DE69118431T2

DE69118431T2 - Extruderschnecke

Info

Publication number: DE69118431T2
Application number: DE69118431T
Authority: DE
Inventors: Romano Brambilla
Original assignee: Brabor Srl
Current assignee: Brabor Srl
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-08
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-05-09
Also published as: EP0456230A1; DE69118431D1; PT97667A; US5088914A; ATE136249T1; CZ280786B6; CS9101348A2; HUT63091A; IE911500A1; EP0456230B1; HU911516D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Extrusionsschrauben bzw. Extruderschnecken. Im allgemeinen wird bei Extrudern Plastikmaterial in Pellet- bzw. Pillenform aus einem Trichter in eine Tonne oder einen Zylinder zugeführt, wo das Material progressiv erhitzt wird, so daß es schmilzt und von einer Extruderschnecke in eine Gußform zugeführt werden kann, um verschiedene Formtypen zu bilden. Die Pellets bzw. Pillen werden durch die Tonne bzw. den Zylinder und etwas Reibungserwärmung erhitzt.
Wo bzw. als Versuche gemacht wurden, das Plastikmaterial in Pulverform zu liefern, ist es als notwendig erachtet worden, Entlüftungen im Zylinder vorzusehen. Die Stege auf der Schraube bzw. Schnecke in der Ventilierungszone des Zylinders laufen teilweise gefüllt und bei Null-Druck. Die Entlüftungen sind in der Entlüftungszone vorgesehen, um es zu gestatten, daß Gase aus dem geschmolzenen Plastik entweichen. Diese Gastaschen entweichen aus der Schmelze und wandern spiralförmig um den teilweise gefüllten Kanal, bis sie aus dem Entlüftungsloch im Zylinder entweichen können. Ein Beispiel eines Extruders, der Entlüftungen aufweist, ist in GB-A-1.450.087 gezeigt. Dabei weist dieser Extruder eine Schnecke auf, die in vier Zonen geteilt ist, nämlich eine Speise- bzw. Eingabezone, eine Plastifizierungszone, eine Dekompressionszone und eine Pumpzone. Dabei wird die Plastifizierungszone von einem Transfer- bzw. Übertragungsgewinde bzw. einer Übertragungsschnecke definiert, die eine größere Steigung besitzt, als die der Förderschnecke bzw. des Fördergewindes, wobei die Transferschnecke an den stromaufwärts liegenden und den stromabwärts liegenden Enden der Plastifizierungszone angefügt ist.
Vom Standpunkt der Kostenersparnisse und der Materialverwendung wäre es vorteilhaft, eine Zylinder ohne Entlüftungen zu besitzen und einen Extruder zu besitzen, in dem das Plastikmaterial, das in Pulverform ist, in Mischbzw. Verbindungsabschnitten hin und her umgewälzt wird, um eine gute Homogenisierung zu erreichen, und zwar ohne die Notwendigkeit für Entlüftungen. Um einen Rückwärtsfluß in einer Extruderschnecke zu verhindern, zeigt US-A- 3504400 eine Extruderschnecke mit zwei Zonen mit verschlungenen bzw. verwunden ersten und zweiten Stegen.
Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine Extruderschnecke vorzusehen, die fähig ist, Plastikmaterial in Pulverform zu verwenden.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine solche Extruderschnecke mit verbesserten Mischeigenschaften vorzusehen.
Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, einen Extruder zu besitzen, in dem der Zylinder keine Entlüftungen enthält.
Gemäß dieser Erfindung weist eine Extruder- bzw. Extrusionsmaschine einen Einfülltrichter auf, um Plastikmaterial in Pulverform in den Zylinder einzufüllen bzw. zuzuführen, der die Extruderschnecke enthält. Die Schnecke ist in eine Anzahl von einzelnen Abschnitten aufgeteilt. Diese Abschnitte weisen einen Zuführabschnitt in Verbindung mit dem Trichter auf. Der nächste Abschnitt ist ein Mischabschnitt, der dann mit einem Übergangsabschnitt in Verbindung steht, der mit einem weiteren Mischabschnitt in Verbindung steht, der wiederum mit einem Misch- und Zumeßabschnitt in Verbindung steht, um das Material in die Form einzufüllen. Der Zylinder besitzt gesteuerte Erwärmung bzw. Heizung über seine Länge, um zu bewirken, daß das Pulvermaterial schmilzt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung besitzt die Extruderschnecke in jedem der Mischabschnitten einen doppelten Steg bzw. ist zweigängig, und zwar um zu bewirken, daß das Material in jedem Abschnitt hin und her fließt, wobei somit für einen besseren Mischvorgang gesorgt wird, zur Verwendung von Pulver insbesondere in einem nicht entlüfteten Zylinder nötig ist. Der Misch- und Zumeßabschnitt ist vorzugsweise mit Umfangsvorsprungselementen und Unterbrechern an der Extruderschnecke versehen, um auch für besseres Vermischen zu sorgen.
Die Erfindung kann durchgeführt werden durch das Ausbilden der doppelten Stege in jedem Mischabschnitt in einer solchen Weise, daß ein Steg einen geringeren Durchmesser als der andere Steg besitzt. Zusätzlich würde die Beabstandung zwischen den beiden Stegen bei jedem Stegsatz sich progressiv erhöhen und zwar vom Einfüllende zum Ablaß- bzw. Ausgangsende eines jeden Mischabschnittes. Der Misch- und Zumeßabschnitt wird vorzugsweise mit zwei Vorsprungselementen versehen, die um 180 Grad voneinander angeordnet sind, wobei ein Vorsprungselement stromabwärts vom anderen Vorsprungselement liegt. Jedes Vorsprungselement wird vorzugsweise mit einer Seite gebildet, die sich sanft tangential von der Wurzel- bzw. Grundoberfläche der Extruderschnecke erstreckt, während die entgegengesetzte Seite erhaben ist und eine Schulter bildet, und zwar mit Bezug auf die Wurzel- bzw. Grundoberfläche der Schraube bzw. Schnecke. Die Schneckenkonfiguration gestattet es, daß jegliche Luft oder jegliches Gas im Zylinder rückwärts fließen kann und durch das Einfüllende abgelassen werden kann, wobei somit die Notwendigkeit für Entlüftungen im Zylinder vermieden wird.

Die Zeichnungen

Die Zeichnungen verdeutlichten in einer genauen relativen Proportion verschiedene Details des Zylinder- und Schraubenteils der Extrusionsmaschine.
Figur 1 ist ein Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils einer Extrusionsmaschine gemäß dieser Erfindung;
Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Einfüllbzw. Zuführabschnittes des Zylinders im Extruder der Figur 1;
Figur 3 ist eine vergrößerte Ansicht des ersten Mischabschnittes im Zylinder der Figur 1;
Figur 4 ist ein Querschnitt durch die Figur 3 entlang der Linie 4-4;
Figur 5 ist ein Querschnitt durch Figur 6 entlang der Linie 5-5;
Figur 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Übergangsabschnittes und des zweiten Mischabschnittes im Zylinder der Figur 1;
Figur 7 ist ein Querschnitt durch Figur 6 entlang der Linie 7-7;
Figur 8 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, des Misch- und Zumeßabschnittes des Zylinders, der in Figur 1 gezeigt ist;
Figur 9 ist eine Draufsicht eines Teils des Misch- und Zumeßabschnittes, der in Figur 8 gezeigt ist;
Figur 10 ist eine Ansicht, ähnlich der Figur 9, wobei die Schnecke um 90 Grad gedreht ist;
Figur 11 ist eine Ansicht eines stromabwärts gelegenen Endes der Schnecke, die in Figur 1 gezeigt ist;
Figur 12 ist ein Querschnitt durch Figur 8 entlang der Linie 12-12; und
Figur 13 ist eine Draufsicht auf eines der Vorsprungselement, die in den Figuren 8, 9 und 12 gezeigt sind.

Detaillierte Beschreibung

Figur 1 verdeutlicht einen Extruder 10 gemäß der Erfindung. Wie darin gezeigt, weist der Extruder 10 einen Einfülltrichter 12 auf und eine langgestreckte Tonne oder einen langgestreckten Zylinder 14, der eine Extruderschnecke 16 enthält, die an einem Ende mit einem Getriebe 18 verbunden ist bzw. an ihm montiert ist. Generell kann die Schnecke 16 als in eine Anzahl von individuellen bzw. einzelnen Abschnitten aufgeteilt angesehen werden. Diese Abschnitte weisen die folgenden auf: Einfüll- bzw. Zuführabschnitt 20, erster Mischabschnitt 22, Übergangsabschnitt 24, zweiter Mischabschnitt 26 und Misch- und Zumeßabschnitt 28, der mit der (nicht gezeigten) Form in Verbindung steht.
Beim allgemeinen Betrieb des Extruders 10 wird Plastikmaterial vom Trichter 12 in den Zuführabschnitt 20 geliefert. Eine Eigenschaft der Erfindung ist es, daß das Material in Pulverform ist, anstatt daß es in der herkömmlichen Pellet- bzw. Pillenform ist. Der Trichter 12 kann von jeglicher geeigneter Konstruktion sein, und zwar mit einer Zumeßöffnung zum Steuern des Flusses von Plastikmaterial in den Einfüllabschnitt 20. Im allgemeinen führt die Schnecke 16 das Pulvermaterial in Ablaß- bzw. in Ausstoßrichtung zu, und zwar vom Einfüllabschnitt 20 zur Form hin, in der Richtung, die vom Pfeil angezeigt ist, und in den ersten Mischabschnitt 22. Die Schnecke im Zuführabschnitt 20 ist in Form eines einzelnen Steges, so daß das Material nur in die Ausstoßrichtung fließt. In der Vermischungszone 22 ist die Schnecke 16 jedoch mit einem doppelten Steg versehen, um zu bewirken, daß sich das Material vorwärts und rückwärts bewegt, wie durch die Pfeile angezeigt, und um dadurch eine effektive Vermischung des Materials zu erzeugen. Als nächstes wird das Material in den Übergangsabschnitt zugeführt. Das Material wird dann in den zweiten Mischabschnitt 26 geführt, der dann wieder mit einem doppelten Steg auf der Schnecke 16 versehen ist, um das Material vor und zurück zu bewegen, und um dessen Mischvorgang zu verbessern. Das Material wird dann in den Misch- und Zumeßabschnitt 28 geführt, wo eine zusätzliche Vermischung mittels der Vorsprungselemente 30, 32 und durch Unterbrechungen auftritt, wie später beschrieben. Das Material wird dann durch eine Zumeßöffnung 34 in die Form ausgelassen.
Während des Laufes des Plastikmaterials von seinem Auslaß aus dem Trichter 12 zu seinem Auslaß durch die Zumeßoffnung 34 ist das Material verschiedenen Erhitzungsstufen unterworfen, und zwar beginnend damit, daß das Material auf Raumtemperatur ist, wo das Material in den Einfüll- bzw. Zuführabschnitt 20 eintritt, und wobei das Material schließlich auf beispielsweise 360 Grad bis 370 Grad Fahrenheit erhitzt wird und zwar durch jegliche geeignete Mittel, wie beispielsweise durch das Vorsehen von vier Erhitzungszonen, wie gewöhnlich in der Technik bekannt ist.
Figur 2 verdeutlicht genauer den Zylinder 14 und die Schnecke 16 im Einfüllabschnitt 20. Wie darin gezeigt, weist die Schnecke 16 Endkeile 36 auf und zwar zum Ankuppeln an das Getriebe 18, wodurch die Schnecke 16 gedreht werden kann. Figur 2 veranschaulicht eine Zuführöffnung 38 im Zylinder 14, und zwar am unteren oder Zumeßende des Trichters 12, die mit einer Ablaßöffnung im Trichter 12 in Verbindung seht, wie in der Technik wohlbekannt. Es ist die Auslaßöffnung 38, durch die das Plastikmaterial fließt, um in den Zylinder 14 einzutreten und um von der Schnecke 16 durch die verschiedenen Zonen des Zylinders befördert zu werden.
Der Zylinder 14 ist bei Raumtemperatur in der Nachbarschaft der Zuführöffnung 38 und entsprechend ist auch das Pulver bei Raumtemperatur, wenn es vom Trichter 12 in den Zylinder bei der Auslaßöffnung 38 ausgelassen wird. Zu der Zeit, zu der das Pulver das Auslaßende des Zuführabschnittes 20 erreicht, hat sich die Temperatur jedoch erhöht und das Pulver beginnt zu schmelzen. Wie in Figur 2 gezeigt, ist eine der Eigenschaften dieser Erfindung, daß die Schnecke 16 einen einzelnen Steg 40 aufweist, der auf der Wurzel- bzw. Basisoberfläche der Schnecke 16 spiral- bzw. schraubenlinienförmig gebildet ist. Vorzugsweise besitzt der Steg in Abschnitt 20 eine konstante Steigung. Jedoch, falls erwünscht, ist, wie in Figur 2 veranschaulicht, die Beabstandung zwischen den benachbarten Stegen 40, 40a im Mittelteil des Zuführabschnittes 20 geringer als die Beabstandung zwischen anderen Paaren von benachbarten Stegen. Der Unterschied bei der Beabstandung dient dazu, das Pulver zusammenzudrücken, wo die Stege näher zusammen sind und um zu gestatten daß das Pulver dann weniger dicht oder nicht komprimiert wird, wo die Stege weiter voneinander beabstandet sind. Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Durchmesser der Stege 40 auf der Schraube 16 im Zuführabschnitt 20 im wesentlichen gleich des Innendurchmessers des Zylinders 14.
Die Figuren 3 - 4 verdeutlichen verschiedene Details des ersten Mischabschnittes 22. Wie darin gezeigt, weist die Schnecke 16 einen Doppelsteg 42, 44 auf, um zu bewirken, daß das Material vor und zurück umgewälzt wird, wenn es sich im allgemeinen zum Auslaßende des Mischabschnittes 22 bewegt. Taschen werden zwischen dem Steg gebildet, wo die Stege beginnen, sich zu trennen, und an jedem Ende des Abschnittes 22 wieder zusammengeführt werden. Der Mischabschnitt 22 weist verschiedene Strukturmerkmale auf, die die Vermischung des Plastikmaterials verbessern. Wie beispielsweise in Figur 3 gezeigt, ist der Abstand A zwischen den Stegen 42, 44 am Zuführende des Mischabschnittes 22 geringer als der Abstand B zwischen den Stegen 42, 44 am Auslaßende. Dieser Abstandsunterschied steigt gleichmäßig für jedes Stegpaar entlang der Länge des Mischabschnittes 22.
Ähnlich verringert sich, wie auch in Figur 3 gezeigt, der Abstand zwischen dem Gewinde des Sekundärsteges 44 und seinem benachbarten stromabwärts liegenden Primärsteg 42 vom stromaufwärts liegenden Ende, wo der Abstand am größten ist, zum stromabwärts liegenden Ende, wo der Abstand am geringsten ist. Dieser fortschreitend engere Kanal resultiert sowohl daraus, daß der Primärsteg 42 einen konstanten Schritt bzw. eine konstante Steigung oder einen Abstand zwischen benachbarten Gewinden bzw. Gewindegängen besitzt, als auch der Sekundärsteg einen konstanten Schritt bzw. eine konstante Steigung besitzt, aber daß die Steigungen sich voneinander unterscheiden, und zwar dahingehend, daß der Schritt bzw. die Steigung des Sekundärsteges größer ist als die Steigung des Primärsteges.
Wie auch in Figur 3 gezeigt, ist der Durchmesser des Steges 42 größer als der Durchmesser des Steges 44, wobei der Steg 42 sich im wesentlichen kontinuierlich zur inneren Oberfläche des Zylinders 14 erstreckt.
Wie auch in Figur 3 gezeigt, vergrößert sich der Abstand zwischen dem Primärsteg 42 und seinem benachbarten stromabwärts liegenden Sekundärsteg 44 in Richtung des Auslaßendes des Mischabschnittes 22. Ungefähr bei der Mitte in Längsrichtung des Mischabschnittes 22 ist der Abstand zwischen dem Sekundärsteg 44 und seinem benachbarten stromaufwärts liegenden Primärsteg 42 gleich dem Abstand zwischen jenem Sekundärsteg und seinem benachbarten stromabwärts liegenden Primärsteg. In anderen Worten, ungefähr bei der Mitte des Mischabschnittes ist der Sekundärsteg auf der Mitte zwischen seinen benachbarten Primärstegen. Aus dieser Mittelposition nimmt der Abstand wischen dem Sekundärsteg und seinem benachbarten stromabwärts liegenden Primärsteg ab, und zwar dahin, wo die Stege am stromabwärts liegenden Ende des Mischabschnittes zusammenlaufen.
Eine andere Struktureigenschaft des Mischabschnittes 22 ist es, daß der Wurzeldurchmesser der Schnecke 16 auch gleichförmig vom Zuführende zum Auslaßende des Mischabschnittes 22 ansteigt. Somit ist, wie in Figur 3 gezeigt, der Abstand C von der Wurzeloberfläche der Schnecke 16 zur Innenoberfläche des Zylinders 14 größer als der entsprechende Abstand D am Auslaßende des Mischabschnittes 22.
Die Verwendung der Doppelstege in den Mischkammern fördert eine hin- und hergehende oder Vor- und Rück- Bewegung dahingehend, daß die Durchmesserdifferenz der Stege den Vorwärts- und Rückwärtsfluß bewirkt, der in die Vorwärts- oder Auslaßrichtung voranschreitet. Zusätzlich resultieren die Veränderungen der Stegbeabstandungen in den verschiedenen Abschnitten darin, daß wechselnde Zustände erzeugt werden, in denen das Material zusammengepreßt wird und dann weniger dicht werden kann, was die Vermischungswirkung bzw. den Vermischungsvorgang verbessert. Diese Konfiguration der Schnecke 16 gestattet es, daß jegliche Luft oder jegliches Gas rückwärts wandert und durch das Einfüll- bzw. Zuführende entweichen kann, wie beispielsweise durch den Trichter 12.
Die Figuren 5 - 6 veranschaulichen die Details des Übergangsabschnittes 24. Wie darin gezeigt, ist die Schnecke 16 mit einem einzelnen Steg 46 versehen, und zwar mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich den Innendurchmesser des Zylinders 14 ist. Der Wurzel- bzw. Kerndurchmesser der Schnecke 16 ist gleichförmig durch bzw. über den Übergangsabschnitt 24 und ist gleich dem Wurzel- bzw. Kerndurchmesser am Auslaßende des Mischabschnittes 22, wobei die Wurzeloberfläche der Schnecke 16 auch von der Innenwand des Zylinders 14 durch den Abstand D beabstandet ist. Es sei auch bemerkt, daß der Wurzel- bzw. Kerndurchmesser der Schraube 16 im Einfüllabschnitt 20 auch gleichförmig ist, wobei die Beabstandung von der Innenwand des Zylinders 14 dem Abstand C entspricht. Das fortschreitend erwärmte Harzmaterial, das in den Übergangsabschnitt 24 geführt wird, wird gleichförmig bzw. gleichmäßig durch bzww. über den Übergangsabschnitt 24 bewegt, um generell den Zustand des Materials zu homogenisieren und zwar zur Vorbereitung für die nächste Vermischungswirkung bzw. den nächsten Vermischungsvorgang im Mischabschnitt 26.
Wie in den Figuren 6 - 7 gezeigt, ist der zweite Mischabschnitt 26 von zum ersten Mischabschnitt 22 im allgemeinen ähnlicher Konstruktion, und zwar dahingehend, daß die Schnecke 16 einen Doppelsteg 48, 50 aufweist, wobei der Steg 48 einen Außendurchmesser besitzt, der im allgemeinen gleich dem Innendurchmesser des Zylinders 14 ist, während der Steg 50 von geringerem Durchmesser ist. In ähnlicher Weise steigt die Beabstandung zwischen den benachbarten Stegen 48, 50 gleichförmig mit Bezug auf den nächsten Satz von benachbarten Stegen, und zwar vom stromaufwärts liegende Ende zum Auslaßende des Mischabschnittes 26. Zusätzlich sind Taschen gebildet, wo die Stege beginnen, sich zu trennen und an jedem Ende des Abschnittes 26 wieder vereinigt werden.
Ein Unterschied zwischen dem Mischabschnitt 26 und dem Mischabschnitt 22 ist der Wurzel- bzw. Kerndurchmesser der Schnecke 16. Wie zuvor bemerkt, steigt der Wurzeldurchmesser gleichförmig vom Zuführende zum Auslaßende des Mischabschnittes 22. Im Mischabschnitt 26 ist die Durchmesserveränderung jedoch so, daß die Vergrößerung eher in einer schrittweisen Art zwischen den benachbarten Sätzen von Stegen auftritt, als gleichförmig. Darüber hinaus ist die Veränderung des Wurzeldurchmessers derart, daß der Wurzel- bzw. Kerndurchmesser vom Zuführende bis ungefähr zwei Drittel des Weges zum Auslaßende hin ansteigt, wobei die Beabstandung E am stromaufwärts liegenden Ende größer ist als die Beabstandung F bei ungefähr zwei Dritteln des Weges vom stromaufwärts liegenden Ende zum Auslaßende. Die Beabstandung sinkt dann auf den Abstand G am Auslaßende des Mischabschnittes 26. Es sei bemerkt, daß die Beabstandung E der Beabstandung D am Auslaßende des Mischabschnittes 22 entspricht.
Die Figuren 8 - 13 veranschaulichen die Details des Misch- und Zumeßabschnittes 28, was einen wichtigen Teil dieser Erfindung darstellt. Wie in Figur 8 gezeigt, weist die Schnecke 16 einen einzelnen Steg 52 auf, der sich entlang der Länge des Abschnittes 28 erstreckt, und zwar mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Zylinders 14 ist. Ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung ist das Vorsehen eines Paares von Vorsprungselementen 30, 32, die in der Wurzel- bzw. Kernoberfläche der Schnecke 16 gebildet sind. Die Vorsprungselemente 30, 32 sind um einen halben Steg voneinander beabstandet angeordnet, so daß in einer Orientierung die Vorsprungselemente 30, 32 durch einen Steg getrennt sind, wie beispielsweise in Figur 8 veranschaulicht, aber wenn die Schnecke 16 um 90 Grad aus dieser Orientierung gedreht ist, sind die Vorsprungselemente zwischen demselben Stegsatz, wie in Figur 10 veranschaulicht. Die Vorsprungselemente 30, 32 können in jeglicher geeigneter Weise gebildet werden. In einer Ausführung dieser Erfindung ist jedes Vorsprungselement eine Schraube 54, die in einem Block 56 montiert ist und in die Extruderschnecke 16 eingeschraubt ist, um den Block am Platz zu halten. Der Kopf der Schraube 54 wird dann im Gesenk bearbeitet bzw. versenkt und, wie in Figur 13 veranschaulicht, abgeschliffen. Die resultierende Struktur der Vorsprungselemente 30, 32 ist derart, daß die Rückseite 58 eine glatte tangentiale Erweiterung bzw. Erstreckung der Wurzel- bzw. Kernoberfläche der Extruderschnecke 16 bildet. Die Frontfläche 60 jedoch ist über die äußere Wurzeloberfläche der Extruderschnecke 16 erhoben, um eine schräge Schulter zu bilden, wie am besten in Figur 12 veranschaulicht.
Das Auslaßende der Schnecke 16, das der Zumeßöffnung 34 benachbart ist, ist am besten in den Figuren 8 und 11 veranschaulicht. Wie darin gezeigt, ist das Auslaßende mit einer mit Axialgewinde versehenen Öffnung 62 versehen, um ein mit einem Gewinde versehenes Endglied 64 aufzunehmen. Das Endglied 64 ist von der Innenwand des Zylinders 14 beabstandet, um ein offenes Gebiet oder einen Spalt zu erzeugen, in dem eine Serie von gleichmäßig beabstandeten gebogenen Vorsprüngen oder Unterbrechungen 66 vorgesehen sind, um den Materialfluß zu unterbrechen, der von der Schnecke 16 herkommt. Wie in Figur 8 gezeigt, ist der Außendurchmesser einer jeder Unterbrechung 66 der gleiche wie der Außendurchmesser des Steges 52. Das Material fließt dann über das Endglied 64 und wird, wie in Figur 1 gezeigt, durch die Zumeßöffnung 34 ausgelassen.
Die Vorrichtung 10 kann von jeglicher geeigneter Abmessung sein und aus jeglichen geeigneten Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise jene, die in der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann der Zylinder 14 eine Gesamtlänge von 50 inches (127 cm) von seinem stromaufwärts liegenden Ende zu seinem Auslaßende haben, wobei die Schnecke 16 einen Durchmesser von 2 inch (5,08 cm) besitzt, wobei man somit ein L/D von 25 hat. Das Verhältnis L/D kann auch 28 sein.
Das Folgende ist eine Beschreibung der Verarbeitung von Pulvermaterial in einer Schnecke für einen 60 mm-Durchmesser-Extruder, der insbesondere zur Verarbeitung von PVC-Pulver konstruiert ist. Die gleichen Konzepte können für Extruder mit anderen Durchmessern verwendet werden.
Das Schmelzen des Materials der Einzelschnecke tritt durch Kompression auf, die durch den Eingangswurzeldurchmesser im Zuführabschnitt 20 erzeugt wird, der geringer ist als der Ausgangsdurchmesser im Abschnitt 28.
Mit Erinnerung daran, daß das Eingangsmaterial ein Pulver ist, tritt das Schmelzen durch Hitze auf, die durch die Schnecke am inneren Teil erzeugt wird, und am äußeren Teil durch den Zylinder, wo die Heizwicklung gelegen ist, und durch Druck.
Während der Drehung der Schnecke, die variable Steigungen bzw. Teilungen besitzt, drückt der Kern das Pulver zusammen und drückt es zum Zylinder hin und dabei erzeugt die Schnecke eine Kompression, die die Schmelze bewirkt. Das Material, das am schnellsten schmilzt, ist das, das in Kontakt mit den heißen Teilen (Schnecke/Zylinder) kommt, wobei der innere Teil des Materials kühler bleibt.
Wie in den Figuren 1 - 3 zu sehen ist, besitzt die Schrauben- bzw. Schneckenkapazität im Abschnitt 20 eine konstante Steigung (für ungefähr fünf Stege), nach der ein zweiter Steg im Abschnitt 22 übernimmt, und zwar mit einem Durchmesser, der unterschiedlich vom Original ist.
Der Zweck dieses Steges im Mischabschnitt 22 ist es, den konstanten Fluß von sich voranbewegendem Pulver zu unterbrechen, und, weil die Schnecke heißt ist, den inneren Teil des Materials zu erhitzen, der bis jetzt kühl geblieben ist.
Darüber hinaus ist der Fluß verringert, weil das Material ein Hindernis antrifft, der Doppelsteg im Mischabschnitt 22 drückt das Material weiter zusammen und weil er niedriger ist, erzeugt er neben dem Anheben der Kompression einen Rückfluß des Materials. In dieser Beziehung verursacht dieser zweite Steg in Abschnitt 22, der diametrisch bzw. im Durchmesser geringer ist als der originale, einen zweiten Kanal mit variabler Teilung bzw. Steigung, der schrittweise den Originalkanal abdichtet bzw. enger macht und zwingt seine Seiten, das ganze Material um sich herum zu berühren, was einen Rückfluß erzeugt und folglich bewirkt, daß die heißen Teile in Kontakt mit den kühleren Teilen kommen. Dies ist die Funktion des ersten Mischabschnittes 22, wo Pulver geschmolzen wird und in einen Festkörper bzw. Vollkörper umgewandelt wird.
In Abschnitt 24 geht die Schnecke auf einen Einzelsteg zurück, was gestattet, daß das Material dekomprimiert wird (wobei somit großer Druck in der Mitte vermieden wird, was im Hinblick auf die Natur von Plastik die Tendenz zum Verbrennen zeigen würde) und was es gestattet, sich selbst als solches (d.h. dekomprimiert) in den zweiten Mischabschnitt 26 darzustellen, dessen Funktion die gleiche ist, wie die in Abschnitt 22, d.h. durch Wiederschneiden des Materials mit dem zweiten Steg, was weitere Kompression erzeugt und die Möglichkeit, das Material in dieser Phase in einen Fest- bzw. Vollkörper umzuwandeln, und zwar bei einer größeren inneren/äußeren Temperaturgleichförmigkeit.
Am Ende des zweiten Mischabschnittes 26 wird das Material dekomprimiert und zwar für eine Steigung in Abschnitt 28, und es kehrt zu einer normalen Steigung zurück.
Danach trifft das Material auf zwei Vorsprünge oder Vorsprungselemente 30, 32 auf dem Kern der Schnecke. Das erste Vorsprungselement 30 ist bei 1,5 Steigungen vom Mischabschnitt 26 und das zweite Vorsprungselement 32 ist nach einer weiteren halben Steigung gelegen. Die Vorsprungselemente 30, 32 können eine Länge haben, die die gleiche ist wie die Steigung der Schnecke und würden ihre Höhe abhängig vom Durchmesser der Schnecke haben. Der Vorsprung der Vorsprungselemente 30, 32 kann von 1 bis 10 mm variieren, und zwar von der Außenwand des Zylinders proportional zum Durchmesser der Schnecke. Je mehr das vorsprungselement die Steigung bzw. den Gang bedeckt bzw. abdeckt, desto niedriger muß es sein, je weiter es verglichen mit dem Maß der Steigung bzw. des Ganges verringert bzw. verkürzt wird, desto höher kann es sein.
Die Funktion eines jeden Vorsprungselementes ist es, wieder das Material aufzugreifen, das dichter ist, und zwar näher am Kern und am Zylinder am heißeren Teil, während das Material weniger dicht ist, wo es kühler ist zwischen dem Kern und dem Zylinder. Im Vorsprungs- oder Vorsprungselementgebiet wird das Material zusammengedrückt und zieht bzw. reißt in Längsrichtung, was eine höhere Umfangsgeschwindigkeit nahe dem Zylinder erzeugt und den inneren Teil des Materials dazu zwingt, auf sich selbst zu rotieren.
Mit diesem System wird eine größere Gleichförmigkeit des Materials erzeugt und folglich wird eine homogenere Schmelze erreicht.
Danach, nach dem Verlassen des Vorsprungselementgebietes, kehrt das Material zum Normalzustand zurück und zwar fur 1,5 Steigungen bzw. Gänge. Vor dem Eintreten in die Form wird das Material unterbrochen durch eine speziell konstruierte Spitze, die am Ende der Schnecke gelegen ist, um den rechteckigen Teil der Schnecke in zwei Teile zu brechen, die dann in gerundete umgewandelt werden. Dies wird in den Räumen in der Spitze erreicht, was durch das Rotieren mit der Schnecke eine Zentrifuge erzeugt, was bewirkt, daß die Teile gerundet werden.
Nach diesem Vorgang stellt sich das Material perfekt zwischen Außen- und Innenteilen verschmolzen dar.
Die Maschine 10 zeigt eine Anzahl von unterscheidungskräftigen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Die Schrauben- bzw. Schneckenkonfiguration 1) weist Stege von verschiedenem Durchmesser auf, verschiedene Beabstandungen von Stegen und Taschen an den Enden der Abschnitte 2) unterwirft das Plastikmaterial verschiedenen Wirkungen von Kompression und Nicht-Kompression und 3) trennt die Mischabschnitte durch einen Übergangsabschnitt. Eine solche Konfiguration gestattet es der Luft oder dem Gas, sich seinen Weg zurück zum Einfüllende des Zylinders 14 zu erarbeiten, wo es offensichtlich durch den Trichter 12 austritt. Das Gas kann somit ohne Auswirkungen im Zylinder 14 austreten. Die Möglichkeit bzw. Fähigkeit, Pulver zu verwenden, anstelle von Pellets bzw. Pillen resultiert in einer Kostenersparnis von ungefähr 16 bis 17%. Darüber hinaus gestattet es die Erfindung, die Extruderschnecke in einem konventionellen Pelletextruder zu montieren, und zwar ohne irgendeine andere Modifikation am Extruder und doch Pulver anstelle des Plastikmaterials zu verwenden.
Die Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden:
1) Die Schnecke, wobei die Extruderschnecke einen ungleichförmigen Wurzel- bzw. Kerndurchmesser in den ersten und zweiten Vermischungsabschnitten besitzt.
2) Schraube nach 1, wobei der Abstand zwischen den ersten und zweiten Stegen sich in Auslaßrichtung eines jeden der ersten und zweiten Mischabschnitte erhöht
3) Schnecke nach 2, wobei das Material in Pulverform im Einfüll- bzw. Zuführabschnitt ist.
4) Schnecke nach 1, wobei der Wurzeldurchmesser sich gleichmäßig in der Auslaßrichtung des ersten Mischabschnittes vergrößert.
5) Schnecke nach 4, wobei der Wurzeldurchmesser vom Einfüll- bzw. Zuführende des zweiten Mischabschnittes zu einer Stelle zwischen seinen Einfüll- bzw. Auslaßenden sich zuerst vergrößert und dann verkleinert.
6) Schnecke nach 5, wobei der Anstieg und Abfall des Wurzeldurchmessers im zweiten Mischabschnitt schrittweise ist.
7) Schnecke nach 5, wobei die Vorsprungselemente zwei durchmessermäßig bzw. diametrisch beabstandete Vorsprungselemente aufweisen, die generell einen halben Steg voneinander beabstandet gelegen sind.
8) Schnecke nach 7, wobei jedes der Vorsprungselement eine erste Oberfläche aufweist, die sich tangential von der Wurzel- bzw. Kernoberfläche erstreckt und eine zweite erhabene Oberfläche, die jenseits der Wurzeloberfläche angeordnet ist.

Claims

1) Extrusionsschraube bzw. Extruderschnecke (16) zum Extrudieren von Plastikmaterial in einem Extruder, die folgendes aufweist: einen Einfülltrichter (12) mit einer Auslaßöffnung, einen heizbaren Zylinder (14) mit einem Einfüllende und einem Auslaßende, wobei die Extruderschnecke (16) zur Drehung in Längsrichtung im Zylinder (14) angeordnet ist, und eine Vielzahl von Abschnitten besitzt, und zwar einen Einfüll- bzw. Zuführabschnitt (20) am Einfüllende der Schnecke (16), einen ersten Mischabschnitt (22), benachbart zum Einfüllabschnitt, einen Übergangsabschnitt (24), benachbart zum ersten Mischabschnitt (22), einen zweiten Mischabschnitt (26), benachbart zum Übergangsabschnitt (24), einen Misch- und Zumeßabschnitt (28), benachbart zum zweiten Mischabschnitt (26), um das Material zu einer Auslaßzumeßöffnung im Zylinder (14) zu einer Form zu liefern, wobei die Extruderschnecke (16) einen einzelnen Primärsteg (40, 42, 46, 48, 52) aufweist, der sich über die Länge der Schnekke (16) erstreckt und zwar von dem Einfüllende des Einfüllabschnittes (20) zum Auslaßende des Misch- und Zumeßabschnittes (28) und durch alle der erwähnten Vielzahl von Abschnitten, wobei der Primärsteg (40, 42, 46, 48, 52) sich um die Schnecke (16) herum erstreckt und zwar im Übergangsabschnitt (24) mehrmals, wobei der Primärsteg (40, 42, 46, 48, 52) einen konstanten Schritt bzw. eine konstante Steigung in sowohl dem ersten Mischabschnitt (22) als auch in dem zweiten Mischabschnitt (26) besitzt, einen zweiten Steg (40, 55) in sowohl dem ersten Mischabschnitt (22) als auch dem zweiten Mischabschnitt (26), wobei das Gewinde des zweiten bzw. Sekundärsteges (40, 50) zwischen dem Gewinde des ersten bzw. Primärsteges (42, 48) ist und zwar ohne irgendeinen anderen Steg in entweder dem ersten Mischabschnitt (22) oder dem zweiten Mischabschnitt (26), wobei der Sekundärsteg (44, 50) von konstanter Steigung bzw. konstantem Schritt ist, der von der konstanten Steigung bzw. vom konstanten Schritt des Primärsteges (42, 48) abweicht, wobei der Sekundärsteg (44, 50) von geringerem Durchmesser ist als der Primärsteg (42, 48), wobei der Sekundärsteg (44, 50) mit dem Primärsteg (42, 48) verbunden ist, und zwar am stromaufwärts gelegenen Ende eines jeden der Mischabschnitte (22, 26), wobei ein Kanalgebildet wird durch den Abstand zwischen dem Gewinde des Sekundärsteges (44, 50) und dem Gewinde seines benachbarten stromabwärts gelegenen Primärsteges (42, 48), wobei sich der Abstand von dem stromaufwärts gelegenen Ende eines jeden der Mischabschnitte (22, 26) verringert, und zwar dort wo der Abstand am größten ist, und zum stromabwärts gelegenen Ende eines jeden der Mischabschnitte (22, 26), wo der Abstand am geringsten ist, und wobei der Primärsteg (42, 48) an den Sekundärsteg (44, 50) angefügt ist, und zwar am Auslaßende eines jeden der Mischabschnitte (22, 26), um zu bewirken, daß das Material sich vorwärts und rückwärts hin- und herbewegt, wenn es dadurch geliefert wird.

2) Schnecke nach Anspruch 1, wobei Leitmittel bzw. Vorsprünge (30, 32) radial an der Extruderschnecke (16) montiert sind, und zwar im Misch- und Zumeßabschnitt (28).

3) Schnecke (16) nach Anspruch 2, die Unterbrechungsvorsprünge (66) aufweist, die radial an der Extruderschnecke (16) montiert sind, und zwar am Auslaßende der Extruderschnecke (16) im Misch- und Zumeßabschnitt (28).

4) Schnecke (16) nach Anspruch 3, wobei die Stege des Doppelsteges einen ersten Steg besitzten, und zwar mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Zylinders ist, und einem zweiten Steg von geringerem Durchmesser als der erste Steg.

5) Schnecke nach Anspruch 4 in Kombination mit einem Zylinder, der nicht entlüftet ist.

6) Schnecke nach Anspruch 1, wobei der Schritt bzw. die Steigung des zweiten bzw. Sekundärsteges größer ist als der Schritt bzw. die Steigung des ersten bzw. Primärsteges.

7) Schnecke nach Anspruch 1, wobei der Primärsteg einen konstanten Schritt bzw. eine konstante Steigung durch die gesamte Länge der Schnecke besitzt.

8) Die Kombination von Anspruch 5, die einen Einfülltrichter (12) aufweist, und zwar in Flußverbindung mit dem Zylinder (14), um Plastikmaterial in den Einfüll- bzw. Zuführabschnitt (20) der Schnecke (16) einzufüllen, und wobei das Plastikmaterial in Pulverform ist.

9) Verfahren zum Extrudieren von Plastikmaterial, das von einem Trichter (12) in den stromaufwärts gelegenen Einfüll- bzw. Zuführabschnitt (20) einer um die Längsachse drehbar montierten Extruderschnecke (16) in einem heizbaren Zylinder (14) eines Extruders zu liefern bzw. einzufüllen, wobei die Extruderschnecke einen ersten Mischabschnitt (22) besitzt, und zwar benachbart zu und stromabwärts gelegen vom Einfüllabschnitt (20), und einen Übergangsabschnitt (24), der benachbart zu und stromabwarts gelegen ist vom ersten Mischabschnitt (22) und einen Mischabschnitt (26), benachbart zu und stromabwärts gelegen vom Übergangsabschnitt (24), und mit einem Misch- und Zumeßabschnitt (28), der benachbart zu und stromabwärts gelegen vom zweiten Mischabschnitt (26) ist, um das Material an eine Auslaßzumeßöffnung im Zylinder (14) in eine Form zu liefern, wobei die Extruderschnecke (16) einen einzelnen Primärsteg (40, 42, 46, 48, 52) aufweist, der sich über die Länge der Schnecke (16) erstreckt, und einen zweiten Sekundärsteg (44, 50) in jedem der ersten und zweiten Mischabschnitte (22, 24), wobei jeder der Stege von konstanter Steigung bzw. von konstantem Schritt ist, wobei die Steigung bzw. der Schritt des ersten bzw. Primärsteges (42, 48) von der Steigung der Sekundärstege (44, 50) abweicht, und wobei die Sekundärstege von geringerem Durchmesser sind als der Durchmesser des Primärsteges, wobei die Sekundär- und Primärstege miteinander an jedem Ende eines jeden der ersten und zweiten Mischabschnitte (22, 26) verbunden sind, um eine Verbindung zu bilden, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Pressen bzw. Treiben des Materials stromabwärts in jedem Mischabschnitt durch den Primärsteg (42, 48), Verhindern, daß das Material aus seinem Mischabschnitt herausläuft, und zwar mittels der Verbindung an dem stromabwärts gelegenen Ende des Mischabschnittes, um das Material zurück in seinen Abschnitt in einen stromaufwärts gerichteten Fluß zu treiben, wobei während des stromaufwärts gerichteten Flusses das Material in Kontakt mit der Zylinderwand gebracht wird, um das Material wärmer und weniger dicht zu machen, und um eine homogene Masse zu erreichen, Pressen bzw. Treiben des Materials stromabwärts durch den Primärsteg, um das Material an seinen benachbarten stromabwärts gelegenen Abschnitt weiterzuleiten, wobei der Primärsteg in jedem Mischabschnitt bewirkt, daß sich das Material stromabwärts bewegt und wobei der Sekundärsteg in jedem Mischabschnitt das Material stromaufwärts preßt, um das Material gegen die Zylinderwand zu pressen und zwar zum Aufwärmen des Materials und um eine homogene Masse zu erhalten, und Ablassen bzw. Ausströmen des Materials in eine Form.

10) Verfahren nach Anspruch 9, das das Einfüllen bzw. Zuführen des Materials in den Einfüllabschnitt (20) der Schnecke (16) vorsieht, wobei das Material Plastik in Pulverform ist.