WO2024056513A1

WO2024056513A1 - Doppelschneckenextruder und verfahren zum verarbeiten eines kautschukmaterials

Info

Publication number: WO2024056513A1
Application number: PCT/EP2023/074582
Authority: WO
Inventors: Frank Reineke; Gerhard Scheel
Original assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2024-03-21
Also published as: DE102022123406A1

Abstract

Zwischen der Eingangsöffnung (9) und der (nicht dargestellten) Ausgangsöffnung des gegenläufigen Doppelschneckenextruders ist die Anordnung der Schnecken (1a, 1b) dichtkämmend, d.h. der jeweilige Grundsteg (2a, 2b) reicht, unter Wahrung der üblichen Toleranzen, an die Oberfläche der Schneckenwelle (3b, 3a) der jeweils anderen Schnecke (1b, 1a) heran. Im Bereich der axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung (9) sind die Grundstege (2a, 2b) gegenüber dem Hauptdurchmesser der Schnecken (1a, 1b) teilweise abgetragen, so dass in diesem Bereich die Dichtkämmung aufgehoben ist.

Description

Beschreibung

DOPPELSCHNECKENEXTRUDER UND VERFAHREN ZUM VERARBEITEN EINES KAUTSCHUKMATERIALS

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schneckenextruder, insbesondere Doppelschneckenextruder. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines Kautschukmatenals.

Stand der Technik

Dem Fachmann sind eine Vielzahl unterschiedlicher Bauformen von Schneckenextrudern bekannt, die nach Anzahl der eingesetzten Schnecke(n), Anordnung der Schnecken relativ zueinander und Schneckengeometrien unterschieden werden. So lassen sich gängige Schneckenextruderbauformen einteilen in Einschnecken-, Doppelschnecken- und Mehrschneckenextruder, Doppelschneckenextruderbauformen in gleichläufige und gegenläufige Doppelschneckenextruder, und zwar jeweils nichtkämmend und kämmend, insbesondere dichtkämmend.

Bei nichtkämmenden bzw. tangierenden Doppelschneckenextrudern, welche im Bereich der Kunststoffextrusion nur eine geringe Rolle spielen, greifen die Schneckenstege nicht in die Schneckengänge der jeweils anderen Schnecke ein. Bei kämmender Anordnung stehen die Schneckenstege der beiden Schnecken miteinander in Eingriff, d.h. der Schneckensteg bzw. die Schneckenstege der einen Schnecke ragen in den Schneckengang bzw. die Schneckengänge der jeweils anderen Schnecke hinein. Kämmende Doppelschneckenextruder sind in der Regel dichtkämmend ausgeführt. Bei dichtkämmender Anordnung wird der Schneckengrund der einen Schnecke von der Flanke des Schneckenstegs der anderen Schnecke abgeschabt, d.h. die Steghöhe des Schneckenstegs entspricht näherungsweise dem Abstand des von der Oberfläche der jeweiligen Schneckenwelle gebildeten Schneckengrunds der einen Schnecke vom Schneckengrund der jeweils anderen Schnecke. Unter dem Schneckengrund versteht man den Ort der Oberfläche der Schneckenwelle im Schneckengang zwischen zwei Umläufen des Schneckenstegs (Grundsteg) bei eingängigen Schnecken bzw. zwischen zwei benachbarten Schneckenstegen (Grundstegen) bei mehrgängigen Schnecken.

Je nach Einsatzgebiet sind unterschiedliche Bauformen von Schneckenextrudern vorherrschend. Während gleichläufige dichtkämmende Doppelschneckenextruder eine große Bedeutung in vielen Bereichen der Kunststoffaufbereitung und - Verarbeitung haben, sind gegenläufige dichtkämmende Doppelschneckenextruder insbesondere im Bereich der Hart-PVC-Extrusion vorherrschend.

In gegenläufigen Doppelschneckenextrudern ergibt sich durch die Dichtkämmung ein geschlossenes Kammervolumen, sie fördern daher (ähnlich einer Zahnradpumpe) volumetrisch. Im Gegensatz zu einer Friktionsförderung ergibt sich so ein guter energetischer Pumpenwirkungsgrad, eine temperaturschonende Förderung und kaum axiale Vermischung. Diese Eigenschaften würden dichtkämmende gegenläufigen Doppelschneckenextruder einerseits auch für die Verarbeitung von Kautschukmaterialien interessant machen, andererseits verhindert die Dichtkämmung den Einzug von Kautschuk-Fütterstreifen, und auch eine Vorplastifizierung ist hier herkömmlich nicht umsetzbar. Im Bereich der Kautschukverarbeitung werden daher in der Regel Einschneckenextruder eingesetzt. Hier sind die energetischen Pumpenwirkungsgrade immer noch höher als in gleichläufigen Doppelschneckenextrudern, als Friktionsförderer kann es aber neben unerwünscht hoher Wärmedissipation auch Probleme beim Druckaufbau geben, weshalb insbesondere zum Überwinden hoher Extrusionswiderstände Einschneckenextruder zum ausreichenden Druckaufbau häufig mit einer Zahnradpumpe zusammengeschaltet werden müssen. Darstellung der Erfindung

Vor diesem Hintergund ist es Aufgabe der Erfindung, insbesondere für die Verarbeitung von Kautschukmaterialen, ggf. aber auch für die Verarbeitung anderer plastischer Massen eine apparative Alternative zum Stand der Technik zu schaffen, welche im Zusammenhang mit herkömmlichen Schneckenextruderbauarten auftretende Probleme zumindest reduziert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 1 gelöst.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung somit einen Doppelschneckenextruder, der zwei gegenläufig drehende Schnecken und ein Gehäuse aufweist, in welchem die Schnecken angeordnet sind, wobei jede der Schnecken eine Schneckenwelle und mindestens einen um die Schneckenwelle gewendelten Grundsteg aufweist, das Schneckengehäuse eine Eingangsöffnung und eine in Förderrichtung der Schnecken stromabwärts von der Eingangsöffnung angeordnete Ausgangsöffnung aufweist, und die Schnecken zwischen der Eingangs- und der Ausgangsöffnung zumindest abschnittsweise dichtkämmend angeordnet sind. Innerhalb der, bezogen auf die Schneckenwellen, axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung zumindest zwischen einem Grundsteg einer der Schnecken und der Schneckenwelle (und somit dem Schneckengrund) der jeweiligen anderen Schnecke wird zumindest in einem Abschnitt eine Mindestspaltbreite von beispielsweise mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 25% des Abstands der Oberflächen der Schneckenwellen voneinander (also des Abstands des einen Schneckengrunds vom anderen Schneckengrund) in besagtem Abschnitt eingehalten, so dass in diesem Abschnitt bevorzugt ein Kämmen und kein Dichtkämmen vorliegt. Bevorzugt liegt somit eine kämmende Anordnung, insb. der Schnecken, in diesem Abschnitt vor, also kein Nichtkämmen und (dennoch bzw. ebenso) kein Dichtkämmen bzw. keine dichtkämmende und keine nichtkämmende Anordnung. Gegenüber einem herkömmlich ausgeführten gegenläufigen Doppelschneckenextruder ist also erfindungsgemäß im Einzugsbereich zumindest ein Grundsteg zumindest teilweise abgetragen bzw. mit verminderter Steghöhe (= radialer Abstand zwischen Außenradius des Grundstegs und Schneckengrund) ausgeführt.

Durch die in mindestens einem Teil des Einzugsbereichs entlang der Axialrichtung nicht-dichtkämmende Ausführung ist eine vollkontinuierliche Förderung des zugeführten Produktstroms in den inneren Prozessraum des Extruders möglich, so dass auch übliche Kautschuk-Fütterstreifen sicher einziehbar sind, wohingegen bei einer durchgehend dichtkämmenden Ausführung bei jeder Schneckenumdrehung, je nach Gängigkeit, ein oder mehrere Zeitpunkte vorliegen, an dem der Produktstrom am Einzug unterbrochen ist. Auch wenn keine Fütterstreifen zugeführt werden ermöglicht die vorliegende Erfindung in vielen Fällen eine gleichmäßigere Produktzuführung. Zudem können durch geeignete Gestaltung der Steggeometrie im Einzugsbereich die dortigen Scherverhältnisse an die rheologischen Eigenschaften der eingesetzten Produkte bzw. an gewünschte Prozesseigenschaften angepasst werden. D.h. gegenüber einer durchgehend dichtkämmenden Ausführung können lokal erhöhte Scherkräfte in den Produktstrom eingebracht werden.

Der weitere Materialtransport zum Spritzwerkzeug des Extruders kann durch die aufgrund der Dichtkämmung gegebene volumetrische Förderung sehr temperaturschonend erfolgen, und dies bei gegenüber herkömmlichen Einschnecken-Extrudern erhöhten Durchsätzen. Eine Verbesserung der erzielbaren Durchsätze ergibt sich insbesondere bei einer Förderung gegen einen hohen Extrusionswiderstand, wobei in Anwendungen, die bei Verwendung eines Einschnecken-Extruders den Einsatz einer Zahnradpumpe erforderten, letztere erfindungsgemäß auch entfallen kann.

Das Gehäuse kann im Wesentlichen ausgeführt werden wie per se aus dem Stand der Technik bekannte Extrudergehäuse. Im Querschnitt besitzt der Gehäuseinnenraum somit eine im wesentlichen achtförmige Grundform, wobei der jeweilige Grundsteg in dem jeweiligen axialen Bereich, in dem Dichtkämmung vorliegt, auch entsprechend dicht im Rahmen der üblichen Toleranzen an der Gehäusewandung entlangschabt.

Während in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungen mit paralleler Schneckenanordnung und einer entsprechend teilzylindrischen Grundform der beiden konkaven Teile des Gehäuseinnenraums Raum vorrangig beschrieben werden, kann die Erfindung vorteilhaft auch mit konischen Doppelschnecken und somit relativ zueinander im Winkel stehenden Schneckenachsen ausgeführt werden. Die Grundform der beiden konkaven Teile des Gehäuseinnenraums ist dann ebenfalls konisch. Bei paralleler Schneckenanordnung ist die Grundform der Schnecke zylindrisch; der Durchmesser der zylindrischen Hüllfläche wird als Hauptdurchmesser bezeichnet. Vorteilhaft für die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Steigung (Ganghöhe) des mindestens einen Grundstegs im Bereich vom 0,5-fachen bis zum 3-fachen, vorzugsweise 1 ,2-fachen bis 1 ,5-fachen, insbesondere 1 ,33-fachen des Hauptdurchmessers.

Bei der Wahl der Materialen für die Fertigung der Schnecken und des Gehäuses kann der Fachmann auf die per se aus dem Stand der Technik im Extruderbau bekannten Materialien zurückgreifen. Auch die Lagerung der Schnecken und der Schneckenantrieb kann erfindungsgemäß ausgeführt werden wie per se aus dem Stand der Technik bekannt. Der Fachmann ist hier nicht zu aufwändigen Neukonstruktionen gezwungen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können insbesondere gemäß einem der Unteransprüche umgesetzt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in dem besagten Abschnitt auf dem Außenumfang zumindest eines der Grundstege ein unterbrochener Schneckensteg angeordnet. Dies erhöht die Zahl der Freiheitsgrade für die Ausführung auch komplexerer Schneckengeometrien, um im Einzugsbereich das Förder- und Scherverhalten des Extruders auf die gewünschten Prozessbedingungen auszurichten. D.h. im Bereich radial außerhalb des Grundstegs kann so eine andere Schneckengeometrie ausgeführt werden als im radialen Bereich des Grundstegs. Unterbrochen ist der jeweilige äußere Schneckensteg insbesondere dort, wo er sich mit einem Schneckengang der Grundsteg-Geomerie überschneidet.

Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, in dem besagten Abschnitt mehrere unterbrochene Schneckenstege auf dem Außenumfang zumindest eines der Grundstege anzuorden, so dass sich im radialen Bereich dieser Schneckenstege, also radial außerhalb des Grundstegs, eine andere Gangzahl ergibt als im radialen Bereich des zumindest einen Grundstegs. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Zahl der durch den mindestens einen Grundsteg gebildeten Schneckengänge zu der Zahl der durch die an dessen bzw. deren Außenumfang angeordneten unterbrochenen Schneckenstege gebildeten Schneckengänge in einem Bereich von 1 :2 bis 1 :8 liegt, besonders bevorzugt beträgt dieses Verhältnis 1 :3, d.h. beispielsweise wird radial außerhalb einer zweigängigen Grundsteg-Geometrie eine sechsgängige Schneckengeometrie der unterbrochenen äußeren Schneckengänge ausgeführt.

Vorzugsweise unterscheidet sich die Steigung des unterbrochenen Schneckenstegs bzw. der unterbrochenen Schneckenstege von der Steigung des mindestens einen Grundstegs auf dem bzw. denen der unterbrochene Schneckensteg bzw. die unterbrochenen Schneckenstege angeordnet sind. Vorzugsweise liegt dabei das Verhältnis der Steigung des mindestens einen Grundstegs zur Steigung des unterbrochenen Schneckenstegs bzw. der unterbrochenen Schneckenstege in einem Bereich von 1 :1 ,5 bis 1 :5, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 :2 bis 1 :3, insbesondere bei 1 :2,5.

Während der bzw. die unterbrochenen Schneckensteg(e) vorteilhaft bis an den Schneckengrund der jeweils anderen Schnecke reichen können (bei parallelen Schnecken der Außendurchmesser des bzw. der unterbrochenen Schneckensteg(e) also dem Hauptdurchmesser entsprechen kann), kann auch vorteilhaft zwischen dem unterbrochenen Schneckensteg bzw. den unterbrochenen Schneckenstegen der einen Schnecke und der Schneckenwelle der jeweiligen anderen Schnecke ebenfalls eine Mindestspaltbreite eingehalten werden. Insbesondere kann also bei parallelen Schnecken der Außendurchmesser des bzw. der unterbrochenen Schneckensteg(e) gegenüber dem Hauptdurchmesser etwas reduziert sein.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Schnecken jeweils zwei oder mehr um die Schneckenwelle gewendelte Grundstege auf, so dass die Schnecken jeweils zwei-, drei- oder mehrgängig, besonders bevorzugt zweigängig sind.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird innerhalb der, bezogen auf die Schneckenwellen, axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung zumindest zwischen einem Grundsteg einer jeder der Schnecken und der Schneckenwelle der jeweiligen anderen Schnecke zumindest in einem Abschnitt die Mindestspaltbreite eingehalten. Das heißt, bei beiden Schnecken ist der Grundsteg zumindest partiell abgetragen bzw. im Außenradius gegenüber einer vollständig dichtkämmenden Anordnung reduziert. Insbesondere können vorteilhaft beide Schnecken eine lediglich mit entgegengesetztem Drehsinn aber ansonsten einander zumindest über einen axialen Bereich, insbesondere den Bereich, in dem die Dichtkämmung aufgehoben ist, genau gleichende Schneckengeometrie besitzen, im Längsschnitt also zumindest abschnittsweise spiegelsymmetrisch ausgeführt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Schnecken auch zwischen der Eingangs- und der Ausgangsöffnung abschnittsweise nicht dichtkämmend sind. Während also in Abschnitten die volumetrische Förderwirkung beibehalten wird, hat der Fachmann, je nach erwünschten Prozessbedingungen im Einzelfall, die Möglichkeit dazwischen Scher-, Misch-, Knet-, Homogenisier-, Plastifizier- oder sonstige Bereiche mit maßgeschneiderten fließmechanischen Bedingen anzuordnen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine der Schnecken länger als die andere Schnecke ausgebildet werden, so dass sie die andere Schnecke ausgangsöffnungsseitig überragt. Eine derartige Anordnung entspricht im Wesentlichen einem Einschnecken-Extruder, der einem Doppelschneckenförderer nachgeschaltet ist. Im axial überragenden Teil der längeren Schnecke können also die geometrischen Bedingungen herkömmlicher Einschneckenextruder nachgebildet werden, wobei der vorgeschaltete Bereich dichtkämmender Doppelschnecken den Druckaufbau mit hinreichend hohem energetischem Pumpenwirkungsgrad gewährleistet.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.

Erfindungsgemäß kann Kautschukmaterial also verarbeitet werden, indem es einem wie oben beschriebenen Doppelschneckenextruder zugeführt wird. Als Kautschukmaterialien werden neben Naturkautschuken insbesondere synthetische Kautschuke einschließlich Silikonkautschuke verstanden.

Übrige Verfahrensschritte können dabei wie in herkömmlichen Verarbeitungsverfahren für Kautschukmaterialien ausgeführt werden. Insbesondere kann das Kautschukmaterial vorteilhaft als Kautschukfütterstreifen zugeführt wird.

Der Einsatz einer Zahnradpumpe kann gegenüber herkömmlichen Verfahren mit Einschneckenextrudern dagegen unterbleiben. Unter Umständen kann auch eine in einem herkömmlichen Verfahren womöglich erforderliche Kühlung des Extrudermantels entfallen oder mit geringerem Kühlmitteleinsatz erfolgen, da die vorliegende Erfindung eine temperaturschonendere Förderung im Extruder gewährleistet.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere entsprechen Verhältnisse der einzelnen Abmessungen zueinander aus Gründen der Anschaulichkeit nicht unbedingt den Abmessungsverhältnissen in tatsächlichen technischen Umsetzungen.

Es werden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen und technischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie mit per se aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen kombinierbar.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders im Längsschnitt, wobei der Bereich der Lagerung der Schnecken und der Bereich der Ausgangsöffnung nicht dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders im Längsschnitt ähnlich Fig. 1 , wobei der Bereich der Lagerung der Schnecken und der Bereich der Ausgangsöffnung nicht dargestellt sind.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders im Längsschnitt ähnlich Fig. 1 , wobei der Bereich der Lagerung der Schnecken und der Bereich der Ausgangsöffnung nicht dargestellt sind.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht die Anordnung der Schnecken eines weiteren erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders mit geschnitten angedeutetem Gehäuse, wobei die Lage der Eingangsöffnung durch eine fett strichlierte Linie angedeutet ist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Einander entsprechende Elemente sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders im Längsschnitt, wobei die Schnecken 1a, 1 b wie üblich ungeschnitten dargestellt sind. Figuren 2 und 3 zeigen in ähnlicher Weise Varianten des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1. Wie unten erläutert unterscheidet sich die Variante aus Fig. 2 von der Variante aus Fig. 1 darin, dass in Fig. 2 nur bei einer der beiden Schnecken 1a, 1 b die Steghöhe der Grundstege 2a, 12a abschnittweise reduziert ist. In Fig. 3 ist gegenüber der Variante aus Fig. 1 das Gehäuse 10 verändert, indem im Bereich der reduzierten Steghöhe der Grundstege 2a, 2b, 12a, 12b verminderte Innendurchmesser aufweist.

Dabei ist in Figuren 1-3 jeweils nur ein axialer Ausschnitt des Extruders abgebildet, der Bereich des Ausgangs bzw. Spritzwerkzeugs (weiter links in der Zeichenebene) sowie des Schneckenantriebs (weiter rechts in der Zeichenebene) sind nicht dargestellt. Sowohl Spritzwerkzeug als auch der Antrieb, mit welchem die Schnecken 1a, 1 b in zueinander gegenläufige Rotation versetzt werden, und Lagerung der Schnecken 1a, 1 b sind dabei auf herkömmliche Weise ausgeführt.

Die Schnecken 1a, 1 b sind parallel in einem gemeinsamen Gehäuse 10 angeordnet, dessen Gehäuseinnenraum einen achtförmigen Querschnitt aufweist, wobei die teilzylindrischen Bereiche der Gehäuseinnenwand 11 jeweils einen Zylinderdurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen dem Hauptdurchmesser D beider Schnecken 1a, 1 b entspricht, allerdings mit den üblichen Toleranzen, die ein Schleifen der Schnecken 1a, 1 b an der Gehäuseinnenwand 11 verhindern. Durch eine strichlierte Linie angedeutet ist die Lage der Eingangsöffnung 9, durch welche den Schnecken 1a, 1 b Kautschukmaterial zugeführt wird. Die Lage der Eingangsöffnung 9 ist symmetrisch bezüglich der Lage der beiden Schnecken 1a, 1 b.

Die Geometrie beider Schnecken 1a, 1 b ist gegensinnig aber im Übrigen zumindest zwischen Eingangsöffnung 9 und Ausgangsöffnung, in Figuren 1 und 3 auch im Bereich der Eingangsöffnung 9, jeweils gleich ausgeführt. Jede der Schnecken 1a, 1 b weist zwei Grundstege 2a, 12a bzw. 2b, 12b auf, ist also jeweils zweigängig. Die Steigung (Ganghöhe) jedes der Grundstege 2a, 12a, 2b, 12b beträgt das 1 ,5-fache des Hauptdurchmessers D.

Zwischen der Eingangsöffnung 9 und der (nicht dargestellten) Ausgangsöffnung, d.h. somit links von der Eingangs Eingangsöffnung 9 in Fig. 1 ist die Anordnung der Schnecken 1a, 1 b dichtkämmend, d.h. der jeweilige Grundsteg 2a, 2b, 12a, 12b reicht, unter Wahrung der üblichen Toleranzen, um ein Schleifen der Schnecken 1a, 1 b aneinander zu vermeiden, an die Oberfläche der Schneckenwelle 3b, 3a der jeweils anderen Schnecke 1 b, 1a heran. Der Außendurchmesser der Grundstege 2a, 12a, 2b, 12b entspricht in diesem Abschnitt somit dem Hauptdurchmesser D der Schnecken 1a, 1 b. Stromabwärts der Eingangsöffnung 9 funktioniert der Doppelschneckenextruder somit als volumetrischer Schneckenförderer. Der Schneckengrund 4a bzw. 4b der einen Schnecke 1a bzw. 1 b wird von der Flanke des Grundstegs 2b, 12b bzw. 2a, 12a der jeweils anderen Schnecke 1b bzw. 1a abgeschabt, d.h. die Steghöhe des Grundstegs 2a, 2b, 12a, 12b entspricht näherungsweise dem Abstand des von der Oberfläche der jeweiligen Schneckenwelle 3a bzw. 3b gebildeten Schneckengrunds 4a bzw. 4b der einen Schnecke 1a bzw. 1b vom Schneckengrund 4b bzw. 4a der jeweils anderen Schnecke 1 b bzw. 1a.

Im Bereich der (bezüglich der Schnecken 1a, 1 b) axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung 9 sind die Grundstege 2a, 2b, 12a, 12b gegenüber dem Hauptdurchmesser D der Schnecken 1a, 1 b abgetragen, so dass in diesem Bereich die Dichtkämmung aufgehoben ist. Zwischen dem jeweiligen Grundsteg 2a, 12a bzw. 2b, 12b und der Schneckenwelle 3b bzw. 3a (dem Schneckengrund 4b bzw. 4a) der jeweils anderen Schnecke 1 b bzw. 1a verbleibt eine Mindestspaltbreite, im vorliegenden Beispiel eine Mindestspaltbreite von etwa 25% des Abstands der Oberflächen der Schneckenwellen 3a, 3b voneinander.

Ferner ergibt sich bei axial durchgehend teilzylindrischer Ausführung der Gehäuseinnenwand 11 in dem axialen Abschnitt, in dem die Grundstege 2a, 2b, 12a, 12b abgetragen sind, auch ein Spalt zwischen dem jeweiligen Grundsteg 2a, 2b, 12a, 12b und der Gehäuseinnenwand 11 , dessen Spaltbreite im Wesentlichen der obigen Mindestspaltbreite entspricht. In manchen Anwendungsfällen kann ein solcher Spalt zwischen Gehäuseinnenwand 11 und Grundsteg 2a, 2b, 12a, 12b die Förderwirkung in der Einzugszone zu stark beeinflussen, d.h. vermindern, indem ein axialer Rückstrom oder eine Totraumzone im Spaltbereich entsteht. In anderen Anwendungsfällen kann eine derartige axiale Vermischung erwünscht sein.

Wenn ein Spalt zwischen Gehäuseinnenwand 11 und Grundstegen 2a, 2b, 12a, 12b unerwünscht ist, kann die Gehäuseinnwand 11 auch, wie in Fig. 3 dargestellt, für jede Schnecke 1a, 1 b zwei teilzylindrischen Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Zylinderdurchmessern aufweisen, wobei die teilzylindrischen Bereiche jeweils über

Während im die Grundstege 2a, 12a, 2b, 12b im Ausführungsbeispiel der Figur 1 über den gesamten Bereich der axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung 9 abgetragen sind, sind auch Ausführungen denkbar und je nach Einzelfall vorteilhaft, bei denen die Ausführung der Grundstege 2a, 12a, 2b, 12b über den Bereich der axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung 9 variiert.

Während im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ferner die Grundstege 2a, 2b, 12a, 12b beider Schnecken 1a, 1 b im Bereich der axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung 9 abgetragen sind, können auch Ausführungen umgesetzt werden, bei denen nur auf einer der beiden Schnecken 1a, 1 b die entsprechenden Grundstege 2a, 12a in diesem Bereich abgetragen sind, wie dies in Fig. 2 für die in der Figur obere Schnecke 1a gezeigt ist.

Figur 4 zeigt die zwei Schnecken 1a, 1 b eines weiteren erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders in perspektivischer Darstellung. Die gegenläufige Drehrichtung der Schnecken 1a, 1 b ist durch Pfeile veranschaulicht. Die Wandung des Gehäuses 10 ist geschnitten und nur teilweise dargestellt. Die Anordnung der Eingangsöffnung 9 wiederum durch eine unterbrochene Linie angedeutet.

Die Schnecken 1a, 1 b sind parallel in einem gemeinsamen Gehäuse 10 angeordnet, dessen Gehäuseinnenraum einen achtförmigen Querschnitt aufweist, wobei die teilzylindrischen Bereiche der Gehäuseinnenwand 11 jeweils einen Zylinderdurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen dem Hauptdurchmesser D beider Schnecken 1a, 1 b entspricht, allerdings mit den üblichen Toleranzen, die ein Schleifen der Schnecken 1a, 1 b an der Gehäuseinnenwand 11 verhindern. Die Lage der Eingangsöffnung 9 ist wiederum symmetrisch bezüglich der Lage der beiden Schnecken 1a, 1 b.

Zwischen der Eingangsöffnung 9 und der (nicht dargestellten) Ausgangsöffnung ist die Anordnung der Schnecken 1a, 1 b dichtkämmend, d.h. der jeweilige Grundsteg 2a, 2b reicht, unter Wahrung der üblichen Toleranzen, um ein Schleifen der Schnecken 1a, 1 b aneinander zu vermeiden, an die Oberfläche der Schneckenwelle 3b, 3a der jeweils anderen Schnecke 1 b, 1a heran. Stromabwärts der Eingangsöffnung 9 funktioniert der Doppelschneckenextruder somit als volumetrischer Schneckenförderer.

Im Bereich der (bezüglich der Schnecken 1a, 1 b) axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung 9 sind die Grundstege 2a, 2b gegenüber dem Hauptdurchmesser der Schnecken 1a, 1 b teilweise abgetragen, so dass in diesem Bereich die Dichtkämmung aufgehoben ist. Der Abtrag des Materials der Grundstege folgt dabei einer schneckenförmig gewendelten Geometrie, so dass sich auf dem äußeren Umfang der abgetragenen Grundstege 2a, 2b unterbrochene Schneckenstege 5a, 5b ergeben.

Auf den Schneckenwellen 3a, 3b sind also im Bereich der axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung in einer radial inneren und einer radial äußeren Lage zwei voneinander unterschiedliche Schneckengeometrien gebildet. Die Unterbrechungen in den äußeren Schneckenstegen 5a, 5b ergeben sich dadurch, dass die Steigung bzw. Ganghöhe in der radial äußeren Schneckengeometrie größer, also steiler, ist als die Steigung bzw. Ganghöhe der von den Grundstegen 2a, 2b jeweils gebildeten radial inneren Schneckengeometrie, im dargestellten Beispiel etwa um den Faktor 2. Die Unterbrechungen entstehen dort, wo die Schneckenstege 5a, 5b der radial äußeren Schneckengeometrie sich mit den zwischen den Grundstegen 2a, 2b jeweils gebildeten Schneckengängen der radial inneren Schneckengeometrie überschneiden. Durch diese Unterbrechungen der äußeren Schneckenstege 5a, 5b ist die Dichtkämmung in diesen Bereichen aufgehoben.

Durch die Möglichkeit der Schaffung einer zweiten, überlagerten Schneckengeometrie mit dem selektiven teilweisen Abtrag des Materials der Grundstege 2a, 2b ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade, mithilfe derer der Doppelschneckenextruder an seinen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden kann. So kann sich, wie in Fig. 4 dargestellt, die radial äußere Schneckengeometrie von der radial inneren Schneckengeometrie nicht hinsichtlich ihrer jeweiligen Steigung bzw. Ganghöhe unterscheiden sondern auch hinsichtlich ihrer Ganganzahl. Während im dargestellten Beispiel die Grundstege 2a, 2b eine zweigängige Schneckengeometrie bilden. Die radial äußere Schneckengeometrie in Fig. 4 ist dagegen viergängig.

Hinsichtlich der Vorauswahl der jeweiligen Schneckengeometrien im Einzugsbereich kann der Fachmann grundsätzlich auf Erfahrungen aus dem Gebiet der Einschneckenextruder zurückgreifen, was grundsätzliche Aspekte des Scherverhaltens betrifft. Die nähere Gestaltung der Schneckengeometrien kann mittels Auslegungsversuchen optimiert werden, indem die genannten Parameter wie Steigung/Ganghöhe, Ganganzahl, Mindestspaltbreite stufenweise variiert werden.

Bezugszeichenliste a, 1 b Schnecken a, 2b Grundstege a, 3b Schneckenwellen a, 4b Schneckengrund a, 5b unterbrochene Schneckenstegea, 6b konischer Übergang a, 7b, 8a, 8b teilzylindrische Wandabschnitte Eingangsöffnung 0 Gehäuse 1 Gehäuseinnenwand 2a, 12b Grundstege

Hauptdurchmesser

Claims

Ansprüche

1 . Doppelschneckenextruder aufweisend zwei gegenläufig drehende Schnecken (1a, 1 b) und ein Gehäuse (10), in welchem die Schnecken (1a, 1 b) angeordnet sind, wobei jede der Schnecken (1a, 1 b) eine Schneckenwelle (3a, 3b) und mindestens einen um die Schneckenwelle (3a, 3b) gewandelten Grundsteg (2a, 2b, 12a, 12b) aufweist, das Schneckengehäuse (10) eine Eingangsöffnung (9) und eine in Förderrichtung der Schnecken (1a, 1 b) stromabwärts von der Eingangsöffnung (9) angeordnete Ausgangsöffnung aufweist, die Schnecken (1a, 1 b) zwischen der Eingangs- (9) und der Ausgangsöffnung zumindest abschnittsweise dichtkämmend angeordnet sind, und innerhalb der, bezogen auf die Schneckenwellen (3a, 3b), axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung (9) zumindest zwischen einem Grundsteg (2a, 2b, 12a, 12b) einer der Schnecken (1a, 1 b) und der Schneckenwelle (3a, 3b) der jeweiligen anderen Schnecke (1a, 1 b) zumindest in einem Abschnitt eine Mindestspaltbreite eingehalten wird, so dass in diesem Abschnitt kein Dichtkämmen vorliegt.

2. Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 1 , wobei in dem besagten Abschnitt auf dem Außenumfang zumindest eines der Grundstege (2a, 2b, 12a, 12b) ein unterbrochener Schneckensteg (5a, 5b) angeordnet ist.

3. Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 2, wobei in dem besagten Abschnitt mehrere unterbrochene Schneckenstege (5a, 5b) auf dem Außenumfang zumindest eines der Grundstege (2a, 2b, 12a, 12b) angeordnet sind, so dass sich im radialen Bereich der Schneckenstege (5a, 5b) eine andere Gangzahl ergibt als im radialen Bereich des zumindest einen Grundstegs (2a, 2b, 12a, 12b).

4. Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 3, wobei das Verhältnis der Zahl der durch den mindestens einen Grundsteg (2a, 2b, 12a, 12b) gebildeten Schneckengänge zu der Zahl der durch die an dessen bzw. deren Außenumfang angeordneten unterbrochenen Schneckenstege (5a, 5b) gebildeten Schneckengänge in einem Bereich von 1 :2 bis 1 :8 liegt, insbesondere 1 :3 beträgt.

5. Doppelschneckenextruder gemäß einem der Ansprüche 2-4, wobei die Steigung des unterbrochenen Schneckenstegs (5a, 5b) bzw. der unterbrochenen Schneckenstege (5a, 5b) verschieden ist von der Steigung des mindestens einen Grundstegs (2a, 2b, 12a, 12b) auf dem bzw. denen der unterbrochene Schneckensteg (5a, 5b) bzw. die unterbrochenen Schneckenstege (5a, 5b) angeordnet sind.

6. Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 5, wobei das Verhältnis der Steigung des mindestens einen Grundstegs (2a, 2b, 12a, 12b) zur Steigung des unterbrochenen Schneckenstegs (5a, 5b) bzw. der unterbrochenen Schneckenstege (5a, 5b) in einem Bereich von 1 :1 ,5 bis 1 :5, insbesondere in einem Bereich von 1 :2 bis 1 :3 liegt.

7. Doppelschneckenextruder gemäß einem der Ansprüche 2-6, wobei in besagtem Abschnitt zwischen dem unterbrochenen Schneckensteg (5a, 5b) bzw. den unterbrochenen Schneckenstegen (5a, 5b) einer der Schnecken (1a, 1b) und der Schneckenwelle (3a, 3b) der jeweiligen anderen Schnecke (1a, 1 b) ebenfalls eine Mindestspaltbreite eingehalten wird.

8. Doppelschneckenextruder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schnecken (1a, 1 b) jeweils zwei oder mehr um die Schneckenwelle (3a, 3b) gewendelte Grundstege (2a, 2b, 12a, 12b) aufweisen, so dass sie jeweils zwei-, drei- oder mehrgängig sind.

9. Doppelschneckenextruder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei innerhalb der, bezogen auf die Schneckenwellen (3a, 3b), axialen Ausdehnung der Eingangsöffnung (9) zumindest zwischen einem Grundsteg (2a, 2b, 12a, 12b) einer jeder der Schnecken (1a, 1 b) und der Schneckenwelle (3a, 3b) der jeweiligen anderen Schnecke (1a, 1 b) zumindest in einem Abschnitt die Mindestspaltbreite eingehalten wird.

10. Doppelschneckenextruder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mindestspaltbreite mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10%, insbesondere mindestens 25% des Abstands der Oberflächen der Schneckenwellen (3a, 3b) voneinander in besagtem Abschnitt beträgt.

11 . Doppelschneckenextruder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schnecken (1a, 1 b) zwischen der Eingangs- und der Ausgangsöffnung abschnittsweise nicht dichtkämmend sind.

12. Doppelschneckenextruder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine der Schnecken (1a, 1 b) länger als die andere Schnecke (1a, 1 b) ist, so dass sie die andere Schnecke (1a, 1 b) ausgangsöffnungsseitig überragt.

13. Verfahren zum Verarbeiten eines Kautschukmatenals, wobei das Kautschukmaterial einem Doppelschneckenextruder gemäß einem der Ansprüche 1-12 zugeführt wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Kautschukmaterial als Kautschukfütterstreifen zugeführt wird.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der Einsatz einer Zahnradpumpe unterbleibt.