DE102019127839A1

DE102019127839A1 - Mischteil für eine Plastifiziereinheit

Info

Publication number: DE102019127839A1
Application number: DE102019127839.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan Nix; Henrik Stallkamp
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15
Also published as: WO2021073699A1; DE112020005056A5; EP4045248A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mischteil für eine Schneckenmaschine zur Erzeugung einer Schmelze. Die Erfindung betrifft ferner ein Mischteil welches einen Dispersionsteil sowie einen Distributionsteil und eine Gangtiefe aufweist. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Mischteil das einen Dehnungsbereich sowie einen Scherbereich aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischteil für eine Plastifizierschnecke einer Kunststoffverarbeitungsmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchmischen einer Kunststoffschmelze in einer Plastifiziereinheit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine.
Begrifflich sei folgendes definiert:
Unter einer Kunststoffverarbeitungsmaschine ist eine Maschine zu verstehen, mit deren Hilfe aus einem zugeführten Kunststoffmaterial ein Halbzeug oder Fertigteil herstellbar ist. Ein Kunststoffmaterial ist dabei ein Polymer enthaltender Werkstoff, der üblicherweise als Rohmaterial in Festkörperform oder Flüssigform vorliegt. Festkörperformen sind beispielsweise Granulate oder insbesondere bei Rezyklat auch Folienschnipsel, auch unregelmäßig geformt oder linsenförmig, sogenannte Flakes. Beispiele für solche Kunststoffverarbeitungsmaschinen sind Extruder oder Spritzgießmaschinen. Dabei sind Extruder Maschinen, in denen feste bis dickflüssige, physikalisch oder chemisch härtbare Massen mittels Plastifizierschnecken unter Druck kontinuierlich, oder auch diskontinuierlich, aus einer formgebenden Öffnung, der Düse, herausgepresst werden. Dabei entstehen Körper mit dem Querschnitt der Düse, Extrudat genannt, in theoretisch beliebiger Länge. In der Kunststoffverarbeitung sind dabei Schneckenextruder weit verbreitet, in denen Kunststoffrohmaterial, insbesondere thermoplastisches Kunststoffrohmaterial, mit einer Plastifiziereinheit gefördert und aufgeschmolzen wird. Die Plastifiziereinheit weist üblicherweise eine in einem Zylinder rotierbare Plastifizierschnecke auf. Die Plastifizierschnecke weist dabei Schneckengänge auf, wobei sich die entsprechende Plastifizierschnecke über die Gangtiefe und Gangsteigung sowie ihre Länge und Durchmesser charakterisieren lässt.
Spritzgießmaschinen dagegen sind Maschinen, mit deren Hilfe aus Kunststoff beispielsweise in Granulatform Kunststoffformteile herstellbar sind. Dazu wird in einer Spritzeinheit, die wie beim Extruder eine Plastifziervorrichtung aufweist, die benötigte Formmasse aufbereitet, d.h. beispielsweise bei thermoplastischen Kunststoffen aufgeschmolzen, gefördert und homogenisiert, und anschließend in ein Werkzeug gespritzt, wobei das Werkzeug eine Negativform, d.h. eine Hohlform, Kavität genannt, des gewünschten Kunststoffformteils darstellt. Je nach verwendetem Verfahren (Thermoplast-Spritzgießen, Duroplast-Spritzgießen oder dem Elastomer-Spritzgießen) werden verschiedene Bauteile der Maschine temperiert, d.h. beheizt oder gekühlt. Die Spritzeinheit weist dabei üblicherweise wie bei einem Extruder eine in einem Zylinder rotierbare Plastifizierschnecke auf, wobei hier die Plastifizierschnecke auch translatorisch bewegbar ist und somit als Einspritzkolben dienen kann. Der Spritzgießprozess ist ein zyklischer, diskontinuierlicher Prozess, wobei beim Thermoplastspritzguß aufgeschmolzener Werkstoff in die Kavität eingespritzt wird, wo er zumindest soweit abkühlen muss, dass er soweit einfriert, dass das Formteil beschädigungsfrei entformt werden kann. Der Vorgang des Einspritzens wird auch als Schuss bezeichnet. Während der Abkühlzeit wird in der Plastifiziereinheit die Schmelze für den nächsten Schuss aufbereitet. Ist die erforderliche Kühlzeit abgelaufen, wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil entformt. Anschließend wird das Werkzeug wieder geschlossen und der nächste Zyklus beginnt.
Extruder und Spritzgießmaschinen werden zusammenfassend auch als Schneckenmaschinen bezeichnet.
In der Kunststoffverarbeitung auf Schneckenmaschinen haben sich Dreizonenschnecken als Universalschnecken durchgesetzt. Eine Dreizonenschnecke weist eine Einzugszone auf, in der das Granulat aus einem Trichter in die Plastifiziereinheit eingezogen wird. Es schließt sich eine Kompressions- und Aufschmelzzone an. Die Kompressions- und Aufschmelzzone liegt im mittleren Teil der Schnecke. Hier verengt sich der Schneckengang, um einen erhöhten Druck aufzubauen. Die Formmasse wird verdichtet und die in dem geschütteten Granulat eingeschlossene Luft herausgedrückt. Jetzt entsteht innerhalb der Formmasse eine Reibungswärme, die unterstützt durch den beheizten Zylinder die Formmasse schmelzen lässt. An die Kompressions- und Aufschmelzzone schließt sich die Homogenisier- und Ausstoßzone, auch Meteringzone genannt, an. Hier soll die viskose Schmelze durchmischt und eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur und der eventuell zugesetzten Additive, wie beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel oder Farbpartikel, erreicht werden. Mit anderen Worten ist es eine übliche Anforderung, die erzeugte Schmelze stofflich, thermisch und mechanisch zu homogenisieren. Die stoffliche Homogenisierung kann beispielsweise dazu dienen, eine homogene Einfärbung des Materials beispielsweise durch die Beifügung eines Masterbatches zu erzielen. Es können aber auch andere Additive, die beispielsweise der Veränderung der Eigenschaften des erzeugten Kunststoffprodukts dienen, mit dem Granulat der Plastifiziereinheit zugeführt werden, wobei auch diese Additive homogen in der Schmelze verteilt werden müssen. Auch die thermische und mechanische Homogenisierung dient der Erhöhung der Qualität des hergestellten Kunststoffteils.
Zur Verbesserung der Mischwirkung von Schneckenmaschinen ist die Verwendung von Mischteilen bekannt. Diese Mischteile können im Schmelzestrom der Plastifizierschnecke nachgeschaltet sein oder auch in die Plastifizierschnecke integriert werden.
Die Plastifizierleistungen von Spritzguss-Plastifiziereinheiten sind in der Vergangenheit aufgrund von Effizienzsteigerungen immer weiter erhöht worden. Diese Effizienzsteigerungen betreffen sowohl Zykluszeitverkürzungen, so dass auch der Plastifiziervorgang mit höherer Geschwindigkeit erfolgen muss, als auch Durchsatzsteigerungen, d.h. dass bei gleichem Durchmesser der Plastifizierschnecke mehr Werkstoff plastifiziert werden muss. Um dies zu erreichen, müssen die Geometrien der Plastifizierschnecken so angepasst werden, dass eine höhere Plastifizierleistung erreicht werden kann. So werden beispielsweise Schneckengangtiefen oder -gangsteigungen erhöht. Ebenfalls kann ein zusätzlicher Schneckensteg eingeführt werden, um eine noch höhere Plastifizierleistung zu erzielen. Diese Schneckenkonstruktion nennt man allgemein Barriereschnecke. In Barriereschnecken trennt ein zweiter Schneckengang mit Barrieresteg die Schmelze vom Restgranulat. Dadurch werden speziell bei Polyolefinen höhere Plastifizierleistungen erzielt. Der zusätzlich eingefügte Steg in der Plastifizierzone, der so genannte Barrieresteg, trennt den Feststoff von der Schmelze. Über den Barrieresteg kann das aufgeschmolzene Material aus dem Feststoffkanal in den Schmelzkanal fließen. Die durch Trennung von Feststoff und Schmelze erhöhte Friktion führt zu einer höheren Plastifizierleistung. Der Feststoff wird zurückgehalten und die Luft, die bei herkömmlichen Schnecken beim Schmelzvorgang eingeschlossen wird, kann durch den Feststoffkanal entweichen. Der Austritt von nicht geschmolzenen Feststoffpartikeln aus der Plastifizierzone wird verhindert und eine gut aufgeschlossene Schmelze gewährleistet, was insbesondere bei hohen Durchsätzen und hohen Schneckendrehzahlen notwendig ist. Eine Grenze der möglichen Plastifizierleistungssteigerung stellt dabei die stoffliche, thermische und mechanische Homogenität der Kunststoffschmelze dar. Um eine gleichzeitig hohe Plastifizierleistung und hohe Homogenität der Schmelze zu gewährleisten, ist es bekannt, nach der Einzugs-, Aufschmelz- und Druckaufbauzone zum Schneckenspitzenende hin Mischteile einzusetzen.
Bei Extrudern für Hochleistungsanwendungen im Bereich Extrusion, wie zum Beispiel der Blasfolienextrusion, ist es bekannt, dass eine optimale Schmelzehomogenität durch eine Hintereinanderschaltung eines dispersiven und distributiven Mischteils erreicht wird.
Plastifiziereinheiten für Spritzgießanwendungen sind im Allgemeinen kürzer als die für Extrusionsanwendungen. Der Grund hierfür liegt u.a. darin, dass die Schmelze wegen des diskontinuierlichen Spritzgießprozesses Standzeiten in der Plastifiziereinheit bei den hohen Temperaturen, die zum Aufschmelzen des Werkstoffs benötigt werden, ertragen muss. Ein weiterer Grund für die kürzeren Plastifizierschnecken von Spritzgießmaschinen ist der durch die translatorische Bewegung der Schnecke verursachte größere Platzbedarf. Soll also das Plastifizieraggregat einer Spritzgussmaschine nicht größer bauen als das eines Extruders, muss die Schnecke in dem Spritzgiessmaschinenaggregat kürzer sein als die in einem Extruderaggregat. Um die thermische Belastung des Werkstoffs möglichst gering zu halten, so dass keine thermischen Schädigungen der Schmelze auftreten, wird die Länge der Plastifiziervorrichtung begrenzt. Ein weiterer Grund für die kürzeren Plastifiziereinheiten von Spritzgießmaschinen ist die Einsparung von Maschinenaufstellplatz. Aufgrund der kurzen Länge von Spritzguss-Plastifiziereinheiten werden im Spritzgießverfahren bis jetzt meist verhältnismäßig kurze Mischteile eingesetzt, deren dispersive oder distributive Mischqualität nicht an die der vergleichsweise langen Scher-Mischteilkombinationen herankommt, wie sie in der Extrusion eingesetzt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Mischteil bereitzustellen, welches in einer kurzen Plastifiziereinheit wie einer Spritzgießeinheit effizient verbaut werden kann. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass ein Mischteil im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders kompakt, bzw. besonders platzsparend verbaut wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Plastifiziereinheit einer Schneckenmaschine, mit einer Schnecke, welche ein räumlich begrenztes Mischteil gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei dieses Mischteil ein Dispersionsteil sowie ein Distributionsteil sowie eine Gangtiefe und weiterhin einen Dehnungsbereich sowie einen Scherbereich aufweist. Vorteilhafte Weiterbildung der Plastifiziereinheit ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 22.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 23 gelöst.
Mischteile gibt es in vielfältiger Form. Diese unterteilen sich allgemein in dispersive und distributive Mischteile. Dispersive Mischteile zerteilen in erster Linie den Schmelzestrang, wodurch nicht aufgescherte Bereiche aufgeschmolzenen werden können. Distributive Mischteile verteilen in erster Linie den Schmelzestrang, wodurch dieser durchmischt und neu angeordnet werden kann. Für beide Typen der Mischteile gibt es zahlreiche Varianten an Mischteilen. Ein Beispiel für ein dispersives Mischteil ist das Wendelscherteil. Ein Beispiel für ein distributives Mischteil ist das Rautenmischteil.
Eine technische Wirkung der distributiven und dispersiven Mischteile entsteht durch die Kombination und Ausgestaltung ihrer einzelnen technischen Merkmale. Hierzu zählen Schneckengang, Gangtiefe, Gangsteigung, Gangtisch, Scherteil, Steg, Führungsbahnen und anderen Merkmalen aus dem Stand der Technik.
Als Schneckengang bezeichnet man allgemein den, zum Beispiel schraubenartig in Plastifizierrichtung ausgeformten, Rohstoffförderweg, welcher für gewöhnlich von zwei Stegen flankiert, die gesamte Schnecke entlangführt, oder zumindest teilweise entlangführt.
Die Ausrichtung eines Schneckengangs kann man als Gangführung bezeichnen. Diese Gangführung kann sich zum Beispiel schraubenartig rechtsdrehend oder linksdrehend entlang der Plastifizierrichtung auf der Plastifizierschnecke ausbilden. Diese Ausrichtung kann entlang der gesamten Schnecke vorhanden sein oder teilweise. Die Ausrichtung ist allgemein abhängig von der Schneckenrotation. So ist eine Gangführung rechtsdrehend wenn die Schneckenrotation ebenfalls rechtsdrehend ist. Eine linksdrehende Gangführung wird für eine linksrotierende Schneckenrotation vorgesehen.
Die Gangtiefe ist ein konstruktives Merkmal sowohl von der Schnecke einer Plastifiziereinheit als auch einem Mischteil für eine solche Schnecke und dementsprechend auch einem Mischteil in Sinne der vorliegenden Erfindung. Allgemein kann man die Gangtiefe als Tiefe, also des Abstandes h von einer virtuell verlängerten Stegoberseite zur axial symmetrischen Schneckenoberfläche s betrachten. Eine Gangtiefe kann in einem Schneckengang vorkommen, als prinzipiell führender Untergrund oder Boden, oder auch zwischen oder an Scherteilen, oder anderen technischen Merkmalen einer Schnecke.
Eine Gangtiefe, genauer Schneckengangtiefe, kann unterschiedliche geometrische oder konstruktive Ausführungsformen besitzen. Zum Beispiel kann sie parallel zur Schneckenachse entlang der Förderrichtung verlaufen. Eine Gangtiefe kann aber auch unterschiedliche Richtungen entlang der Förderrichtung verfolgen. So kann eine Gangtiefe zum Beispiel einen sich absenkenden Teilabschnitt, also einen in Richtung Schneckenzentrum abgesenkten Teilabschnitt, entlang der Förderrichtung aufweisen. Dieser sich absenkende Teilabschnitt kann ebenfalls unterschiedliche geometrische Merkmale aufweisen. So kann dieser sich absenke Teilabschnitt zum Beispiel gerade sein oder auch ungerade, zum Beispiel kurvig, wellenförmig, stufenförmig, senkrecht abfallend oder auch in anderen allgemein bekannten geometrischen Ausführungen vorkommen.
Eine Gangsteigung, genauer Schneckengangsteigung, kann unterschiedliche geometrische oder konstruktive Ausführungsformen besitzen. Zum Beispiel kann sie parallel zur Schneckenachse entlang der Förderrichtung verlaufen. Eine Gangsteigung kann aber auch unterschiedliche Richtungen entlang der Förderrichtung verfolgen. So kann eine Gangsteigung zum Beispiel einen steigenden Teilabschnitt, also einen in Richtung des Plastifizierzylinders steigenden Teilabschnitt, entlang der Förderrichtung aufweisen. Dieser steigende Teilabschnitt kann ebenfalls unterschiedliche geometrische Merkmale aufweisen. So kann dieser steigende Teilabschnitt zum Beispiel gerade sein oder auch ungerade, zum Beispiel kurvig, wellenförmig, stufenförmig, senkrecht steigend oder auch in anderen allgemein bekannten geometrischen Ausführungen vorkommen.
Allgemein unterscheidet sich eine Gangsteigung von einer Gangtiefe insofern, dass der Abstand von Schneckenoberfläche entlang der Gangsteigung zum Plastifizierzylinder, verringert ist, zumindest teilweise.
Ein Gangtisch, genauer ein Schneckengangtisch, ist ein auf einem Schneckengang örtlich vorhandener axial symmetrischer Teilbereich eines Schneckengangs. Ein Gangtisch kann höher oder niedriger liegen als der Schneckengang. Allgemein ist ein Gangtisch flächig und plan ausgestaltet. Ein Gangtisch kann zum Beispiel zwischen einer Gangsteigung und zwischen einer Gangtiefe liegen. Ein Gangtisch kann zum Beispiel Bestandteil einer besonders kleinen Teilkavität zwischen Plastifizierschnecke und dem Plastifizierzylinder sein.
Ein Scherteil, beispielsweise auf einem Mischteil, für die hier beschriebene Kunststoffverarbeitung, muss prinzipiell vielfältige Merkmale und Eigenschaften aufweisen. Allgemein ist ein Scherteil auf der Plastifizierschnecke konstruiert, in vielfältigen Gestaltungen. So kann ein Scherteil eine Rautenform aufweisen, welche in beliebiger Ausrichtung auf der Schnecke konstruiert ist. Bevorzugt ist das Scherteil mit der Scherkante in Richtung der Plastifizierschneckenrotationsrichtung ausgerichtet.
Die beschriebenen Prozesse verlangen von jedem nachfolgend beschriebenen Scherteil zunächst die Scherung von sowohl Feststoffen als auch viskosen Fluiden oder einem beliebigen Gemisch aus beiden Bestandteilen.
Aufgabe des Scherteils ist vorwiegend, aber nicht ausschließlich, die in die Plastifiziereinheit eingebrachten Feststoffe zu plastifizieren und zu homogenisieren. Bei Thermoplasten ist die Aufgabe des Scherteils an der eigenen Position die Kettenmoleküle eines Thermoplasts lokal so weit zu strecken, dass der Thermoplast plastisch verformt. Dadurch entstehen sogenannte Scherbänder. Durch Erzeugung einzelner Scherbänder und Verteilung dieser Scherbänder wird die Schmelze vermischt.
Hierzu besitzt ein Scherteil, im Sinne der hier beschriebenen Erfindung, eine Scherkante. Eine Scherkante kann an beliebiger Position auf dem Scherteil vorhanden sein. Bevorzugt wird eine Scherkante orthogonal zur Schneckenachse, um möglichst effektiv die herangeführten Moleküle zu scheren. Jedoch kann eine Scherkante auch in jedem weiteren technisch sinnvollen Winkel aufkommen. Eine Scherkante kann in beliebig gewünschter Länge ausgestaltet sein.
Ein Steg ist ein konstruktives Merkmal, welches zwei Schneckengänge voneinander trennen kann. Ein Steg ist auf einer Plastifizierschnecke konstruiert und weist einen kleineren radialen Abstand zum Plastifizierzylinder auf, als die benachbarten Gangtiefen oder Gangsteigungen. Ein Steg kann mit einem weiteren Steg über einen Tisch verbunden sein. Genauer, zwei Stege können mithilfe eines Tisches eine ebene Fläche bilden, welche zum Beispiel eine herangeführte Schmelze besonders effektiv stauchen kann. Hinter dieser Fläche würde ein besonders günstiger Dehnungsbereich entstehen.
Ein Dehnungsbereich ist im allgemeinen ein Bereich, in dem eine Schmelze besonders gut im Verfahren gedehnt werden kann. Eine Dehnung unterstützt die Plastifizierung der Schmelze oder eines möglicherweise noch nicht plastifizierten Teils eines Gemenges aus Schmelze und anfänglich eingebrachtem Rohstoff.
Ein Scherbereich weist einen Teilbereich einer Plastifiziereinheit auf, an welchem eine Schmelze besonders gut geschert wird. Dieser Scherbereich kann eine Plastifizierschnecke, aber auch ein zusätzliches Mischteil beinhalten.
Führungsbahnen können auf einer Plastifizierschnecke eingebracht sein, und zwar in beliebiger Richtung. Sie können bevorzugt entlang der Plastifizierrichtung eingebracht sein und einer Schmelze, oder einem Rohstoffschmelzegemisch, die Plastifizierrichtung aufprägen. Allgemein können sie auch als Nut auf einem Schneckengang betrachtet werden. Ebenfalls können Führungslinien in Form einer Nut auf einem Steg vorhanden sein.
Die Strömung, im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, beschreibt das Fließverhalten der Schmelze, der Festkörper oder einer beliebigen Mischung von beiden sowie ein Rohstoff der sich im Übergang von einem Aggregatzustand in einen weiteren Aggregatzustand befindet, unter Einfluss der Plastifiziereinheit und ihrer technischen Komponenten, wie zum Beispiel der Schnecke und dem Zylinder, insbesondere aber auch einem Mischteil.
Eine Barriere ist ein konstruktives Merkmal eines Mischteils. Vorwiegend, aber nicht ausschließlich, wird eine Barriere zwischen mindestens zwei Stege konstruiert. Allgemein verringert sie die Kavität des Raumes zwischen Zylinder der Plastifiziereinheit und dem Gang einer Schnecke mindestens lokal an einem beliebigen Ort auf dem Mischteil. Dies kann mithilfe eines konstruktiven Merkmals wie einer Gangsteigung oder auch nachfolgend Gangtiefe umgesetzt werden, aber auch anders. Zum Beispiel kann eine Barriere auch als einfache Wand, ausgerichtet gegen die Plastifizierrichtung, ausgebildet sein. Diese Wand kann zum Beispiel orthogonal, mindestens an einer Seite, zum Gangverlauf konstruiert werden. Eine Barriere kann eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisen. Hierbei ist es unwesentlich in welche Verfahrensrichtung diese Seiten zeigen, dementsprechend kann zum Beispiel eine Vorderseite sowohl in Plastifizierrichtung zeigen als auch entgegen der Plastifizierrichtung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist mit dem Dispersionsteil sowohl eine Scherströmung als auch eine Dehnströmung in der Schmelze erzeugbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist mit dem Distributionsteil sowohl eine Dehnströmung als auch eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mit dem Distributionsteil sowohl eine Dehnströmung als auch gleichzeitig eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar, wobei das Distributionsteil mindestens ein konkaves Scherteil aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mit dem mit dem Distributionsteil sowohl eine Dehnströmung als auch eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar ist, wobei das Distributionsteil mindestens ein konkaves Scherteil aufweist, wobei in dem mindestens einen konkaven Scherteil mindestens in einem Bereich die Tiefe eines Schneckengangs gegenüber einem anderen Bereich modifiziert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mit dem Mischteil aufweisend ein Dispersionsteil und ein Distributionsteil eine mehrfache Wechsel strömung aus Dehn- und Scherströmung in der Schmelze erzeugbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil unterschiedliche Gangtiefen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil mindestens eine wellenförmige Variation der Gangtiefen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil mindestens eine pyramidale Variation der Gangtiefe auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil einen definierten Spalt zwischen zwei benachbarten Schneckengängen auf, über den mindestens ein Teil der Schmelze zwangsweise leitbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil eine Mehrzahl von Stegen mit Unterbrechungen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil eine Mehrzahl von Schanzen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischteil wechselbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist Mischteil beliebig auf einer Schnecke aufmontierbar. Beispielsweise ist vorstellbar, das Mischteil als Rüstsatz auszuführen, das als Nachrüstung auf Schnecken entsprechender Größe (Durchmesser und Länge) aufmontierbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischteil beliebig entlang der Schnecke platzierbar. Mit anderen Worten muss das Mischteil nicht an das nach der Meteringzone einer Dreizonenschnecke platziert werden, sondern kann auch an anderer Stelle, beispielsweise unmittelbar vor die Meteringzone oder vor eine andere Zone oder auch in eine Zone platziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischteil beliebig entlang der Schnecke ortsfest verbaut.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischteil mit einem gleichartigen zusätzlichen Mischteil beliebig kombinierbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist Mischteil axial und drehend mit der Schneckenrotation gelagert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist Mischteil axial und drehbar entgegen der Schneckenrotation gelagert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil eine Rückstromsperre auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischteil temperierbar. Temperierbar bedeutet dabei, dass das Mischteil beheizt oder auch gekühlt werden kann. Die Beheizung kann dabei beispielsweise elektrisch oder über ein Fluid geschehen. Ebenso kann die Kühlung beispielsweise über ein Fluid geschehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischteil entlang seiner Gangführungen zusätzliche Führungsbahnen auf.
Das erfinderische Verfahren zur Erzeugung einer Schmelze in einer Plastifiziereinheit, in einer Schneckenmaschine, mithilfe mindestens eines erfinderischen Mischteils ist gekennzeichnet durch die Schritte

1) Umlagerung und Neuordnung der Schmelze (Dehnung) über Gangtiefenvariation;
2) Scherung der Schmelze über Zwangsfluss über einen definierten Spalt;
3) Radiale und umfängliche Verteilung der Schmelze über unterbrochene Stege definierter Geometrie

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Es zeigen:

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mischteil 200, bestehend aus einem Dispersionsteil 207 sowie einem Distributionsteil 208 aufweisend zusätzlich eine ausgeprägte Gangtiefe 202 im Distributionsteil 208. Ebenfalls wird in 1 eine zusätzliche Gangsteigung 203, schematisch in ihren Schritten, im Schnitt A-A, neben einem Scherteil 205 angeordnet gezeigt. Genauer zeigt 1 ein Mischteil mit einer rechtsdrehenden Gangführung im Distributionsteil 208, welche durch den folgenden Dispersionsteil 207 virtuell fortgeführt wird. Jede Gangtiefe 202 ist entlang ihrer eigenen Reichweite benachbart durch einen ausgebildeten Steg 212. Der Steg 212 ist auf dem Distributionsteil 208 durchgehend ausgeprägt. Der Dispersionsteil 207 zeichnet sich durch einzelne Scherteile 205 aus welche entlang der virtuell verlängerten Gangführung geführt werden und eine Scherkante in Richtung der Schneckenrotation R aufweisen. Die Scherteile 205 können in ihrer Höhe unterschiedlich sein und die Stege 212 können in ihrer Höhe ebenfalls unterschiedlich sein.
2 zeigt ein Detail (X) aus 1, genauer den Tisch eines Scherteils 205 mit einer konkaven Ausprägung in Schneckenrotationsrichtung R. Ebenfalls erkennbar ist ein Teil, eine Ecke, einer Scherkante, welche sich entlang des Scherteils 205 erstrecken kann. Besondere Ausprägung ist die konkave Kurve des Scherteils 205, welche es erlaubt direkt an der Scherung ebenfalls eine zusätzliche Dehnung auf das gescherte Kunststoffpolymer einzubringen. Dies stellt somit innerhalb des Mischteils eine zusätzliche individuelle Kombination der wichtigen Eigenschaften Scherung und Dehnung dar. Die ursprüngliche gerade Scherteilkante wird durch eine gestrichelte Linie nachgeführt, um die Ausprägung der innenliegenden konkaven Kurve zu verdeutlichen.
3 zeigt den Schnitt A-A aus 1. Der Schnitt A-A zeigt eine schematische Gangtiefenvariation an einem Scherteil 205 im Dispersionsteil 207 des Mischteils 200 aus 1. In dieser Variation wird die Gangtiefenvariation ausschließlich durch gerade Gangtiefenveränderungen geführt beginnend mit einer Abwärtsführung der Gangtiefe 202 welche durch einen ebenen Teil ergänzt wird und abschließend wieder zur ursprünglichen Gangtiefe 202 hoch geführt wird dort aber nicht endet, sondern in einer Gangsteigung 203 fortgeführt wird. Diese Gangsteigung 203 wird bis auf die Ebene der benachbarten Stege 212 geführt und mündet dort in einem ebenen Tisch. Abschließend wird die Gangsteigung 203 wieder herabgeführt auf die Ebene der ursprünglichen Gangtiefe 202. Diese Erfindung kann auch als Barriere 214 wirken.
4 zeigt eine weitere schematische Variation des Schnitts A-A aus Figur eins. Hier wird die Gangtiefe 202, ebenfalls an einem Scherteil 205 orientiert. Im Gegensatz zur 4 wird die Variation der Gangtiefe 202 aber nicht gerade geführt, sondern wellenartig. Dies erlaubt eine besonders widerstandsfreie Führung einer entlang fließenden Schmelze. Die Variation ist in ihrer Wegführung ansonsten identisch zu 3. Zunächst senkt die Gangtiefe 202 sich auf eine untere Ebene herab, um dann bis auf die Ebene der umgebenden Stege 212 mithilfe einer Gangsteigung 203 zu steigen. Anders als in 3 ist hier kein Tisch ausgeprägt, sondern „nur“ eine Wellenspitze welche sich abschließend senkt und auf die ursprüngliche Gangtiefe 202 zurückführt. Diese Variation kann auch als Barriere 214 wirken.
5 zeigt eine weitere Variation eines kombinierten Mischteils 200. In 5 wird jedoch anstelle eines zuvor definierten klassischen Distributionsteils 208 ein Dehnungsring 216 eingefügt. Der Dehnungsring 216 umfasst das Mischteil 200 radial und wirkt durch seinen deutlich kavitätsverkleinernden Umfang. Genauer verkleinert der Dehnungsring 216 den Abstand zwischen Plastifizierzylinder und Mischteil 200 an der Oberseite des Dehnungsrings 216. Hierdurch wird eine umfängliche Dehnung der in Plastifizierrichtung F herangeführten Schmelze, oder anderer Form einer Rohstoffmasse, erwirkt. Anders als bei klassischen Distributionsmischteilen wird hier eine Wirkung auf die gesamte Schmelze erwirkt. Somit kann ein Dehnungsring 216 die Effizienz eines Mischteil 200 besonders gut beeinflussen. Links vom Dehnungsring 216 ist für gewöhnlich ein Teil einer klassischen Plastifizierschnecke vorhanden. Dies kann zum Beispiel der Meteringbereich einer Dreizonenschnecke sein. Es kann aber auch Ein Teil einer Barriereschnecke abgebildet sein. Daher wird dieser Teil hier nicht genauer diskutiert oder abgebildet.
6 zeigt eine weitere Variation eines Mischteils 200. Eine Besonderheit stellt hier jedoch die Gangverengung im Distributionsteil 208 dar. Genauer zeigt 6 ein Mischteil 200 bestehend aus einem Distributionsteil 208 sowie einem Dispersionsteil 207. Diese Merkmale sind zum Beispiel aus 1 bekannte und gleich ausgebildet. Im zentralen Gang befindet sich an den beiden begleitenden Stegwänden nun jedoch eine zusätzliche Gangverengung 217. Diese Gangverengung 217 bewirkt eine Stauchung der in Plastifizierrichtung F herangeführten Schmelze, oder anderer Rohstoffmasse, und im Anschluss eine dementsprechende Dehnung. Vorteilhaft an einer Gangverengung 217 ist das sie an jeder Stelle in einem Gang vorkommen kann und beliebig ausgestaltet werden kann. Dies erlaubt dem Konstrukteur eine Gangverengung 217 für jede beliebig einbringbare Rohstoffmasse.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

100: Schneckenmaschine
101: Plastifiziereinheit
103: Schnecke
104: Rückstromsperre
200: Mischteil
201: Schneckengang
202: Gangtiefe
203: Gangsteigung
204: Gangtisch
205: Scherteil
206: Konkaves Scherteil
207: Dispersionsteil
208: Distributionsteil
209: Dehnungsbereich
210: Scherbereich
211: Spalt
212: Steg
213: Führungsbahnen
214: Barriere
215: Tisch
216: Dehnungsring
217: Gangverengung
F: Plastifizierrichtung
R: Schneckenbewegung
S: Scherrichtung
D: Dehnungsrichtung

Claims

Plastifiziereinheit 101 einer Schneckenmaschine 100, mit einer Schnecke 103, welche ein Mischteil 200 aufweist und dieses Mischteil 200 einen Dispersionsteil 207 sowie ein Distributionsteil 208 sowie eine Gangtiefe 202 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 einen Dehnungsbereich 209 sowie einen Scherbereich 210 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Dispersionsteil 207 sowohl eine Scherströmung als auch eine Dehnströmung in der Schmelze erzeugbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Distributionsteil 208 sowohl eine Dehnströmung als auch eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Distributionsteil 208 sowohl eine Dehnströmung als auch gleichzeitig eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar ist, wobei das Distributionsteil 208 mindestens ein konkaves Scherteil 206 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Distributionsteil 208 sowohl eine Dehnströmung als auch eine Scherströmung in der Schmelze erzeugbar ist, wobei das Distributionsteil 208mindestens ein konkaves Scherteil 206 aufweist, wobei in dem mindestens einen konkaven Scherteil 206 mindestens in einem Bereich die Tiefe eines Schneckengangs 201 gegenüber einem anderen Bereich modifiziert ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Mischteil 200 aufweisend ein Dispersionsteil 207 und ein Distributionsteil eine mehrfache Wechselströmung aus Dehn- und Scherströmung in der Schmelze erzeugbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 unterschiedliche Gangtiefen 202 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 mindestens eine wellenförmige Variation der Gangtiefen 202 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 mindestens eine pyramidale Variation der Gangtiefe 202 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 einen definierten Spalt 211 zwischen zwei benachbarten Schneckengängen 201 aufweist, über den mindestens ein Teil der Schmelze zwangsweise leitbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 eine Mehrzahl von Stegen 212 mit Unterbrechungen aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 eine Mehrzahl von Gangsteigungen 203 aufweist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 wechselbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 beliebig auf einer Schnecke 103 aufmontierbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 beliebig entlang der Schnecke 103 platzierbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 beliebig entlang der Schnecke 103 ortsfest verbaut ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 mit einem gleichartigen zusätzlichen Mischteil 200 beliebig kombinierbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 axial und drehend mit der Schneckenrotation R gelagert ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 axial und drehbar entgegen der Schneckenrotation R gelagert ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 eine Rückstromsperre 104 besitzt.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 temperierbar ist.
Plastifiziereinheit 101 gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischteil 200 entlang seiner Gangführungen zusätzliche Führungsbahnen 213 aufweist.
Verfahren zur Erzeugung einer Schmelze in einer Plastifiziereinheit 101, in einer Schneckenmaschine 100, mithilfe mindestens eines Mischteils 200 nach einem der vorab beschriebenen Ansprüche, gekennzeichnet durch 1) Umlagerung und Neuordnung der Schmelze (Dehnung) über Gangtiefenvariation 2) Scherung der Schmelze über Zwangsfluss über einen definierten Spalt. 3) Radiale und umfängliche Verteilung der Schmelze über unterbrochene Stege definierter Geometrie.