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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner geht die Erfindung aus von
einem Verfahren zum Betreiben einer Mehrwellenextrudervorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 24.
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Aus
der Druckschrift
DE
40 16 784 A1 ist eine Extrudervorrichtung mit einer Faserstrangzuführung
bekannt, bei der an einer Stelle eines Gehäuses ein Faserstrang über
einen Einführkanal in einen Imprägnierkanal zugeführt
wird.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Mehrwellenextrudervorrichtung bereitzustellen,
die eine besonders Platz sparende Faserstrangzuführung
aufweist. Sie wird gemäß der Erfindung durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Mehrwellenextrudervorrichtung mit einer
Faserstrangzuführeinheit.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Faserstrangzuführeinheit zumindest
zwei Faserstrangzuführungen aufweist. Dadurch kann konstruktiv
einfach eine effektive Zuführstrecke eines Faserstrangs in
den Mehrwellenextruder verkürzt werden. Unter einer Mehrwellenextrudervorrichtung
soll hier eine Extrudervorrichtung mit zwei oder mehr Förderelementen
verstanden werden. Es können auch mehrere Faserstränge
pro Faserstrangzuführung als Faserstrangbündel
zugeführt werden. Ein Faserstrang stellt hierbei entweder
eine Einzelfaser wie eine Kurzglasfaser, einen Roving bzw. einen
Endlosfaserstrang und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll
erscheinenden Faserstrang dar.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass jeder Faserstrangzuführung
zumindest ein Übergabebereich zugeordnet ist. Es kann vorteilhaft
eine Zuführung jedes Faserstrangs über eine separate
Faserstrangzuführöffnung im Extrudergehäuse
erfolgen. Hierbei definiert ein Übergabebereich einen Bereich
der Faserstrangzuführeinheit, der unmittelbar in einen
Gehäuseinnenraum des Extrudergehäuses mündet.
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Vorteilhafterweise
ist der Übergabebereich dazu vorgesehen, zumindest einen
Faserstrang einem Verfahrensraum zuzuführen. Hierbei soll
unter einem Verfahrensraum der Raum der Mehrwellenextrudervorrichtung
verstanden werden, in dem die Faserstränge und/oder ein
Zusatzstoff eingefüllt sind bzw. ge mischt werden können.
Ein Zusatzstoff stellt hierbei entweder einen duroplastischen oder
thermoplastischen Kunststoff, ein Harz und/oder einen anderen, dem
Fachmann als sinnvoll erscheinenden Zusatzstoff dar. Durch diese
direkte Zuführung kann vorteilhaft erreicht werden, dass
der Faserstrang unmittelbar dem Raum zugeführt wird, in
dem er mit einem Zusatzstoff gemischt und/oder beschichtet wird. Der
Zusatzstoff liegt in diesem Bereich bevorzugt viskos und/oder flüssig
vor. Es können vorteilhaft Bauraum, Montageaufwand und
Kosten eingespart werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Faserstrangzuführungen in
einer Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind. Dadurch kann
die Anordnung der Faserstrangzuführungen besonders Platz
sparend ausgeführt werden. Weiterhin kann die gesamte Länge
des Mehrwellenextruders reduziert werden, da sich zum Beispiel im
Vergleich zu einem sich in einer Längserstreckung eines
Doppelextruders erstreckenden Zuführschlitz eine Reduzierung eines
Zuführbereichs um den Faktor der angeordneten Faserstrangzuführung
ergibt. Generell wäre jedoch auch die Anordnung der Faserstrangzuführungen
entlang einer axialen Längserstreckung des Extrudergehäuses
möglich.
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Des
Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die Faserstrangzuführungen
mit einem Abstand von zumindest ≥ 20° in der Umfangsrichtung
an einem Extrudergehäuse angeordnet sind, wodurch die Faserstrangzuführungen
konstruktiv einfach um den Umfang des Extrudergehäuses
angeordnet werden können, da ein ausreichendes Platzangebot
gegeben ist. Besonders vorteilhaft ist das Platzangebot, wenn die
Faserstrangzuführungen mit ei nem Abstand von zumindest ≥ 30° in
der Umfangsrichtung an einem Extrudergehäuse angeordnet
sind.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass mindestens drei zumindest in Umfangsrichtung
angeordnete Förderelemente vorgesehen sind. Durch diese
Anordnung können große Drehzahlen der Mehrwellenextrudervorrichtung
erreicht werden, die konstruktiv einfach einen höheren
Materialtransport und eine höhere Hitzetoleranz gegenüber
einer Einzelschnecke gewährleisten. Unter einem Förderelement
soll hier insbesondere ein Element mit einer Komprimierungs- und/oder
Entspannungsfunktion mit Förderaufgabe verstanden werden.
Vorteilhaft ist die Anordnung von mehr als fünf und besonders
vorteilhaft die Anordnung von 12 Förderelementen, die so
eine Ringanordnung, die einen mittigen Bereich einschließt,
bilden können.
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Werden
zumindest zwei in Umfangsrichtung angeordnete Förderelemente
mit dem gleichen Drehsinn mit einem Motor drehbar angetrieben, kann
vorteilhaft eine Förderrichtung festgelegt und aufrechterhalten
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kern, der von
den in Umfangrichtung angeordneten Förderelementen eingeschlossen
ist, angeordnet. Dadurch kann konstruktiv einfach eine gute Fixierung
und Positionierung der Förderelemente erreicht werden.
Weiterhin kann der Kern als Massivteil ausgebildet sein und/oder
es können Kanäle zu einer Temperierung in den
Kern eingebracht sein, die bei Bedarf die Mehrwellenextrudervorrichtung kühlen.
Ferner kann der Kern auch aus mehreren Bauteilen bestehen.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass ein wenigstens ein Förderelement
zumindest teilweise umschließendes Extrudergehäuse
angeordnet ist, wobei das Extrudergehäuse in radialer Richtung
zu dem Förderelement einen Führungsfreiraum zu
einer Führung wenigstens eines Faserstrangs aufweist. Durch die
Anordnung dieses Bereichs kann eine definierte Führung
des Faserstrangs erzielt werden. Hierbei stellt das Gehäuse
bevorzugt einen Zylinder dar, welcher die Förderelemente
radial komplett umschließt.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass ein zwischen Kern und
Förderelement angeordneter Füllspalt vorgesehen
ist, wobei in den Füllspalt ein Zusatzstoff einbringbar
ist. Dadurch kann konstruktiv einfach ein Raum zum Transport des
Zusatzstoffs gebildet werden.
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Es
wird zudem vorgeschlagen, dass zumindest ein Förderelement
durch eine Drehbewegung den Zusatzstoff in radialer Richtung zum
Extrudergehäuse transportiert, wodurch konstruktiv einfach
und Platz sparend ein Austransport des Zusatzstoffs aus dem Füllspalt
in den Führungsfreiraum zur Beschichtung des Faserstrangs
erreicht werden kann. Unter radialer Richtung soll hier die Richtung
ausgehend von einem Mittelpunkt hin zu einem Außendurchmesser
des Extrudergehäuses verstanden werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Förderelement als Rückförderelement
ausgebildet ist. Dadurch kann der Austransport des Zusatzstoffs
aus dem Füllspalt in den Führungsfreiraum mit
einem gleichen Antrieb erfolgen, wie dem, der die weiteren Förderelemente
in einer axialen Förderrichtung antreibt.
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Unter
Rückförderelementen sollen hier Förderelemente
verstanden werden, die eine gegenläufige Steigung im Bezug
auf die zum Beispiel im Förderbereich angeordneten Förderelemente
aufweisen.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Achse, entlang der ein Eingabebereich
und ein Benetzungsbereich angeordnet sind, vorgesehen ist, wodurch
eine einfache und kostengünstige Bauweise realisiert werden
kann. Förderelemente dieser beiden Bereiche werden hierbei
mit dem gleichen Antrieb betrieben.
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Vorteilhafterweise
ist eine Vorimprägniervorrichtung angeordnet, die dazu
vorgesehen ist, Faserstränge vor einer Zuführung
der Faserstränge in zumindest eine Faserstrangzuführeinheit
zu imprägnieren. Dadurch kann konstruktiv einfach und kostengünstig
eine effiziente Vorbeschichtung realisiert werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Mehrwellenextrudervorrichtung einen
verbreiterten Extrudergehäuseabschnitt aufweist, der einen
verbreiterten Radialabstand zum Extrudergehäuse zwischen
zumindest einem Förderelementaußendurchmesser
und einer Innenwand eines Extrudergehäuses gegenüber einem
weiteren Extrudergehäuseabschnitt aufweist. Durch diesen
verbreiterten Bereich kann eine optimale Beschichtung der Faserstränge
bei gleichzeitig intakt bleibenden Fasersträngen erreicht
werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass der verbreiterte Extrudergehäuseabschnitt
im Bereich der Faserzuführeinheit angeordnet ist. Dadurch
können selbst Faserstränge, die übereinander eingezogen werden,
effizient und vollständig beschichtet werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
sich der verbreiterte Extrudergehäuseabschnitt nach der
Faserstrangzuführeinheit um eine Strecke, die 3- bis 6-mal
einem Förderelementaußendurchmesser entspricht,
in einer axialen Förderrichtung erstreckt. Somit kann auch
eine zuletzt zugeführte Faser über einen ausreichend
langen Bereich beschichtet werden.
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Des
Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn eine Radialabstandsreduzierung
vorgesehen ist, die gestuft oder konisch ausgeführt ist.
Ist diese zwischen dem Extrudergehäuse und einem darin
angeordneten Förderelement ausgeführt, kann ein
schonender Übergang zwischen zwei Extrudergehäuseabschnitten
erreicht werden, den die Faserstränge beschädigungsfrei
passieren können. Unter einer Radialabstandsreduzierung
soll hierbei bei einem zylindrisch ausgeführten Extrudergehäuse
eine Verengung des Durchmessers verstanden werden.
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Eine
konstruktiv einfache Zerteilung der Faserstränge kann vorteilhaft
erreicht werden, wenn zumindest ein in einem Austrag- und Förderbereich
angeordnetes Förderelement vorgesehen ist, das die Faserstränge
zumindest in vorbestimmte Längen zerteilt. Dadurch kann
die Ausgestaltung einer speziell für einen Unterteilprozess
geformten Geometrie, beispielsweise in der Form einer scharfen Schneidkante,
die an einer Innenwand des Extrudergehäuses angeordnet
ist, Kosten sparend vermieden werden.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass eine Beschickungseinheit vorgesehen ist,
die vorimprägnierte Schnittfasern vor einer Zuführung
eines Faserstrangs in die Faserstrangzuführeinheit auf
zumindest einen Faserstrang aufbringt, und ferner, dass die vorimprägnierten
Schnittfasern mit dem Faserstrang in die Faserstrangzuführeinheit
einbringbar sind. Ein durch die Förderelemente aufgebauter
Zug, der auf die Faserstränge wirkt, kann so konstruktiv einfach,
Platz und Bauteile sparend für einen erleichterten Transport
der Schnittfasern in die Mehrwellenextrudervorrichtung genutzt werden.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass zumindest eine Förderelementeinheit
vorgesehen ist, durch die zumindest zwei Förderelemente
zu einer funktionellen Einheit zusammenfassbar sind. Dadurch können
die Förderelemente in Gruppen zusammengefasst werden, die
unterschiedliche Funktionen im gleichen Querschnittsbereich ausführen
können. Weiterhin kann jeder Gruppe eine Faserstrangzuführung
zugeordnet sein, wobei auch hier beispielsweise die Drehzahlen und/oder
Temperaturtoleranzen der Förderelementeinheit auf den zugeführten
Faserstrang abgestimmt werden kann. Dadurch kein ein Einsatzspektrum
der Mehrwellenextrudervorrichtung erweitert werden.
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Es
wird zudem vorgeschlagen, dass zumindest eine Förderelementposition
angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, als förderelementlose
Leerpositionen ausgeführt zu sein. Durch diese Ausgestaltung
wird das Einsatzspektrum weiter erhöht. Die Leerpositionen
können beispielsweise von weiteren Funktionsteilen, wie
Kühlelementen, Trennfüllstücken und/oder
von anderen, dem Fachmann als zweckdienlich erscheinenden Funktionsteilen,
ausgefüllt sein.
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Des
Weiteren geht die Erfindung von einem Verfahren zum Betreiben einer
Mehrwellenextrudervorrichtung mit einer Faserstrangzuführeinheit
aus.
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Es
wird vorgeschlagen, dass an zumindest zwei Stellen eines Extrudergehäuses
Faserstränge in einen Verfahrensraum zugeführt
werden. Dadurch kann konstruktiv einfach eine effektive Zuführstrecke eines
Faserstrangs in den Mehrwellenextruder verkürzt werden.
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Vorteilhafterweise
werden die Faserstränge in einem Führungsfreiraum
eines wenigstens ein Förderelement zumindest teilweise
umschließenden Extrudergehäuses, der sich in radialer
Richtung zu dem Förderelement erstreckt, geführt.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn ein Zugabestoff in einen zwischen einem
Kern und zumindest einem Förderelement angeordneten Füllspalt
eingebracht wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Faserstränge
in zumindest einem Förderelement eines Austrag- und Förderbereichs
in vorbestimmte Längen zerteilt.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination.
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Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Mehrwellenextruder,
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2 einen
Querschnitt II-II aus 1,
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3 eine
schematische Darstellung eines Teilbereichs des Mehrwellenextruders
gemäß 1,
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4 einen
Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen
Mehrwellenextruder mit 12 Förderelementen,
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5 einen
Querschnitt durch ein Förderelement,
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6 einen
Querschnitt durch einen alternativen erfindungsgemäßen
Mehrwellenextruder mit 4 Faserstrangzuführungen,
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7 einen
Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen
Mehrwellenextruder mit Leerpositionen,
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8 eine
schematische Darstellung einer Vorimprägniervorrichtung,
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9 eine
schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders
mit einer konisch ausgeführten Radialabstandsreduzierung,
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10 eine
schematische Darstellung eines Teilbereichs eines weiteren Mehrwellenextruders
mit einer Endlosfaserstrangzuführung und
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11 eine
Detaildarstellung der Faserstrangzuführeinheit aus 10 in
einer Draufsicht.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein Mehrwellenextruder 10a in der Ausgestaltung eines Doppelwellenextruders
gezeigt. Der Doppelwellenextruder weist ein Extrudergehäuse 12a auf,
das zwei Förderstrecken 44, 46 mit jeweils
mehreren sich entlang einer Achse 18 des Extrudergehäuses 12a hintereinander
erstreckenden Förderelementen 14a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 218, bzw. 16a, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 220 und/oder weiteren
Förderelementen zum Aufschmelzen, Mischen, Scheren, Schneiden
und/oder Umleiten von Fördermaterialien, wie beispielsweise
einem Knetblock 58, 66, umschließt. Die
Förderelemente 14a, 16a, 48, 50, 52, 54, 56, 62, 64, 68, 98, 100, 106, 112, 218, 220 der
Förderstrecken 44, 46 sind paarweise kämmend
angeordnet, so dass beispielsweise die vertikal übereinander
liegenden Förderelemente 14a und 16a miteinander
kämmen und mit einem gleichen Drehsinn 60a von
einem nicht dargestellten Motor, der ein Reduzier- und/oder Verzweigungsgetriebe
hat, mit einem spezifischen Maschinendrehmoment von mindestens 20
Nm/cm3, bevorzugt 40 Nm/cm3 und
besonders bevorzugt von 60 Nm/cm3 betrieben
werden (siehe 2). Die Förderelemente 14a und 16a sind
bevorzugt dicht kämmend ausgeführt, wobei der
Abstand zwischen einem Schneckenkamm und einem Schneckengrund größer und/oder
gleich 4 mm ist.
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Entlang
der Achse 18 umfassen die Förderstrecken 44, 46 zumindest
einen Eingabebereich 20a, einen Benetzungsbereich 22a und
einen Austrag- und Förderbereich 24a.
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Am
Eingabebereich 20a ist eine Zusatzstoffzuführeinheit 26a angeordnet, über
die ein Zusatzstoff 28a, wie etwa ein Kunststoff, den Förderelementen 48, 68 des
Eingabebereichs 20a zugeführt wird. Der Zusatzstoff 28a wird
mittels der Förderelemente 48, 68 der
Förderstrecken 44, 46 in Richtung einer axialen
Förderrichtung 74a zu Förderelementen 62, 64 transportiert.
Diese dienen zu einem Druckaufbau in der axialen Förderrichtung 74a und
gewährleisten einen Übergang in Knetblöcke 58, 66,
wo der Zusatzstoff 28a aufgeschmolzen wird. In einem viskosen Zustand
wird nun der Zusatzstoff 28a entlang der Achse 18 in
einen Bereich transportiert, in dem je Förderstrecke 44, 46 ein
Rückförderelement 70a, 72 angeordnet
ist. Die Rückförderelemente 70a, 72 leiten
den Zusatzstoff 28a in der axialen Förderrichtung 74a in
einen Verfahrensraum 76 einer Förderzone 30a,
die einen viskosen Arbeitsbereich 78 und den Beginn des
Benetzungsbereichs 22a darstellt.
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In
diesen viskosen Arbeitsbereich 78 erfolgt über
eine Faserstrangzuführeinheit 32a die Zuführung
eines Faserstrangs 34a, wobei unter einem Faserstrang entweder
eine Einzelfaser, wie eine Kurzglasfaser und/oder eine Endlosfaser,
wie ein Roving, verstanden werden kann. Dargestellt ist hierbei
ein Seitendosieraggregat mit zwei Schneckenelementen zu einer Zuführung
von Schnittfasern. Generell wäre hier auch eine Zuführung
von Endlosfasersträngen mittels eines Zuführgatters
möglich. Die Faserstrangzuführeinheit 32a weist
eine Faserstrangzugabeöffnung 80a auf, die eine
Längserstreckung von ca. 1,5-mal der Länge des
Förderelementaußendurchmessers 82 hat.
Hierbei bezieht sich der Förderelementaußendurchmesser 82 jeweils
auf ein in dem jeweiligen Bereich angeordnetes Förderelement
und in dem Fall der Faserstrangzugabeöffnung 80a auf
die Förderelemente 14a und 16a.
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Im
Bereich 84 der Faserstrangzugabeöffnung 80a ist
ein Radialabstand 86 zwischen einem Förderelementaußendurchmesser 82 eines
Förderelements 14a, 16b der Förderzone 30a und
einer Innenwand 88 des Extrudergehäuses 12a gegenüber wenigstens
einem anderen Bereich 90 vergrößert (siehe 2 und 3).
Im Verfahrensraum 76 der Förderzone 30a werden
der Faserstrang 34a und der Zusatzstoff 28a zu
einem Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 vermischt, das
zu 30% bis 80%, bevorzugt zu 50% den Verfahrensraum 76 ausfüllt.
Ein verbleibender Raum wird zu 70% bis 20%, bevorzugt zu 50%, mit
einem Gasvolumen 94 befüllt, das bei der Faserstrangzuführung
mit eingeschleppt wird und bevorzugt aus Luft besteht. In 2 sind
das Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 und das Gasvolumen 94 schematisch
für einen Teilausschnitt des Verfahrensraums 76 gezeigt.
Ein Volumenverhältnis von Faserstrang-Zusatzstoffgemisch 92 zu
Gasvolumen 94 wird mittels einer Einheit 96 eingestellt,
die entweder die Menge der zugeführten Faserstränge 34a und/oder
die Menge des zugeführten Zusatzstoffs 28a einstellt.
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In
Richtung der axialen Förderrichtung 74a schließt
sich an die Förderzone 30a eine erste Verdichtungszone 36 mit
zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 50 und 98 an,
die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge des
Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen
und eine Kompri mierungsfunktion haben. Mittels der ersten Verdichtungszone 36 wird
das Gasvolumen 94 über eine Querschnittsreduzierung
durch eine kleine gewählte Schneckensteigung und damit eine
Druckerhöhung aus dem Verfahrensraum 76 ausgepresst
und das Gasvolumen 94 wird somit um zumindest ein Viertel
seines Volumens reduziert. Bevorzugt wird das Gasvolumen 94 um
die Hälfte und besonders bevorzugt um sein gesamtes Volumens reduziert.
Alternativ kann die Gasvolumenreduzierung auch über eine Änderung
einer Steigung eines Schneckengangs reduziert werden.
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In
axialer Förderrichtung 74a schließt sich
an die erste Verdichtungszone 36 eine Entgasungszone 38 mit
zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 52 und 100 an,
die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge
des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen
und die gegenüber den Förderelementen 50 und 98 eine
höhere Steigung der Schneckengänge aufweisen und
somit eine Entspannungsfunktion haben. An dieser Entgasungszone 38 ist
eine Gehäuseentgasungsöffnung 102 angeordnet, über
die eine Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a zum
Aufbau und/oder zu einer Aufrechterhaltung eines Vakuums zur Reduzierung
der Gasmoleküle im Verfahrensraum 76 angelegt
werden kann. Es wäre auch nur die Anlegung eines atmosphärischen
Drucks zur Entgasung möglich.
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Zu
einem vollständigen Auspressen des Gasvolumens 94 ist
in Richtung der axialen Förderrichtung 74a eine
weitere Verdichtungszone 40 mit zwei vertikal angeordneten
eingängigen Förderelementen 54 und 106 angeordnet,
die eine Längserstreckung von ca. 0,5-mal der Länge
des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen,
eine Komprimierungsfunktion aufweisen und fer ner einen Einfluss
auf die Faserlänge haben. Auch hier wird das Auspressen
des Gasvolumens 94 durch eine sehr starke Querschnittsreduzierung
erreicht.
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In
axialer Förderrichtung 74a schließt sich
an die weitere Verdichtungszone 40 eine weitere Entgasungszone 222 mit
zwei vertikal angeordneten zweigängigen Förderelementen 218 und 220 an,
die eine Längserstreckung von ca. 2-mal der Länge
des Förderelementaußendurchmessers 82 aufweisen
und die gegenüber den Förderelementen 54 und 106 eine höhere
Steigung der Schneckengänge aufweisen und somit eine Entspannungsfunktion
haben. An dieser weiteren Entgasungszone 222 ist eine Gehäuseentgasungsöffnung 224 angeordnet, über
die die Vakuumquelle 104 an das Extrudergehäuse 12a angelegt
werden kann
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In
Richtung der axialen Förderrichtung 74a nach der
weiteren Verdichtungszone 40 ist eine Homogenisierungszone 42,
die 0,5-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entspricht, angeordnet.
Die Homogenisierungszone 42 kann maximal einer Länge
von 3-mal der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 entsprechen.
In Förderelementbereichen 108, 110 der
Homogenisierungszone 42, die vertikal übereinander
angeordnet sind, sind Durchgangsbereiche 114, 116 ausgeformt, die
einen Stoffaustausch zwischen zumindest zwei Vorrichtungsbereichen 118, 120 ermöglichen.
Hierbei weisen die Förderelementbereiche 108, 110 in
den Durchgangsbereichen 114, 116 einen Abstand
zwischen Schneckenkamm und Schneckengrund auf, der größer
und/oder gleich 4 mm ist. Durch den Stoffaustausch wird eine gleichmäßige
Benetzung des Faserstrangs 34a durch den Zusatzstoff 28a ermöglicht.
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An
die Homogenisierungszone 42, die auch das Ende des Benetzungsbereichs 22a darstellt, schließt
sich in axialer Förderrichtung 74a der Austrag-
und Förderbereich 24a an, in den sich Förderelemente 56, 112 erstrecken.
Der Austrag- und Förderbereich 24a kann sich aber
noch bis zu einer Länge von maximal 6-mal der Länge
des Förderelementaußendurchmessers 82 erstrecken.
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Entlang
einer Längserstreckung des Mehrwellenextruders in axialer
Richtung 74a ist auch die Anordnung von mehreren Faserstrangzuführeinheiten 32a,
zur Zuführung verschiedener Faserstrangtypen, wie duktilen,
zähen und/oder spröden Fasersträngen 34a,
möglich. Hierbei kann die Anordnung der Faserstrangzuführeinheiten 32a gezielt
auf den Typ des Faserstrangs 34a abgestimmt werden. Erfolgt
eine Zuführung von spröden Schnittfasern, kann ein
Seitendosieraggregat, wie in 1 gezeigt,
zum Einsatz kommen. Werden duktile Schnittfasern zugeführt,
kann ein Seitendosieraggregat im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen,
da die duktilen Faserstränge 34a der Belastung
des Knetblocks 58, 66 standhalten können
und/oder so gleich effizient imprägniert werden können.
Ferner kann über ein Seitendosieraggregat die Zuführung
von duktilen Fasersträngen 34a als Schnittfasern
im Bereich der Knetblöcke 58, 66 erfolgen
und in axialer Förderrichtung danach die Zuführung
eines spröden Faserstrangs 34g in der Form eines
Endlosstrangs über eine Faserstrangzuführeinheit 32g mit
einem Gatter 190 (siehe 10).
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4 zeigt
einen alternativen Mehrwellenextruder 10b in einem Querschnitt
in der Form eines Ringextruders 122 mit 12 in Umfangsrichtung 124 verteilt
angeordneten Förderelementen 14b, 16b, 126,
von denen der Übersichtlichkeit halber nur drei mit Bezugszeichen
versehen wurden. Die in einem geschlossenen Teilkreis angeordneten
Förderelemente 14b, 16b, 126 sind
von einem Extrudergehäuse 12b umschlossen und
weisen alle den gleichen Drehsinn 60b auf. Bezüglich
gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung
zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 verwiesen.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen
auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3.
Am Extrudergehäuse 12b ist eine Faserstrangzuführeinheit 32b mit
zwei Faserstrangzuführungen 128, 130 in
einer Umfangsrichtung 124 nacheinander, in einem Winkelabstand
von 180° angeordnet. Die Faserstrangzuführungen 128, 130 sind
auf der gleichen axialen Höhe des Extrudergehäuses 12b angeordnet,
es wäre jedoch auch eine axial versetzte Anordnung möglich.
Jede Faserstrangzuführung 128, 130 weist eine
Faserstrangzugabeöffnung 80b und einen Übergabebereich 132, 134 auf,
in dem durch die Faserstrangzuführungen 128, 130 zugeführte
Faserstränge 34b einem äußeren
Verfahrensraum 136 zugeführt werden.
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Der
Verfahrensraum 136 stellt einen Führungsfreiraum 138 zur
Führung zumindest eines Faserstrangs 34b dar,
wobei der Führungsfreiraum 138 in einer radialer
Richtung 140 zwischen den Förderelementen 14b, 16b, 126 und
dem Extrudergehäuse 12b gebildet wird.
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Die
Förderelemente 14b, 16b, 126 schließen einen
Kern 142b ein und in radialer Richtung 140 zwischen
dem Kern 142b und den Förderelementen 14b, 16b, 126 ist
ein Füllspalt 144 angeordnet, der einen inneren
Verfahrensraum 146 bildet. In die sen Füllspalt 144 wird über
die Zusatzstoffzuführeinheit 26b ein Zusatzstoff 28b,
wie beispielsweise ein Kunststoff, eingebracht. Der Kern 142b kann
zu einer Temperierung des Systems zumindest einen Kühlkanal 210 aufweisen,
der sich zumindest bereichsweise in axialer Richtung 74b erstreckt.
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In 6 ist
ein alternativer Mehrwellenextruder 10c als Ringextruder 158 mit
einer Faserstrangzuführeinheit 32c mit vier in
einem Winkelabstand von 90° über den Umfang des
Extrudergehäuses 12c verteilten Faserstrangzuführungen 160, 162, 164, 166 mit
jeweils einer Faserstrangzugabeöffnung 80c gezeigt.
Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird
auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5 verwiesen.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen
auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5.
An zumindest einer Faserstrangzuführung 160, 162, 164, 166 ist
eine Beschickungseinheit 168 angeordnet, die vorbeschichtete
Schnittfasern 170 vor einer Zuführung eines Faserstrangs 34c in
die Faserstrangzuführung 160 des Faserstrangs 34c aufbringt.
Die Schnittfasern 170 werden mit dem Faserstrang 34c in
die Faserstrangzuführung 160 eingebracht.
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In 7 ist
ein weitere Mehrwellenextruder 10d als Ringextruder 172 gezeigt.
Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird
auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6 verwiesen.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen
auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6.
Im Extrudergehäuse 12d sind radial um einen Kern 142d 12
Förderelementpositionen 174 angeordnet, von denen
zehn mit Förder elementen 14d, 16d ausgefüllt
sind und zwei als förderelementlose Leerpositionen 176, 178 ausgeführt
sind. Es kann aber auch jede beliebige Anzahl, Kombination und/oder
Abfolge von förderelementtragenden und förderelementlosen
Förderelementpositionen 174 vorgesehen sein. Die
Leerpositionen 176, 178 erstrecken sich zumindest
vom Bereich der Faserzuführeinheit 32d und bevorzugt
vom Eingabebereich 20 bis hin zum Austrag- und Förderbereich 24 und sind
mit Trennfüllstücken befällt. Durch die
Anordnung der Trennfüllstücke ab dem Eingabebereich 20 kann
eine Eingabe von verschiedenen Zusatzstoffen 28 erfolgen,
die durch die Trennfüllstücke getrennt voneinander
transportiert werden können. Werden die Trennfüllstücke
erst in axialer Förderrichtung 74 nach der Faserstrangzugabeeinheit 32d angeordnet, wird
der Strom des aufgeschmolzenen Zusatzstoffs 28 anteilmäßig
in Bereiche geleitet, die durch die Trennfüllstücke
gebildet werden. Zumindest zwei Förderelemente 14d, 16d können
als funktionelle Einheit bzw. als Förderelementeinheit 180 zusammengefasst
werden.
-
Ferner
können ein Faserstrang 34d und der Zusatzstoff 28 durch
die Anordnung von Trennfüllstücken in den Leerpositionen 176, 178 in
Umfangsrichtung 124 in voneinander getrennten Förderelementeinheiten 180 transportiert
werden.
-
In 8 ist
eine Vorimprägniervorrichtung 182 mit einer Beschichtungseinheit 184 zur
Vorimprägnierung zumindest eines Faserstrangs 34e mittels
einer Zusatzstoffzuführeinheit 26e mit einem Zusatzstoff 28e und
einer Zuführeinheit 186, die den Faserstrang 34e einer
Faserstrangzuführeinheit 32e einer nicht näher
dargestellten Extrudervorrichtung zuführt, gezeigt. Hierbei
erfolgt die Beschichtung vor einer Zuführung des Faserstrangs 34e in
die Extrudervorrichtung. Der Zusatzstoff 28e, bevorzugt
ein Kunststoff, wird als Film mittels zumindest einer Aufbringvorrichtung
in der Form einer Düse 188 auf den Faserstrang 34e aufgebracht.
Zu einer Verbesserung der Beschichtung ist an der Beschichtungseinheit 184 zumindest
eine Bewegungsvorrichtung in der Form eines Gatters 190 angeordnet, über
das der Faserstrang 34e vor einer Vorbeiführung
an der Düse 188 geführt wird. Das Gatter 190 bewegt
den oder die zugeführten Faserstränge 34e im
Prozess einer Aufbringung des Zusatzstoffs oszillierend. Die Zuführeinheit 186 umfasst
ein erstes Führungselement 192 und ein zweites
Führungselement 194, die beide den Faserstrang 34e führen.
Da der Faserstrang 34e durch einen von der Extrudervorrichtung
erzeugten Zug unter Spannung an den Führungselementen 192, 194 vorbeigeführt
wird und der Zusatzstoff 28e am zweiten Führungselement 194 zwischen
dem Faserstrang 34e und einer Arbeitsfläche 196 des
zweiten Führungselements 194 liegt, arbeitet das
zweite Führungselement 194 den Zusatzstoff 28e zusätzlich in
den Faserstrang 34e ein. Ferner wird, durch dieses Vorbeiführen
und die Ausübung eines Gleitdrucks auf den Faserstrang 34e,
an dem Faserstrang anhaftendes bzw. sich im Zusatzstoff 28e befindliches
Gas ausgepresst. Nach dem zweiten Führungselement 194 ist
eine Umlenkeinheit 216 angeordnet, die den Faserstrang 34e über
ein weiteres Führungselement 228 der Faserstrangzuführungseinheit 32e zuführt. An
allen Führungselementen 194, 196, 228 bzw.
an dem führenden Teil 230 des Umlenkelements ist
eine Abrisskante 226 angeformt, die gewährleistet,
dass der Zusatzstofffilm mit dem Faserstrang 34e transportiert
wird. Weiterhin ist eine Wärmequelle 198, beispielsweise
in der Form von zumindest einem in die Führungselemente 194, 196, 228, 230 eingebrach ten
Heizstrahl, angeordnet, der den zugeführten und beschichteten
Faserstrang 34e vor der Zuführung in die Faserstrangzuführeinheit 32e erwärmt.
-
In 9 ist
ein schematischer Ausschnitt einer Förderstrecke 200 mit
zumindest zwei Förderelementen 202, 204 eines
weiteren Mehrwellenextruders 10f gezeigt. Bezüglich
gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung
zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 7 verwiesen.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen
auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 7.
Ein Extrudergehäuse 12f weist einen Extrudergehäuseabschnitt 206 auf,
der nach der Faserstrangzuführeinheit 32f und deren
Faserstrangzugabeöffnung 80f angeordnet ist und
der sich um eine Strecke, die 3-mal einem Förderelementnaußendurchmesser 82 entspricht,
in einer axialen Förderrichtung 74f erstreckt.
Im Anschluss an diesen Extrudergehäuseabschnitt 206 ist ein
weiterer Extrudergehäusebereich 208 angeordnet,
der einen Übergang 212 mit einer Radialabstandsreduzierung 256 aufweist,
die konisch ausgeführt ist. Der weitere Extrudergehäusebereich 208 wiederum
geht in einen Austrag- und Förderbereich 24f über,
in dem die eine Zerteilungseinheit 214 in Form des Förderelements 204 angeordnet
ist, die die Faserstränge 34f in vorbestimmte
Längen zerteilt.
-
In 10 ist
ein schematischer Ausschnitt eines weiteren Mehrwellenextruders 10g in
der Form eines Ringextruders 232 gezeigt. Bezüglich
gleich bleibender Merkmale und Funktionen wird auf die Beschreibung
zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 9 verwiesen.
Die nachfolgende Beschreibung be schränkt sich im Wesentlichen
auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 9.
-
Entlang
einer axialen Förderrichtung 74g ist in einem
Eingabebereich 20g ein Förderelement 234 angeordnet,
das einer Förderung eines über eine Zusatzstoffzuführeinheit 26g eingebrachten
Zusatzstoffs 28g dient. An das Förderelement 234 schließt ein
Bereich an, der einen Füllspalt 144 und einen
inneren Verfahrensbereich 146 bildet. Aus diesem Füllspalt 144 wird
der Zusatzstoff 28g mittels eines Rückförderelements 70g,
das in axialer Förderrichtung 74g nach dem Förderelement 234 angeordnet
ist, in radialer Richtung 140 zum Extrudergehäuse 12g in einen äußeren
Verfahrensraum 136 bzw. Führungsfreiraum 138 transportiert.
Um eine ausreichende Faserstrangzuführung zu erreichen,
ist im Bereich einer Faserstrangzuführeinheit 32g,
die eine Faserstrangzuführung 252 und einen Übergabebereich 254 aufweist,
ein verbreiterter Gehäuseabschnitt vorgesehen, durch den
ein Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 gebildet
wird.
-
Dieser
Extrudergehäuse-Förderelementspalt 152 kann
zusätzlich und/oder alternativ durch eine Ausgestaltung
eines Förderelements 148 gebildet sein. Hierfür
weist das Förderelement 148 in einem Bereich,
beispielsweise dem Faserstrangzuführbereich, gegenüber
einem anderen Bereich, wie dem Benetzungsbereich 22g, ein
kleineres Verhältnis des Förderelementaußendurchmessers 82 (Da) zu
einem Förderelementinnendurchmesser 150 (Di) auf
(siehe 5).
-
Weiterhin
kann ein Kernsegment 240 vorgesehen sein, das einen verbreiterten
Durchmesser gegenüber dem verbleibenden Teil des Kerns 142g aufweist.
-
Weiterhin
ist ein Ringspalt 154, beispielsweise angeordnet in der
Homogenisierungszone 42g und/oder zwischen zwei Förderelementen 236, 238, dargestellt,
der förderelementlos gestaltet ist, sich mindestens um
eine Länge von einem Drittel der Länge des Förderelementaußendurchmessers 82 erstreckt
und eine radiale Kanalhöhe 156 von maximal (Da-Di)/2
aufweist.
-
Die
Faserstrangzuführeinheit dient zu einer Zuführung
von Endlosfasersträngen und weist an der Faserstrangzugabeöffnung 80g einen
zylinderförmigen Einsatz 236 mit einem Zuführformteil 244 und
einem Halterand 246 auf, wobei sich das Zuführformteil 244 entgegen
der radialen Richtung 140 in das Gehäuse 12g erstreckt.
Der Einsatz 242 weist ferner einen Längsschlitz 248 auf,
in den die Faserstränge 34g eingeführt
werden. Der Einsatz 236 kann in einem Winkel von 0° bis
45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar
angeordnet werden. Vertikal über dem Einsatz ist ein Gatter 190g angeordnet,
das die Faserstränge 34g, jeweils separiert durch
Gatterstege 250, der Faserzuführeinheit 32g zuführt.
Das Gatter 190 kann in einem Winkel von 0° bis
45° zur Förderrichtung 74g versetzt drehbar
angeordnet werden, wobei eine Drehung des Gatters 190 unabhängig
von einer Drehung des Einsatzes 242 erfolgen kann (siehe 11).
Ferner kann das Gatter 190 in vertikaler Richtung stufenlos
gegenüber dem Einsatz 242 verstellt werden.
-
- 10
- Mehrwellenextruder
- 12
- Extrudergehäuse
- 14
- Förderelement
- 16
- Förderelement
- 18
- Achse
- 20
- Eingabebereich
- 22
- Benetzungsbereich
- 24
- Austrag-
und Förderbereich
- 26
- Zusatzstoffzuführeinheit
- 28
- Zusatzstoff
- 30
- Förderzone
- 32
- Faserstrangzuführeinheit
- 34
- Faserstrang
- 36
- erste
Verdichtungszone
- 38
- Entgasungszone
- 40
- weitere
Verdichtungszone
- 42
- Homogenisierungszone
- 44
- Förderstrecke
- 46
- Förderstrecke
- 48
- Förderelement
- 50
- Förderelement
- 52
- Förderelement
- 54
- Förderelement
- 56
- Förderelement
- 58
- Knetblock
- 60
- Drehsinn
- 62
- Förderelement
- 64
- Förderelement
- 66
- Knetblock
- 68
- Förderelement
- 70
- Rückförderelement
- 72
- Rückförderelement
- 74
- axiale
Förderrichtung
- 76
- Verfahrensraum
- 78
- viskoser
Arbeitsbereich
- 80
- Faserstrangzugabeöffnung
- 82
- Förderelementaußendurchmesser
- 84
- Bereich
- 86
- Radialabstand
- 88
- Innenwand
- 90
- anderer
Bereich
- 92
- Faserstrang-Zusatzstoffgemisch
- 94
- Gasvolumen
- 96
- Einheit
- 98
- Förderelement
- 100
- Förderelement
- 102
- Gehäuseentgasungsöffnung
- 104
- Vakuumquelle
- 106
- Förderelement
- 108
- Förderelementbereich
- 110
- Förderelementbereich
- 112
- Förderelement
- 114
- Durchgangsbereich
- 116
- Durchgangsbereich
- 118
- Vorrichtungsbereich
- 120
- Vorrichtungsbereich
- 122
- Ringextruder
- 124
- Umfangsrichtung
- 126
- Förderelement
- 128
- Faserstrangzuführung
- 130
- Faserstrangzuführung
- 132
- Übergabebereich
- 134
- Übergabebereich
- 136
- äußerer
Verfahrensraum
- 138
- Führungsfreiraum
- 140
- radiale
Richtung
- 142
- Kern
- 144
- Füllspalt
- 146
- Innerer
Verfahrensraum
- 148
- Förderelement
- 150
- Förderelementinnendurchmesser
- 152
- Extrudergehäuse-Förderelementspalt
- 154
- Ringspalt
- 156
- Kanalhöhe
- 158
- Ringextruder
- 160
- Faserstrangzuführung
- 162
- Faserstrangzuführung
- 164
- Faserstrangzuführung
- 166
- Faserstrangzuführung
- 168
- Beschickungseinheit
- 170
- Schnittfaser
- 172
- Ringextruder
- 174
- Förderelementposition
- 176
- Leerposition
- 178
- Leerposition
- 180
- Förderelementeinheit
- 182
- Vorimprägniervorrichtung
- 184
- Beschichtungseinheit
- 186
- Zuführeinheit
- 188
- Düse
- 190
- oszillierendes
Gatter
- 192
- erstes
Führungselement
- 194
- zweites
Führungselement
- 196
- Arbeitsfläche
- 198
- Wärmequelle
- 200
- Förderstrecke
- 202
- Förderelement
- 204
- Förderelement
- 206
- Extrudergehäuseabschnitt
- 208
- Extrudergehäusebereich
- 210
- Kühlkanal
- 212
- Übergang
- 214
- Zerteilungseinheit
- 216
- Umlenkelement
- 218
- Förderelement
- 220
- Förderelement
- 222
- Entgasungszone
- 224
- Gehäuseentgasungsöffnung
- 226
- Abrisskante
- 228
- Führungselement
- 230
- führender
Teil
- 232
- Ringextruder
- 234
- Förderelement
- 236
- Förderelement
- 238
- Förderelement
- 240
- Kernsegment
- 242
- Einsatz
- 244
- Zuführformteil
- 246
- Halterand
- 248
- Längsschlitz
- 250
- Gattersteg
- 252
- Faserstrangzuführung
- 254
- Übergabebereich
- 256
- Radialabstandsreduzierung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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