DE69417213T2

DE69417213T2 - Vorheizeinrichtung für einen extruder

Info

Publication number: DE69417213T2
Application number: DE69417213T
Authority: DE
Inventors: David E. Cincinnati Oh 45212 Murdock; William T. Cincinnati Oh 45238 Schmitt; Siegfried R. Cincinnati Oh 45244 Wissmann
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron LLC
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2014-01-22
Also published as: US5750158A; EP0680402A4; US5807517A; CA2154459A1; WO1994016872A1; CA2154459C; ATE177677T1; EP0680402A1; EP0680402B1; DE69417213D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Extrudieren von thermoplatischem Material. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen zum Vorheizen von thermoplastischem Material, wenn es gemischt und in die Trommel eines Extruders gespeist wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Kunststoffextruder umfassen im allgemeinen eine zylindrische Trommel, innerhalb der eine oder zwei plastifizierende Speiseschnecken drehbar angeordnet sind. Das zu verarbeitende plastische bzw. Kunststoffmaterial wird in die Trommel in der Nähe des Endes eingeleitet und durch diese mittels der Schnecke befördert, die das Material erwärmt und erweicht, indem sie es physikalisch bearbeitet. Die durch die mechanische Bearbeitung in den Kunststoff eingebrachte Erwärmung kann durch von außen aufgebrachte Wärme ersetzt werden, wie sie beispielsweise durch Bandbeheizungen bereitgestellt wird, die auf den äußeren Umfang der Trommel angelegt werden. Das Material, das durch eine Formdüse am entgegengesetzten Ende der Trommel austritt, ist normalerweise im flüssigen oder geschmolzenen Zustand mit relativ hoher Viskosität und geeignet zur Formgebung in die gewünschten speziellen Formen.
Um die Abgabe von verarbeitetem Kunststoff aus einem Extruder zu verbessern, ist es im Stand der Technik bekannt, das thermoplastische Material vorzuwärmen, bevor es in den Extruder eintritt, wodurch zu Beginn ein Teil der für die Plastifizierung erforderlichen Wärme zugeführt wird. Da weniger Wärme erforderlich ist, um die Plastifizierung abzuschließen, befindet sich das Material während einer kürzeren Zeit in der Trommel und wird somit schneller verarbeitet. Außerdem ermöglicht die Vorbeheizung eine stabilere Steuerung der Temperatur innerhalb des Extruders, indem das Material gleichmäßig erwärmt wird, um zu gewährleisten, daß es bei einer passenden Vorwärmtemperatur in die Trommel eintritt.
Vorwärmeinrichtungen, die im Stand der Technik vorgeschlagen worden sind, sind typischerweise mit zwei gegeneinander rotierenden Schnecken versehen, die eine erhebliche Wärme erzeugen, indem sie das Material mechanisch bearbeiten, während es gemischt und schließlich in den Extruder eingespeist wird. Zusätzliche Wärme wurde entweder auf einer Außenfläche des Vorwärmergehäuses oder innerhalb der Schnecken mittels einer Flüssigkeit bereitgestellt, um dazu beizutragen, die gewünschte Vorwärmtemperatur zu erreichen.
Obwohl sich diese Vorgehensweise als zweckmäßig in vielen Anwendungsfällen herausgestellt hat, ist sie für die Verarbeitung thermoplastischen Materials mit hohen Anteilen (mehr als 20%) von mineralischen Füllstoffen wie beispielsweise Calciumcarbonat oder Talkum nicht zufriedenstellend. Beispielsweise ist Calciumcarbonat typischerweise in zahlreichen PVC-Verbundwerkstoffen enthalten, die zur Herstellung von Kunststoffrohr verwendet werden. Vorwärmeinrichtungen sind besonders zweckmäßig, wenn Materialien dieser Art verarbeitet werden, da die Füllstoffe dazu neigen, die Wärmeleitung durch das thermoplastische Material zu hemmen, wenn es durch die Extrudertrommel geht. Allerdings erzeugt eine mechanische Bearbeitung dieses Materials mit gegeneinander rotierenden Schnecken, wie es der Stand der Technik lehrt, häufig zu viel Wärme aufgrund der erhöhten Reibung, die mit den mineralischen Füllstoffen zusammenhängt; dies verursacht einen unbeständigen Materialzufluß zu dem Extruder und kann auch das Material überhitzen, wodurch es für eine weitere Verarbeitung ungeeignet wird.
Die FR-A-190406 offenbart eine Vorspinneinrichtung und Schnecken in Vorspinnmaschinen, wobei die zentrale Zone auf beiden Seiten der Schnecke aus zwei Gewindegängen in entgegengesetzten Richtungen besteht, und wobei das Material in zumindest einem Ende zugeführt wird und in der Nähe der zentralen Zone austritt. Nach diesem Dokument kann jede Schnecke aus einer oder mehreren Zonen mit unterschiedlichen Stufen und/oder unterschiedlichem Kerndurchmesser bestehen. Weiterhin ist ein Ende der Schnecke mit einem Zuführungsmechanismus für das Material versehen, während das andere Einrichtungen zur Temperaturregelung aufweist. Schließlich kann die Vorspinneinrichtung aus mehreren Schnecken mit den gleichen Merkmalen bestehen, die sich in der gleichen oder in entgegengesetzten Richtungen drehen. Möglicherweise verlangt diese Offenbarung, was sehr wichtig ist, daß der Austrittsort zentral in der Vorspinnmaschine liegt, wobei dieser zentrale Ort wesentlich für die Lösung des durch diese Referenz verfolgten Problems ist, nämlich die Reduzierung der durch den Druck des Materials auf das Ende der Schnecke auf den Anschlagblock ausgeübten Kraft.
Wenn diese zentrale Stelle von der Mitte wegbewegt wird, wird angenommen, daß der durch das Material ausgeübte Druck und somit die durch das Material auf den Anschlagblock ausgeübte Kraft unzulässig groß würden, so daß die Kosten des Anschlagblocks in eine praktisch nicht mehr sinnvolle Höhe getrieben würden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der Anordnungen nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine verbesserte Vorheizeinrichtung zur Verwendung mit Extrudern bereitzustellen, die in zweckmäßiger Weise thermoplastische Materialien mit hohen Anteilen mineralischer Füllstoffe mischen und gleichmäßig erwärmen kann.
Kurz zusammengefaßt wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Vorheizen thermoplastischen Materials vor dem Eintritt des Materials in die Trommel eines Extruders bereitgestellt, umfassend: ein längliches Gehäuse mit einer zentralen Bohrung und einem Einlaß benachbart zu einem ersten Ende des Gehäuses und dem Auslaß zwischen dem Einlaß und einem zweiten Ende, das dem ersten Ende des Gehäuses gegenüberliegt, wobei sowohl der Einlaß als auch der Auslaß die zentrale Bohrung schneiden; einen Materialströmungsweg, der am Einlaß beginnt, sich durch die zentrale Bohrung fortsetzt und von der zentralen Bohrung durch den Auslaß verläuft; ein Paar benachbarter, paralleler Speiseschnecken, die innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses zum Vermischen des thermoplastischen Materials und Befördern entlang des Materialströmungswegs aufgenommen sind; eine Antriebseinrichtung, um die Speiseschnecken innerhalb der zentralen Bohrung in Drehung zu versetzen; und Mittel zum Erwärmen des thermoplastischen Materials auf eine gewünschte Temperatur, während es gemischt und durch das Gehäuse entlang des Materialströmungswegs befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schnecken einen Grundkörperabschnitt aufweist, der einen schraubenförmigen Schneckengang hat, der so ausgebildet ist, daß das Material vom Einlaß zum Auslaß befördert wird, wenn die Speiseschnecke gedreht wird, einen offenen Abschnitt, der einen konstanten Durchmesser aufweist, und einen Endabschnitt, der einen schraubenförmigen Schneckengang hat, der mit einer Gewindesteigung ausgebildet ist, die der des Grundkörperabschnitts entgegengerichtet ist, so daß sich der Grundkörperabschnitt vom Einlaß zu dem offenen Abschnitt erstreckt, der sich benachbart zum Auslaß befindet, und sich der Endabschnitt von dem offenen Abschnitt zum zweiten Ende des Gehäuses erstreckt; wobei die Antriebseinrichtung beide Speiseschnecken in gleicher Richtung in Drehung versetzt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zum Vorheizen von thermoplastischem Material unter Verwendung der hierin beanspruchten Vorrichtung.
Die Verwendung von in gleicher Richtung drehenden Schnecken anstelle von in Gegenrichtung drehenden Schnecken bringt eine gleichmäßigere Mischung der zu verarbeitenden Materialien, wirkt aber nicht in einer Weise auf das Material, die während des Vorgangs eine erhebliche Wärme erzeugt. Stattdessen wird Wärme selektiv in einer besser gesteuerten, gleichmäßigen Art und Weise durch externe Bandbeheizungen und Patronenbeheizungen innerhalb der Schnecken zugeführt, wodurch die Temperatur des Materials erhöht wird, während es gleichzeitig gemischt und durchmengt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorheizeinrichtung, die auf einem Extruder gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist, wobei bestimmte Teile aus Klarheitsgründen entfernt sind;
Fig. 2 ist eine ebene Draufsicht auf die Vorheizeinrichtung nach Fig. 1, wobei bestimmte Abschnitte weggebrochen und der Einfülltrichter aus Klarheitsgründen entfernt ist;
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die in der Vorheizeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendete Speiseschnecke;
Fig. 4 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte Querschnittsansicht des Endabschnitts der Vorheizeinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte, bruchstückhafte Schnittansicht eines Zwischenabschnitts der Trommel der Vorheizeinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte, bruchstückhafte Schnittansicht eines Zwischenbereichs der Vorheizeinrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist;
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Vorheizeinrichtung entlang Linie 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte, bruchstückhafte Schnittansicht des Verteilergehäuses der Vorheizeinrichtung nach Fig. 1;
Fig. 9 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte Schnittansicht des Verteilergehäuses der Vorheizeinrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist;
Fig. 10 zeigt eine bruchstückhafte Ansicht entlang Linie 10-10 in Fig. 9, um 90º im Gegenuhrzeigersinn verdreht, wobei schematisch der Zahnradeingriff für den Antriebsmechanismus dargestellt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist eine auf einem Extruder 12 angebrachte Vorheizeinrichtung 10 dargestellt. Insbesondere wird die Befestigung der Vorheizeinrichtung 10 an dem Extruder 12 durch einen Tragrahmen 14 erreicht, der mit einer Anzahl von Schrauben 18 an dem Getriebehäuse 16 des Extruders 12 befestigt ist. Die spezielle Form des Tragrahmens 14 ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung; er ist so hergestellt, wie es für eine Verbindung der Vorheizeinrichtung 10 mit geeigneten Befestigungspunkten erforderlich ist, die in Abhängigkeit von der speziellen Form des Extruders 12, wie sie vom Hersteller vorgegeben ist, variieren. Eine zylindrische Schwenkplatte 20 erstreckt sich unterhalb der Vorheizeinrichtung 10 und ist von einem entsprechenden Schwenkplattenhalter 22 aufgenommen, der oben am Tragrahmen 14 befestigt ist. Es sei darauf verwiesen, daß die Schwenkplatte 20 auf der Vorheizeinrichtung 10 an einem sehr nahe am Schwerpunkt befindlichen Punkt liegt, um das Gewicht auszugleichen und dadurch eine Drehung der Vorheizeinrichtung 10 auf der Schwenkplatte 20 zu erleichtern, wie es erforderlich ist, um einen leichten Zugang zum Reinigen oder Ausführen sonstiger Arbeiten zu ermöglichen.
Die Vorheizeinrichtung 10 ist ferner mit dem Extruder 12 über einen Einlaufadapter 24 verbunden, der an der Unterseite der Vorheizeinrichtung mit Schrauben 25 befestigt ist. Der Einlaufadapter 24 paßt mit einer nicht dargestellten Dichtung, Schwenkbolzen 30 und Flügelmuttern 32 an einen Kühlungseinlauf 26 auf der Trommel 27 des Extruders 12. Einlaufadapter 24 und Kühlungseinlauf 26 sind beide hohl, um einen Weg für die Strömung ther moplastischen Materials aus der Vorheizeinrichtung 10 in die Trommel 27 des Extruders 12 zu bilden, wie noch im einzelnen erläutert wird.
Der Grundkörper der Vorheizeinrichtung 10 beinhaltet eine Trommel 34, die zur Erleichterung der Herstellung in zwei Teilen hergestellt wird; nämlich einen Einlaßabschnitt 36 und einen Auslaßabschnitt 37. Wie durch die Einzelheit in Fig. 5 erläutert, sind die beiden Abschnitte 36, 37 durch geteilte Ringe 40, 41 miteinander verbunden. Insbesondere sind die zusammenpassenden Enden des Einlaßabschnitts 36 und des Auslaßabschnitts 37 mit ringfömigen Nuten 38, 39 versehen, die Absätze 42, 43 auf den entsprechenden Trommelabschnitten bilden. Die geteilten Ringe 40, 41 sind so ausgebildet, daß sie die Absätze 42, 43 fest erfassen, wenn sie mit Schrauben 44 fest angezogen werden. Diese Konstruktion bildet einen starren Zusammenbau für die längliche Trommel 34.
Nunmehr auf Fig. 7 Bezug nehmend, ist die Trommel 34 mit einer axialen Bohrung 46 versehen, um zwei Speiseschnecken bzw. -schrauben 50 aufzunehmen. Die Bohrung 46 besteht aus zwei sich in Längsrichtung schneidenden, zylindrischen Bohrungen, deren Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Schnecken 50 ist. Um den Strömungsweg durch die Trommel 34 zu vervollständigen, ist eine Einlaßöffnung 47 durch das Oberteil des Einlaßabschnitts 36 vorhanden, die mit der Bohrung 46 in Verbindung steht, und eine Auslaßöffnung 48 verbindet in entsprechender Weise die Bohrung 46 durch die Unterseite des Auslaßabschnitts 37.
Die beiden Speiseschnecken 50 sind identisch aufgebaut und haben die im ganzen in Fig. 3 dargestellte Form. Insbesondere weist jede Speiseschnecke 50 einen Grundkörperabschnitt 52 auf, einen offenen Abschnitt 54 und einen Endabschnitt 56. Sowohl der Grundkörperabschnitt 52 als auch der Endabschnitt 56 sind mit einem schraubenförmigen Schneckengang versehen, der einen Schraubenkanal bildet, welcher im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt hat. Vorzugsweise ist der Schneckengang der Schnecken 50 mehrzügig mit einer konstanten Steigung, und der Rand des durch aufeinanderfolgende Wege gebildeten Schraubekanals ist ein halbkreisförmiger Bogen. Es sei ferner bemerkt, daß der Weg des Grundkörperabschnitts 52 eine Rechtssteigung 53 hat, während der Endabschnitt 56 eine Linkssteigung 57 hat. Der offene Abschnitt 54 hat zylindrischen Querschnitt, dessen Durchmesser näherungsweise gleich dem Kerndurchmesser des Grundkörperabschnitts 52 und Endabschnitts 56 ist. Jede Schnecke 50 hat ferner eine zylindrische axiale Bohrung 58 und eine auf einem Ende hergestellte Keil verzahnung 60. In die Bohrung 58 ist an dem der Keilverzahnung 60 gegenüberliegenden Ende eine Schraubspitze 66 eingeschraubt, die mehrere zylindrische Abschnitte aufweist, die für unterschiedliche Zusammenbauzwecke bemessen sind, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Schraubspitze 66 hat ebenfalls eine axiale Bohrung 67, die konzentrisch mit der Bohrung 58 in den Schnecken 50 ist.
Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Trommel 34 mit einer endseitigen Platte 62 auf dem Auslaßabschnitt 37 versehen, um die Enden der Schnecken 50 zu tragen. Insbesondere sind Lager 64 in der endseitigen Platte 62 vorgesehen, um die zylindrischen Abschnitte 65 einer jeden Schraubspitze 66 in größter Nähe zu den Schnecken 50 aufzunehmen, wodurch ein Mittel zum drehbaren Lagern der Enden der Schnecken 50 geschaffen wird. Eine Lagerhalterung 68 ist mit Schrauben 73 an der endseitigen Platte 62 befestigt, um die Lager 64 an Ort und Stelle zu halten. Es sei bemerkt, daß die endseitige Platte 62 durch Ansatzschrauben 70 an Ort und Stelle gehalten wird, die Federn 72 gegen die endseitige Platte 62 zusammendrücken, um den gewünschten Druck auf die Schnecken 50 auszuüben, die ihrerseits gegen zugehörige Teile des Antriebsmechanismus anliegen, wie noch im einzelnen erläutert wird. Dieses Zusammenbauverfahren hält den erwünschten Abstand zwischen den miteinander kämmenden Windungen durch Unterstützen der Schnecken 50 an jedem Ende bei, während eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den Schnecken 50 und der Trommel 34 möglich ist. Schließlich sind ringförmige Dichtungselemente 74 an den dargestellten Stellen vorgesehen, um zu verhindern, daß das Lager 64 mit Partikeln des thermoplastischen Materials verschmutzt wird, die im Zusammenhang mit der Vorheizeinrichtung 10 verwendet werden.
Das gegenüberliegende Ende der Trommel 34 (der Einlaßabschnitt 36) ist am Verteilergehäuse 76 in ähnlicher Weise geschlossen (siehe Fig. 8). Ein geteilter Ring 78 ist teilweise in einer ringförmigen Nut 79 aufgenommen und erfaßt einen Absatz 81, der durch die Nut 79 im Ende des Trommeleinlaßabschnitts 36 gebildet wird, wodurch die Trommel 34 mit einer endseitigen Wand 83 des Verteilergehäuses 76 verbunden wird, wenn der Zusammenbau mit Schrauben 80 erfolgt. Die Keilnuten 60 der Zuführungsschnecken 50 erstrecken sich in das Verteilergehäuse 76 und werden in angetriebene Zahnräder 85, 86 geführt, die auf einem Ende durch Nadellager 82 in der Wand 83 des Verteilergehäuses 76 und am gegenüberliegenden Ende durch Lagerungen 93 in der Gehäuseendkappe 77 getragen sind. Die richtige Ausrichtung der Trommel 34 mit dem Verteilergehäuse 76 wird durch Verwendung von Zapfen 84 erleichtert, die durch entsprechend positionierte Bohrungen in den benachbarten Teilen auf genommen werden.
Wie in Fig. 8 bis 10 dargestellt ist, ist die Keilverzahnung 60 einer jeden Schnecke 50 innerhalb einer entsprechenden Keilverzahnung 88, 89 auf dem Innendurchmesser der angetriebenen Zahnräder 85, 86 aufgenommen. Ein Antriebszahnrad 87 kämmt mit den angetriebenen Zahnrädern 85, 86. Die angetriebenen Zahnräder 85, 86 sind größenmäßig identisch, allerdings ist die passende Keilverzahnung 88 des Zahnrads 85 um einen Winkel A bezüglich einer Bezugsposition R versetzt. Der Zweck dieses Versatzes A besteht darin, eine unterschiedliche Ausrichtung des Zahnrads 85 mit dem schraubenförmigen Schneckengang der zugehörigen Schnecke 50 herzustellen, in Vergleich mit dem Zahnrad 86 auf der benachbarten Schnecke. Die unterschiedlichen Ausrichtungen der angetriebenen Zahnräder 85, 86 ermöglichen das richtige Timing der Drehung, so daß die schraubenförmigen Windungen der benachbarten Schnecken 50 korrekt ineinandergreifen, wie Fig. 6 zeigt.
Das Antriebszahnrad 87 erhält seine Drehbewegung über einen Motor 90 und ein Getriebe 91 (siehe Fig. 1 und 2). Vorzugsweise ist der Motor 90 mit einer angebauten Gebläseanordnung 99 versehen, um beim Betrieb einen Kühlluftstrom zu erzeugen. Unter Bezugnahme auf Fig. 8, 9 und 10 ist die zentrale Welle 92 des Antriebszahnrads 87 durch Lagerungen 95 an einem Ende in der Wand 83 des Verteilergehäuses 76 drehbar gelagert, und am anderen Ende in der Gehäuseendkappe 77. Wie durch die Pfeile in Fig. 10 angedeutet, wird das Antriebszahnrad 87 durch den Motor 90 und das Getriebe 91 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wodurch die Antriebszahnräder 85, 86 im Uhrzeigersinn drehen und dadurch eine entsprechende Drehung an die Schnecken 50 weitergeben. Wie ersichtlich ist, sorgt diese Getriebeanordnung für einen gemeinsamen Antrieb der Schnecken 50 und behält das relative Timing der Schnecken 50 bei, um eine Störung zwischen den Schneckengängen zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist zur Festlegung des Wegs des thermoplastischen Materials zur Strömung in die Vorheizeinrichtung 10 ein Einlaßkühlungseinlauf 94 in einer Linie mit der Öffnung 47 im Einlaßabschnitt 36 der Trommel 34 angebracht. Der Kühlungseinlauf 94 verhindert Wärmeleitungsübertragung von der Trommel 34 zu diesem Teil des Strömungswegs. Wenn das thermoplastische Material erwärmt wird, bevor es in die Trommel 34 eintritt, kann es "klebrig" werden und zufällige Materialströmungen erzeugen oder möglicherweise eine Versperrung des Strömungswegs erzeugen. Eine Halterungsplatte 96 paßt den Kühlungseinlauf 94 zur Befestigung eines Zugmagneten 98 an. Der Magnet 98 ist dazu bestimmt, etwaige Partikel aus Eisenmaterial herauszuziehen, die unbeabsichtigterweise mit dem thermoplastischen Material gemischt sein könnten, wodurch verhindert wird, daß derartige Partikel eine Beschädigung von Schnecken und Trommel der Vorheizeinrichtung 10 oder des Extruders 12 bewirken. Ein Trichter 100 ist über dem Zugmagneten 98 angebracht, um einen geeigneten Materialvorrat zu bilden.
Wie erwähnt, besteht die Funktion der Vorheizeinrichtung 10 darin, gründlich gemischten Kunststoff an den Extruder 12 mit einer konsistenten, hohen Temperatur abzugeben. Beim Mischen von Material durch die drehenden Schnecken 50 wird Reibungswärme erzeugt, allerdings besteht die Erwärmungsfähigkeit der Vorheizeinrichtung 10 hauptsächlich in zwei anderen Quellen, die genauer überwacht und gesteuert werden können. Zunächst umgibt eine Reihe von Bandbeheizungen 102 die Außenfläche der Trommel 34. Die Beheizungen 102 sind elektrische Widerstandseinheiten mit geeigneten Leitungsdrähten 103, um eine Verdrahtung beim Zusammenbau zu erleichtern, wie sie typischerweise bei dieser Anwendungsart verwendet werden.
Die zweite Quelle zusätzlicher Wärme kommt aus Aluminium-Beheizungskernen 104, die in die axialen Bohrungen 58 einer jeden Schnecke 50 eingeschoben sind. Insbesondere sind die Beheizungskerne 104, wie Fig. 6 und 7 zeigen, längliche Aluminiumzylinder mit drei gleichmäßig beabstandeten Längsbohrungen, um Patronen-Beheizungselemente 106 aufzunehmen. Die Kerne 104 bilden somit ein Mittel, um die durch die Beheizungselemente 106 innerhalb der Kerne 58 der Schnecken 50 zugeführte Wärme gleichmäßig abzugeben.
Da die Beheizungselemente 106 vorzugsweise elektrische Widerstände vom Stangentyp sind, erfolgt die Stromversorgung über Schleifringanordnungen 108 (siehe Fig. 4). Insbesondere wird Strom an jede Bürstenblockanordnung 114 zugeführt, die durch eine mit der Lagerhalterung 68 verbolzte Ständer- und Plattenanordnung 116 an Ort und Stelle gehalten wird. Federbelastete Bürsten 118 übertragen elektrischen Strom an Kollektorringanordnungen 120, die an Gewindeabschnitten 69 der Schraubspitzen 66 befestigt sind. Diese Konstruktion schafft Drehkontakte, um Strom an die Patronenbeheizungen 106 durch nicht dargestellte elektrische Drähte zuzuführen, die die Beheizungen 106 mit den Endanschlüssen 122 auf den Kollektorringanordnungen 120 verbinden, wobei die Bohrungen 67 in den Schraubspitzen 66 Leitungen für den Durchgang der elektrischen Drähte bilden. Eine Abdeckung 110 ist mit Schrauben 111 an der endständigen Platte 62 befestigt, um zu verhindern, daß die Kontaktflächen der Schleifringanordnungen 108 verschmutzt und in ihrer elektrischen Leitfähigkeit negativ beeinflußt werden. Um eine genaue Temperatursteuerung zu ermöglichen, sind Thermoelemente 112 in der Trommel 34 und den Beheizungskernen 104 angeordnet.
Im Betrieb wird thermoplastisches Material durch Schwerkraftwirkung aus dem Trichter 100 in die Vorheizeinrichtung 10 gespeist, wobei es am Auszugsmagneten 98 vorbei durch den Kühlungseinlaß 94 und in die Öffnung 47 des Einlaßabschnitts 36 der Trommel 34 hineingeht. Wenn das Material in die Trommel 34 eintritt, wird es auf den Speiseschnecken 50 abgelagert, die sich beide im Uhrzeigersinn drehen (vom Austrittsende der Vorheizeinrichtung 10 gesehen). Die Drehung der ineinandergreifenden Schnecken 50 dient zur Mischung des Materials und befördert es gleichzeitig zum Auslaß 48 des Auslaßabschnitts 37 der Trommel 34. Während sich das Material durch die Trommel 34 vom Einlaß 47 vom Auslaß 48 bewegt, wird es durch Wärmeleitung von der Innenfläche der Trommel 34 beheizt, die zunächst durch die Bandbeheizungen 102 aufgeheizt wird, und durch Wärmeleitung von der Oberfläche der Speiseschnecken 50, die innen durch die Patronenbeheizungselemente 106 beheizt werden. Die Materialtemperatur wird durch Regulieren der Leistung der Beheizungselemente 102 und 106 genau gesteuert, wie erforderlich, um die gewünschten Temperaturen in der Trommel 34 und den Schnecken 50 zu erzielen, wie durch die Thermoelemente 112 angegeben. Wenn das Material den offenen Abschnitt 54 der Schnecken 50 erreicht, wird es durch Schwerkraft und einen geringfügigen Innendruck dazu veranlaßt, die Vorheizeinrichtung 10 durch den Auslaß 48 der Trommel 34 zu verlassen. Es sei angemerkt, daß die Rechtssteigung 53 auf dem Grundkörper 52 der Schnecken 50 und die Linkssteigung 57 auf dem Endabschnitt 56 gleichzeitig so wirken, daß das Material zum Speiseabschnitt 54 gefördert wird, wodurch der Innendruck erzeugt wird, der die Bewegung des Materials durch den Auslaß 48 unterstützt. Das thermoplastische Material geht dann durch den Einlaufadapter 24, durch den Kühlungseinlauf 26 und in die Extrudertrommel 27. Das Material, das die Vorheizeinrichtung 10 verläßt und in den Extruder 12 eintritt, ist zur weiteren Verarbeitung gründlich gemischt und auf eine optimale Temperatur aufgeheizt.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Man erkennt daher, daß die vorliegende Erfindung deutliche Vorteile über die im Stand der Technik beschriebenen Vorheizeinrichtungen schafft, indem sie eine konsistente Strömung thermoplastischen Materials unmittelbar zur Extrudertrommel ohne lokalisierte Erwärmung oder Verdichtung abgibt, wodurch maximale Produktionsraten durch den Extruder möglich sind.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und beschrieben worden sind, ist für einen Fachmann klar, daß unterschiedliche Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte anstelle der elektrischen Patronenbeheizungen ein temperaturgesteuertes Fluid durch die Speiseschnecken zirkuliert werden, um eine zusätzliche Beheizung zu schaffen. Alternativ könnten unterschiedliche Windungsanordnungen ihr die Speiseschnecken das Material effektiv mischen und fördern. Mit den beigefügten Ansprüchen sollen daher alle diese Veränderungen und Modifizierungen umfaßt sein, die in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

1. Vorrichtung (16) zum Vorheizen thermoplastischen Materials vor dem Eintritt des Materials in eine Extrudertrommel (27), umfassend: ein längliches Gehäuse (34) mit einer zentralen Bohrung (46), und einem Einlaß (47) benachbart zu einem ersten Ende des Gehäuses (34), und einem Auslaß (48) zwischen dem Einlaß (47) und einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des Gehäuses (34), wobei sowohl der Einlaß (47) als auch der Auslaß (48) die zentrale Bohrung (46) schneiden; einen Materialströmungsweg, der am Einlaß (47) beginnt, sich durch die zentrale Bohrung (46) fortsetzt und von der zentralen Bohrung (46) durch den Auslaß (48) verläuft; ein Paar benachbarter, paralleler Speiseschnecken (50), die innerhalb der zentralen Bohrung (46) des Gehäuses (34) zum Vermischen des thermoplastischen Materials und Befördern entlang des Materialströmungswegs aufgenommen sind; eine Antriebseinrichtung (87, 92), um die Speiseschnecken (50) innerhalb der zentralen Bohrung (46) in Drehung zu versetzen; und Mittel (102, 106) zum Erwärmen des thermoplastischen Materials auf eine gewünschte Temperatur, während es gemischt und durch das Gehäuse (34) entlang des Materialströmungswegs befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schnecken (50) einen Grundkörperabschnitt (52) aufweist, der einen schraubenförmigen Schneckengang hat, der so ausgebildet ist, daß das Material vom Einlaß (47) zum Auslaß (48) befördert wird, wenn die Speiseschnecke (50) gedreht wird, einen offenen Abschnitt (54), der einen konstanten Durchmesser aufweist, und einen Endabschnitt (56), der einen schraubenförmigen Schneckengang hat, der mit einer Gewindesteigung ausgebildet ist, die der des Grundkörperabschnitts (52) entgegengerichtet ist, so daß sich der Grundkörperabschnitt (52) vom Einlaß (47) zu dem offenen Abschnitt (54) erstreckt, der sich benachbart zum Auslaß (48) befindet, und sich der Endabschnitt (56) von dem offenen Abschnitt (54) zum zweiten Ende des Gehäuses (34) erstreckt; wobei die Antriebseinrichtung (87, 92) beide Speiseschrauben (50) in gleicher Richtung in Drehung versetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Schneckengänge des Grundkörperabschnitts (52) und des Endabschnitts (56) der Speiseschrauben (50) einen Schraubenkanal bilden, der im Querschnitt im wesentlichen U- förmig ist, wobei der Schraubengang des Grundkörperabschnitts eine Rechtssteigung (53) und der Schraubengang des Endabschnitts eine Linkssteigung (57) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschrauben (50) innerhalb des länglichen Gehäuses (34) so angeordnet sind, daß die schraubenförmigen Schneckengänge der benachbarten Schnecken (50) ineinandergreifen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zum Drehen der Speiseschnecken (50) in der gleichen Richtung ein angetriebenes Zahnrad (85, 86) beinhaltet, das drehfest auf einer Keilverzahnung (60) auf jeder der Speiseschnecken (50) befestigt ist, und ein Antriebszahnrad (87), das in beide angetriebenen Zahnräder (85, 86) eingreift.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Abschnitt (54) der Speiseschnecken (50) eine zylindrische Konfiguration mit einem Durchmesser aufweist, der näherungsweise gleich dem Kerndurchmesser des Grundkörperabschnitts (52) der Schnecke (50) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbeheizungseinrichtung ein Mittel (104, 106) beinhaltet, das innerhalb der Speiseschnecken (50) zur direkten Beheizung der Speiseschnecken (50) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beheizen der Speiseschnecken (50) einen zylindrischen Beheizungskern (104) aufweist, der in einer axialen Bohrung (58) in jeder der Speiseschnecken (50) aufgenommen ist, wobei der Beheizungskern (104) zumindest eine Längsbohrung aufweist, um ein elektrisches stangenartiges Beheizungselement (106) aufzunehmen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbeheizungseinrichtung ferner elektrische Bandbeheizungen (102) beinhaltet, die auf der Außenseite des Gehäuses (34) angebracht sind.

9. Verfahren zum Vorheizen thermoplastischen Materials vor dem Eintritt des Materials in eine Extrudertrommel (27), mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines Materialströmungs wegs beginnend an einem Einlaß (47) in ein längliches Gehäuse (34), der sich durch eine zentrale Bohrung (46) in dem Gehäuse (34) fortsetzt und von der zentralen Bohrung (46) durch einen Auslaß (48) in dem Gehäuse (34) verläuft; (b) Vermischen des thermoplastischen Materials und Fördern entlang des Materialströmungswegs mittels eines Paars gemeinsam rotierender, benachbarter, paralleler Speiseschnecken (50), die in der zentralen Bohrung (46) des Gehäuses (34) aufgenommen sind, wobei jede Speiseschnecke (50) einen Grundkörperabschnitt (52) hat, der einen schraubenförmigen Schneckengang hat, der so ausgebildet ist, daß das Material vom Einlaß (47) zum Auslaß (48) befördert wird, wenn die Speiseschnecke (50) gedreht wird, einen offenen Abschnitt (54) mit einem konstanten Durchmesser, und einen Endabschnitt (56) mit einem schraubenförmigen Schneckengang, der eine Gewindesteigung aufweist, die der des Grundkörperabschnitts (52) entgegengerichtet ist, so daß sich der Grundkörperabschnitt (52) vom Einlaß (47) zu dem offenen Abschnitt (54) erstreckt, der sich benachbart zum Auslaß (48) befindet, und sich der Endabschnitt (56) vom offenen Abschnitt (54) zum zweiten Ende des Gehäuses (34) erstreckt; und (c) Beheizen des thermoplastischen Materials auf eine gewünschte Temperatur, während es gemischt und entlang des Materialströmungswegs gefördert wird.