the axis of rotation 11.
Durchbrechungen 51 zu entnehmen, die zu einer drehfesten Befestigung des Homogenisierungsmittels 43 in der Homogenisierungsmittel-Lagerung 48 dienen. Mittels des Homogenisierungsmittels 43 ist eine optimale Homogenisierung der Komponenten-Mischung 25 erreichbar. Ein Grad der Homogenisierung ist durch die Wahl des Homogenisierungsmittels 43 und die Anordnung und Art der Homogenisierungs-Durchbrechungen 44 anpassbar. Grundsätzlich sind verschiedene Geometrien der Homogenisierungs- Durchbrechungen 44 denkbar, beispielsweise kreis-, waben-, schlitz- oder ellipsenförmige Konturen. To remove apertures 51, which serve for a rotationally fixed attachment of the homogenizing agent 43 in the homogenizer storage 48. By means of the homogenizing agent 43, optimum homogenization of the component mixture 25 can be achieved. A degree of homogenization is adaptable through the choice of homogenizer 43 and the arrangement and nature of homogenization breakthroughs 44. In principle, different geometries of the homogenization openings 44 are conceivable, for example circular, honeycomb, slot or elliptical contours.
Das Homogenisierungsmittel 43 ist derart in der Extmsions-Vorrichtung 1 angeordnet, dass ein Auswechseln bzw. Ersetzen des Homogenisierungs- mittels 43 durch ein anderes Homogenisierungsmittel, beispielsweise mit anders angeordneten Homogenisierungs-Durchbrechungen 44, möglich ist. Zu einem Auswechseln des Homogenisierungsmittels 43 ist eine Verbindung zwischen dem ersten Lagermittel 41 und dem zweiten Lagermittel 53 zu lösen. Anschließend ist das Homogenisierungsmittel 43 aus der Homo- genisierungsmittel-Lagerung 48 zu lösen und aus dieser zu entnehmen. The homogenizing agent 43 is arranged in the extender device 1 in such a way that replacement or replacement of the homogenizing agent 43 by another homogenizing agent, for example with differently arranged homogenizing perforations 44, is possible. For a replacement of the homogenizing agent 43, a connection between the first bearing means 41 and the second bearing means 53 is to be solved. Subsequently, the homogenizing agent 43 is to be released from the homogenizing agent storage 48 and removed therefrom.
In Förderrichtung 7 stromabwärts des Homogenisierungsmittels 43 ist der Förderkanal 4 umfangsseitig durch einen Ausgabezylinder 52 radial begrenzt. Der Ausgabezylinder 52 ist stationär in der Extmsions-Vorrichtung 1 mittels der Lagermittels 53 stationär gelagert. An einem axial von dem Homogenisierungsmittel 43 beabstandeten Endbereich 54 schließt sich an den Ausgabezylinder 52 eine Düse 55 zum Austritt der homogenisierten Komponenten-Mischung 56 an. In the conveying direction 7 downstream of the homogenizing means 43, the conveying channel 4 is radially bounded on the circumference by an output cylinder 52. The output cylinder 52 is stationary in the Extmsions device 1 stationarily supported by the bearing means 53. A nozzle 55 for discharging the homogenized component mixture 56 adjoins the delivery cylinder 52 at an end region 54 which is axially spaced from the homogenization means 43.
Die Funktionsweise der Extrusions-Vorrichtung 1 ist wie folgt: The operation of the extrusion device 1 is as follows:
Zur Beschreibung der Funktion der Extrusions-Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Mehr-Komponenten- Werkstoffs 66 mit einer radialen und rota- tionssymmetrischen Konzentrationsverteilung wird davon ausgegangen, dass die Extrusions-Vorrichtung 1 wie oben beschrieben gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5 vorliegt. Zunächst wird dann die erste Materialkomponente 3 über die erste Zuführöffnung 2 in den Förderkanal 4 zugeführt. Bei der ersten Materialkomponente 3 handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoffmaterial, welches in granulärer oder pulverförmiger Form dem Förderkanal 4 zugeführt wird. Grundsätzlich können hierbei alle thermoplastisch verarbeitbaren Materialien verwendet werden. Anschließend wird die erste Materialkomponente 3 entlang der Förderrichtung 7 durch die Förderschnecke 8 gefördert und aufgeschmolzen. Die Förderung der ersten Materialkomponente 3 erfolgt entlang der Förderrichtung 7 bis zum dem Leitmittel 23. Die erste Materialkomponente 3 wird dann unter Druck entlang der Förderrichtung 7 durch die Leit-Durchbrechungen 28 des Leitmittels 23 gefördert. Der Druck zum Durchströmen der Materialkomponente 3 durch das Leitmittel 23 wird durch die Förderschnecke 8 erzeugt. Durch die zweite Zuführöffnung 5 wird die zweite Materialkomponente 6 dem Förderkanal 4 stromabwärts des Leitmittels 23 zugeführt. Bei der zweiten Materialkomponente 6 kann es sich sowohl um eine Kunststoffschmelze, welche durch einen nicht dargestellten Coextruder bereits aufgeschmolzen wurde bevor die zweite Materialkomponente 6 durch die zweite Zuführöffnung 5 geleitet wird, oder um granuläres oder pulverför- miges Material handeln. Vorteilhafterweise weist die zweite Materialkomponente 6 von der ersten Materialkomponente 3 abweichende Eigenschaften, beispielsweise abweichende physikalische Eigenschaften oder eine abweichende farbliche Gestaltung, auf. Durch die von der ersten Antriebsvorrichtung 12 bewirkten Rotation des Leitmittels 23 und der radialen Zuführung der zweiten Materialkomponente 6 in den Förderkanal 4 unmittelbar stromabwärts des Leitmittels 23 wird eine spiralförmige geschichtete Komponenten-Mischung 25 in dem Ver- wirbelungsab schnitt 45 des Förderkanals 4 erreicht. To describe the function of the extrusion device 1 for producing a multi-component material 66 with a radial and rotationally symmetric concentration distribution, it is assumed that the extrusion device 1 is present as described above according to FIGS. 1 to 5. First, the first material component 3 is then fed via the first feed opening 2 into the conveying channel 4. The first material component 3 is preferably a plastic material which is supplied to the conveying channel 4 in granular or powdery form. In principle, all thermoplastically processable materials can be used here. Subsequently, the first material component 3 is conveyed along the conveying direction 7 by the screw conveyor 8 and melted. The first material component 3 is conveyed along the conveying direction 7 up to the guide means 23. The first material component 3 is then conveyed under pressure along the conveying direction 7 through the guide openings 28 of the guide means 23. The pressure for flowing through the material component 3 by the guide means 23 is generated by the screw conveyor 8. Through the second feed opening 5, the second material component 6 is supplied to the conveying channel 4 downstream of the guide means 23. The second material component 6 may be either a plastic melt which has already been melted by a coextruder, not shown, before the second material component 6 is passed through the second feed opening 5, or a granular or powdery material. Advantageously, the second material component 6 has properties deviating from the first material component 3, for example deviating physical properties or a deviating color design. By caused by the first drive device 12 rotation of the guide means 23 and the radial supply of the second material component 6 in the delivery channel 4 immediately downstream of the guide means 23, a spiral layered component mixture 25 in the Verwirungsungsab section 45 of the delivery channel 4 is reached.
Die spiralförmig geschichtete Komponenten-Mischung 25 wird nun entlang der Förderrichtung 7 durch die Homogenisierungs-Durchbrechungen 44 des rotatorisch angetriebenen Homogenisierungsmittels 43 geführt. Dadurch wird eine homogene, radiale und rotationssymmetrische Konzentra- tionsverteilung in der Komponenten-Mischung 25 erreicht. In dem Förderkanal 4 im Bereich des Ausgabezylinders 52 liegt dann eine homogenisierte Komponenten-Mischung 56 mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung vor, welche durch die Düse 55 als endloser Mehr-Komponenten- Werkstoff 66 abgegeben wird. The spirally layered component mixture 25 is now guided along the conveying direction 7 through the homogenization openings 44 of the rotationally driven homogenizing means 43. As a result, a homogeneous, radial and rotationally symmetrical concentration distribution in the component mixture 25 is achieved. In the conveying channel 4 in the region of the output cylinder 52 there is then a homogenized component mixture 56 with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution, which is discharged through the nozzle 55 as an endless multi-component material 66.
Dieser endlose Mehr-Komponenten- Werkstoff 66 ist schematisch in den Fig. 15 und Fig. 16 dargestellt. Fig. 15 zeigt den Mehr-Komponenten- Werkstoff 66 in einer Ansicht zentral von vorne. Fig. 16 zeigt den endlosen Mehr-Komponenten- Werkstoffs 66 von der Seite. Der Mehr- Komponenten- Werkstoff 66 weist einen Radius R auf und eine Länge L auf. This endless multi-component material 66 is shown schematically in FIGS. 15 and 16. Fig. 15 shows the multi-component material 66 in a view centrally from the front. Fig. 16 shows the endless multi-component material 66 from the side. The multiple Component material 66 has a radius R and a length L.
Wie Fig. 15 zu entnehmen, weist die erste Materialkomponente 3 in einem Zentralbereich 67 eine hohe Konzentration auf. Radial beabstandet von dem Zentralbereich 67 bis hin zu einer Außenfläche 68 überwiegt die zweite Materialkomponente 6. Fig. 15 zeigt auch ein Diagramm, welchem ein Anteil A der ersten Materialkomponente 3 an dem Mehr-Komponenten- Werkstoff 66 entlang des Radius R zu entnehmen ist. As shown in FIG. 15, the first material component 3 has a high concentration in a central region 67. Radially spaced from the central region 67 to an outer surface 68, the second material component 6 predominates. FIG. 15 also shows a diagram from which a portion A of the first material component 3 on the multi-component material 66 can be taken along the radius R.
Die Konzentrationsverteilung der Materialkomponenten 3, 6 verläuft bezüglich einer Haupt-Erstreckungsrichtung 69 radial und rotationssymmetrisch. Entlang der Haupt-Erstreckungsrichtung 69 verläuft die Konzentrationsverteilung kontinuierlich bzw. gleichbleibend. Die Länge L des konti- nuierlichen Mehr-Komponenten- Werkstoffs 66 ist beliebig zu wählen. Vorzugsweise beträgt die Länge L mindestens 10 Meter, insbesondere mindestens 30 Meter, insbesondere mindestens 50 Meter, insbesondere mindestens 100 Meter. Die tatsächliche Länge L orientiert sich an dem jeweiligen Anwendungsgebiet, auf welchem der Mehr-Komponenten- Werkstoff 66 eingesetzt werden soll. The concentration distribution of the material components 3, 6 extends radially and rotationally symmetrically with respect to a main extension direction 69. Along the main extension direction 69, the concentration distribution runs continuously or consistently. The length L of the continuous multi-component material 66 can be selected as desired. The length L is preferably at least 10 meters, in particular at least 30 meters, in particular at least 50 meters, in particular at least 100 meters. The actual length L is based on the particular field of application on which the multi-component material 66 is to be used.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Die Extrusions-Vorrichtung 1 a dient zur Herstellung von Mehr- Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotations symmetrischen Konzentrationsverteilung. Der wesentliche Unterschied zu der Extmsions-Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsvariante besteht darin, dass die erste Zuführöffnung 2 und die zweite Zuführöffnung 5 stromabwärts des Leitmittels 23 angeord- net sind. Aus diesem Grund wird gemäß der zweiten Ausführungsvariante ein Fördermittel 8a in Form einer Förderschnecke mit zwei Gewindegängen 9a, 57 verwendet, wobei jeder der Materialkomponenten 3, 6 ein Gewindegang 9a, 57 zugeordnet ist. Dabei ist der erste Gewindegang 9a der ersten Materialkomponente 3 und der zweite Gewindegange 57 der zweiten Materialkomponente 6 zugeordnet. Die Materialkomponenten 3, 6 sind dem Leitmittel 23 über den jeweils zugeordneten Gewindegang 9a, 57 separat voneinander axial zuführbar. Hereinafter, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. Structurally identical parts are given the same reference numerals as in the first embodiment, to the description of which reference is hereby made. Structurally different parts receive the same reference numerals with a following a. The extrusion apparatus 1 a is used to produce multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution. The essential difference to the Extmsions device 1 according to the first embodiment is that the first supply port 2 and the second supply port 5 downstream of the guide means 23 are arranged net. For this reason, according to the second embodiment, a conveying means 8a in the form of a screw conveyor with two threads 9a, 57 is used, wherein each of the material components 3, 6 a thread 9a, 57 is assigned. In this case, the first thread 9a of the first material component 3 and the second thread 57 of the second material component 6 is assigned. The material components 3, 6 are the lead 23 via the respective associated thread 9a, 57 separately fed axially.
Die Vorteile einer Verwendung einer Förderschnecke 8a mit mehreren Gewindegängen 9a, 57 kommen besonders dann zum Tragen, wenn die zweite Materialkomponente 6 zur Herstellung des Mehr-Komponenten- Werkstoffs aufgeschmolzen werden muss. Ein derartiges Aufschmelzen der zweiten Materialkomponente 6 muss dann nicht vor der Zuführung in den Förderkanal 4 in einem Coextruder erfolgen, sondern kann zusammen mit der ersten Materialkomponente 3 in dem Förderkanal 4 durch die Förderschnecke 8a vorgenommen werden. The advantages of using a screw conveyor 8a having a plurality of threads 9a, 57 come into play especially when the second material component 6 has to be melted to produce the multi-component material. Such a melting of the second material component 6 then need not take place before being fed into the conveying channel 4 in a coextruder, but can be carried out together with the first material component 3 in the conveying channel 4 by the conveying screw 8a.
Ein weiterer Unterschied der Extmsions-Vorrichtung la besteht im Antrieb des Homogenisiemngsmittels 43 durch die Antriebs Vorrichtung 46a. Eine um die Drehachse 1 1 rotierbare Antriebswelle 58 der Förderschnecke 8a ist als Hohlwelle ausgebildet, welche mit dem Leitmittel 23 drehfest verbunden ist. In der Antriebswelle 58 ist eine entlang der Drehachse 1 1 verlaufende Homogenisierungs-Antriebswelle 59 angeordnet. Die Homogenisierungs-Antriebswelle 59 ist mit dem Homogenisiemngsmittel 43 drehfest verbunden und kann dieses in Rotation um die Drehachse 1 1 versetzen. Das von dem Homogenisierungsmittel 43 beabstandete Ende 60 der Homogenisierungs-Antriebswelle 59 ist durch die Antriebsvorrichtung 46a rotatorisch antreibbar. Alternativ ist es auch möglich, die Antriebswelle 58 nicht als Hohlwelle sondern als Welle aus einem Vollmaterial auszubilden, wobei das Homogenisierungsmittel 43 dann entsprechend der Extrusions- Vorrichtung 1 von außen anzutreiben wäre. Another difference of the Extmsions-device la consists in the drive of the Homogenisgemngsmittels 43 by the drive device 46 a. A rotatable about the axis of rotation 1 1 drive shaft 58 of the screw conveyor 8a is formed as a hollow shaft, which is rotatably connected to the guide means 23. In the drive shaft 58 a along the axis of rotation 1 1 extending homogenizing drive shaft 59 is arranged. The homogenizing drive shaft 59 is non-rotatable with the Homogenisiemngsmittel 43 connected and can put this in rotation about the axis of rotation 1 1. The end 60 of the homogenization drive shaft 59, which is at a distance from the homogenization means 43, is rotationally drivable by the drive device 46a. Alternatively, it is also possible to form the drive shaft 58 not as a hollow shaft but as a shaft made of a solid material, wherein the homogenizing agent 43 would then be driven according to the extrusion device 1 from the outside.
Durch diese Gestaltung sind das Leitmittel 23 und das Homogenisierungs- mittel 43 unabhängig voneinander um die Drehachse 1 1 rotatorisch antreibbar. Das Leitmittel 23 und das Homogenisierungsmittel 43 sind wahlweise entlang der ersten Drehrichtung 22 oder der zweiten Drehrichtung 26 um die Drehachse 1 1 rotatorisch antreibbar. Es ist alternativ auch vorstellbar, dass sowohl das Leitmittel 23 als auch das Homogenisierungsmittel 43 von der Antriebswelle 58 der Förderschnecke 8a in Rotation um die Drehachse 1 1 versetzbar gestaltet sind. As a result of this configuration, the conducting means 23 and the homogenizing means 43 can be driven in rotation independently of one another about the axis of rotation 1 1. The guide means 23 and the homogenization means 43 are optionally rotationally drivable along the first direction of rotation 22 or the second direction of rotation 26 about the axis of rotation 1 1. Alternatively, it is also conceivable that both the guide means 23 and the homogenizing means 43 are designed by the drive shaft 58 of the screw conveyor 8a in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable.
Fig. 17 bis Fig. 22 zeigen eine fünfte Ausführungsvariante eines Leitmittels 71, welches zum separaten Durchtritt zweier Materialkomponenten geeignet ist. Das Leitmittel 71 hat vier erste Leit-Durchbrechungen 72 zum Durchtritt der ersten Materialkomponente 3 und/oder zweiten Materialkomponente 6 entlang der Förderrichtung 7 und vier zweite Leit- Durchbrechungen 73 zum Durchtritt einer weiteren Materialkomponente entlang der Förderrichtung 7. Das Leitmittel 71 hat ferner eine Zentraldurchbrechung bzw. -ausnehmung 31 , wie in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsvariante des Leitmittels 23 beschrieben. Das Leitmittel 71 kann grundsätzlich sowohl in der Extrusions-Vorrichtung 1 gemäß der ers- ten Ausführungsvariante als auch in der Extrusions-Vorrichtung la gemäß der zweiten Ausführungsvariante Anwendung finden. FIGS. 17 to 22 show a fifth embodiment of a conductive means 71, which is suitable for the separate passage of two material components. The guide means 71 has four first guide openings 72 for the passage of the first material component 3 and / or second material component 6 along the conveying direction 7 and four second guide openings 73 for the passage of a further material component along the conveying direction 7. The guide means 71 also has a central aperture or -ausnehmung 31, as described in connection with the first embodiment of the conductive agent 23. The conducting means 71 can in principle be used both in the extrusion apparatus 1 according to the first Th variant embodiment as well as in the extrusion device la according to the second embodiment find application.
Die ersten Leit-Durchbrechungen 72 erstrecken sich von einer ersten Stirn- fläche 74 des Leitmittels 71 bis zu einer zweiten Stirnfläche 75. In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 17 bis Fig. 22 weisen die Leit- Durchbrechungen 72 im Querschnitt betrachtet eine dreieckförmige Kontur auf. Die Dreiecksgeometrie ist jedoch nur exemplarisch gewählt. Die erste Materialkomponente 3 und/oder zweite Materialkomponente 6 ist den ers- ten Leit-Durchbrechungen 72 entlang einer durch den Richtungspfeil 78 veranschaulichten Zuführrichtung zuführbar. The first guide openings 72 extend from a first end face 74 of the guide means 71 to a second end face 75. In the embodiment according to FIGS. 17 to 22, the guide openings 72 have a triangular contour in cross-section. However, the triangular geometry is chosen only as an example. The first material component 3 and / or second material component 6 can be fed to the first guide openings 72 along a feed direction illustrated by the directional arrow 78.
Die zweiten Leit-Durchbrechungen 73 erstrecken sich ausgehend von der zweiten Stirnfläche 75 bereichsweise in Richtung erste Stirnfläche 74, wo- bei sich die zweiten Leit-Durchbrechungen 73 nicht bis zur ersten Stirnfläche 74 erstrecken, sondern jeweils über seitliche Zuführöffnungen 76 radial nach außen führen. Eine durch den Richtungspfeil 79 veranschaulichte Zuführrichtung der weiteren Materialkomponente verläuft quer zur Förderrichtung 7. The second guide openings 73 extend, starting from the second end face 75, in regions in the direction of the first end face 74, wherein the second guide openings 73 do not extend to the first end face 74 but each lead radially outward via lateral feed openings 76. A feed direction of the further material component illustrated by the directional arrow 79 runs transversely to the conveying direction 7.
Durch die vier seitlichen Zuführöffnungen 76 ist die weitere Materialkomponente 6 dem Leitmittel 71 seitlich zugebbar. Im Leitmittel 71 wird die weitere Materialkomponente in Förderrichtung 7 umgelenkt und tritt in Förderrichtung 7 aus dem Leitmittel 71 aus. Die seitlichen Zuführöffnun- gen 76 sind schlitzartig ausgebildet. Entlang der Förderrichtung 7 weisen die zweiten Leit-Durchbrechungen 73 im Querschnitt betrachtet eine dreieckförmige Kontur auf. Die vier seitlichen Zuführöffnungen 76 sind jeweils bezüglich der Drehachse 1 1 um 90° versetzt angeordnet und in flachen beckenartigen Vertiefungen 77 am Außenumfang des Leitmittels 71 vorgesehen. Das Leitmittel 71 ist beispielsweise entsprechend dem Leitmittel 23 durch die erste Antriebs Vorrichtung 12 in Rotation um die Drehachse 1 1 versetzbar. Dagegen sind radiale Zugabepunkte der weiteren Materialkomponente von außen feststehend ausgebildet. Durch Anordnung der seit- liehen Zuführöffnungen 76 jeweils in einer der beckenartigen Vertiefungen 77 ist eine ständige Zufuhr der weiteren Materialkomponente 6 ermöglicht. Die erste Materialkomponente 3 und/oder zweite Materialkomponente 6 einerseits und die weitere Materialkomponente andererseits kommen bis zum Austritt an der zweiten Stirnfläche 75 nicht in Berührung. Due to the four lateral feed openings 76, the further material component 6 is the side of the guide means 71 zugebbar. In the guide means 71, the further material component is deflected in the conveying direction 7 and emerges in the conveying direction 7 from the conducting means 71. The lateral Zuführöffnun- gene 76 are slit-like. Along the conveying direction 7, the second guide openings 73, viewed in cross-section, have a triangular contour. The four lateral feed openings 76 are each offset by 90 ° with respect to the axis of rotation 1 1 and in flat basin-like depressions 77 on the outer periphery of the guide means 71st intended. The guide means 71, for example, according to the guide means 23 by the first drive device 12 in rotation about the axis of rotation 1 1 displaceable. In contrast, radial addition points of the further material component are formed fixed from the outside. By arranging the lateral feed openings 76 in each case in one of the basin-like recesses 77, a continuous supply of the further material component 6 is made possible. The first material component 3 and / or second material component 6, on the one hand, and the other material component, on the other hand, do not come into contact until they exit at the second end face 75.
Es ist alternativ möglich, das Leitmittel 71 derart zu gestalten, dass mehrere weitere Materialkomponenten seitlich in das Leitmittel 71 zuführbar sind. Hierbei muss nicht zwingend eine Materialkomponente das Leitmittel 71 in Förderrichtung 7 durchströmen. It is alternatively possible to design the conductive means 71 such that a plurality of further material components can be fed laterally into the conductive means 71. In this case, it is not absolutely necessary for a material component to flow through the conducting means 71 in the conveying direction 7.
Fig. 14 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Fig. 14 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Förderkanals 4 der Extrusions- Vorrichtung lb. Fig. 14 shows a third embodiment of the invention. Structurally identical parts are given the same reference numerals as in the first embodiment, to the description of which reference is hereby made. Structurally different parts receive the same reference numerals with a following b. Fig. 14 shows schematically a section of the conveying channel 4 of the extrusion apparatus 1b.
Abweichend von den oben im Detail erläuterten Ausführungsvarianten ist es auch vorstellbar, dass mehrere Homogenisierungsmittel 43b vorgesehen sind, welche entlang der Drehachse 1 1 und koaxial zu dieser in einer Homogenisierungsmittel-Reihe 61 angeordnet sind. In Reihe geschaltete Homogenisierungsmittel 43b haben den Vorteil einer weiter verbesserten Homogenisierung der Komponenten-Mischung 25. Ferner stützen sich die Homogenisierungsmittel 43b in einer Homogenisierungsmittel-Reihe 61 gegenseitig axial ab und verbessern somit die Lagerung der jeweiligen Homogenisierungsmittel 43b. Notwithstanding the embodiments explained above in detail, it is also conceivable that a plurality of homogenizing means 43b are provided, which are arranged along the axis of rotation 1 1 and coaxial with this in a Homogenisierungsmittel-row 61. In-line homogenizing means 43b have the advantage of further improved homogenization of the component mixture 25. Furthermore, the homogenizing means 43b are supported in a homogenizing agent row 61 axially from each other and thus improve the storage of the respective homogenizing agent 43b.
Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsvarianten weist die Extrusions-Vorrichtung lb neben der Homogenisierungsmittel-Reihe 61 noch ein Stabilisierungsmittel 62 auf, welches entlang der Drehachse 1 1 unmittelbar benachbart zum Leitmittel 23 und stromabwärts desselben angeordnet ist. Das Stabilisierungsmittel 62 weist den Leit-Durchbrechungen 28 entsprechende Durchbrechungen 63 zum Durchtritt der Materialkompo- nenten 3, 6 auf. Das Stabilisierungsmittel 62 ist in dem Förderkanal 4 stationär angeordnet und dient mittels eines Wälzlagers 64 zur radialen Lagerung der Antriebswelle 58 beziehungsweise der Homogenisierungsmittel- Antriebswelle 59. Die einzelnen Homogenisierungsmittel 43b der Homogenisierungsmittel-Reihe 61 sind entweder alle rotatorisch um die Dreh- achse 1 1 antreibbar oder alternativ in Bezug zur Drehachse 1 1 starr ausgebildet. So könnte beispielsweise ein erstes Homogenisierungsmittel 43b rotatorisch antreibbar und ein zweites Homogenisierungsmittel 43b in Bezug zur Drehachse starr ausgebildet sein. Mittels der beschriebenen Extrusions-Vorrichtungen 1, la, lb lassen sich jeweils Mehr-Komponenten- Werkstoffe herstellen, welche sich entlang einer Haupt-Erstreckungsrichtung erstrecken und eine Konzentrationsverteilung der Materialkomponenten 3, 6 aufweisen, die radial und rotationssymmetrisch bezüglich zur Haupt-Erstreckungsrichtung verläuft. Vorteil- hafterweise weisen die erste Materialkomponente 3 und die zweite Materialkomponente 6 eine entlang der Haupt-Erstreckungsrichtung kontinuierliche bzw. gleichbleibende Konzentrationsverteilung auf. Grundsätzlich können die beschriebenen Ausführungsvarianten der Extru- sions- Vorrichtung 1, la, lb auch zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit mehr als zwei Materialkomponenten verwendet werden. Entsprechend wären dann mehr als zwei Zuführöffnungen vorzusehen, durch welche Materialkomponenten in einen Förderkanal einbringbar sind. Entsprechend wären dann auch Förderschnecken mit mehr als zwei Gewindegängen denkbar. In contrast to the previously described embodiments, the extrusion apparatus 1b in addition to the homogenizer row 61 still has a stabilizing means 62, which is arranged along the axis of rotation 1 1 immediately adjacent to the guide means 23 and downstream of the same. The stabilizing means 62 has openings 63 corresponding to the through openings 28 for the passage of the material components 3, 6. The stabilizing means 62 is arranged stationarily in the conveying channel 4 and serves by means of a rolling bearing 64 for the radial support of the drive shaft 58 or the homogenizing agent drive shaft 59. The individual homogenizing means 43b of the homogenizing agent row 61 are either all rotatable about the rotational axis 1 1 or alternatively in relation to the axis of rotation 1 1 rigid. Thus, for example, a first homogenizing means 43b could be rotationally driven and a second homogenizing means 43b could be rigid with respect to the axis of rotation. By means of the described extrusion apparatuses 1, 1 a, 1 b, multi-component materials can be produced, which extend along a main extension direction and have a concentration distribution of the material components 3, 6 which extends radially and rotationally symmetrically with respect to the main extension direction. Advantageously, the first material component 3 and the second material component 6 have a continuous or constant concentration distribution along the main extension direction. In principle, the described embodiments of the extrusion device 1, la, lb can also be used for the production of multi-component materials with more than two material components. Accordingly, more than two supply openings would then be provided, through which material components can be introduced into a delivery channel. Correspondingly, screw conveyors with more than two threads would then also be conceivable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Extrusions-Vorrichtung zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentra- tionsverteilung, aufweisend 1. Extrusion device for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetrical concentration distribution, comprising
a. mindestens eine erste Zuführöffnung (2) zur Zuführung einer ersten Materialkomponente (3) in einen Förderkanal (4),  a. at least one first feed opening (2) for feeding a first material component (3) into a conveying channel (4),
b. ein sich entlang einer Förderrichtung (7) erstreckendes Fördermittel (8; 8a) zur Förderung mindestens der ersten Materialkomponente (3) innerhalb des sich entlang der Förderrichtung (7) erstreckenden Förderkanals (4),  b. a conveying means (8; 8a) extending along a conveying direction (7) for conveying at least the first material component (3) within the conveying channel (4) extending along the conveying direction (7),
c. mindestens eine zweite Zuführöffnung (5) zur Zuführung einer zweiten Materialkomponente (6) in den Förderkanal (4),  c. at least one second feed opening (5) for feeding a second material component (6) into the conveying channel (4),
d. ein stromabwärts des Fördermittels (8; 8a) angeordnetes Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) zur Erzeugung einer spiralförmig geschichteten d. a conducting means (23; 33; 35; 37; 71) arranged downstream of the conveying means (8; 8a) for producing a spirally layered one
Komponenten-Mischung (25), welches Component mixture (25), which
i. um eine Drehachse (1 1) rotatorisch antreibbar ist und ii. mindestens eine Leit-Durchbrechung (28; 34; 36; 38; 72, 73) zum Durchtritt mindestens der ersten Materialkomponente (3) entlang der Förderrichtung (7) aufweist, und  i. about a rotational axis (1 1) is rotationally driven and ii. at least one guide opening (28; 34; 36; 38; 72, 73) for the passage of at least the first material component (3) along the conveying direction (7), and
e. mindestens ein stromabwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) angeordnetes Homogenisierungsmittel (43; 43b), welches  e. at least one homogenizing means (43; 43b) arranged downstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71)
i. koaxial zu der Drehachse (1 1) angeordnet ist und  i. coaxial with the axis of rotation (1 1) is arranged and
ii. mehrere Homogenisierungs-Durchbrechungen (44) zum axia- len Durchtritt der Komponenten-Mischung (25) aufweist.  ii. a plurality of homogenization openings (44) for axial passage of the component mixture (25).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das2. Device according to claim 1, characterized in that the
Homogenisierungsmittel (43; 43b) um die Drehachse (1 1) rotatorisch antreibbar ist. Homogenizing means (43, 43b) about the axis of rotation (1 1) is rotationally driven.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the
Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) und das Homogenisierungsmittel (43; 43b) unabhängig voneinander um die Drehachse (1 1) rotatorisch antreibbar sind. Guiding means (23; 33; 35; 37; 71) and the homogenizing means (43; 43b) are independently rotatable about the axis of rotation (1 1).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) und das Homogenisierungsmittel (43; 43b) jeweils wahlweise entlang einer ersten Drehrichtung (22) oder entlang einer zweiten Drehrichtung (26) mit variablen Drehzahlen um die Drehachse (1 1) rotatorisch antreibbar sind. 4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the guide means (23; 33; 35; 37; 71) and the homogenization means (43; 43b) are each optionally along a first rotational direction (22) or along a second rotational direction (26 ) are rotationally driven about the axis of rotation (1 1) with variable speeds.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialkomponente (3) dem Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) durch das Fördermittel (8) axial zuführbar ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first material component (3) is axially fed to the guide means (23; 33; 35; 37; 71) by the conveying means (8).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Zuführöffnung (5) stromabwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) angeordnet ist. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second feed opening (5) is arranged downstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Zuführöffnung (2) und die mindestens eine zweite Zuführöffnung (5) stromaufwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) angeordnet sind. 7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one first feed opening (2) and the at least one second feed opening (5) upstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71) are arranged.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the
Fördermittel (8) als Förderschnecke mit mehreren Gewindegängen (9a, 57) ausgebildet ist, wobei jeder der Materialkomponenten (3, 6) ein Gewindegang (9a, 57) zugeordnet ist und die Materialkomponenten (3, 6) dem Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) über den jeweils zugeordneten Gewindegang (9a, 57) separat voneinander axial zuführbar sind. Conveying means (8) as a screw conveyor with a plurality of threads (9a, 57) is formed, wherein each of the material components (3, 6) is associated with a thread (9a, 57) and the material components (3, 6) the guide means (23; 33; 35; 37; 71) via the respective associated thread (9a, 57) are axially fed separately from each other.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mehrere Homogenisierungsmittel (43b) vorgesehen sind, welche entlang der Drehachse (1 1) und koaxial zu dieser in einer Homogenisierungsmittel-Reihe (61) angeordnet sind. 9. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that a plurality of homogenization means (43b) are provided, which are arranged along the axis of rotation (1 1) and coaxial therewith in a Homogenisierungsmittel row (61).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mehrere Homogenisierungsmittel (43b) vorgesehen sind, wobei ein erstes Homogenisierungsmittel (43b) um die Drehachse (1 1) rotatorisch antreibbar und ein zweites Homogenisierungsmittel (43b) in Bezug zur Drehachse (1 1) starr ausgebildet ist. 10. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that a plurality of homogenizing means (43b) are provided, wherein a first homogenizing means (43b) about the rotational axis (1 1) rotatably driven and a second homogenizing means (43b) with respect to the axis of rotation (1 1) is rigid.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsmittel (62) entlang der Drehachse (1 1) unmittelbar benachbart zum Leitmittel (23; 33; 35; 37; 71) angeordnet ist. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a stabilizing means (62) along the axis of rotation (1 1) immediately adjacent to the guide means (23; 33; 35; 37; 71) is arranged.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitmittel (71) eine erste Leit-Durchbrechung (72) zum Durchtritt mindestens der ersten Materialkomponente (3) entlang der Förderrichtung (7) und eine zweite Leit-Durchbrechung (73) zum Durchtritt einer weiteren Materialkomponente zumindest ab- schnittsweise entlang der Förderrichtung (7) aufweist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the guide means (71) has a first guide aperture (72) for the passage of at least the first material component (3) along the conveying direction (7) and a second guide aperture (73). for the passage of a further material component at least partially along the conveying direction (7).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Materialkomponente dem Leitmittel (71) radial zuführbar ist. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the further material component of the guide means (71) is radially fed.
14. Verfahren zur Herstellung von Mehr-Komponenten- Werkstoffen mit einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung mit folgenden Schritten: 14. A process for the production of multi-component materials with a radial and rotationally symmetric concentration distribution with the following steps:
a. Bereitstellen einer Extrusions-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,  a. Provision of an extrusion device according to one of claims 1 to 13,
b. Zuführung der ersten Materialkomponente (3) in den Förderkanal (4),  b. Feeding the first material component (3) in the conveying channel (4),
c. Förderung mindestens der ersten Materialkomponente (3) entlang der Förderrichtung (7) bis zu dem Leitmittel (23; 33; 35; 37), d. Führung mindestens der ersten Materialkomponente (3) durch die mindestens eine Leit-Durchbrechung (28; 34; 36; 38; 72, 73) des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) entlang der Förderrichtung (7), e. Zuführung der zweiten Materialkomponente (6) in den Förderkanal (4),  c. Conveying at least the first material component (3) along the conveying direction (7) to the guiding means (23; 33; 35; 37), d. Guiding at least the first material component (3) through the at least one guide opening (28; 34; 36; 38; 72, 73) of the guide means (23; 33; 35; 37; 71) along the conveying direction (7), e. Feeding the second material component (6) in the conveying channel (4),
f. Erzeugen einer spiralförmig geschichteten Komponenten-Mischung (25) aus den Materialkomponenten (3, 6) mittels des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71),  f. Producing a spirally layered component mixture (25) from the material components (3, 6) by means of the guide means (23; 33; 35; 37; 71),
g. Führung der Komponenten-Mischung (25) entlang der Förderrichtung (7) durch die mehreren Homogenisierungs-Durchbrechungen (44) des Homogenisierungsmittels (43; 43b) zur Erzeugung einer radialen und rotationssymmetrischen Konzentrationsverteilung in der Komponenten-Mischung (25).  G. Guiding the component mixture (25) along the conveying direction (7) through the plurality of homogenizing openings (44) of the homogenizing means (43; 43b) to produce a radial and rotationally symmetrical concentration distribution in the component mixture (25).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialkomponente (3) dem Förderkanal (4) über die erste Zuführöffnung (2) stromaufwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) zugeführt wird und die zweite Materialkomponente (6) über die zweite Zuführöffnung (5) stromabwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71). 15. Method according to claim 14, characterized in that the first material component (3) is fed to the conveying channel (4) via the first feed opening (2) upstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71) and the second material component (3). 6) via the second feed opening (5) downstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71).
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialkomponente (3) und die zweite Materialkomponente (6) dem Förderkanal (4) jeweils stromaufwärts des Leitmittels (23; 33; 35; 37; 71) zugeführt werden. 16. The method according to claim 14, characterized in that the first material component (3) and the second material component (6) the delivery channel (4) respectively upstream of the guide means (23; 33; 35; 37; 71) are supplied.
17. Mehr-Komponenten- Werkstoff, welcher sich entlang einer Haupt- Erstreckungsrichtung (69) erstreckt, umfassend 17. A multi-component material extending along a main extension direction (69)
a. eine erste Materialkomponente (3) und  a. a first material component (3) and
b. eine zweite Materialkomponente (6), wobei  b. a second material component (6), wherein
c. eine Konzentrationsverteilung der Materialkomponenten (3, 6) radial und rotationssymmetrisch bezüglich zur Haupt- Erstreckungsrichtung (69) verläuft und  c. a concentration distribution of the material components (3, 6) extends radially and rotationally symmetrically with respect to the main extension direction (69) and
d. der Mehr-Komponenten- Werkstoff entlang der Haupt- Erstreckungsrichtung (69) eine Länge von mindestens 10 Metern, insbesondere mindestens 30 Metern, insbesondere mindestens 50 Metern, insbesondere mindestens 100 Metern hat.  d. the multi-component material along the main extension direction (69) has a length of at least 10 meters, in particular at least 30 meters, in particular at least 50 meters, in particular at least 100 meters.
18. Mehr-Komponenten- Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialkomponente (3) und die zweite Materialkomponente (6) eine entlang der Haupt-Erstreckungsrichtung (69) gleichbleibende Konzentrationsverteilung aufweisen. 18. Multi-component material, characterized in that the first material component (3) and the second material component (6) have along the main direction of extent (69) constant concentration distribution.
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