DE19938499A1 - Plastifiziereinheit und Verfahren zum Plastifizieren von thermisch erweichbaren Materialien - Google Patents

Abstract

Eine Plastifizierungsvorrichtung für Kunststoff hat ein Gehäuse (1), an dessen Innenseite von Nutstegen (11) begrenzte, schraubenförmige Nuten (13) ausgebildet sind, und eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Schnecke (5) mit von Schneckenstangen (7) begrenzten Schneckengängen (9). Zwischen den Umfangsflächen von Schneckenstegen (7) und Nutstegen (11) ist ein Scherspalt (20) gebildet, der in Relation zur Drehzahl der Schnecke (5) und zum zu plastifizierenden Massestrom so bemessen ist, daß die durch Scherung des Materials im Scherspalt (20) erzeugte Reibungswärme das gesamte Material im Scherspalt (20) zum Schmelzen bringt. Die radiale Tiefe der Schneckengänge (9) nimmt vom Einzugsende der Schnecke bis zu deren Austrittsende kontinuierlich zu, und entsprechend nimmt die radiale Tiefe der Nuten (13) der Nutenbuchse (10) ab. Hierdurch gelangt nach und nach das gesamte in den Nuten (13) befindliche und geschmolzene Material in den Bereich des radial nach außen wandernden Scherspaltes (20) und wird geschmolzen und in geschmolzenem Zustand in die Schneckengänge (9) überführt. Es wird eine vollständige Plastifizierung des Materials bei kurzer Baulänge der Vorrichtung und ohne zusätzliche Heizung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit zum Plastifi­ zieren von thermisch erweichbaren Materialien, vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff. Die Erfindung betrifft ferner ein mittels dieser Vorrichtung durchgeführtes Verfahren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Extruder zum Extrudie­ ren des plastifizierten Materials ausgestaltet sein. Die er­ findungsgemäße Vorrichtung kann aber auch als Plastifi­ ziereinheit im Rahmen einer Spritzgießmaschine Verwendung finden.

In üblichen Schneckenextrudern oder Plastifiziereinheiten für Spritzgießmaschinen wird das die Schnecke umgebende Gehäuse (Zylinder) beheizt, um die an der Zylinderinnenwand anlie­ gende Kunststoffschicht zu schmelzen. Die rotierende Schnecke schält den geschmolzenen Kunststoff-Film von der Zylinderwand ab, so daß noch ungeschmolzener Kunststoff an die Zylinder­ wand gelangen kann, und fördert den Kunststoff von der Ein­ zugszone zum Austrittsende. Ein Teil der Antriebsenergie der Schnecke wird durch Scherung ebenfalls der Schmelze als Wärme zugeführt und trägt zur Plastifizierung bei. Die Förderwir­ kung in Axialrichtung der Schnecke ist umso besser, je mehr das Kunststoffmaterial durch Reibung am Zylinder festgehalten und am Mitrotieren mit der Schnecke gehindert wird. Um diesen Effekt zu verbessern, ist es bekannt, vor allem in der Ein­ zugszone Nuten an der Zylinderinnenseite vorzusehen, die in Drehrichtung einen Festhalte-Effekt auf noch nicht geschmol­ zenes Kunststoffmaterial ausüben. Hierdurch kann der Durch­ satz wesentlich verbessert werden. Ein vollständiges Erwei­ chen bzw. Verflüssigen des Kunststoffs im Bereich der Nuten würde aber diesen Effekt zunichte machen. Genutete Einzugszo­ nen von Schneckenextrudern werden deshalb gekühlt, um ein Schmelzen des Kunststoffs im Bereich der Nuten zu verhindern.

Wegen der notwendigen Trennung zwischen Einzugszone, bezeiz­ ter Plastifizierzone und Ausstoßzone haben übliche Schneckek­ extruder und Plastifiziereinheiten eine erhebliche axiale Baulänge.

Aus DE 44 00 330 ist es bekannt, zur Herstellung eines ge­ schäumten Produktes aus Stärke einen Schneckenextruder zu verwenden, der eine konische Schnecke mit in Förderrichtung zunehmendem Durchmesser in einem entsprechend konischen Be­ handlungsraum aufweist, der an seiner Innenseite mit schrau­ benförmigen Nuten versehen ist. Die sich erweiternde Quer­ schnittsform von Behandlungsraum und Schnecke soll durch Vo­ lumenvergrößerung bzw. Expansion der von der Aufgabeöffnung zur Austrittsöffnung geförderten Stärke ein Aufschäumen er­ möglichen, so daß ein geschäumtes Produkt extrudiert wird. Der Extruder zeichnet sich durch besonders geringe Baulänge aus, wobei die Länge der Schnecke nur wenig mehr als das Dop­ pelte ihres größten Durchmessers beträgt. Zum Plastifizieren von thermoplastischem Kunststoff oder ähnlichem thermisch er­ weichbaren Material ist diese Vorrichtung nicht vorgesehen. Sie würde eine vollständige Plastifizierung des jeweils in den Schneckengängen und Gehäusenuten vorhandenen Materials nicht gewährleisten.

Eine ähnliche Vorrichtung zum Erzeugen eines expandierten Le­ bensmittels aus Getreide ist aus US 3 458 322 bekannt und weist eine im wesentlichen zylindrische Schnecke in einem mit inneren schraubenförmigen Nuten versehenen Gehäuse auf. Die Schnecke transportiert das am Materialeinlaß aufgegebene Pro­ dukt unter Kompression zu einem Extrusionsauslaß. Während dieser Förderung wird das Material durch die mechanische Ein­ wirkung erhitzt und plastifiziert bzw. gelatinisiert. Für die Plastifizierung von Kunststoff ist diese Vorrichtung nicht vorgesehen und nicht ohne weiteres geeignet, da sie nicht ge­ währleisten kann, daß in der Tiefe der Schneckengänge be­ findliches Material vollständig erhitzt und plastifiziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Plastifizieren von thermoplastischem Kunststoff und ähnlichem, durch Wärme erweichbarem Material anzugeben, mit der bzw. dem bei kurzer Baulänge der Vorrichtung und da­ durch kleiner Verweilzeit des Materials ein wirksames und vollständiges Plastifizieren bzw. Aufschmelzen des gesamten zugeführten Materials gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung und das im Anspruch 11 angegebene Ver­ fahren gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.

Während bei konventionellen Kunststoffextrudern und Plastifi­ ziereinheiten die Ausbildung eines vollständig geschmolzenen Kunststoff-Films im Bereich der Nutstege des Gehäuses als nachteilig angesehen und durch Kühlung vermieden wird, weil ein solcher Schmelzefilm den "Festhalte-Effekt" der Nuten zu­ nichte macht und die Förderleistung der Schnecke zusammenbre­ chen läßt, wird erfindungsgemäß ein durch Scherung bzw. inne­ re Reibung bewirktes vollständiges Schmelzen des Kunststoffs in dem Scherspalt zwischen den Schneckenstegen und den Nut­ stegen gezielt angestrebt. Eine Beheizung des Gehäuses zum Schmelzen des Kunststoffs kann entfallen. Durch die in För­ derrichtung kontinuierlich zunehmende Schneckengangtiefe und abnehmende Nutentiefe wird erreicht, daß die Scherzone und damit die Schmelzzone kontinuierlich radial nach außen wan­ dert und damit nach und nach das gesamte in den Nuten befind­ liche Material erfaßt, so daß dieses durch die von der Sche­ rung bzw. inneren Reibung erzeugte Wärme geschmolzen und dann als Schmelze in den Schneckengang überführt wird. Hierdurch wird rasch und effektiv die nur lokal im Scherspalt erzeugte Wärme auf das gesamte vorhandene Kunststoff-Volumen übertra­ gen, so daß nach Durchlaufen einer relativ kurzen Baulänge der Vorrichtung und nach einer dementsprechend kurzen Ver­ weilzeit des Materials ein vollständig plastifizierter bzw. geschmolzener Kunststoff vorliegt, der aus der Vorrichtung extrudiert oder der Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine zugeführt werden kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Pla­ stifiziervorrichtung gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 und Fig. 3 vergrößerte Einzelheiten an den in Fig. 1 mit A und B bezeichneten Stellen.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 mittels einer Welle 3 ei­ ne Schnecke 5 drehbar gelagert. Lagerung, Abdichtung und Drehantrieb der Schneckenwelle 3 erfolgen mit dem Fachmann bekannten Lager-, Dichtungs- und Antriebsanordnungen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Die Schnecke 5 ist an ihrer Außenseite mit Schneckenstegen 7 versehen, die zwi­ schen sich Schneckengänge 9 begrenzen.

In das Gehäuse 1 ist eine die Schnecke 5 umgebende Nuten­ buchse 10 eingesetzt. Diese weist an ihrer Innenseite Nuten­ stege 11 auf, die zwischen sich Nuten 13 begrenzen. Nicht nur die Schneckenstege 7, sondern auch die Nutenstege 11 verlau­ fen schraubenförmig, und zwar vorzugsweise mit entgegenge­ setztem Schraubensinn. Auch kann die Steigung der schrauben­ förmigen Nutenstege 11 anders sein als die der Schneckenstege 7. Sowohl die Schneckenstege 7 als auch die Nutenstege 11 können eine eingängige oder mehrgängige Wendel bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nutenstege 11 zweigängig und die Schneckenstege 7 viergängig.

Das Gehäuse 1 weist an seinem in Fig. 1 rechten Ende einen Materialeinlaß 15 zum Zuführen des zu plastifizierenden Mate­ rials, insbesondere Kunststoff in rieselfähiger Form als Pul­ ver, Grieß oder Granulat, auf. Die Schneckenwelle 3 wird in solcher Drehrichtung angetrieben, daß die Schnecke 5 das am Einlaß 15 zugeführte Material in Fig. 1 nach links zum linken Ende der Schnecke 5 fördert. Dort kann das Gehäuse 1 bei­ spielsweise einen Extrusionsauslaß 17 aufweisen. Die in Axialrichtung gemessene Breite der Schneckenstege 7 und Schneckengänge 9 sowie der Nutenstege 11 und Nuten 13 kann gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Bei der darge­ stellten bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten 13 etwas breiter als die Schneckengänge 9.

Erfindungsgemäß nimmt die radiale Höhe der Schneckenstege 7 der Schnecke 5 vom rechten zum linken Ende der Schnecke 5 kontinuierlich zu. Entsprechend nimmt auch die Tiefe der Schneckengänge 9 von rechts nach links zu. Bei der darge­ stellten bevorzugten Ausführungsform ist diese Zunahme der Schneckengangtiefe so realisiert, daß der Außendurchmesser D_S der Schnecke von links nach rechts kontinuierlich zunimmt, während der Kerndurchmesser D_K der Schnecke 5 konstant bleibt. Korrespondierend dazu nimmt die radiale Höhe der Nu­ tenstege 11 vom in Fig. 1 rechten Ende der Nutenbuchse 10 zu deren linken Ende hin kontinuierlich ab, und entsprechend nimmt die radiale Tiefe der Nuten 13 von rechts nach links kontinuierlich ab. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist diese Abnahme der Tiefe der Nuten 13 so realisiert, daß der von den Nutenstegen 11 definierte Innendurchmesser der Nuten­ buchse 10 von rechts nach links kontinuierlich zunimmt, wäh­ rend der Durchmesser des Nutgrundes der Nuten 13 konstant bleibt.

Der sich von links nach rechts vergrößernde Außendurchmesser der Schnecke 5 und der sich von rechts nach links vergrö­ ßernde Innendurchmesser der Nutbuchse 10 sind so bemessen, daß zwischen den äußeren Umfangsflächen der Schneckenstege 7 und den inneren Umfangsflächen der Nutenstege 11 jeweils ra­ diale Spalte 20 mit vorgegebener radialer Breite gebildet werden, wobei diese radiale Breite vorzugsweise über die Län­ ge der Schnecke konstant ist.

Die radiale Breite des Spaltes 20 ist so bemessen, daß das gesamte, in einem Spalt 20 befindliche Kunststoffmaterial bei Drehung der Schnecke 5 intensiven Scherkräften ausgesetzt ist, die zu einer intensiven inneren Reibung der Kunststoff­ partikel aneinander führt. Die radiale Breite des Spaltes 20 sowie die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke 5 sind so be­ messen, daß die durch diese Scherung bzw. Reibung des Mate­ rials erzeugte Wärme ausreicht, um das jeweils im Spalt 20 befindliche Kunststoffmaterial zum Schmelzen zu bringen, und zwar ohne daß durch Heizung des Gehäuses 1 zusätzlich Wärme zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an­ hand der schematischen Fig. 2 und Fig. 3 erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Nut 13 und einen Schneckengang 9 im Bereich des in Fig. 1 rechten Endes der Schnecke 5 nahe dem Material­ einlaß 15. In dem Spalt 20 findet eine intensive Scherung und damit ein Schmelzen des Kunststoffmaterials statt. Wenn die­ ses geschmolzene Material durch Drehung der Schnecke 5 in dem Bereich des Schneckenganges 9 gelangt, wird, da der Schnec­ kengang 9 an dieser Stelle eine sehr geringe Tiefe hat, die Wärme auch auf das im Schneckengang 9 vorhandene Material übertragen und bringt dieses zum Schmelzen. Im Schneckengang 9 und in Fortsetzung des Spaltes 20 befindet sich somit flüs­ siges Material, das in Fig. 2 punktiert angedeutet ist. Dage­ gen ist das die Tiefe der Nut 13 ausfüllende Kunststoffmate­ rial nicht geschmolzen, was in Fig. 2 durch Kreuzchen ange­ deutet ist.

Durch die Drehung der Schnecke 5 wird das Material kontinu­ ierlich weiter von rechts nach links gefördert und gelangt in den Bereich der tieferen Schneckengänge 9 und tieferen Nuten 11. Die Entfernung des Spaltes 20 von der Achse nimmt fort­ laufend zu, so daß sich die Scherzone und damit die Schmelz­ zone kontinuierlich radial nach außen verlagert.

Fig. 3 zeigt die Situation in der Nähe des Austrittsendes der Schnecke 5. Der hier wesentlich tiefere Schneckengang (9) hat fortlaufend das im Scherspalt 20 geschmolzene Material (ge­ punktet) aufgenommen. Das ursprünglich in der Nut 11 vorhan­ dene ungeschmolzene Material ist fortlaufend vom Scherspalt 20 erfaßt, geschmolzen und in den Schneckengang 9 überführt worden. Die Nut 11 hat an dieser Stelle nur noch eine so ge­ ringe Tiefe, daß in ihr nur noch sehr wenig ungeschmolzenes Material (Kreuzchen) verbleibt, welches durch Wärmeleitung vom geschmolzenen Material her zuletzt ebenfalls geschmolzen wird. Somit befindet sich am Austrittsende der Schnecke 5 praktisch das gesamte Kunststoffmaterial in geschmolzenem Zu­ stand in den Schneckengängen 9, aus denen es dann durch den Förderdruck aus dem Gehäuse 1 extrudiert wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Ex­ trusionsöffnung 17 in der Mitte der das Gehäuse abschließen­ den Gehäusewand 19 angeordnet, und das geschmolzene Material gelangt zur Extrusionsöffnung durch einen Spalt 21, der zwi­ schen der Stirnfläche der Schnecke 5 und der Innenseite der Gehäusestirnwand 19 ausgebildet ist. Der Spalt 21 stellt ei­ nen zusätzlichen Scherspalt dar, in welchem eine restliche Durchmischung und Plastifizierung des Kunststoffmaterials stattfindet. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, auf diesen zusätzlichen Scherspalt 21 zu verzichten und das in den Schneckengängen 9 befindliche geschmolzene Material im Umfangsbereich der Schnecke 5 aus dem Gehäuse austreten zu lassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Außendurch­ messer D_S der Schnecke 5 am rechten Ende der Schnecke, d. h. im Einzugsbereich, 72 mm und am Austrittsende der Schnecke 77 mm. Die Schneckengangtiefe beträgt im Einzugsbereich 1,8 mm und nimmt bis zum Austrittsende der Schnecke 4,4 mm zu. Der Innendurchmesser der Nutenbuchse 10 beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform im Einzugsbereich 75 mm und am Austrittsende der Schnecke 80 mm. Die Länge L der Schnecke 5 beträgt vorzugsweise nicht mehr als das Dreifache des größten Schneckendurchmessers und kann, wie bei der dargestellten Ausführungsform, ca. das Zweifache des größten Durchmessers, also ca. 150 mm betragen.

Die radiale Tiefe der Nuten beträgt im Einzugsbereich 3,2 mm und nimmt zum Austrittsende des Gehäuses hin auf 0,6 mm ab. Die kleinste Tiefe der Schneckengänge im Einzugsbereich ist somit annähernd gleich der radialen Breite des Scherspaltes 20. Die kleinste Tiefe der Nuten 13 im Bereich des Austritts­ endes des Gehäuses ist deutlich kleiner als die radiale Brei­ te des Scherspaltes 20. Das Verhältnis der Schneckengangtiefe zur Nutentiefe ist angrenzend an den Materialeinlaß 15 vor­ zugsweise kleiner als 1 : 1,5, bei der Ausführungsform ca. 1 : 2, und das Verhältnis nimmt in Richtung zum Austrittsende des Gehäuses fortschreitend zu bis auf einen Wert, der vor­ zugsweise größer als 2 : 1, insbesondere größer als 4 : 1, und bei der Ausführungsform ca. 7 : 1 beträgt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Änderungen und Abwei­ chungen von der gezeigten Ausführungsform möglich. Bei der gezeigten Ausführungsform nimmt der Außendurchmesser der Schnecke in Förderrichtung kontinuierlich zu, während der durch die Böden der Schneckengänge definierte Kerndurchmesser konstant bleibt. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Es ist möglich, eine Schnecke mit konstantem Außendurchmesser, d. h. eine zylindrische Schnecke zu verwenden und die Zunahme der Schneckengangtiefe durch eine entsprechende Abnahme des Kern­ durchmessers D_K zu erreichen. Es ist auch denkbar, eine sich in Förderrichtung konisch verjüngende Schnecke zu verwenden, wobei dann der Kerndurchmesser in Förderrichtung noch stärker abnehmen muß als der Außendurchmesser. Entsprechendes gilt für die Gestaltung der Nutenbuchse 10.

Bei der dargestellten Ausführungsform nimmt die Tiefe der Schneckengänge und der Nuten in gleichem Maße zu bzw. ab, so daß die Summe der Schneckengangtiefe und Nutentiefe konstant bleibt. Auch dies ist nicht zwingend erforderlich. Die Tiefe der Schneckengänge kann schneller oder langsamer zunehmen als die Abnahme der Nutentiefe erfolgt, so daß die Summe aus bei­ den Tiefen in Förderrichtung kleiner oder größer wird und sich entsprechend das für das Kunststoffmaterial verfügbare Volumen vergrößert oder verkleinert. Auch die Breite der Schneckengänge und Nuten in Axialrichtung, die bei der be­ schriebenen Ausführungsform konstant ist, kann sich über die Länge der Schnecke ändern. Auch die Gangsteigung der Schnec­ kenstege und Nutstege, die bei der beschriebenen Ausführungs­ form als konstant angenommen ist, kann sich über die Länge der Schnecke ändern. Die Steigung der Schneckenstege und der Nutstege ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise unterschied­ lich, wobei die Differenz des Steigungswinkels je nach Mate­ rial im Bereich von 0-180° liegen kann.

Wie erwähnt, sind die radiale Breite des Scherspaltes 20 und die Drehzahl der Schnecke 5 so aufeinander abzustimmen, daß in dem Scherspalt 20 eine möglichst intensive Scherung und damit ein vollständiges Schmelzen des im Spalt befindlichen Materials gewährleistet ist. Vorzugsweise wird bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung die Schnecke 5 mit einer hohen Dreh­ zahl von mindestens 300 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise sogar 500 Umdrehungen pro Minute und maximal bis zu 800 Um­ drehungen pro Minute angetrieben.

Ein weiterer, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu be­ rücksichtigender Parameter ist der Massestrom des am Mate­ rialeinlaß 15 zugeführten und von der Schnecke 5 zu fördern­ den und zu plastifizierenden Materials. Um diesen Massestrom zuverlässig steuern zu können, ist es bevorzugt, wenn dem Ma­ terialeinlaß 15 mindestens eine Dosiereinrichtung (nicht dar­ gestellt) zugeordnet wird. Die Dosiereinrichtung kann von be­ kannter Bauart und mit einer Dosierschnecke ausgerüstet sein. Durch Steuerung und gegenseitige Abstimmung der Dosiermenge und der Schneckendrehzahl kann die im Scherspalt erreichte Temperatur und damit der Plastifiziervorgang im Sinne einer möglichst raschen vollständigen Plastifizierung gezielt be­ einflußt werden. Der Materialeinlaß 15 kann auch mit einer Kühlung versehen sein, um ein vorzeitiges örtliches Schmelzen des Materials zu verhindern. Das der Vorrichtung zugeführte granulat-, grieß- oder pulverförmige Material sollte eine Korngröße haben, die deutlich kleiner als die radiale Breite des Scherspaltes 20 ist.

Wie erwähnt, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die das Schmelzen bzw. Plastifizieren des Kunststoff bewirkende Wärme im wesentlichen alleine durch die in dem Material wir­ kenden Scherungs- und Reibungsvorgänge erzeugt. Eine äußere Beheizung des Gehäuses ist jedenfalls in dem Bereich, in dem die Plastifizierung des Materials erfolgt, nicht vorgesehen. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen, bestimmte Bereiche der Vorrichtung, zusätzlich zu beheizen. Beispielsweise kann es sich als vorteilhaft erweisen, bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung um austrittsseitigen (linken) Ende der Schnecke 5 eine zusätzliche Misch- und Ho­ mogenisierungsstrecke vorzusehen. Dies ist dann vorteilhaft, wenn sich herausstellen sollte, daß das Kunststoffmaterial über die relativ kurze Länge der Schnecke 5 zwar ausreichend und vollständig plastifiziert, aber nur ungenügend durch­ mischt und homogenisiert wird. Eine solche zusätzliche Misch- oder Homogenisierungsstrecke kann mit einer zusätzlichen Hei­ zung versehen sein, um das bereits plastifizierte Material in dem plastifizierten Zustand zu halten.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung so abgeändert werden, daß die Schnecke 5 in Axialrichtung verstellbar ist. Hierdurch kann bei konischer Form der Schnecke 5 und Nutenbuchse 10 die radiale Breite des Scher­ spaltes 20 geändert und eingestellt werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um einen Extruder zum kontinuier­ lichen Extrudieren von plastifiziertem Kunststoffmaterial aus dem Auslaß 17. Die Vorrichtung kann aber auch so ausgestaltet werden, daß sie als Plastifiziereinheit einer Spritzgießma­ schine verwendet werden kann. In diesem Fall ist es vorteil­ haft, den Einspritzvorgang nicht, wie sonst üblich, durch axiale Bewegung der Schnecke 5 zu bewirken, da sich bei einer solchen Axialbewegung die radiale Breite des Scherspaltes 20 ändern würde. Stattdessen ist es vorteilhaft, das geschmol­ zene Material aus der Gehäuseöffnung 17 in einen Zylinder austreten zu lassen, in dem ein gesonderter Einspritzkolben, z. B. rechtwinklig zur Achse der Schnecke 5, verschiebbar ist. Der Einspritzvorgang kann auf diese Weise durchgeführt werden, ohne die relative Anordnung von Schnecke 5 und Nuten­ buchse 10, und damit die Breite des Scherspaltes 20, zu än­ dern. Auch kann der diskontinuierliche Einspritzvorgang mit Hilfe des separaten Einspritzkolbens unabhängig von dem ggf. kontinuierlich weiterlaufenden Betrieb der Schnecke 5 durch­ geführt werden.

Claims (12)

1. Plastifiziervorrichtung mit einem Gehäuse (1), das ei­ nen Materialeinlaß (15) und in axialem Abstand davon ein Aus­ trittsende aufweist
und einer in dem Gehäuse (1) drehbar gelagerten und durch einen Antrieb drehbaren Schnecke (5), die bei ihrer Drehung Material vom Materialeinlaß zum Austrittsende des Ge­ häuses (1) fördert,
wobei die Schnecke (5) an ihrer Außenseite schrauben­ förmige Schneckenstege (7) aufweist, die zwischen sich Schneckengänge (9) begrenzen, und das Gehäuse (1) an seiner Innenseite vorspringende Nutenstege (11) aufweist, die zwi­ schen sich Nuten (13) begrenzen, und wobei zwischen den Um­ fangsflächen der Schneckenstege und Nutenstege ein radialer Scherspalt (20) mit definierter radialer Breite gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vom Material­ einlaß (15) zum Austrittsende des Gehäuses (1) die Tiefe der Schneckengänge (9) kontinuierlich zunimmt und die Tiefe der Nuten (13) kontinuierlich abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenradius der Schneckenstege (7) und der Innenradius der Nutstege (11) in Richtung zum Austrittsende kontinuierlich zunimmt derart, daß die Schneckenstege (7) eine konische Außenkontur der Schnecke (5) und die Nutstege (11) eine konische Innenkontur des Gehäuses (1) definieren, während der Abstand des Bodens der Schneckengänge (9) und der Abstand des Bodens der Gehäu­ senuten (13) von der Schneckenachse konstant bleibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Tiefe der Schneckengänge (9) zu der Tiefe der Nuten (13) im Bereich des Materialeinlasses kleiner als 1 : 1,5, vor­ zugsweise ca. 1 : 2, und im Bereich des Austrittsendes größer als 2 und vorzugsweise größer als 4 ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Schneckengänge (9) im Bereich des Materialeinlasses (15) we­ niger als doppelt so groß und vorzugsweise annähernd gleich groß wie die radiale Breite des Scherspaltes (21) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten (13) im Bereich des Austrittsendes ungefähr gleich oder kleiner ist als die radiale Breite des Scherspaltes (21).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Tiefe der Schneckengänge (9) und der Tiefe der Nuten (13) über die Länge der Schnecke (5) mindestens annähernd konstant ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schnecke (5) vom Ende des Materialeinlasses (15) bis zum Aus­ trittsende weniger als das Dreifache ihres größten Durchmes­ sers beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mindestens über den Teil seiner Länge, in welchem die Plasti­ fizierung des Materials erfolgt, keine Heizvorrichtung auf­ weist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutstege (11) schraubenförmig verlaufen, wobei sie entgegengesetzten Schraubensinn und/oder eine andere Steigung als die Schnec­ kenstege (7) haben.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (5) in dem Gehäuse (1) in Axialrichtung verstellbar ist, um die radiale Breite des Scherspaltes (21) einzustellen.

11. Verfahren zum Plastifizieren eines thermisch erweichba­ ren Materials mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das in fester rieselfähiger Form dem Materialeinlaß zugeführte Material oh­ ne äußere Zufuhr von Wärme ausschließlich durch die in dem Scherspalt (21) zwischen Schneckenstegen (7) und Nutstegen (11) erzeugte Reibungs- und Scherungswärme plastifiziert wird, wobei durch die in Förderrichtung fortschreitende Zu­ nahme der Schneckengangtiefe und Abnahme der Nuttiefe fort­ schreitend Material aus den Nuten (13) in den Bereich des Scherspaltes (21) gelangt und aus diesem in plastifizierter Form in die Schneckengänge (9) überführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Schnecke (5) und die radiale Breite des Scherspaltes (21) so eingestellt werden, daß die im Scherspalt (21) erzeugte Reibungs- und Scherungswärme ausreicht, um das gesamte, in die Schneckengänge (9) überführte Material in den plastifi­ zierten Zustand zu bringen und in diesem zu halten.