DE2608307B2 - Mehrgängige Extruderschnecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrgängige Extruderschnecke für die Verarbeitung von thermoplastischen und elastomeren Kunststoffen oder Kautschuk mit wendelförmig um einen Schneckenkern geführten Schneckenstegen, mit jeweils in regelmäßigen Abständen und Längen niedriger ausgeführten Zwischenstegabschnitten, wobei vom Ende des in Förderrichtung gesehen höheren Schneckenstegabschnittes Querstege ausgehen, die sich zum nachfolgenden höheren Schnekkenstegabschnitt erstrecken und etwa die gleiche Höhe wie die niedrigeren Zwischenstegabschnitte aufweisen.

Aus der DE-OS 19 24 239 ist eine Extruderschnecke bekannt mit in regelmäßigen Abständen und Längen abwechselnd niedriger gehaltenen Schneckenstegen. Das mittels einer derartigen Schnecke zu verarbeitende Material hat somit die Möglichkeit, wenn es durch die aktive Stegflanke von der Zylinderinnenmantelfläche abgeschabt worden ist, über die niedriger gehaltenen Schneckenstegabschnitte in den rückwärtigen Schnekkengang zu gelangen. Durch dieses Scheren des Materials über einen tiefer gelegenen Stegabschnitt wird eine gewisse Homogenisierung des Materials erreicht.

Mittels einer derartig gestalteten Schnecke kann jedoch nicht sichergestellt werden, daß jedes Materialteilchen einmal über einen tiefer gelegenen Stegabschnitt geschert wird. Es ist also nicht auszuschließen, daß das Material noch unaufgeschlossene Inseln enthält, wenn dieses den Extruder verläßt. Derartige nicht genügend plastifizierte Materialinseln sind für eine Weiterverarbeitung sehr störend bzw. machen eine Weiterverarbeitung für bestimmte Zwecke sogar unmöglich.

Aus der DE-PS 18 16 440 ist eine Extruderschnecke mit sogenannten in den Schneckengängen sich befindenden »Stromaufteilungsknoten« bekannt, die durch Querstege mit daran angrenzenden gegenüber den hohen Stegen niedriger gehaltenen geraden Längsstegen gebildet werden, wobei sowohl die Querstege als auch die am Außenumfang der Schneckenwindungen angeordneten Längsstege in den einzelnen Schneckengärigen angeordnet sind. Mittels einer derartig gestalteten Schnecke wird zwar sichergestellt, daß alle Materialteilchen über einen niedriger gehaltenen Steg geschert und somit Materialinseln zerstört werden. Nachteilig ist, daß das sich in einem Schneckengang befindende Material insgesamt über einen sehr kurzen Quersteg mit einem daran angrenzenden, ebenfalls relativ kurzen Längssteg geschert werden muß. Für diese Zwangsscherung über eine relativ kurze tiefergclegene Stegfläche wird ein hoher Druckverlust benötigt, der sich sehr nachteilig auf die Förderleistung der

K) Schnecke auswirkt. Nachteilig ist auch, daß örtlich in diesem relativ kleinen Schneckenbereich wesentlich mehr Friktionsenergie entsteht, als durch die Zylinderkühlung abgeführt werden kann.
Zwecks Vermeidung der extrem hohen Schererwärmung des Materials und des hohen Druckverlustes ist nun in der DE-AS 22 56 902 vorgeschlagen worden, die Querstege zur Schneckenachse hin einzukerben. Derartig eingekerbte Schneckenstege haben den Nachteil, daß nicht sichergestellt werden kann, daß alle Materialteilchen gleichmäßig beaufschlagt werden, weil einzelne Teilchen unzerrieben durch die Einkerbungen gelangen können, d. h., daß die sogenannte »siebartige Wirkung« eines derartig gestalteten Mischteiles nicht mehr vorhanden ist.

Der größte Nachteil der Extruderschnecke gemäß der DE-PS 18 16 440 und der DE-AS 22 56 902 ist jedoch in der äußerst schwierigen Herstellung zu sehen. Da keine regelmäßig umlaufenden, wenJelförmigen Schneckenstege vorgesehen werden, ist eine maschinel-

jo Ie Fertigung einer solchen Schnecke äußerst schwierig, was leicht ersichtlich ist. Die Anbringung der Quer- und Längsstege in den einzelnen Schneckengängen ist nur unter äußerst großem maschinellen Einsatz möglich. Da die einzelnen Schneckenstege nicht durchgehend wendelförmig verlaufen, ist auch aus diesem Grund eine rationelle Fertigung der Schnecke nicht durchführbar.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Extruderschnecke zu schaffen, die aufgrund einer mehrgängigen Schnecke mit wendelförmig und parallel zueinander verlaufenden Schneckenstegen sehr einfach herstellbar ist und die trotzdem sicherstellt, daO> das zu verarbeitende Material in äußerst schonender Weise und ohne merkliche Friktionserwärmung mehrfach über eine große Länge tieferliegender Stege geschert wird.

•»5 Die Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß die Querstege in Förderrichtung gesehen auf den Endpunkt eines höheren Schneckenstegabschnitts des jeweils nachfolgenden Schneckenstegs treffen und daß auch die niedrigeren Zwischenstegabschnitte wendelförmig mit demselben Steigungswinkel als die höheren Schneckenstegabschnitte ausgebildet sind.

Durch die Zuordnung der Querstege in Förderrichtung gesehen zu dem Endpunkt eines höheren Schneckenstegabschnittes des jeweils nachfolgenden Schneckensteges und durch die wendeiförmige Ausbildung der niedrigeren Zwischenstegabschnitte mit demselben Steigungswinkel als die höheren Schneckenstegabschnitte wird eine wesentlich einfachere mechanische bzw. technische Fertigung der Extruderschnecke ermöglicht.

Bei Schnecken gemäß den abgehandelten Entgegenhaltungen, bei denen sowohl die Querstege als auch die Zwischenstegstücke in dem Schneckengang angeordnet sind, ist insbesondere die Herstellung der nicht wendelförmig verlaufenden Zwischenstegstücke äußerst schwierig und zeitaufwendig.

Mittels der erfindungsgemäßen Schnecke, die äußerst einfach aufgrund ausgefräster wendelförmiger Schnek-

kenstege hergestellt werden kann, wird erreicht, daß alle Materialteilchen einmal über einen niedriger gehaltenen Stegabschnitt geschert und somit zerrieben werden. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß keine nicht aufgeschlossenen Materialinseln zum Ex- ~> truderausgang gelangen können. Da der Vorgang des Materialscherens über niedriger gelegene Stegabschnitle entweder über den wendelförmig umlaufenden, sehr langen, niedriger gehaltenen Schneckenstegabschnitt oder über den in den Schneckengängen angeordneten i» niedriger gehaltenen Quersteg mehrfach wiederholt wird, ist in idealer Weise sichergestellt, daß eine totale Zerreibung bzw. Aufschließung aller Materialteilchen und somit eine vollkommene Homogenisierung erfolgt.

Da insgesamt gesehen die Länge der niedriger gehaltenen wendeiförmigen Stegabschnitte etwa der Länge der hohen Stegabschnitte entspricht und eine ausreichend lange Scherfläche zur Verfügung steht, erfolgt eine schonende Materialscherung. Durch die kontinuierliche Wiederholung dieses Schervorganges wird ohne nennenswerte Friktionserwarmung des Materials sichergestellt, daß eine ausgezeichnete Verteilung und Zerteilung stattfindet.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schneckengeometrie wird in den nachfolgenden Zeich- :~> nungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Extruderschnecke mit einem Mischteil und

Fig.2 eine schematisierte Abwicklung eines mehrgängigen Mischteiles. w

In F i g. 1 wird eine schematisierte Schnecke 1 gezeigt mit einem Einzugsteil 2, einem Mischteil 3 und einem Austragsteil 4.

Die in F i g. 2 gezeigte Abwicklung des Mischteiles 3 ist mehrgängig und besteht aus parallel zueinander >> verlaufenden wendelförmig um den Schneckenkern herumgeführten Stegen. Die Stege selbst sind unterteilt in Stegabschnitte 5 mit hoher Steghöhe und daran anschließende Zwischenstegabschnitte 6 mit niedriger Steghöhe.

Die Höhe der Stegabschnitte ist je nach dem Schneckendurchmesser und dem zu verarbeitenden Material zu wählen. Extruderschnecken für die Verarbeitung von Kautschuk zeigen beispielsweise wesentlich tiefere Schneckengänge bzw. größere Steghöhen auf als Kunststoffschnecken.

So kann beispielsweise der Höhenunterschied zwischen den hohen Stegabschnitten 5 und den tiefergelegenen Zwischenstegabschnitten 6 am Anfang des Mischteiles etwa 10 bis 1 mm betragen. Zur Schneckenspitze hin verringert sich die Steghöhe und der Schneckenkerndurchmesser vergrößert sich. Der Höhenunterschied zwischen den hohen Stegabschnitten 5 und den tieferliegenden Zwischen-Stegabschnitten 6 beträgt hier beispielsweise 3 bis 0,3 mm.

Am Endpunkt 7 endet der hohe Stegabschnitt 5, und der niedrige Zwischenstegabschnitt 6 schließt sich wendelförmig daran an. Vom Endpunkt 7 aus verläuft ein Quersteg 8 zum Anfang 9 des angrenzenden rückwärtigen, hohen Stegabschnittes 5.

Der Quersteg 8 weist etwa die gleiche Höhe auf wie die niedriger gehaltenen Zwischenstegabschnitte 6.

Das sich in einem Schneckengang befindende Material wird durch die Schneckenumdrehung, gekennzeichnet mit Pfeil 10, über den niedrigeren Zwischenstegabschnitt 6 geschert und gelangt in den Nachbargang. Dieser Vorgang wird durch Pfeil 12 angedeutet. Danach wird das Material in diesem Schneckengang in Förderrichtung, gekennzeichnet mit Pfeil 11, gefördert, bis es zum nächsten niedrigeren Zwischenstegabschnitt 6 gelangt, den es wiederum überquert. Ein Teil des Materials überquert nicht den niedriger liegenden Zwischenstegabschnitt 6, sondern, wie durch Pfeil 13 dargestellt, den Quersteg 8.

Dieser Vorgang wiederholt sich ständig, wodurch eine vielfache Scherung des Materials über einen niedriger liegenden Zwischenstegabschnitt 6 bzw. Quersteg 8 erreicht wird.

Durch diese vielfache Scherung wird sichergestellt, daß jedes Materialteilchen vielfach über einen tieferliegenden Stegabschnitt bzw. Quersteg geschert und somit vollkommer gleichmäßig homogenisiert wird.

Die niedrigeren Zwischenstegabschnitte 6 entsprechen in ihrer Länge etwa der Länge der hohen Stegabschnitte 5. Es stehen den nicht aufgeschlossenen Materialinseln somit durch die niedriger gehaltenen Stege viele freie Passierflächen zur Verfügung. Die noch nicht aufgeschlossenen Materialinseln werden daher in schonender Weise und ohne übermäßige innere Reibung aufgeschlossen, wodurch erreicht wird, daß nur eine geringfügige Temperaturerhöhung des Materials entsteht. Diese schonende Materialbearbeitung mit nur geringer Friktionserwärmung wird durch die langen niedrigen Zwischenstegabschnitte in Verbindung mit den Querstegen gleicher Höhe erreicht.

Die Schnecke garantiert somit eine sehr intensive Verteilung des zu verarbeitenden Materials aufgrund der Querstege 8 und der niedrigeren sich daran anschließenden Zwischenstegabschnitte 6 sowie eine ausgezeichnete Zerteilung durch die vielfache Scherung des Materials über die niedrigeren Stegabschnitte und den Querstegen. Da das Misch- und Homogenisierteil selbst insgesamt eine große Länge niedrigerer Zwischenstegabschnitte aufweist, erfolgt eine sehr geringe Materialstauung vor den Stegen. Der Druckverlust ist also sehr gering, und das Übertreten und somit das Scheren verteilt sich auf eine sehr große Länge, wodurch in erster Linie die schonende Materialbearbeitung erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehrgängige Extruderschnecke für die Verarbeitung von thermoplastischen und elastomeren Kunststoffen oder Kautschuk mit wendelförmig um einen Schneckenkern geführten Schneckenstegen, mit jeweils in regelmäßigen Abständen und Längen niedriger ausgeführten Zwischenstegabschnitten, wobei vom Ende des in Förderrichtung gesehen höheren Schneckenstegabschnittes Querstege ausgehen, die sich zum nachfolgenden höheren Schneckenstegabschnitt erstrecken und etwa die gleiche Höhe wie die niedrigeren Zwischenstegabschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstege (8) in Förderrichtung gesehen auf den Endpunkt (7) eines höheren Schneckenstegabschnitts des jeweils nachfolgenden Schneckenstegs treffen und daß auch die niedrigeren Zwischenstegabschnitte (6) wendelförmig mit demselben Steigungswinkel als die höheren Schneckenstegabschnitte ausgebildet sind.