DE19548524C2 - Schnecke zur Verarbeitung von Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnecke zur Verarbeitung von Kunststoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Schnecken werden insbesondere für Spritzeinheiten von Spritzgießmaschinen verwendet und dienen dazu, granu­ latartiges Kunststoffmaterial zu fördern, zu verdichten, zu durchmischen und zu plastifizieren bzw. aufzuschmelzen. Die ein- oder mehrgängige Schnecke dreht dazu in einem Schnec­ kenzylinder, dessen Innenwandung einen relativ geringen Ab­ stand von den Schneckenstegen aufweist, so daß das zu bear­ beitende Material durch die Schneckengänge transportiert und dabei durch Scher- und Reibungskräfte verformt und auf­ geheizt wird. Zur Ünterstützung dieses Vorgangs kann der Schneckenzylinder von außen zusätzlich beheizbar sein.

Eine Schnecke der eingangs genannten Art ist aus der DE 36 30 208 A1 bekannt. Diese Schnecke weist nach einem eingän­ gigen Anfangsbereich einen zweigängigen Abschnitt auf, in dem ein Sperrsteg mit zum Schneckensteg unterschiedlicher Stei­ gung zwischen den eigentlichen Schneckensteg eingebracht ist. Dieser Sperrsteg hat eine geringere Höhe als der Schneckensteg und bildet somit einen Überlauf für geschmol­ zenes Material. Der Überlauf ist relativ klein ausgestal­ tet, um nur Schmelze von einem Gang in den anderen überlau­ fen zu lassen. Aufgrund dessen arbeitet die Schnecke sehr betriebspunktabhängig, und sie kann eine gute Durchmischung nicht gewährleisten, so daß in der Regel zusätzliche Misch­ elemente an der Schneckenspitze vorgesehen werden müssen, was eine unerwünschte Verlängerung der Schnecke mit sich bringt.

Die US 4405239 zeigt eine mehrgängige Schnecke aneinan­ dergrenzender Schneckengängen, die derart gegenläufige Tie­ fen aufweisen, daß das Material zu einem Überlauf gezwungen wird, wodurch der Energieinhalt erhöht werden soll. Aller­ dings wird die Schmelze in den Gängen nicht ausreichend durchmischt, und die Scherzone (Überlauf) muß immer zwei­ gängig ausgeführt werden. Wegen der komplizierten Schnec­ kengeometrie ist die Herstellung dieser Schnecke sehr auf­ wendig.

Gemäß der DE 31 32 429 C3 soll eine gute Vermischung des Ma­ terials in einem Schneckengang durch den Einsatz von Stif­ ten erreicht werden. Zusätzlich sind gangtiefe Nuten in die Stege eingebracht, die die Mischwirkung noch erhöhen sol­ len. Zwar wird dadurch eine relativ gute Mischwirkung er­ reicht, die Energieeinbringung durch die Schnecke, und da­ mit die Aufschmelzung, ist jedoch unzureichend.

Aus der DE-AS 22 56 902 ist die Möglichkeit bekannt, bei einer Schnecke nach der oben genannten DE-AS 18 16 440 die als Stege ausgebildeten Barriereelemente mit Nuten zu versehen.

Ein- bzw. mehrgängige Schnecken entsprechen dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 sind aus der DE-AS 18 16 440 und der AT 358 814 bekannt.

Bei mehrgängigen Schnecken ist in zumindest einem Schneckgang ein stegförmiges Barriereelement angeordnet, dem jeweils ein Überlaufbereich zugeordnet ist, um die Scherwirkung auf das zu bearbeitende Material zu erhöhen.

Zwar wird durch den Überlaufbereich die Durchmischung des För­ derguts erreicht, aber nach wie vor besteht Nachfrage nach wei­ ter verbesserten Schnecken, die eine noch effektivere Durchmi­ schung des Fördergutes gewährleisten.

Schließlich beschreibt die DE-OS 21 01 056 Vorrichtung zur Her­ stellung von glasfaserverstärkten Kunststoffen mit einer Schnecke mit stiftförmigen Ablenkorganen bzw. mit stegförmigen Ablenkorganen, die Nuten aufweisen. Bei dieser Schnecke sind den einzelnen Ablenkorganen keine Überlaufbereiche zugeordnet, und die Ablenkorgane sollen einerseits die Durchmischung des Materi­ als unterstützen, andererseits aber eine Scherbeanspruchung des Materials vermeiden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schnecke für die Kunststoffverarbeitung dahingehend zu ver­ bessern, daß bei hohem Durchsatz bzw. hoher Ausstoßleistung materialschonende Aufschmelzung und eine gute mechanische und thermische Durchmischung erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schnecke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei die Un­ teransprüche besondere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung betreffen.

Die erfindungsgemäß in die Schneckengänge eingebrachten Barriereelemente bewirken einerseits ein Aufstauen des Ma­ terials, andererseits eine Aufteilung bzw. ein Fließen des Materialstroms über die Überlaufbereiche. Dies führt zu ei­ ner schonenden Energieeinbringung und bewirkt eine zusätz­ liche Durchmischung des Materials im Schneckengang bzw. , bei mehrgängigen Schnecken, in den Schneckengängen. Zugleich ergibt sich der Vorteil einer besseren Farbpig­ mentverteilung.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beigefüg­ ten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Schnecke,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Endes einer Schnecke mit Barrierenelementen in Form von Stiften und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Endes einer Schnecke mit Barrierenelementen in Form von Stegen.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Schnecke 1 drei Zonen, nämlich eine Einzugszone A, eine Umwandlungszone B und eine Ausstoßzone C. In diesem Beispiel ist die Schnecke zweigängig, sie kann aber auch eingängig ausgestaltet sein. Auf dem Schneckenkern 2 sind wendelartig Schnecken­ stege 10, 20 gebildet, die Schneckengänge 15, 25 begrenzen. Ausgehend von der Einzugszone A sind im zweiten Drittel der Umwandlungszone B und in einem Bereich der Ausstoßzone C Barriereelemente 30 in einem Schneckengang angeordnet.

Wie Fig. 2 zeigt, können die Barriereelemente 30 als radial über den Schneckenkern vorstehende Stifte 31 in jeweils zwei Reihen ausgebildet sein, wobei Stiftdurchmesser und Stiftabstand frei wählbar sind und den Verarbeitungsbedin­ gungen angepaßt werden können. Vorzugsweise haben die Stifte 31 die gleiche Höhe wie die Schneckenstege 10 bzw. 20, sie können aber auch niedriger ausgebildet werden.

Auf der aktiven Seite (der Einzugszone zugeordnet) ist der Schneckensteg 10 als Überlaufbereich 50 ausgebildet, in dem die Höhe des Schneckenstegs vermindert ist. Dieser Über­ laufbereich beginnt nach einem vorhergehenden Barrierenele­ ment und endet kurz vor oder kurz nach einem darauf folgen­ den Barriereelement oder im Bereich zwischen zwei Barriere­ elementen. Zur besseren Durchmischung kann dieser von dem Überlaufbereich gebildete Scherspalt auch teilweise durch­ brochen sein, beispielsweise durch gangtiefe Nuten (nicht dargestellt). Desweiteren kann die Höhe des Scherspaltes konstant sein oder zur Schneckenspitze hin abnehmen. Die Abstände zwischen den Barriereelementen sind in Fig. 2 kon­ stant, können aber grundsätzlich frei gewählt werden, und die Zonen können nach Bedarf wiederholt werden.

Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Barrierenelemente in Form von Stegen 40 ausgebildet sind. Die Stege 40 verlaufen quer zur Laufrichtung des Schneckenganges 25 und sind vorzugsweise niedriger als der Schneckensteg ausgebildet. Rechts und links jeden Stegs sind Durchbrechungen in From von gangtiefen Nuten 41 vorge­ sehen, die eine bessere Durchmischung schaffen. Zusätzlich können die einzelnen Stege auch durch weitere Nuten geteilt sein (nicht dargestellt).

In beiden Ausführungsformen verengen die Barriereelemente den jeweiligen Schneckengang, lassen aber einen begrenzten Materialdurchtritt unter Scherwirkung zu. Gleichzeitig wird das Material von den Barriereelementen gestaut und teil­ weise über den zugeordneten Überlaufbereich in den (hin­ sichtlich der Einzugszone) vor dem betreffenden Barrieren­ element liegenden Bereich gezwängt. Vorzugsweise ist je­ weils nur an einer Seite des Barriereelements, nämlich an den zur Einzugsseite gelegenen Schneckensteg, ein Überlauf­ bereich vorgesehen, so daß das Material gegen die eigentli­ che Förderrichtung der Schnecke gezwängt wird. Die Dimen­ sionierung der Barriereelemente bzw. des Scherspaltes sind vorzugsweise so gewählt, daß nur plastifiziertes Material bzw. Schmelze durch den Scherspalt gezwängt wird.

Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine gute Durchmi­ schung, andererseits erfolgt ein hoher Energieeintrag. Da die Barrierenelemente einfach anzubringen sind, kann die Schnecke relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Claims (8)

1. Schnecke zur Verarbeitung von Kunststoffen, insbe­ sondere für die Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine, wo­ bei die Schnecke (1) ein- oder mehrgängig ausgebildet ist und zumindest ein Schneckensteg (10) mindestens einen Über­ laufbereich (50) aufweist, dem im stromabwärts gelegenen angrenzenden Schneckengang (25) Barriereelemente (30) zuge­ ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereelemente radial über den Schneckenkern (2) vorste­ hende Stifte (30) sind.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Überlaufbereich (50) mehrfach unterbrochen ist oder Nuten aufweist.

3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schnecke (1) eine Ein­ zugszone (A), eine Umwandlungszone (B) und eine Ausstoßzone (C) aufweist, wobei die Stifte (30), ausgehend von der Ein­ zugszone, etwa ab der Mitte der Umwandlungszone angeordnet sind.

4. Schnecke nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stifte (30) quer zum Schneckeneingang angeordnet sind.

5. Schnecke nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnecke im Bereich der Stifte (30) zweigängig ist.

6. Schnecke nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnecke im Bereich nach den Stiften (30) eingängig ist.

7. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stifte (31) in zwei oder mehr Reihen hintereinander angeordnet sind.

8. Schnecke nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stifte (31) in benachbarten Rei­ hen gegeneinander versetzt angeordnet sind.