-
-
Schneckenextruder
-
Die Erfindung betrifft einen Schneckenextruder mit einer ein-oder
mehrgängigen Extruderschnecke.
-
Schneckenextruder der genannten Art sind allgemein verbreitet.
-
Eine wesentliche Schwäche der bekanntgewordenen Extruderschnecken
liegt in- der Gefahr ungewöhnlich hohen Verschleißes durch das Anlaufen der Schnecke
am- Extruderzylinder. Derartige Erscheinungen sind insbesondere bei Inhomogenitäten
in der Ext-ruderfüllung mit bekannten Mitteln praktisch kaum zu vermeiden.
-
Technische Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine weitgehend unabhängig
vom Material der Füllung wirksame Zentrierhilfe zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe durch einen Schneckenextruder der genannten Art gelöst, der sich
dadurch auszeichnet, daß die Extruderschnecke auf ihrer freien Länge wenigstens
ein Führungsstück aufweist, das auf seinem Umfang gleichmäßig verteilt mindestens
drei vorzugsweise im wesentlichen etwa bis zum Schneckenkern reichende, in ihrer
Form identische und im wesentlichen in Schneckenachsrichtung verlaufende Einschnitte
aufweist, wobei die Außenflächen der zwischen jeweils zwei benachbarten Einschnitten
liegenden Stege-mit der Zylinderinnenwand des Extruders in Schneckendrehrichtung
sich erstreckende, hydrodynamischen Druck erzeugende Spalte bilden. Die Außenflächen
der Stege können mit der Innenwand des Extruderzylinders in Umfangsrichtung gesehen
über ihre gesamte Länge oder auch nur auf Teilabschnitten Keilspalte bilden, die
sich in Drehrichtung der Extruderschnecke öffnen.
-
Die Extruderschnecke kann auf ihrer Länge auch mit zwei oder mehr
Führungsstücken ausgestattet sein, die dann jeweils Schneckenabschnitte von im wesentlichen
gleicher Länge zwischen
sich ei##schlieC:en. Dabei ist die freie
rclneckenld:#nSe am En e der Schnecke vorteilhafterweise kleiner als der Abstand
zwischen zwei benachbarten Führungsstücken oder zwischen dem Schneckenlager und
dem - gegebenenfalls ersten - Führungsstück.
-
Die Führungsstücke einer Extruderschnecke sind mit mindestens drei,
vorteilhaft mit vier bis zwölf und insbesondere mit vier bis acht Einschnitten ausgestattet.
Es ist möglich, die Einschnitte in Achsrichtung anzuordnen, es kann jedoch von erheblichem
Vorteil sein, wenn die Stege der Führungsstücke schraubenlinienförmig verlaufen
und zwar mit derselben Steigungsrichtung wie sie die Schneckengänge zeigen. Das
Maß der Steigung bzw. die Ganghöhe kann jedoch unabhängig von den entsprechenden
Schneckendaten festgelegt werden.
-
Die einzelnen Spalte eines Führungsstückes sollen untereinander gleiche
sowie über die Steglänge gleichbleibende Form haben.
-
Diese Form der Spalte bzw. Keilspalte kann je nach Konsistenz des
zu verarbeitenden Kunststoffmaterials ein spezifisch ausgebildetes Profil aufweisen.
Die unterschiedlichen Profile werden durch bestimmte Gestaltung der als Gleitschuh
ausgebildeten Außenflächen der Stege erreicht. Ein Keilspalt, der sich in Umfangsrichtung
der Extruderschnecke kontinuierlich zwischen zwei benachbarten Einschnitten eines
Führungsstückes erstreckt, kann dadurch erzielt werden, daß die Außenfläche des
betreffenden Steges als Mantelabschnitt eines Kreiszylinders ausgebildet ist, dessen
Achse exzentrisch zur Achse des Extruderzylinders liegt oder mit anderen Worten:
die so gestaltete Außenfläche des Steges ist gegen die Innenwand des Extruderzylinders
derart geneigt, daß sich der Keilspalt in Drehrichtung der Extruderschnecke öffnet.
-
Ein im ganzen keilförmiger Spalt kann dadurch erreicht werden, daß
die Außenfläche des Steges aus zwei in Umfangsrichtung der Extruderschnecke aufeinanderfolgenden,
zur Extruderzvlinderinnenwand koaxialen und stufig gegeneinander abgesetzten Zylindermantelabschnitten
mit unterschiedlichen
Krümmungsradien besteht, wobei der Zylindermantelabschnitt
mit dem kleineren Krümmungsradius in Drehrichtung des Schneckenextruders gesehen
vor dem zweiten Zylindermantelabschnitt liegt.
-
Der Steg kann auch derart ausgebildet sein, daß nur ein Teilabschnitt
seiner Außenfläche zusammen mit der Zylinderinnenwand einen Keilspalt bildet. Dazu
ist der in Schneckendrehrichtung vordere Zylindermantelabschnitt exzentrisch zur
Extruderzylinderinnenwand angeordnet, während der hintere Zylindermantelabschnitt
der Stegaußenfläche koaxial zur Zylinderinnenwand des Extruders angeordnet ist.
Die beiden Flächenabschnitte der Außenfläche des Steges stoßen dabei "nahtlos" aneinander.
-
Um schädliche Toträume vor oderjund hinter den Führungsstücken zu
vermeiden, werden die Stege an ihren beiden Enden vorteilhaft so geformt, daß das
geförderte Material in die Einschnitte und durch sie hindurchgeführt wird.
-
Um insbesondere für das Anfahren, etwa bei leerem Extruder, die erwünschten
Notlaufeigenschaften zu erreichen, werden vorteilhaft die mit der Zylinderwand die
Keilspalte bildenden Stegoberflächen mit einer verschleißfesten Außenhaut wie einer
Plattierung oder einer anderen Panzerung und gegebenenfalls mit Hartmetalleinsätzen
ausgestattet. Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Führungsstücke austauschbar, beispielsweise
axial verschraubt oder als Halbschalen auf den Schneckenkern aufgesetzt sind; sie
sind so jederzeit als Verschleißteile ersetzbar.
-
In einer besonderen Ausbildungsform sind die Schneckenstege selbst
auf ihren Außenflächen mit in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneten Kerben
versehen und die dazwischenliegenden Schneckenstegabschnitte derart geformt, daß
sie mit der 2ylinderinnenwand zur Drehrichtung offene Keilspalte bilden. Dabei ist
es möglich, auch die mit einem oder mehreren Führungsstücken ausgerüstete Extruderschnecke
mit Keilspalte bildenden Schneckenstegen auszurüsten.
-
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung von Keilspalten
bei gefülltem Innenraum des in Betrieb befindlichen Schneckenextruders auch dann
das Anlaufen der Extruderschnecke an der Zylinderinnenwand praktisch verhindert,
wenn in der Füllmasse verhältnismäßig starke Inhomogenitäten auftreten.
-
An Hand der beigegebenen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 Extruderschneckenabschnitt mit einem erfindungsgemäßen r½#hrungsstück;
Fig. 2 Führungsstück in parallelperspektivischer Darstellung; Fig. 3 Stirnansicht
eines Führungsstückes; Fig. 4 Abschnitt einer Extruderschnecke mit Keilspalte bildenden
Schneckenstegen; Fig. 5a unterschiedliche Querschnittprofile von Führungsbis 5d
stücken.
-
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Extruderschnecke 1, bei welcher
die Schneckengänge und -stege zur Anordnung eines erfindungsgemäßen Führungsstückes
3 unterbrochen sind. Das Führungsstück 3 weist in regelmäßigem Abstand auf dem Umfang
verteilte Einschnitte 5 auf, zwischen denen die Stege 6 verlaufen, deren umschreibender
Kreis praktisch dem Schneckendurchmesser entspricht. Bei der dargestellen Ausführungsform
verlaufen die Stege 6 parallel zur Schneckenachse und sind bevorzugt derart ausgebildet,
daß auf jeder Seite des Führungsstücks 3 einer der Stege 6 sich bündig an die Stirnfläche
des jeweils anschließenden bzw.
-
endenden Schneckensteges oder - bei mehrgängigen Schnecken - der Schneckenstege
anschließt. Bei dieser Anordnung wird eine Störung des Materialflusses durch die
Einschnitte 5 vermieden, die sich ergeben könnte, wenn ein Schneckensteg 2 mit einem
Einschnitt 5 zusammenkommt. Eine solche Maßnahme ist auch bei der nachfolgend beschriebenen
Anordnung der Stege 6 gemäß Fig. 2 von Vorteil.
-
Die Einschnitte 5 und Stege 6 können auch derart ausgebildet sein,
daß eine aktive Förderung auch im Bereich des Führungsstückes 3 stattfindet. Zu
diesem Zweck verlaufen die Stege 6 schraubenlinienförmig mit einer Steigungsrichtung,
die der der Schneckengänge entspricht. Das Maß der Steigung, d. h. die Ganghöhe,
kann dabei unabhängig von der der Schneckengänge festgelegt werden.
-
Eine derartige Ausbildung des Führungsstückes zeigt die Fig. 2.
-
Es ist aus der Extruderschnecke 1 herausgeschnitten, was durch die
Schnittfläche des Schneckenkerns 7 angedeutet ist. Desgleichen ist die Innenfläche
des Extruderzylinders durch die strichpunktierten Linien 4 angedeutet.
-
Wie Figur 2 deutlich machen soll, sind die zur Zylinderinnenwand 4
weisenden Stegflächen 16 so geformt, daß sie mit der Innenwand 4 die Keilspalte
9 bilden. Sie sind in Drehrichtung 8 offen, so daß durch die Drehbewegung der Schnecke
Material in sie hineingedrückt wird. Da dies bei allen (in der Figur sind es vier)
Stegen gleichzeitig erfolgt, wird das Pührungsstück 3 und damit auch die Schnecke
1 wirksam zentriert. Infolge des schraubenlinienförmigen Verlaufs der Stege wird
der Extruderinhalt auch im Bereich des Führungsstückes 3 aktiv in Schneckenachsrichtung
14 gefördert. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Spaltstärke über die gesamte
Spaltlänge bzw. über die gesamte Breite des Steges 6 in der Zeichnung übertrieben
dargestellt ist; der Keilwinkel ist in der Praxis wesentlich geringer.
-
Da die zentrierende wirkung der Keilspalte 9 erst bei gefülltem Extruder
im Bereich des Führungsstückes a eintritt, werden die Außenflächen 16 der Utege
6 vorteilhaft gegen Verschleiß durch das Anlaufen an der Zylinderinnenwand geschützt,
indem sie eine gepanzerte Außenhaut erhalten. In der Figur 3 sind zwei solche Möglichkeiten,
eine latterung 10 oder ein Hartmetalleinsatz 11, angedeutet.
-
Die beiden Figuren 2 und 3 zeigen außerdem zwei verschiedene Anordnungen
der Einschnitte 5 und Stege 6. In beiden Fällen ver-
laufen die
seitlichen Begrenzungsflächen der Stege 6 zueinander im wesentlichen parallel. Jeweils
im Querschnitt betrachtet liegen in Figur 2 die Seitenbegrenzungen der Keilspaltspitzen
auf Durchmessern des umschreibenden Kreises, während beim Beispiel der Figur 3 die
Stege 6 einander jeweils genau gegenüberliegen.
-
Beide Ausführungsformen gelten jedoch beispielsweise. So kann etwa
die - in Drehrichtung 8 - Vorderkante der Stege 6 stark gerundet sein und weich
in die Einschnitte 5 übergehen. Zwar wird dabei die in Ufangsrichtung gemessene
Keilspaltlänge kleiner, es hat sich jedoch gezeigt, daß in einer großen Zahl von
Anwendungsfällen dies die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung praktisch nicht beeinträchtigt.
-
Eine Berücksichtigung der oben beschriebenen Keilspaltwirkung bei
der Gestaltung der Stege 2 einer Extruderschnecke ist in Figur 4 angedeutet. Hier
sind die Schneckenstege 2 selbst mit nicht zu tiefen, den Materialfluß praktisch
nicht oder doch nicht wesentlich störenden Kerben 12 versehen, die mit gleichem
gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Die dabei von der Stegaußenfläche 17 stehenbleibenden
Abschnitte 13 werden so geformt, daß sie die in Umlaufrichtung 8 sich öffnenden
Keilspalte entsprechend den Keilspalten 9 der Führungsstücke 3 bilden. Bei der Verteilung
der Kerben 2 ist es dabei nicht erforderlich, daß diese wie in Figur 4 angedeutet
in jedem Gang (Ganghöhe 18) an der gleichen Stelle liegen; bei Beachtung eines gleichen
Abstandes von Kerbe 12 zu Kerbe 12 ist die zentrierende Wirkung gegebenenfalls bereits
dann gewährleistet, wenn bei drei aufeinanderfolgenden Gängen die Kerben so verteilt
sind, daß sie in Achsrichtung betrachtet auf dem Umfang des umschreibenden Kreises
gleichmäßig (1200 Zwischenwinkel) verteilt sind. Die Abstände sollen jedoch nicht
zu groß sein und möglichst so gewählt werden, daß auf höchstens zwei Ganghöhen 18
wenigstens drei Kerben 12 kommen. Die Wahl der Abstände zwischen den Kerben 12 hängt
von einer Reihe Faktoren wie dem Verhältnis von Schneckenaußendurchmesser zu Ganghöhe
18, der Art und Beschaffenheit des verarbeiteten Materials, der Biegesteifheit der
Schnecke o.ä. ab.
-
Die in den Figuren 5a bis 5d dargestellten Querschnittsprofile des
Führungsstückes 3 unterscheiden sich voneinander durch die Ausbildung der Außenflächen
16 ihrer Stege. In Figur 5a wird die Außenfläche 16 des Steges 6 von einem Zylindermantelabschnitt
gebildet, und zwar im hier dargestellten speziellen Fall vom Mantelabschnitt eines
Kreiszylinders. Der Krümmungsradius des in der Querschnittsdarstellung erkennbaren
Kreisbogens der Außenfläche 16 kann kleiner, gleich oder auch größer als der Krümmungsradius
der Innenwand des Extruderzylinders sein. Wesentlich ist, daß die Außenfläche 16
gegenüber der Innenwand des Extruderzylinders geneigt ist. Im Extremfall kann die
Außenfläche 16 des Steges 6 vor einer ebenen, gegen die Innenwand des Extruderzylinders
geneigten Fläche gebildet werden.
-
In den Figuren 5b und 5c sind die Außenflächen der Stege 6 jeweils
aus zwei gewölbten Flächen zusammengesetzt, die in den Querschnittsdarstellungen
durch die Bogenabschnitte a und b begrenzt sind. In Figur 5b sind die Abschnitte
a und b von konzentrischen Kreisbögen gebildet, die stufig gegeneinander abgesetzt
sind. Bei der Drehbewegung des Führungsstückes 3 entsteht durch das Zusammenwirken
ter beiden Abschnitte a und b in Spalt 9 eine Tragwirkung, die der des kontinuierlich
gebildeten Keilspaltes gemäß Fig. 5a gleichkommt.
-
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5c liegt der in Drehrichtung der
Extruderschnecke hintere Flächenabschnitt b wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.
5b koaxial zur Extruderzylinderbohrung. Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 5b
sind in Fig. 5c die beiden Flächenabschnitte a und b der Außenfläche 16 nicht stufig
gegeneinander abgesetzt; sondern der Flächenabschnitt a liegt derart geneigt zur
Innenwand des Extruderzylinders, daß die beiden Flächenabschnitte a und b "nahtlos"
ineinander übergehen und zwischen Zylinderinnenwand 4 und dem Flächenabschnitt a
ein Keilspalt 9 gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5d ist die als Gleitschuh
ausgebildete Außenfläche 16 des Steges 6 von einer
parabolisch
gewölbten Fläche gebildet, die gegen die Innenwand 4 des Extruderzylinders derart
angestellt ist, daß sich der Keilspalt 9 gegen die Drehrichtung 8 der Schnecke 1
parabolisch abnehmend verengt.
-
In den Figuren 5a bis 5d ist das Augenmerk allein auf die verschiedenen
Ausführungsformen der enfläche 16 der Stege 6 gerichtet. Die Stege 6 stehen sich
in diesen Darstellungen in allen Fällen um 1800 gegenüber, so daß die Stegflanken
in der Querschnittdarstellung Sekanten zu dem die Schnecke umschreibenden Kreis
bilden. Selbstverständlich können die in den Figuren 5a bis 5d dargestellten Ausführungsformen
der Außenflächen 16 auch bei der in Figur 2 dargestellten Stegform angewendet werden,
bei welcher jeweils eine der beiden Flanken eines Steges 6 radial verläuft.
-
Es hat sich gezeigt, daß die erfi dungsgemäßen Maßnahmen geeignet
sind, den Verschleiß der Schneckenaußenfläche erheblich zu verringern. Außerdem
ist bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Austauschbarkeit der Führungsstücke jederzeit
die Möglichkeit zum Austausch gegeben, ohne daß die ganze Schnecke ausgewechselt
werden müßte. Die Gebrauchsdauer der Schnecke wird dadurch beträchtlich erlängert.
-
BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Extruderschnecke, Schnecke 2 Schneckensteg
3 Führungsstück 4 Zylinderinnenwand, Innenfläche 5 Einschnitt 6 Steg 7 Schneckenkern
8 Drehrichtung 9 Keilspalt 10 Plattierung 11 Verschleieinsatz, Hartemetalleinsatz
12 Kerbe 13 Keilspaltbereich, Stegabschnitt 14 Schneckenachsrichtung 15 Abstand
16 Außenfläche (Steg 6> 17 Außenfläche (Steg 2) 18 Ganghöhe