WO2020216619A1 - Extrusionszylinder mit kühl- bzw. heizmittelführung - Google Patents

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WO2020216619A1
WO2020216619A1 PCT/EP2020/059989 EP2020059989W WO2020216619A1 WO 2020216619 A1 WO2020216619 A1 WO 2020216619A1 EP 2020059989 W EP2020059989 W EP 2020059989W WO 2020216619 A1 WO2020216619 A1 WO 2020216619A1
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cylinder
extrusion
recess
extrusion cylinder
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PCT/EP2020/059989
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Gerjet Christian PLINKE
Vanessa STÄBE
Lyon Jaspa TIETZ
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KraussMaffei Extrusion GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to extrusion cylinders which can be effectively temperature-controlled and to manufacturing processes for such extrusion cylinders.
  • extrusion cylinders which can be effectively temperature-controlled and to manufacturing processes for such extrusion cylinders.
  • it is often necessary to control the temperature of the extrusion cylinders used for guiding and mixing the extrudate, in which the extruder screw circulates the extrudate.
  • it is advantageous to first preheat the extrusion cylinder in order to bring the extrudate into a plastically deformable state more quickly.
  • some of the heat generated during the guidance / mixing of the extrudate must be removed again.
  • a cooling or heating means such as e.g.
  • Another problem is that a distribution of different temperature control zones, that is to say the setting of different temperatures along the extrusion cylinder, has to be based on the length of the individual cylinder segments. Free creation and positioning of temperature zones is not possible.
  • the temperature control systems currently used for extrusion cylinders therefore lead to a lack of flexibility with regard to the temperature control of the cylinder and with regard to the arrangement of pins in the cylinder that are advantageous for mixing the extrudate.
  • the manufacture of an extrusion cylinder from several segments provided with deep-hole bores is prone to errors and is costly.
  • the operation of such temperature control systems is also due to the high Pressure loss in the bores and the non-directional flow guidance costly.
  • An extrusion cylinder can have a cylinder body for receiving an extruder screw, which is characterized in that an outer wall of the cylinder body has at least one recess which can be covered and which, when covered, is suitable for guiding a cooling or heating means to control the temperature of the cylinder body .
  • depressions are thus produced in the outer wall of the cylinder body, for example by milling one or more continuous grooves in the outer wall of the cylinder body.
  • These depressions must be dimensioned in such a way that a cooling or heating medium that can be used to control the temperature of the cylinder body, such as water or a similar heat-exchanging liquid, can flow through the depression without excessive pressure loss when it is covered.
  • the recess can have an approximately rectangular cross-section with a width and / or a height of 0.5 to 6 cm, e.g. 1 cm, 3 cm or 5 cm. However, the cross section can also have any other shape with a similar area.
  • the lines for the temperature control medium can therefore be produced in a simple manner on the outside of the cylinder body. This essentially eliminates all restrictions for the geometry of the cooling path that are given by the use of boreholes. It is particular It is possible to provide much longer cylinder segments with indentations from the outside than is possible with holes. This makes it possible to manufacture the entire extrusion cylinder from one piece or from just a few segments. This then allows the number of pins provided for mixing / plasticizing to be increased, thereby increasing the quality of the extrudate.
  • the course of the lines can essentially be freely determined. So the depressions can e.g. spiral around the cylinder This makes it possible to create clearly defined flow paths for the coolant or heating medium, in which only a slight pressure drop occurs. This makes it easier to set the cylinder body to a certain temperature.
  • the extrusion cylinder can also have cover elements which are connected to the outer wall of the cylinder body in such a way that they cover the at least one recess. This allows the cooling or heating means to be passed through the depression.
  • the covering is preferably done by welding sheet metal onto the side of the recess that is open at the top.
  • the cylinder body provided with the depressions can, however, also be pushed into a sleeve, for example a sheet metal sleeve, which tightly seals off all depressions, for example due to a press fit. Inlets and outlets for the coolant or heating medium can then be opened in the sleeve.
  • the at least one depression can have straight segments that run parallel to a longitudinal axis of the cylinder body and curved segments that establish a connection between two adjacent ends of exactly two straight segments.
  • the depression runs so to speak "in serpentine lines" around the cylinder body. Starting from an inlet point for the cooling or heating medium, the depression initially runs in the axial direction. At the end of this straight segment, there is a curved segment that guides the depression in the circumferential direction of the cylinder body in such a way that no pressure losses occur.
  • the radius of the curved segments can be 1 to 6 cm, for example 2 cm, 3 cm, 4 cm or 5 cm.
  • the straight segments can extend from at least one edge region of the cylinder body and some of the curved segments can be arranged in the edge region of the cylinder body. This allows e.g. feed the coolant or heating medium from the edge of the cylinder body.
  • the width of the edge area from the end of the cylinder body can e.g. one thirtieth, one twentieth, one tenth or one fifth of the total length of the cylinder body.
  • the extrusion cylinder can furthermore have at least one connection flange which is applied to the edge region of the cylinder body by means of a press fit in such a way that it covers at least the curved segments that are located in the edge region.
  • the connection flange itself can therefore serve as a cover element. This can limit the material consumption.
  • the connection flange can be both a flange for connecting several cylinder body segments and a flange for connecting to an inlet or outlet of the extrudate in the extrusion cylinder.
  • the extrusion cylinder can be used in conventionally used as a segment of a longer cylinder, so also as a single extrusion cylinder. The decision about the use or the length of the cylinder is no longer restricted by the technical conditions, but only by the needs of the operator of the extrusion system that contains the cylinder.
  • connection flange can have lines which make it possible to introduce cooling or heating means into and out of the recess. In this way, the supply and discharge of cooling and heating medium can be ensured in a simple manner without the need for additional components.
  • the straight segments can extend from the edge region of the cylinder body by a predetermined length which is smaller than the length of the cylinder body.
  • the straight segments can be only three quarters, two thirds, half, one third, or one quarter of the total length of the cylinder body.
  • the corresponding depression is then suitable for temperature control of this length range of the cylinder body. In this way, a flexible temperature setting of the cylinder body can be achieved.
  • the straight segments cannot be attached to the edge areas of the
  • the depression runs e.g. only in the middle of the cylinder body.
  • the depression can also e.g. one sixth, quarter or third of the total length of the cylinder body from one or both ends of the cylinder body. This allows a central part of the cylinder body to be temperature controlled separately. This also enables a flexible
  • connection points for the introduction and discharge of cooling or heating medium into the recess can be arranged on the cylinder body.
  • the supply and discharge of cooling or heating medium does not have to take place via the edge areas of the cylinder body, but can in principle be carried out anywhere on the cylinder body. It is also possible, for example, as a connection point To use a hole in a flange attached to the end of the cylinder body and to attach another connection point of the same temperature control medium channel to the cylinder body. This also allows a more flexible temperature setting.
  • the outer wall of the cylinder body can have a plurality of recesses which are not connected to one another and which in the covered state each define a separate flow path for cooling or heating means. This makes it possible to provide different, non-communicating temperature control circuits that can set the cylinder body to different temperatures in their area. This also enables a more flexible temperature setting.
  • the cylinder body can have a plurality of radial boreholes which are suitable for receiving pins or screws.
  • the drill holes can be arranged at different locations than the at least one depression.
  • An extrusion cylinder that can be easily tempered can in this way also be fitted with pins, screws, bolts or the like, which protrude into the passage area for the extrudate and thus promote the plasticization and mixing of the extrudate.
  • the boreholes provided for this purpose can be distributed over the entire surface of the extrusion cylinder, so that a uniform effect on the extrudate is made possible. If the drill holes do not align with the depressions, i. If the channels for the coolant or heating medium overlap, the pins or screws recessed in them can be exchanged easily without having to interrupt the temperature control circuit.
  • An extrusion device can have an extrusion cylinder, as has been described above, the at least one recess of which is covered.
  • the extrusion device can have cooling or heating means, which in the at least a covered recess runs.
  • the extrusion device can each have a temperature control device for each depression which is suitable for controlling the temperature of the cooling or heating medium running in the respective depression.
  • An extrusion using an extrusion cylinder that can be adjusted to different temperature zones is therefore possible.
  • a production method for an extrusion cylinder as described above can include: producing the at least one recess in an outer wall of the cylinder body, for example by milling. The production method can further include: covering the at least one recess with a cover element, for example with sheet metal. This enables the extrusion cylinder to be easily manufactured using standard processes.
  • Fig. 3 is a schematic view of another
  • Extrusion cylinder 4A and 4B different views of further extrusion cylinders; 5 shows a schematic view of a further extrusion cylinder;
  • 6A and 6B are schematic views of a further extrusion cylinder
  • Fig. 8 is a schematic flow chart for a
  • FIG. 1A to 1C show various schematic views of an extrusion cylinder 100.
  • FIG. 1A shows an oblique view
  • FIG. 1B shows a cross section through the extrusion cylinder 100
  • FIG. 1C shows a side view of the extrusion cylinder 100.
  • the extrusion cylinder 100 consists essentially of a cylinder body 110, preferably made of metal, which is designed as a hollow cylinder.
  • the cylinder body 110 has an outer wall 115 which corresponds to the outer jacket surface of the hollow cylinder.
  • the dimensions of the extrusion cylinder 100 correspond to the dimensions normally used for extrusion and are essentially dependent on the substance that is to be extruded.
  • Typical dimensions for the total length of an extrusion cylinder for rubber extrusion are approximately in the range from 1 to 5 meters and can therefore be, for example, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m or 5 m. But longer extrusion cylinders are also conceivable.
  • the extrusion cylinder 100 can have a length which corresponds to the total length required for the extrusion.
  • the extrusion cylinder 100 can, however, also be a segment of the overall extrusion cylinder, which is then composed of several extrusion cylinders. One or more of these cylinders can correspond to the extrusion cylinder 100 or the modifications of this cylinder discussed below.
  • Typical dimensions for the outer radius of the cylinder body 110 for rubber extrusion are in the range from 20 to 50 cm, e.g. 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm or 45 cm. Possible inner radii are in the range from 4.5 cm to 30 cm, e.g. 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm or 25 cm.
  • the wall thickness of the cylinder body 110 is therefore in the range from 3 cm to 10 cm, e.g. 5 cm or 7 cm.
  • a length to diameter ratio can e.g. be between 10: 1 and 3: 1, e.g. at approx. 4: 1, 6: 1, 7: 1 or 8: 1.
  • the cylinder body 110 has at least one recess 120 in its outer wall 115. As shown in FIGS. 1 A to 1 C, this can be a single, continuous depression 120 which runs around the entire cylinder body 110.
  • the recess 120 is designed, in particular with regard to its width and depth, in such a way that a cooling or heating medium, hereinafter referred to as temperature control, such as water or the like, can flow through the recess 120 unhindered, ie without excessive pressure loss.
  • temperature control such as water or the like
  • the indentation in the direction along the outer wall 115 of the cylinder body 110 is intended to define a flow path that is as free of branching as possible or that can be easily controlled or regulated by the flow parameters of the temperature control medium - and thus a heat exchange with the cylinder body 110, for example by the Position of a valve or the delivery rate of a pump.
  • the recess 120 can have a depth for this purpose which corresponds to more than half the wall thickness of the cylinder body 110.
  • the width of the depression can roughly correspond to its depth, but it can also correspond to it differ. For example, with a wall thickness of about 5 cm, the width of the recess 120 can be in the range from about 2 cm to 4 cm, for example 3 cm.
  • the depth of the recess 120 is then likewise in the range from 2 cm to 4 cm, for example likewise 3 cm or 3.5 cm.
  • the dimensions mentioned for the recess 120 can either remain the same or be proportionally adapted.
  • the cross-sectional shape of the depression 120 shown in FIG. 1B it can also have any other cross-section that is easy to produce, such as a triangular shape or the shape of a part of a circle, for example a claw shape.
  • the recess 120 can be composed of straight segments 122 and curved segments 124.
  • the straight segments 122 run axially along the outer wall 115 of the cylinder body 110. They can, as shown, extend from an edge region 112 of the cylinder body 110, e.g. up to the opposite edge area.
  • the curved segments 124 are arranged in edge regions 112. These respectively connect adjacent ends of exactly two straight segments 122 to one another. Since the curved segments 124 are arranged alternately in one or the other edge region 112, the recess 120 has a branch-free course. That is to say, a temperature control means can be guided in a clearly defined manner from the beginning of the depression 120 to its end.
  • the recess 120 is also formed in the edge regions 112 of the cylinder body 110 without abrupt transitions or edges. As a result, the flow resistance at the transition between two straight segments 122 remains low.
  • the curved segments 124 used for this purpose can be designed as circular arcs.
  • the radii of the curved segments 124 are such chosen that the flow resistance is minimized.
  • the radii can be in the range from 1 cm to 10 cm, depending on the size of the cylinder body. For example, with an outside diameter of about 25 cm, radii of, for example, 1 cm, 1.5 cm or 2 cm can be used, while with an outside diameter of about 40 cm, radii of 3 cm, 5 cm or 7 cm are possible.
  • the course of the depression 120 shown in FIGS. 1 A to 1 C is to be regarded here as purely exemplary.
  • any shape of the recess 120 is conceivable, e.g. a spiral-shaped orbit with constant or varying spiral pitch.
  • the only decisive factor for the shape or the course of the recess is that it enables simple control or regulation of the temperature control of the cylinder body 110 and that pressure losses of a
  • Tempering medium flow are kept as low as possible. This allows the cylinder body 110, and thus the extrusion cylinder 100, to be temperature-controlled in a simple manner without excessive effort.
  • the recess 120 can be made in the outer wall 115 of the cylinder body 110 in any suitable manner.
  • the recess 120 is preferably milled into the cylinder body 110. This allows a particularly simple one
  • the recess 120 can also be made differently, e.g. by means of an etching process, by grinding, by a cast sheet metal including the depressions or the like.
  • Extrusion cylinder 100 provides the basic structure for channels for guiding temperature control means.
  • cover elements 130 are connected to the outer wall 115 of the cylinder body 110, through which the recess 120 is tightly closed. All of the cover elements 130 together only leave free inlets and outlets that are suitable for introducing the temperature control medium into the recess 120.
  • FIGS. 2A and 2B in particular parts of the recess which are not arranged within the edge regions 112 of the cylinder body 110 can be closed by cover elements 130 shaped in the form of the recess 120.
  • these segments of the recess 120 can be closed by correspondingly shaped, for example punched, metal sheets which are welded to the cylinder body 110 at the edges of the recess 120.
  • cover elements 130 are also conceivable, for example plastic covers.
  • fasten the cover elements 130 it is also possible to fasten the cover elements 130 differently, for example by screwing, gluing or a combination thereof.
  • sealing means can be provided between cover elements 130 and the cylinder body 110 in order to create tight channels for the temperature control means.
  • the segments of the recess which in
  • Edge areas 1 12 of the cylinder body 1 10 are arranged, are covered by means of connecting flanges 140, which e.g. be connected to the cylinder body 110 by means of a press fit.
  • the segments are tightly closed in the edge areas 112 by the press fit. If, in addition, the cover elements 130 in the central region of the cylinder body 110 up to the
  • connection flanges 140 can be designed in such a way that they enable a combination of several extrusion cylinders 100 to form an overall cylinder. They can, however, also represent the connecting elements which serve to connect the extrusion cylinder 100 to the extrusion feed and the discharge of the extrusion device in which the extrusion cylinder 100 is used.
  • Feeds and discharges can be attached at any point on the cylinder body 110 or through the connection flanges 140.
  • a part of the recess 120 must remain unlocked for this, or the cover element 130 must be removed again or drilled open at this point. This means a certain effort, but allows easy and free positioning of feed points.
  • these In the case of supply via the connection flanges 140, these must have corresponding bores which, during the press fit, come to lie over the desired free areas of the recess 120 in the edge areas 112. If corresponding connection flanges 140 are available, the temperature control medium supply can be generated without any further work step. Instead of the connection flanges 140 shown in FIG.
  • cover elements 130 such as are used in the central area of the cylinder body 110, can also be used in the edge regions 112 of the cylinder body 110 to close the recess 120. The closure then takes place in a uniform manner and is independent of the use of connection flanges 140.
  • a cover element 130 can also be used that surrounds the entire cylinder body 110.
  • a round sheet metal or pipe can be pushed over the cylinder body 110 by means of a press fit, so that it rests on the cylinder body 110 so tightly that the area of the recess 120 located under the cover element 130 is tightly closed is.
  • the cover element 130 can leave the edge regions 1 12 of the cylinder body 1 10 free. However, these can also be covered.
  • FIGS. 5 to 7 variants of the extrusion cylinder 100 are shown in which a plurality of depressions 120 are present.
  • the examples shown each have three non-communicating depressions 120.
  • any number of depressions 120 is possible.
  • the depressions 120 surround a respective area of the cylinder body 110 like a sleeve. So they surround a section of the cylinder body 110 with a length that is smaller than the total length of the cylinder body 110, in the circumferential direction of the cylinder body 110 completely.
  • different temperature control circuits can be defined.
  • the extrusion cylinder 100 can be divided into different temperature zones, if this should be necessary for optimizing the extrusion process.
  • depressions 120 and thus temperature zones can be generated which are not located in the edge regions 112 of the cylinder body 110. It goes without saying that such a division into different temperature zones can also take place in the circumferential direction. A plurality of depressions 120 is then necessary in order to run around the cylinder body 110 in the circumferential direction.
  • a separate temperature control unit can then be provided for regulating the temperature of each zone of the cylinder body 110 through which a depression 120 passes.
  • This enables the temperature along the extrusion cylinder to be set completely freely with a corresponding selection of the course of the depressions 120, as a result of which the quality of the extrudate can be improved.
  • the extrusion cylinder 100 can have a plurality of connection points 150 via which the temperature control medium can be supplied and removed. These connection points 150 are on the cylinder body 110 on Positioned at the beginning and at the end of a respective recess 120. The remaining areas of the depressions 120 are closed by means of cover elements 130.
  • connection points 150 can simply be applied to areas of the depression that remain free, for example welded, screwed or glued.
  • the cover elements 130 are opened at the desired locations and the connection points 150 are then applied.
  • the extrusion cylinder 100 can have a plurality of boreholes 160 which completely penetrate the hollow cylinder, ie which establish a connection between the interior 1 18 and the exterior of the cylinder body 110.
  • Pins, screws, bolts or the like can be inserted into boreholes 160 of this type, which protrude into the interior 1 18 and, as additional friction points, improve the plasticization and mixing of the extrudate there during operation. This takes place in a more effective manner with a distribution of the boreholes 160 that is as uniform as possible.
  • the drill holes 160 Due to the free distributability of the depressions 120, which results from the simple method of making these depressions 120, for example by milling, the drill holes 160 can also be distributed evenly over the cylinder body 110.
  • extrusion cylinders 100 can also be manufactured which can be used as a total extrusion cylinder. This reduces the number the connecting flanges arranged along the length of the cylinder section. Since no boreholes 160 can be arranged in the area of these flanges, the number of boreholes 160 and thus the number of pins promoting the plasticization and mixing of the extrudate can be increased compared to conventional extrusion cylinders by using the extrusion cylinders 100 described above. This improves the quality of the extrudate.
  • the drill holes 160 are preferably not formed in areas in which the depression 120 extends. However, it is also possible for depressions 120 and drill holes 160 to overlap. If the pins inserted into the drill holes 160 are appropriately sealed against the temperature control medium, this does not pose a problem in principle. The drill holes 160 can therefore in principle be distributed completely freely over the cylinder body 110.
  • FIG. 8 shows a schematic flow diagram for a setting method for one of the extrusion cylinders described above.
  • a recess is made in the outer wall of an extrusion cylinder suitable for extrusion, in particular of rubber, which, when covered, is suitable for guiding temperature control means. This is preferably done by milling the recess in the jacket of a flea cylinder forming the extrusion cylinder.
  • the recess can then be covered with cover elements, preferably by welding or pressing on a metal sheet.
  • temperature control medium channels for controlling the temperature of the extrusion cylinder can be introduced into the extrusion cylinder in a flexible, simple and less error-prone manner. Since the process is used externally, it is possible to produce extrusion cylinders with greater lengths than is known from the prior art. This reduces the production and installation costs of extrusion devices that use such extrusion cylinders use. In addition, it is possible to create clearly defined flow channels for the temperature control medium, which simplify the temperature control of the extrusion cylinder and make it more flexible. Finally, due to the increased length, the number of pins for plasticizing and mixing the extrudate guided in the extrusion cylinder can be increased, whereby the quality of the extrudate can be improved.

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Abstract

Ein Extrusionszylinder (100) weist einen Zylinderkörper (110) zum Aufnehmen einer Extruderschnecke auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwand (115) des Zylinderkörpers (110) zumindest eine Vertiefung (120) aufweist, die abgedeckt werden kann und die in abgedecktem Zustand geeignet ist, ein Kühl- bzw. Heizmittel zur Temperierung des Zylinderkörpers (110) zu führen.

Description

Beschreibung
Extrusionszylinder mit Kühl- bzw. Heizmittelführung
Die vorliegende Erfindung betrifft Extrusionszylinder, die in effektiver Weise temperiert werden können und Herstellungsverfahren für derartige Extrusionszylinder. Im Bereich der Extrusion ist es oft notwendig, die zur Führung und Durchmischung von Extrudat verwendeten Extrusionszylinder zu temperieren, in denen die Extruderschnecke das Extrudat umwälzt. Insbesondere bei der Gummiextrusion ist es von Vorteil, den Extrusionszylinder zunächst vorzuheizen, um das Extrudat schneller in einen plastisch verformbaren Zustand zu bringen. Im weiteren Verfahren muss aber die bei der Führung/Mischung des Extrudats erzeugte Wärme zum Teil wieder abgeführt werden. Üblicher Weise wird hier ein Kühl- bzw. Heizmittel wie z.B. Wasser oder dergleichen verwendet, das über Leitungen zum Extrusionszylinder geführt wird und als Wärmetauscher dient. Um den Wärmeaustausch möglichst effektiv zu gestalten, empfiehlt es sich, den Wärmetauscher in direkten Kontakt mit dem Zylinderkörper zu bringen. Hierzu werden derzeit periphere Bohrungen durch den Zylinder verwendet. Da es aber nicht möglich ist, derartige Tieflochbohrungen für große Bohrtiefen mit ausreichender Genauigkeit auszuführen, ist die axiale Länge von mit peripheren Bohrungen versehenen Zylinderkörpern begrenzt. Da Extrusionszylinder typischer Weise eine größere Länge haben, als mittels peripherer Bohrungen bewältigt werden kann, ist es notwendig, einen Extrusionszylinder aus mehreren Einzelteilen zusammenzusetzen. Dies geschieht durch Verbindungsflansche an den Enden der einzelnen Zylindersegmente.
Neben der hohen Fertigungs- und Montagekosten dieses Systems von Zylindersegmenten treten noch weitere Probleme auf. Zum einen ist es erstrebenswert, Druckverluste des Temperiermittels aufgrund von zu starken Umlenkungen in den Temperierkanälen zu vermeiden. Bei den derzeit verwendeten Bohrungen ist dies jedoch nicht zu bewerkstelligen. Vielmehr kommt es innerhalb der Verbindungflansche oft zu plötzlichen Umlenkungen von 180°. Auch ist keine geschlossene Wegeführung innerhalb des Temperiersystems vorhanden. Vielmehr ist dieses in mehrere Kreisläufe mit ungerichteter Strömung segmentiert. Hierdurch wird die Temperierung schwer beherrsch- und kontrollierbar und muss unter hohem Druck vorgenommen werden
Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine Verteilung verschiedener Temperierzonen, also die Einstellung verschiedener Temperaturen entlang des Extrusionszylinders, sich an der Länge der einzelnen Zylindersegmente orientieren muss. Eine freie Erstellung und Positionierung von Temperaturzonen ist nicht möglich.
Auch ist es für die Durchmischung von Extrudat mit relativ hoher Viskosität, wie etwa von Gummi, von Vorteil von außen Stifte in die das Innere des Extrusionszylinders zu schrauben. Diese Stifte ragen in das Extrudat und Fördern im Zusammenspiel mit der Bewegung der Extruderschnecke die Durchmischung und Plastifizierung des Extrudats. Für einen optimalen Effekt sollten diese Stifte möglichst gleichmäßig über die Länge des Extrusionszylinders verteilt sein. Ist dieser jedoch in mehrere, durch Flansche verbundene Segmente aufgeteilt, können im Bereich der Flansche keine Stifte eingesetzt werden. Hierdurch kann sich der Extrusionsprozess verlangsamen oder gar verschlechtern.
Die derzeit verwendeten Temperiersysteme für Extrusionszylinder führen also zu einer mangelnden Flexibilität hinsichtlich der Temperierbarkeit der Zylinder und hinsichtlich der Anordnung von für die Durchmischung des Extrudats vorteilhaften Stiften in dem Zylinder. Zudem ist die Herstellung eines Extrusionszylinders aus mehreren mit Tieflochbohrungen versehenen Segmenten fehleranfällig und kostspielig. Auch der Betrieb derartiger Temperiersysteme ist aufgrund des hohen Druckverlustes in den Bohrungen und der ungerichteten Strömungsführung aufwändig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Extrusionszylinder anzugeben, durch den zumindest ein Teil - vorzugsweise alle - der oben genannten Probleme gelöst werden. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Extrusionszylinder anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst
Ein Extrusionszylinder kann einen Zylinderkörper zum Aufnehmen einer Extruderschnecke aufweisen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Außenwand des Zylinderkörpers zumindest eine Vertiefung aufweist, die abgedeckt werden kann und die in abgedecktem Zustand geeignet ist, ein Kühl- bzw. Heizmittel zur Temperierung des Zylinderkörpers zu führen.
Anstatt Bohrungen im Inneren des Zylinderkörpers vorzusehen, werden also in der Außenwand des Zylinderkörpers Vertiefungen erzeugt, zum Beispiel durch Fräsen von einer oder mehrerer durchgängiger Nuten in die Außenwand des Zylinderkörpers. Diese Vertiefungen müssen hierbei derart dimensioniert sein, dass ein für die Temperierung des Zylinderkörpers verwendbares Kühl- oder Heizmittel, wie etwa Wasser oder eine ähnliche wärmetauschende Flüssigkeit, ohne übermäßigen Druckverlust durch die Vertiefung fließen kann, wenn diese abgedeckt ist. Die Vertiefung kann dabei einen in etwa rechteckigen Querschnitt mit einer Breite und/oder einer Höhe von 0,5 bis 6 cm aufweisen, z.B. 1 cm, 3 cm oder 5 cm. Der Querschnitt kann aber auch jede andere Gestalt mit einer ähnlichen Fläche aufweisen.
Die Leitungen für das Temperiermittel können also in einfacher Weise an der Außenseite des Zylinderkörpers erzeugt werden. Hierdurch entfallen im Wesentlichen sämtliche Einschränkungen für die Geometrie des Kühlpfades, die durch die Verwendung von Bohrlöchern gegeben sind. Es ist insbesondere möglich, weitaus längere Zylindersegmente von außen mit Vertiefungen zu versehen, als es mittels Bohrungen möglich ist. Hierdurch ist es möglich, den gesamten Extrusionszylinder aus einem Stück oder aus nur wenigen Segmenten herzustellen. Dies erlaubt dann, die Anzahl der für die Mischung/Plastifizierung vorgesehenen Stifte zu erhöhen, wodurch die Qualität des Extrudats erhöht wird.
Zudem kann bei äußerlicher Herstellung der Temperierleitungen als Vertiefungen in der Zylinderaußenwand der Verlauf der Leitungen im Wesentlichen frei bestimmt werden. So können die Vertiefungen z.B. spiralförmig um den Zylinder umlaufen Hierdurch ist es möglich, klar definierte Strömungspfade für das Kühl- bzw. Heizmittel zu erzeugen, in denen nur ein geringer Druckabfall entsteht. Dies erleichtert das Einstellen des Zylinderkörpers auf eine bestimmte Temperatur.
Obwohl die oben genannten Vorteile bereits durch das bloße Vorsehen der abdeckbaren Vertiefung erreicht werden, kann der Extrusionszylinder auch Abdeckelemente aufweisen, die derart mit der Außenwand des Zylinderkörpers verbunden sind, dass sie die zumindest eine Vertiefung abdecken. Dies erlaubt es, die Kühl- bzw. Heizmittel durch die Vertiefung zu führen. Vorzugsweise geschieht die Abdeckung durch das Schweißen von Metallblech auf die nach oben offene Seite der Vertiefung. Der mit den Vertiefungen versehene Zylinderkörper kann aber auch in eine Hülse, z.B. eine Blechhülse, eingeschoben werden, die z.B. aufgrund von Presspassung sämtliche Vertiefungen dicht abschließt. Zu- und Abgänge für das Kühl- bzw. Heizmittel können dann in der Hülse geöffnet werden. Die zumindest eine Vertiefung kann gerade Segmente, die parallel zu einer Längsachse des Zylinderkörpers verlaufen, und gebogene Segmente aufweisen, die eine Verbindung zwischen zwei benachbart liegenden Enden von genau zwei geraden Segmenten hersteilen. Durch die Verbindung von geraden Elementen und gebogenen Elementen kann dadurch ein Strömungspfad ohne Verzweigungen definiert werden. Die Vertiefung läuft also sozusagen„in Schlangenlinien“ um den Zylinderkörper. Ausgehend von einem Einlasspunkt für das Kühl- bzw. Heizmittel läuft die Vertiefung zunächst in axialer Richtung. Am Ende dieses geraden Segments schließt sich ein gebogenes Segment an, das die Vertiefung derart in Umfangsrichtung des Zylinderkörpers führt, dass keine Druckverluste auftreten. Der Radius der gebogenen Segmente kann hierbei 1 bis 6 cm betragen, z.B. 2 cm, 3 cm, 4 cm oder 5 cm. Am Ende des gebogenen Segments schließt sich wieder ein gerades Segment an, das in axialer Richtung zurückläuft. Dieser Wechsel von gebogenen und radialen Segmenten wird bis zu einem Auslass des Kühl- bzw. Heizmittels fortgesetzt, bevorzugter Weise derart, dass die Vertiefung den gesamten Umfang des Zylinderkörpers wie eine Manschette umfasst. Auf diese Weise kann in einfacher Weise ein Strömungspfad definiert werden, der eine optimale Temperierung des Zylinderkörpers ohne übermäßige Druckverluste erlaubt.
Die geraden Segmente können sich von zumindest einem Randbereich des Zylinderkörpers aus erstrecken und ein Teil der gebogenen Segmente kann in dem Randbereich des Zylinderkörpers angeordnet sein. Dies erlaubt es z.B. das Kühl- bzw. Heizmittel vom Rand des Zylinderkörpers aus einzuspeisen. Die Breite des Randbereichs vom Ende des Zylinderkörpers aus kann z.B. ein Dreißigstel, ein Zwanzigstel, ein Zehntel oder ein Fünftel der Gesamtlänge des Zylinderkörpers betragen.
Der Extrusionszylinder kann des Weiteren zumindest einen Anschlussflansch aufweisen, der mittels Presspassung derart auf den Randbereich des Zylinderkörpers aufgebracht ist, dass er zumindest die gebogenen Segmente abdeckt, die sich in dem Randbereich befinden. Der Anschlussflansch selbst kann also als Abdeckelement dienen. Hierdurch kann der Materialverbrauch eingeschränkt werden. Bei dem Anschlussflansch kann es sich hierbei sowohl um einen Flansch zum Verbinden mehrerer Zylinderkörpersegmente also auch um einen Flansch zum Verbinden mit einem Einlass oder Auslass des Extrudats in den Extrusionszylinder handeln. Der Extrusionszylinder kann also sowohl in herkömmlicher Weise als Segment eines längeren Zylinders verwendet werden, also auch als einzelner Extrusionszylinder. Die Entscheidung über den Einsatz, bzw. die Länge des Zylinders wird hierbei aber nicht mehr von den technischen Gegebenheiten eingeschränkt, sondern nur durch die Bedürfnisse des Betreibers der Extrusionsanlage, die den Zylinder enthält.
Der Anschlussflansch kann Leitungen aufweisen, die es ermöglichen, Kühl- bzw. Heizmittel in die Vertiefung ein- und aus der Vertiefung herauszuführen. Auf diese Weise kann in einfacher Weise die Zu- und Abführung von Kühl- und Heizmittel gewährleistet werden, ohne dass weitere Bauteile notwendig werden.
Die geraden Segmente können sich von dem Randbereich des Zylinderkörpers aus um eine vorgegebene Länge erstrecken, die kleiner als die Länge des Zylinderkörpers ist. Zum Beispiel können die geraden Segmente nur drei Viertel, zwei Drittel, die Hälfte, ein Drittel oder ein Viertel der Gesamtlänge des Zylinderkörpers aufweisen. Die entsprechende Vertiefung eignet sich dann dafür diesen Längenbereich des Zylinderkörpers zu temperieren. Hierdurch kann also eine flexible Temperatureinstellung des Zylinderköpers erreicht werden. Die geraden Segmente können auch nicht an die Randbereiche des
Zylinderkörpers heranreichen. Das heißt, die Vertiefung verläuft z.B. nur im Mittleren Bereich des Zylinderkörpers. Die Vertiefung kann auch z.B. ein Sechstel, Viertel, oder Drittel der Gesamtlänge des Zylinderkörpers von einem oder beiden Enden des Zylinderkörpers entfernt sein. Dies erlaubt es, einen mittleren Teil des Zylinderkörpers separat zu temperieren. Auch hierdurch kann eine flexible
Temperatureinstellung erreicht werden.
Auf dem Zylinderkörper können zumindest zwei Anschlussstellen für das Ein- und Ausleiten von Kühl- bzw. Heizmittel in die Vertiefung angeordnet sein. Die Zu- und Abfuhr von Kühl- bzw. Heizmittel muss also nicht über die Randbereiche des Zylinderkörpers erfolgen, sondern kann im Prinzip überall auf dem Zylinderkörper vorgenommen werden. Es ist z.B. auch möglich als eine Anschlussstelle eine Bohrung eines am Ende des Zylinderkörpers aufgebrachten Flansches zu verwenden und eine weitere Anschlussstelle des gleichen Temperiermittelkanals auf dem Zylinderkörper anzubringen. Auch dies erlaubt eine flexiblere Temperatureinstellung.
Die Außenwand des Zylinderkörpers kann eine Mehrzahl von Vertiefungen aufweisen, die nicht miteinander verbunden sind und die im abgedeckten Zustand jeweils einen eigenen Strömungspfad für Kühl- bzw. Heizmittel definieren. Dies erlaubt es, verschiedene, nicht kommunizierende Temperierkreisläufe vorzusehen, die den Zylinderkörper in ihrem Bereich auf unterschiedliche Temperaturen einstellen können. Auch hierdurch wird eine flexiblere Temperatureinstellung ermöglicht.
Der Zylinderkörper kann eine Mehrzahl von radialen Bohrlöchern aufweisen, die zur Aufnahme von Stiften oder Schrauben geeignet sind. Die Bohrlöcher können an anderen Stellen als die zumindest eine Vertiefung angeordnet sein. Ein in einfacher Weise temperierbarer Extrusionszylinder kann in dieser Weise auch mit Stiften, Schrauben, Bolzen oder dergleichen besetzt werden, die in den Durchgangsbereich für das Extrudat hineinragen und damit die Plastifizierung und Durchmischung des Extrudats befördern. Die hierfür vorgesehenen Bohrlöcher können über die gesamte Oberfläche des Extrusionszylinders verteilt sein, so dass ein gleichmäßiges Einwirken auf das Extrudat ermöglicht wird. Falls die Bohrlöcher sich nicht mit den Vertiefungen, d.h. den Kanälen für das Kühl- bzw. Heizmittel überlappen, ist ein einfaches Auswechseln der darin versenkten Stifte oder Schrauben möglich, ohne den Temperierkreislauf unterbrechen zu müssen.
Andererseits ist es auch möglich, die Bohrlöcher nach Einsetzen der Schrauben dicht gegen das Temperiermittel zu verschließen, so dass diese, falls notwendig, auch im Bereich der Vertiefung angeordnet sein können. Eine Extrusionsvorrichtung kann einen Extrusionszylinder, wie er oben beschrieben wurde, aufweisen, dessen zumindest eine Vertiefung abgedeckt ist. Zudem kann die Extrusionsvorrichtung Kühl- bzw. Heizmittel aufweisen, das in der zumindest einen, abgedeckten Vertiefung läuft. Flierdurch werden die oben erläuterten Vorteile im Betrieb einer Extrusionsvorrichtung realisiert.
Des Weiteren kann die Extrusionsvorrichtung jeweils eine Temperatursteuereinrichtung für jede Vertiefung aufweisen, die zum Steuern der Temperatur des in der jeweiligen Vertiefung laufenden Kühl- bzw. Heizmittels geeignet ist. Es ist also eine Extrusion unter Verwendung eines auf verschiedene Temperaturzonen einstellbaren Extrusionszylinders möglich. Ein Herstellungsverfahren für einen Extrusionszylinder wie er oben beschrieben wurde kann aufweisen: Herstellen der zumindest einen Vertiefung in einer Außenwand des Zylinderkörpers, etwa durch Fräsen. Das Herstellungsverfahren kann des Weiteren aufweisen: Abdecken der zumindest einen Vertiefung mit einem Abdeckelement, etwa mit Blech. Dies ermöglicht die einfache Herstellung des Extrusionszylinders mittels Standardverfahren.
Die vorliegende Erfindung wird im Nachfolgenden mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben. Diese Beschreibung ist rein beispielhaft. Die Erfindung selbst ist nur durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Es zeigen:
Fig. 1A bis 1C verschiedene schematische Ansichten eines
Extrusionszylinders;
Fig. 2A und 2B verschiedene schematische Ansichten eines weiteren
Extrusionszylinders;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines weiteren
Extrusionszylinders; Fig. 4A und 4B verschiedene Ansichten weiterer Extrusionszylinder; Fig. 5 eine schematische Ansicht eines weiteren Extrusionszylinders;
Fig. 6A und 6B schematische Ansichten eines weiteren Extrusionszylinders;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines weiteren
Extrusionszylinders; und
Fig. 8 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein
Herstellungsverfahren eines Extrusionszylinders.
Die Fig. 1 A bis 1 C zeigen verschiedene schematische Ansichten eines Extrusionszylinders 100. Die Fig. 1 A zeigt eine Schrägansicht, Fig. 1 B einen Querschnitt durch den Extrusionszylinder 100 und Fig. 1 C eine Seitenansicht des Extrusionszylinders 100.
Der Extrusionszylinder 100 besteht im Wesentlichen aus einem, vorzugsweise aus Metall gefertigten, Zylinderkörper 1 10, der als Hohlzylinder ausgebildet ist. Der Zylinderkörper 110 weist eine Außenwand 115 auf, die der äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders entspricht. Im Inneren des Zylinderkörpers 110 existiert ein Innenraum 1 18, der zur Aufnahme einer Extruderschnecke dient und zum Führen, Plastifizieren und Mischen eines Extrudats, wie z.B. Gummi, Kautschuk oder dergleichen geeignet ist. Die Maße des Extrusionszylinders 100 entsprechen dabei den üblicher Weise für die Extrusion verwendeten Maßen und sind im Wesentlichen abhängig von dem Stoff, der extrudiert werden soll. Typische Maße für die Gesamtlänge eines Extrusionszylinders für die Gummiextrusion liegen in etwa im Bereich von 1 bis 5 Metern und können also z.B. 1 m, 2 m, 3 m, 4 m oder 5 m betragen. Es sind aber auch längere Extrusionszylinder denkbar. Der Extrusionszylinder 100 kann eine Länge aufweisen, die der gesamten für die Extrusion benötigten Länge entspricht. Der Extrusionszylinder 100 kann aber auch ein Segment des Gesamtextrusionszylinders sein, der dann aus mehreren Extrusionszylindern zusammengesetzt ist. Einer oder mehrere dieser Zylinder können dem Extrusionszylinder 100 oder den weiter unten besprochenen Abwandlungen dieses Zylinders entsprechen.
Für die Gummiextrusion typische Maße für den Außenradius des Zylinderkörpers 1 10 liegen im Bereich von 20 bis 50 cm, z.B. 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm oder 45 cm. Mögliche Innenradien liegen im Bereich von 4,5 cm bis 30 cm, z.B. 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm oder 25 cm. Die Wandstärke des Zylinderkörpers 1 10 liegt also im Bereich von 3 cm bis 10 cm, z.B. 5 cm oder 7 cm. Ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser kann z.B. zwischen 10:1 und 3:1 liegen, z.B. bei ca. 4:1 , 6:1 , 7:1 oder 8:1 .
Der Zylinderkörper 1 10 weist in seiner Außenwand 1 15 zumindest eine Vertiefung 120 auf. Wie in den Fig. 1 A bis 1 C gezeigt kann es sich hierbei um eine einzelne durchgängige Vertiefung 120 handeln, die den gesamten Zylinderkörper 1 10 umläuft. Die Vertiefung 120 ist hierbei, insbesondere bezüglich ihrer Breite und Tiefe derart ausgestaltet, dass ein Kühl- bzw. Heizmittel, im Folgenden Temperiermittel genannt, wie etwa Wasser oder dergleichen, ungehindert, d.h. ohne übermäßigen Druckverlust durch die Vertiefung 120 strömen kann. Zudem soll durch die Vertiefung in Richtung entlang der Außenwand 115 des Zylinderkörpers 1 10 ein Strömungspfad definiert werden, der möglichst verzweigungsfrei ist oder durch den Strömungsparameter des Temperiermittels - und damit ein Wärmeaustausch mit dem Zylinderkörper 110 - unkompliziert gesteuert oder geregelt werden können, z.B. durch die Stellung eines Ventils oder die Förderleistung einer Pumpe. Wie in der Fig. 1 B gezeigt kann die Vertiefung 120 hierzu eine Tiefe haben, die mehr als der Hälfte der Wandstärke des Zylinderkörpers 1 10 entspricht. Die Breite der Vertiefung kann dabei in etwa ihrer Tiefe entsprechen, kann aber auch davon abweichen. Zum Beispiel kann bei einer Wandstärke von etwa 5 cm die Breite der Vertiefung 120 im Bereich von etwa 2 cm bis 4 cm liegen, z.B. bei 3 cm. Die Tiefe der Vertiefung 120 liegt dann ebenfalls im Bereich von 2 cm bis 4 cm, z.B. ebenfalls bei 3 cm oder bei 3,5 cm. Bei anderer Wandstärke des Zylinderkörpers 1 10 können die genannten Maße für die Vertiefung 120 entweder gleich bleiben oder proportional angepasst werden. Anstatt der in der Fig. 1 B gezeigten Querschnittsform der Vertiefung 120 kann diese auch jeden anderen leicht herzustellenden Querschnitt aufweisen, wie z.B. eine Dreiecksform oder die Form eines Kreisteils, etwa eine Flalbkreisform.
Wie in den Fig. 1 A und 1 C gezeigt kann sich die Vertiefung 120 aus geraden Segmenten 122 und gebogenen Segmenten 124 zusammensetzen. Die geraden Segmente 122 laufen dabei axial entlang der Außenwand 1 15 des Zylinderkörpers 1 10. Sie können sich, wie gezeigt, von einem Randbereich 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 aus erstrecken, z.B. bis zu dem gegenüberliegenden Randbereich. In den
Randbereichen 1 12 sind die gebogenen Segmente 124 angeordnet. Diese verbinden jeweils benachbarte Enden von genau zwei geraden Segmenten 122 miteinander. Da die gebogenen Segmente 124 jeweils abwechselnd im einen oder anderen Randbereich 1 12 angeordnet sind, hat die Vertiefung 120 einen verzweigungsfreien Verlauf. Das heißt, ein Temperiermittel kann in klar definierter Weise vom Beginn der Vertiefung 120 zu ihrem Ende geführt werden.
Im Bereich der geraden Segmente 122 wird einer Strömung des Temperiermittels nahezu kein Wiederstand entgegengesetzt. Hier existiert im Wesentlichen nur der Wiederstand aufgrund der Reibung an den Wänden der Vertiefung 120. Der Druckverlust entlang den geraden Segmenten 122 ist also relativ klein.
Die Vertiefung 120 ist auch in den Randbereichen 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 ohne abrupte Übergänge oder Kanten ausgebildet. Dadurch bleibt der Strömungswiederstand beim Übergang zwischen zwei geraden Segmenten 122 gering. Wie gezeigt können die hierzu verwendeten gebogenen Segmente 124 als Kreisbögen ausgebildet sein. Die Radien der gebogenen Segmente 124 sind derart gewählt, dass der Strömungswiderstand minimiert wird. Die Radien können hierbei im Bereich von 1 cm bis 10 cm liegen, je nach Größe des Zylinderkörpers. Zum Beispiel können bei einem Außendurchmesser von etwa 25 cm Radien von z.B. 1 cm, 1 ,5 cm oder 2 cm verwendet werden, während bei einem Außendurchmesser von etwa 40 cm Radien von 3 cm, 5 cm oder 7 cm möglich sind.
Der in den Fig. 1 A bis 1 C (oder in den weiter unten beschriebenen Figuren) gezeigte Verlauf der Vertiefung 120 ist hierbei als rein beispielhaft anzusehen. Es sind im Prinzip beliebige Verlaufsformen der Vertiefung 120 denkbar, wie z.B. ein spiralförmiger Umlauf mit konstanter oder variierender Spiralensteigung. Ausschlaggebend für die Form bzw. den Verlauf der Vertiefung ist allein, dass damit eine einfache Steuerung bzw. Regelung der Temperierung des Zylinderkörpers 1 10 möglich ist und dass Druckverluste einer
Temperiermittelströmung so gering wie möglich gehalten werden. Dies erlaubt es, den Zylinderkörper 1 10, und damit den Extrusionszylinder 100, in einfacher Weise ohne übermäßigen Aufwand temperieren zu können.
Die Vertiefung 120 kann hierbei in jeder hierfür geeigneter Weise in die Außenwand 1 15 des Zylinderkörpers 1 10 eingebracht werden. Vorzugsweise wird die Vertiefung 120 in den Zylinderkörper 110 gefräst. Dies erlaubt eine besonders einfache
Fierstellung des Extrusionszylinders 100. Die Vertiefung 120 kann aber auch anders hergestellt werden, z.B. mittels eines Ätzverfahrens, durch Abschleifen, durch ein gegossenes Flalbzeug inklusive der Vertiefungen oder dergleichen. Die mit Bezug auf die Fig. 1 A bis 1 C beschriebene Vertiefung 120 des
Extrusionszylinders 100 gibt die Grundstruktur für Kanäle zur Führung von Temperiermitteln vor. Um diese Kanäle zu bilden, werden, wie in den Fig. 2A, 2B und 3 schematisch dargestellt, Abdeckelemente 130 mit der Außenwand 1 15 des Zylinderkörpers 1 10 verbunden, durch die die Vertiefung 120 dicht verschlossen wird. Sämtliche Abdeckelemente 130 zusammen lassen dabei nur Ein- und Auslässe frei, die zum Einbringen des Temperiermittels in die Vertiefung 120 geeignet sind. Wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt können insbesondere Teile der Vertiefung, die nicht innerhalb der Randbereiche 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 angeordnet sind, durch in Form der Vertiefung 120 geformte Abdeckelemente 130 verschlossen werden. Insbesondere können diese Segmente der Vertiefung 120 durch in entsprechende Form gebrachte, z.B. gestanzte, Bleche verschlossen werden, die an den Rändern der Vertiefung 120 mit dem Zylinderkörper 110 verschweißt werden. Es sind aber auch andere passgenaue Abdeckelemente 130 denkbar, z.B. Kunststoffabdeckungen. Zudem ist es auch möglich, die Abdeckelemente 130 anders zu befestigen, z.B. durch Schrauben, Kleben oder einer Kombination daraus. Falls notwendig können Dichtmittel zwischen Abdeckelementen 130 und dem Zylinderkörper 1 10 vorgesehen sein, um dichte Kanäle für das Temperiermittel zu schaffen. Wie in der Fig. 3 gezeigt können die Segmente der Vertiefung, die in
Randbereichen 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 angeordnet sind, mittels Anschlussflanschen 140 abgedeckt werden, die z.B. mittels Presspassung mit dem Zylinderkörper 1 10 verbunden werden. Durch die Presspassung werden die Segmente in den Randbereichen 1 12 dicht verschlossen. Wenn zudem die Abdeckelemente 130 im Mittenbereich des Zylinderkörpers 110 bis in die
Randbereiche 1 12 hineinreichen, kann ohne weiteres Abdichten ein dichter Verschluss der Vertiefung 120 erreicht werden.
Dies ist beispielhaft in der Fig. 3 gezeigt, in der die geraden Segmente 122 der Vertiefung 120 wie in der Fig. 2A gezeigt durch Abdeckelemente 130, z.B. aufgeschweißte Bleche, verschlossen sind, während die gebogenen Segmente 124 durch die mittels Presspassung aufgebrachten Anschlussflansche 140 abgedichtet sind. Die Anschlussflansche 140 überdecken hier auch einen Teil der geraden Segmente 122. Flierdurch wird in einfacher Weise ein Verschluss der Vertiefung 120 erreicht. Die Anschlussflansche 140 können hierbei derart ausgebildet sein, dass sie eine Kombination von mehreren Extrusionszylindern 100 zu einem Gesamtzylinder ermöglichen. Sie können aber auch die Verbindungselemente darstellen, die zum Anschließen des Extrusionszylinders 100 an die Extrudatzuführung und den Ausstoß der Extrusionsvorrichtung dienen, in dem der Extrusionszylinder 100 eingesetzt wird.
Zu- und Abführungen können hierbei an beliebiger Stelle auf dem Zylinderkörper 1 10 oder durch die Anschlussflansche 140 hindurch angebracht werden. Für das Zuführen des Temperiermittels im Mittenbereich des Zylinderkörpers 1 10 muss hierfür ein Teil der Vertiefung 120 unverschlossen bleiben, bzw. das Abdeckelement 130 an dieser Stelle wieder entfernt oder aufgebohrt werden. Dies bedeutet einen gewissen Aufwand, erlaubt aber eine einfache und freie Positionierung von Zuführpunkten. Bei Zufuhr über die Anschlussflansche 140 müssen diese entsprechende Bohrungen aufweisen, die bei der Presspassung über den gewünschten freien Bereichen der Vertiefung 120 in den Randbereichen 1 12 zu liegen kommen. Sind entsprechende Anschlussflansche 140 verfügbar, kann damit die Temperiermittelzufuhr ohne weiteren Arbeitsschritt erzeugt werden. Anstatt der in der Fig. 3 gezeigten Anschlussflansche 140 können auch in den Randbereichen 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 Abdeckelemente 130, wie sie im Mittenbereich des Zylinderkörpers 1 10 verwendet werden, zum Verschließen der Vertiefung 120 benutzt werden. Der Verschluss erfolgt dann in einheitlicher Weise und ist unabhängig von der Verwendung von Anschlussflanschen 140.
Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt kann anstatt der passgenauen Abdeckung der Vertiefung 120 auch ein Abdeckelement 130 verwendet werden, dass den gesamten Zylinderkörper 1 10 umschließt. Zum Beispiel kann ein Rundblech oder Rohr mittels Presspassung über den Zylinderkörper 1 10 geschoben werden, dass dann derart dicht auf dem Zylinderkörper 1 10 aufliegt, dass der Bereich der Vertiefung 120, der sich unter dem Abdeckelement 130 befindet, dicht verschlossen ist. Wie in der Fig. 4B gezeigt, kann das Abdeckelement 130 die Randbereiche 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 frei lassen. Diese können aber ebenso überdeckt werden.
In den Fig. 5 bis 7 sind Varianten des Extrusionszylinders 100 gezeigt, in denen eine Mehrzahl von Vertiefungen 120 vorhanden ist. Die gezeigten Beispiele weisen jeweils drei nicht in Verbindung stehende Vertiefungen 120 auf. Es ist aber eine beliebige Anzahl von Vertiefungen 120 möglich. Die Vertiefungen 120 umgeben einen jeweiligen Bereich des Zylinderkörpers 1 10 wie eine Manschette. Sie umgeben also einen Abschnitt des Zylinderkörpers 1 10 mit einer Länge, die kleiner als die Gesamtlänge des Zylinderkörpers 1 10 ist, in Umfangsrichtung des Zylinderkörpers 1 10 gänzlich. Durch derartige Vertiefungen 120, die im Prinzip auch anders ausgebildet sein können, als in den Fig. 5 bis 7 beispielhaft gezeigt, lassen sich verschiedene Temperierkreisläufe definieren. Dadurch kann der Extrusionszylinder 100 in verschiedene Temperaturzonen aufgeteilt werden, falls dies für die Optimierung des Extrusionsvorgangs notwendig sein sollte. Insbesondere können Vertiefungen 120 und damit Temperaturzonen erzeugt werden, die nicht in den Randbereichen 1 12 des Zylinderkörpers 1 10 liegen. Es versteht sich, dass eine derartige Aufteilung in verschiedene Temperaturzonen auch in Umfangsrichtung erfolgen kann. Dann ist eine Mehrzahl von Vertiefungen 120 notwendig, um den Zylinderkörper 1 10 in Umfangsrichtung zu umlaufen.
In einer Extrusionsvorrichtung, die einen der oben beschriebenen Extrusionszylinder 100 verwendet, kann dann zur Regelung der Temperatur jeder von einer Vertiefung 120 durchlaufenen Zone des Zylinderkörpers 1 10 eine eigene Temperatursteuereinheit vorgesehen sein. Dies ermöglicht es, die Temperatur entlang des Extrusionszylinders bei entsprechender Wahl des Verlaufs der Vertiefungen 120 vollkommen frei einzustellen, wodurch die Qualität des Extrudats verbessert werden kann. Wie in den Fig. 5 bis 7 gezeigt kann der Extrusionszylinder 100 eine Mehrzahl von Anschlussstellen 150 aufweisen, über die das Temperiermittel zu- und abgeführt werden kann. Diese Anschlussstellen 150 sind auf dem Zylinderkörper 1 10 am Beginn und am Ende jeweils einer Vertiefung 120 positioniert. Die übrigen Bereiche der Vertiefungen 120 sind mittels Abdeckelementen 130 verschlossen. Wie oben erläutert können diese passgenau ausgebildet sein (Fig. 5 und 7) oder - entsprechend der mit Bezug auf die Fig. 4B beschriebene Variante - als den Zylinderkörper 1 10 voll umschließende Manschette (Fig. 6A und 6B, die Manschette ist hier durchscheinend gezeigt, um die darunter liegenden Vertiefungen 120 darzustellen). In ersterem Fall können die Anschlussstellen 150 einfach auf frei bleibende Bereiche der Vertiefung aufgebracht, z.B. geschweißt, geschraubt oder geklebt, werden. Im zweiten Fall werden die Abdeckelemente 130 an den gewünschten Stellen geöffnet und die Anschlussstellen 150 dann aufgebracht. Bei einem Abschluss des Extrusionszylinder 100 mittels Anschlussflanschen 140, wie er in der Fig. 7 gezeigt ist, kann ein Teil der Zuführung auch über die Anschlussflansche 140 erfolgen. Durch all diese Varianten ist eine flexible und bedarfsgenaue Zufuhr des Temperiermittels möglich.
Wie in den Fig. 3 und 7 gezeigt kann der Extrusionszylinder 100 eine Mehrzahl von Bohrlöchern 160 aufweisen, die den Hohlzylinder vollkommen durchstoßen, d.h. die eine Verbindung zwischen dem Innenraum 1 18 und dem Äußeren des Zylinderkörpers 110 hersteilen. In derartige Bohrlöcher 160 lassen sich Stifte, Schrauben, Bolzen oder dergleichen einsetzen, die bis in den Innenraum 1 18 ragen und dort während des Betriebs als zusätzliche Reibungspunkte die Plastifizierung und die Durchmischung des Extrudats verbessern. Dies geschieht bei einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Bohrlöcher 160 in effektiverer Weise. Aufgrund der freien Verteilbarkeit der Vertiefungen 120, die sich aus dem einfachen Fierstellungsverfahren dieser Vertiefungen 120, z.B. durch Fräsen, ergibt, lassen sich auch die Bohrlöcher 160 gleichmäßig über den Zylinderkörper 1 10 verteilen. Zudem erlaubt die Fierstellung der Temperiermittelkanäle von außen, größere Segmente des Gesamtextrusionszylinders aus einem Stück herzustellen. Bei entsprechender Ausgestaltung der für die Fierstellung der Vertiefung 120 genutzten Anlage können auch Extrusionszylinder 100 gefertigt werden, die als Gesamtextrusionszylinder verwendet werden können. Dies verringert die Anzahl der auf der Länge der Zylinderstrecke angeordneten Verbindungsflansche. Da im Bereich dieser Flansche keine Bohrlöcher 160 angeordnet sein können, kann durch die Verwendung der oben beschriebenen Extrusionszylinder 100 die Anzahl der Bohrlöcher 160 und damit die Anzahl der die Plastifizierung und Durchmischung des Extrudats fördernden Stifte im Vergleich zu herkömmlichen Extrusionszylindern erhöht werden. Dadurch wird die Qualität des Extrudats verbessert.
Die Bohrlöcher 160 sind aufgrund der leichteren Zugänglichkeit vorzugsweise nicht in Bereichen ausgebildet, in denen die Vertiefung 120 verläuft. Es ist aber auch möglich, dass sich Vertiefungen 120 und Bohrlöcher 160 überlappen. Bei entsprechender Abdichtung der in die Bohrlöcher 160 eingesetzten Stifte gegen das Temperiermittel stellt dies kein prinzipielles Problem dar. Die Bohrlöcher 160 können also im Prinzip vollkommen frei über den Zylinderkörper 110 verteilt werden.
Die Fig. 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagram für ein Fierstellungsverfahren eines der oben beschriebenen Extrusionszylinder. In einem für den Fierstellungsprozess ausschlaggebenden Verfahrensschritt S810 wird eine Vertiefung in die Außenwand eines für die Extrusion, insbesondere von Gummi, geeigneten Extrusionszylinders eingebracht, die im abgedeckten Zustand zum Führen von Temperiermittel geeignet ist. Dies geschieht vorzugsweise durch Fräsen der Vertiefung in den Mantel eines den Extrusionszylinder bildenden Flohlzylinders. Optional kann bei S820 im Anschluss die Vertiefung mittels Abdeckelementen abgedeckt werden, vorzugsweise durch Aufschweißen oder -pressen eines Metallblechs.
Auf diese Weise können in flexibler, einfacher und wenig fehleranfälliger Weise Temperiermittelkanäle zum Temperieren des Extrusionszylinders in den Extrusionszylinder eingebracht werden. Da das Verfahren von außen angewendet wird, ist es möglich, Extrusionszylinder mit größeren Längen herzustellen, als aus dem Stand der Technik bekannt. Flierdurch verringert sich der Flerstellungs- und Installationsaufwand von Extrusionsvorrichtungen, die derartige Extrusionszylinder verwenden. Zudem ist es möglich, klar definierte Strömungskanäle für das Temperiermittel zu erzeugen, die eine Temperierung des Extrusionszylinders vereinfachen und flexibilisieren. Schlussendlich kann aufgrund der vergrößerten Länge die Anzahl von Stiften für die Plastifizierung und Durchmischung von im Extrusionszylinder geführtem Extrudat vergrößert werden, wodurch die Qualität des Extrudats verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste Extrusionszylinder
Zylinderkörper
Randbereich des Zylinderkörpers
Außenwand des Zylinderkörpers
Innenraum des Zylinderkörpers
Vertiefung
Gerades Segment der Vertiefung
Gebogenes Segment der Vertiefung
Abdeckelement
Anschlussflansch
Anschlussstelle
Bohrlöcher

Claims

Ansprüche
1. Extrusionszylinder (100) mit
einem Zylinderkörper (1 10) zum Aufnehmen einer Extruderschnecke,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Außenwand (1 15) des Zylinderkörpers (1 10) zumindest eine Vertiefung (120) aufweist, die abgedeckt werden kann und die in abgedecktem Zustand geeignet ist, ein Kühl- bzw. Heizmittel zur Temperierung des Zylinderkörpers (1 10) zu führen.
2. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 1 , des Weiteren mit
Abdeckelementen (130), die derart mit der Außenwand (1 15) des Zylinderkörpers (1 10) verbunden sind, dass sie die zumindest eine Vertiefung (120) abdecken.
3. Extrusionszylinder (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die zumindest eine Vertiefung (120) gerade Segmente (122), die parallel zu einer
Längsachse des Zylinderkörpers (1 10) verlaufen, und gebogene Segmente (124) aufweist, die eine Verbindung zwischen zwei benachbart liegenden Enden von genau zwei geraden Segmenten (122) hersteilen; und
durch die Verbindung von geraden Elementen (122) und gebogenen Elementen (124) ein Strömungspfad ohne Verzweigungen definiert wird.
4. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 3, wobei
die geraden Segmente (122) sich von zumindest einem Randbereichen (1 12) des Zylinderkörpers (1 10) aus erstrecken und ein Teil der gebogenen Segmente (124) in dem Randbereich (112) des Zylinderkörpers (1 10) angeordnet ist.
5. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 4, des Weiteren mit
zumindest einem Anschlussflansch (140), der mittels Presspassung derart auf den Randbereich (1 12) des Zylinderkörpers (1 10) aufgebracht ist, dass er zumindest die gebogenen Segmente (124) abdeckt, die sich in dem Randbereich (1 12) befinden.
6. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 5, wobei
der Anschlussflansch (140) Leitungen aufweist, die es ermöglichen, Kühl- bzw. Heizmittel in die Vertiefung (120) ein- und aus der Vertiefung (120) herauszuführen.
7. Extrusionszylinder (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die geraden Segmente (122) sich von dem Randbereich (1 12) des
Zylinderkörpers (1 10) aus um eine vorgegebene Länge erstrecken, die kleiner als die Länge des Zylinderkörpers (1 10) ist.
8. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 3, wobei
die geraden Segmente (122) nicht an die Randbereiche (1 12) des
Zylinderkörpers (110) heranreichen
9. Extrusionszylinder (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei
auf dem Zylinderkörper (1 10) zumindest zwei Anschlussstellen (150) für das Ein- und Ausleiten von Kühl- bzw. Heizmittel in die Vertiefung (120) angeordnet sind.
10. Extrusionszylinder (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Außenwand (1 15) des Zylinderkörpers (1 10) eine Mehrzahl der Vertiefungen (120) aufweist, die nicht miteinander verbunden sind und die im abgedeckten Zustand jeweils einen eigenen Strömungspfad für Kühl- bzw. Heizmittel definieren.
11. Extrusionszylinder (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
der Zylinderkörper (1 10) eine Mehrzahl von radialen Bohrlöchern aufweist, die zur Aufnahme von Stiften oder Schrauben geeignet sind und die an anderen Stellen als die zumindest eine Vertiefung (120) angeordnet sind.
12. Extrusionsvorrichtung mit
einem Extrusionszylinder (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine Vertiefung (120) abgedeckt ist; und
Kühl- bzw. Heizmittel, das in der zumindest einen abgedeckten Vertiefung (120) läuft.
13. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 12, des Weiteren
mit jeweils einer Temperatursteuereinrichtung für jede Vertiefung (120), zum Steuern der Temperatur des in der jeweiligen Vertiefung (120) laufenden Kühl- bzw. Heizmittels.
14. Herstellungsverfahren für einen Extrusionszylinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , mit dem Schritt:
Herstellen der zumindest einen Vertiefung (120) in der Außenwand (1 15) des Zylinderkörpers (110).
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, des Weiteren mit dem Schritt:
Abdecken der zumindest einen Vertiefung (120) mit einem Abdeckelement (130).
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