DE3320607C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Bohrung in der durch die DE-PS 12 67 833 bekannten Schnecke weist ein Rohr auf, das an beiden Enden zum Durchlaß des Wärmeträgers geöffnet und über Zapfen abgestützt ist. Zwischen dem Rohr und der axialen Bohrung sind Schraubengänge vorgesehen, durch die bei Drehung der Schnecke der Wärmeträger zur Schneckenspitze gefördert und dort in das Innere des Rohres gepreßt wird. Der Druck zwingt die Flüssigkeit zum Durchlauf und Verlassen des Rohres, um erneut der Förderung durch die Schraubengänge unterworfen zu werden. Mit diesem Umlauf des Wärmeträgers wird durch Wärmeentzug im Bereich der wärmeren Schneckenspitze und Wärmeabgabe im kühleren Einzugsbereich der Schnecke ein annähernd axialer Temperaturausgleich erzielt. Als Folge der laminaren Strömung kommt es bei dieser bekannten Ausführung allerdings zu einem schlechten Wärmetransport und damit verbunden zu einem schlechten Wärmeübergang. Außerdem ist der Wärmetransport von der Schneckendrehzahl abhängig.

Es ist weiters eine Ölumlauftemperierung bekannt, wobei in einem Heiz-Kühlaggregat temperiertes Öl als Wärmeträger über Druckleitungen und dem Schneckenrohr zur Schneckenspitze und außerhalb des Rohres wiederum zurück gepumpt wird. Dabei kommt es zu einer Wärmeübertragung durch Konvektion zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmeträgeröles und zwischen dem zurückfließenden Öl und der Schnecke. Diese Ausbildung ist mit dem Nachteil einer teilweisen Energievernichtung verbunden, da nicht die ganze der Schneckenspitze entzogene Energie dem Einzugsbereich zugeführt, sondern ein Teil mit dem Wärmeträger aus der Schnecke transportiert wird. Außerdem erfordert die Abdichtung beim Eintritt des Temperaturmediums in die Schnecke eine aufwendige Konstruktion.

Es ist weiters - beispielsweise zur Kühlung von Reaktoren - ein sogenanntes Wärmerohr bekannt, mit dem unabhängig von Gravitation und Pumpen allein durch ein Temperaturgefälle ein Umlauf des Übertragungsmittels bewirkt wird. Dieses Prinzip beruht auf Kapillarkräften bzw. der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Die Innenwand des aus einem allseits geschlossenen Hohlraum gebildeten Wärmerohres ist mit einem eine Kapillarstruktur aufweisenden Docht ausgebildet. Wird beispielsweise im Bereich des einen Wärmerohrendes Wärme zugeführt, so verdampft dort die Wärmeträger-Flüssigkeit und der Dampf strömt in Richtung des Temperaturgefälles zum anderen Ende. Dort kondensiert er unter Abgabe seiner Verdampfungswärme und wird vom Docht unter Ausnutzung der Kapillarkräfte wiederum dem Verdampfungsbereich zugeführt.

Weiters wurde durch die DE 17 29 344 C3 eine Schnecke für einen Extruder bekannt, bei der ein Kühlsystem in die Schneckenbohrung eingearbeitet ist. Dabei dienen die Schneckengänge zur Förderung der Kühlflüssigkeit und sind direkt in der Schneckenbohrung eingearbeitet. Bei dieser bekannten Lösung ist ein verstellbarer Stopfen vorgesehen der zur Beeinflussung des Kondensationseffektes dient.

Bei dieser Lösung ergibt sich jedoch der Nachteil eines sehr komplizierten Aufbaus.

Weiters wurde durch die Zeitschrift "Kunststoff-Berater" 16. Jahrgang, 4/1971 eine Schnecke für einen Extruder bekannt, die ähnlich wie die zuvor beschriebene aufgebaut ist. Allerdings erfolgt bei dieser Lösung die Förderung der Kühlflüssigkeit über einen Docht. Auch bei dieser Lösung ergibt sich aber, so wie bei den anderen beschriebenen Lösungen der Nachteil, daß eine gezielte Wärmeführung nicht möglich ist. Auch ist es beiden bekannten Lösungen nicht möglich eine unerwünschte Wärmeabgabe vom Schneckenkern im Bereich der Knet- und Entgasungszone zu vermeiden.

Weiters wurde durch die DE-OS 31 29 024 eine Schnecke bekannt, bei der im Inneren der Schnecke eine Sackbohrung vorgesehen ist, in der ein Rohr angeordnet ist, das im Bereich der Schneckenspitze offen ist. Auch bei dieser Lösung ist eine unerwünschte Wärmeabgabe im Bereich der Knetzone nicht zu verhindern.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Schnecke der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der ein Wärmetransport von der Spitze der Schnecke zum Schneckenschaft und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Länge der Schnecke sichergestellt ist.

Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 hervorgehobenen Merkmale erreicht. So wird durch den Einsatz aus einem wärmeisolierenden Material eine unerwünschte Wärmeabgabe im unmittelbar an die Schneckenspitze anschließenden Bereich vermieden. Dadurch kommt es zu einer entsprechend erhöhten Wärmeabgabe im an den Schneckenschaft anschließenden Bereich und damit zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung über die Länge der Schnecke. Dabei ergibt sich durch den Isolationseinsatz eine wirkungsvolle Isolierung einzelner Schneckenzonen gegen einen Wärmeaustausch mit angrenzenden Zonen.

Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung nach dem Merkmal kann darin bestehen, daß der wärmeleitende Einsatz im hinteren, dem Schneckenschaft zugekehrten Bereich einen im Vergleich zum vorderen Bereich geringeren Außendurchmesser aufweist. Hierdurch ist eine konstruktive einfache und wirkungsvolle Längeneinstellung des gewünschten, durch das Wärmerohr beheizbaren Schneckenbereiches möglich.

Ferner kann die erfindungsgemäße Schnecke auch so weitergebildet werden, daß der dem Schneckenschaft zugekehrte, in der vergrößerten Bohrung befindliche Bereich des Wärmerohres und der Isolationseinsatz mit einer wärmeleitfähigen Metallegierung eingegossen ist. Hierdurch wird eine sehr gute Wärmeübertragung im Bereich des hinteren, wärmeabgehenden Wärmerohrbereiches gewährleistet.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schnecke kann darin bestehen, daß der Isolationseinsatz lediglich in seinen beiden Randbereichen am Wärmerohr aufliegt, wodurch eine verstärkte Isolationswirkung im mittleren Bereich des Wärmerohres zur Erzielung eines gleichmäßigen, axialen Temperaturprofiles erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Schnecke eines konischen Doppelschneckenextruders,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine konische Schnecke.

Die in Fig. 1 dargestellte Schnecke 1 ist mit einer axialen Sacklochbohrung 2 ausgebildet, deren Öffnung am Ende des Schneckenschaftes 3 liegt. Diese Sacklochbohrung 2 weist etwa ab der Schneckenmitte bis zur Öffnung eine vergrößerte Bohrung 4 auf. Ein an sich bekanntes und in der Einleitung bereits näher beschriebenes, einen abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum bildendes Wärmerohr 5 ist in der Sacklochbohrung 2 im Bereich der gesamten Schneckenlänge angeordnet. Im vorderen, der Schneckenspitze zugekehrten Bereich der vergrößerten Bohrung 4 ist ein das Wärmerohr 5 umgebender zylindrischer Isolationseinsatz 6 und im anschließenden hinteren Bereich ein zylindrischer Einsatz 7 aus wärmeleitfähigem Material vorgesehen. Der Innendurchmesser beider Einsätze 6, 7 entspricht dem Außendurchmesser des Wärmerohres 5. Der Außendurchmesser des wärmeleitfähigen Einsatzes 7 entspricht ebenso wie jener des Isolationseinsatzes 6 dem Innendurchmesser der vergrößerten Bohrung 4, wobei jedoch der über das Wärmerohr hinausgehende Teil des Einsatzes 7 unter Bildung eines Luftspaltes 8 einen geringeren Außendurchmesser aufweist. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges wird auf die Oberflächen Wärmeleitpaste aufgetragen. Mit einer derartigen Ausführung ist eine einfache Demontage ohne besondere Hilfsmittel durchführbar.

Im folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Schnecke 1 beschrieben.

Die in der Ausstoßzone auftretende hohe Schererwärmung wird durch den in diesem Bereich befindlichen vorderen Teil des Wärmerohres 5 unter Verdampfung des Wärmeträgers aufgenommen und selbsttätig dem kühleren Einzugsbereich am hinteren Schneckenende zugeführt. Dabei wird durch den etwa im mittleren Teil der Schnecke 1 befindlichen Isolationseinsatz 6 eine unerwünschte vorzeitige Wärmeabgabe zuverlässig ausgeschlossen. Im Bereich des wärmeleitfähigen Einsatzes 7 wird schließlich die Wärme unter Kondensation des Dampfes an die Schnecke 1 abgegeben, so daß es durch die erfindungsgemäße Ausbildung zur selbsttätigen Bildung eines gleichmäßigen Temperaturprofiles kommt. Durch die Möglichkeit einer Längenvariation sowohl des Isolationseinsatzes 6 als auch des wärmeleitfähigen Einsatzes 7 und des Luftspaltes 8 kann die Länge des beheizten Bereiches der Schnecke 1 zur genauen Einstellung des gewünschten axialen Temperaturprofiles verändert werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Schnecke 1 ist mit derselben, bereits beschriebenen Sacklochbohrung 2 ausgebildet. Der hintere Teil eines Wärmerohres 9 ist mitsamt einem Isolationseinsatz 10 durch eine wärmeleitfähige Metallegierung eingegossen, wodurch ein Aufsatz 11 am Wärmerohr 9 gebildet ist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der vergrößerten Bohrung 4 entspricht. Mit dieser Ausführung wird ein besonders guter Wärmeübergang erzielt. Der Isolationseinsatz 10 liegt lediglich in seinen beiden Randbereichen 12 am Wärmerohr 9 auf.

Die Schnecke 1′ mit Schneckengängen zum Transport des Kunststoffes in Richtung zur Schneckenspitze weist eine zentrale und koaxiale Bohrung 2′ auf. Diese im Bereich des Schneckenschaftes einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisende Bohrung 2′ ist im Bereich der Durchmesserverkleinerung durch einen Verschluß 3′ luftdicht abgeschlossen. Innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Bereiches der Bohrung 2′ ist ein an deren Innenwand anliegendes Kapillarsystem 4′ angeordnet. Dieses ist aus mehreren Lagen Drahtnetz gebildet und dient ähnlich der Wirkung eines Dochtes als Transportmedium für den ebenfalls innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Bereiches der Bohrung 2′ befindlichen flüssigen Wärmeträger. Der beispielsweise aus Wasser bestehende Wärmeträger verdampft an den wärmsten Stellen im Bereich der Schneckenspitze unter Aufnahme der Verdampfungswärme und kondensiert an den kältesten Stellen im Einzugsbereich der Schnecke unter Abgabe der Verdampfungswärme. Das Kondensat wird mit Hilfe des Kapillarsystems unter Ausnutzung der Kapillarkraft zurück zum Verdampfer transportiert. Durch das direkt an die Innenwand der Bohrung 2′ anliegende Kapillarsystem ist sowohl eine rasche Aufnahme als auch Abgabe der Wärme möglich.

Im Rahmen der Erfindung kann anstelle des beschriebenen Kapillarsystemes ebenso ein anderes bekanntes System verwendet werden. So kann beispielsweise die Flüssigkeit auch in einer oder mehreren koaxial zur Bohrung der Schnecke angeordneten zylinderförmigen Netzarterien in axialer Richtung transportiert werden. Diese zylinderförmigen Netzarterien sind über rippenförmige Kapillarstege mit der Innenwand der Schneckenbohrung verbunden. Zum Transport des Wärmeträgers entlang der Innenwand der Schneckenbohrung dienen Rillen, die in Form eines Spitzgewindes in die Innenwand geschnitten sind.

Claims (3)

1. Schnecke für einen Kunststoffextruder mit einer axial verlaufenden Bohrung und einem flüssigen Wärmeträger, bei welcher Schnecke in der axialen Bohrung ein einen abgeschlossenen Zylinder bildendes Wärmerohr vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme des Wärmerohres (5, 9) vorgesehene koaxiale Bohrung in an sich bekannter Weise als zum Schneckenschaft hin geöffnete und sich bis zur Schneckenspitze erstreckende Sacklochbohrung (2) ausgebildet ist, wobei im Bereich nach der Schneckenspitze bis zum Schaftende eine Vergrößerung des Durchmessers der Bohrung (2) über den Durchmesser des Wärmerohres (5, 9) hinaus vorgesehen ist und zwischen vergrößerter Bohrung (4) und Wärmerohr (5, 9) einerseits im vorderen, an die Schneckenspitze angrenzenden Bereich ein zylindrischer Isolationseinsatz (6, 10) und andererseits im anschließenden hinteren Bereich ein zylindrischer, aus wärmeleitendem Material hergestellter Einsatz (7) angeordnet ist.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Einsatz (7) im hinteren, dem Schneckenschaft zugekehrten Bereich einen im Vergleich zum vorderen Bereich geringeren Außendurchmesser aufweist.

3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Schneckenschaft zugekehrte, in der vergrößerten Bohrung (4) befindliche Bereich des Wärmerohres (9) und der Isolationseinsatz (10) mit einer wärmeleitfähigen Metallegierung eingegossen ist.