DE3519291A1 - Process for homogenising and cooling the plastics melt, in particular a plastics melt treated with a blowing agent, and extruder for carrying out the process - Google Patents
Process for homogenising and cooling the plastics melt, in particular a plastics melt treated with a blowing agent, and extruder for carrying out the processInfo
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Homogenisieren und Kühlen der Kunststoff-Schmelze, insbesondere einer mit einem Treibmittel begasten Kunststoff-Schmelze, während ihrer durch die Extruderschnecke bewirkten, schraubenden Transportbewegung durch den Schneckenzylinder bzw. das Schneckengehäuse. The invention relates to a method for homogenizing and cooling the plastic melt, in particular a plastic melt gassed with a blowing agent, during their screwing transport movement caused by the extruder screw through the screw cylinder or the screw housing.
Gegenstand der Erfindung ist aber auch ein Extruder zur Ausübung dieses Verfahrens, bei welchem eine Extruderschnecke drehantreibbar in einem Schneckenzylinder bzw. Schneckengehäuse angeordnet ist, die eine paarzahlige Anzahl, also mindestens zwei, durch schraubenartig um einen Kern verlaufende Stege voneinander getrennte Schneckengänge aufweist, welche gegen den Innenumfang des Schneckenzylinders eine entsprechende Anzahl von Kanälen für den Transport der Kunststoffschmelze zum Extruderausgang begrenzt. The invention also relates to an extruder for exercising this process, in which an extruder screw can be driven in rotation in a screw cylinder or worm housing is arranged, which is a paired number, so at least two, separated from each other by webs running helically around a core Has worm flights, which against the inner circumference of the screw cylinder a Corresponding number of channels for transporting the plastic melt to the extruder outlet limited.
Bei der Herstellung von Schaumfolien wird zunächst der Kunststoff, z.B. Polystyrol, aufgeschmolzen, dann mit einem Treibmittel, bspw. Freon 12, begast und daraufhin das Flüssiggas mit der Schmelze homogenisiert. In the production of foam sheets, the plastic, e.g. polystyrene, melted, then gassed with a propellant, e.g. Freon 12 and then the liquefied gas is homogenized with the melt.
Im weiteren Prozeßverlauf wird das Schmelzegemisch heruntergekühlt und dabei die Temperatur so niedrig eingestellt sowie die Gaseinmischung so gleichmäßig bewirkt wird, daß sich eine gleichmäßige Schaumstruktur mit kleinen Poren beim Austritt aus der Düse ergibt. In the further course of the process, the melt mixture is cooled down and the temperature set so low and the gas mixture so evenly the effect is that there is a uniform foam structure with small pores at the outlet results from the nozzle.
Dieser Prozeßablauf wird entweder auf Tandemanlagen ausgeführt, bei denen der Kühlextruder mit einem eigenen Antrieb versehen ist und getrennt vom Begasungsextruder arbeitet, oder aber er findet in Einschnekkenextrudern statt, bei denen die Kunststoffbegasung und der Kühlprozeß mit einer relativ langen Schnecke durchgeführt werden. This process sequence is either carried out on tandem systems, at which the cooling extruder is provided with its own drive and is separate from the gassing extruder works, or it takes place in single-screw extruders, in which the plastic gassing and the cooling process can be carried out with a relatively long screw.
In jedem Falle wird die Qualität des Kunststoffschaumes durch die Schmelzetemperatur beeinflußt; d.h eine gleichmäßige Schaumstruktur setzt auch die ständige Aufrechterhaltung einer möglichst gleichmäßigen, niedrigen Schmelztemperatur voraus. In any case, the quality of the plastic foam is determined by the Affects melt temperature; i.e. a uniform foam structure also sets the constant maintenance of a melting temperature that is as uniform and as low as possible in advance.
Die erforderliche Auskühlung der Kunststoffschmelze erfolgt im Extruder im wesentlichen über die Wandung des Schneckenzylinders bzw. Schneckengehäuses und kann nur zu einem Teil durch Innenkühlung der Extruderschnecke unterstützt werden. The necessary cooling of the plastic melt takes place in the extruder essentially over the wall of the screw cylinder or screw housing and can only be partially supported by internal cooling of the extruder screw.
In der Praxis erweist es sich als äußerst problematisch, aus dem Kernbereich und den benachbarten Schichten der Kunststoffschmelze im Schneckenkanal die Wärme abzuführen, weil nämlich die Schmelze in den Schneckenkanälen eine schraubende Transport-bzw. Vorschubbewegung ausführt, die einer Verlage- rungsbewegung des Schmelze-Kernbereichs von innen nach außen an die metallischen Kühlwände entgegenwirkt Damit die natürliche, schraubende Transport- bzw. In practice it turns out to be extremely problematic from the Core area and the adjacent layers of plastic melt in the screw channel to dissipate the heat, because namely the melt in the screw channels is a screwing Transport or Executes feed movement that a publishing movement of the melt core area counteracts the metallic cooling walls from the inside to the outside So that the natural, screwing transport or
Vorschubbewegung der Kunststoffschmelze gestört wird, ist es bereits bekannt, Extruderschnecken zu benutzen, die innerhalb der durch die schraubenartig um den Kern verlaufenden Stege voneinander getrennten Schneckengänge über den Umfang des Schneckenkerns vorstehende Stifte als Mischelemente aufweisen. Diese Mischelemente bewirken zwar eine Umverteilung der Kunststoffschmelze innerhalb der einzelnen Schnekkenkanäle, jedoch lediglich in der Weise, daß die auf Radialebene rotierenden Stifte sich in Axialrichtung der Extruderschnecke schlangenlinienförmig hin und hergehende Verlagerungsbewegungen innerhalb der Kunststoffschmelze erzeugen. Die um den Kern der Extruderschnecke aufgebauten Schichten in der schraubenstrangförmigen Kunststoffschmelze werden jedoch nicht aufgebrochen und verlagert, so daß auch hier die im Schmelze-Kernbereich befindlichen Kunststoffschichten auf einer höheren Temperatur verbleiben als die den Wänden des Schneckenzylinders bzw. Schnekkengehäuses und dem Schneckenkern benachbarten bzw. näher gelegenen Schmelzeschichten.If the feed movement of the plastic melt is disturbed, it already is known to use extruder screws, which are screwed inside the through the around the core extending webs separated from each other worm threads over the circumference the screw core have protruding pins as mixing elements. These mixing elements cause a redistribution of the plastic melt within the individual screw channels, but only in such a way that the pins rotating in the radial plane are in Axial direction of the extruder screw meandering back and forth displacement movements generate within the plastic melt. The one around the core of the extruder screw However, built-up layers in the helical plastic melt are not broken up and displaced, so that here too those located in the melt core area Plastic layers remain at a higher temperature than that of the walls of the The screw cylinder or screw housing and the screw core adjacent or closer layers of melt.
Auch die zusätzliche Anordnung von Durchbrüchen in den schraubenartig um den Kern verlaufenden Stegen der Extruderschnecke haben keine Verbesserung des Kühleffektes gebracht. Also the additional arrangement of breakthroughs in the screw-like The extruder screw webs running around the core have no improvement in the Brought cooling effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs gattungsgemäß näher definiertes Verfahren zum Homogenisieren und Kühlen der Kunststoffschmelze anzugeben, das einen erheblich verbesserten, nämlich vergleichmäßigten, Kühleffekt innerhalb der Kunststoffschmelze gewährleistet und damit deren Verarbeitung, insbesondere bei der Herstellung von Schaumfolien, erleichtert. The invention is based on the object of providing an initially generic More precisely defined process for homogenizing and cooling the plastic melt indicate that a significantly improved, namely evened out, cooling effect guaranteed within the plastic melt and thus its processing, in particular in the production of foam sheets, facilitated.
Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß der diametrale Schichtaufbau der Kunststoffschmelze während der in Strangform stattfindenden, schraubenden Transport- bzw. Vorschubbewegung fortwährend von innen nach außen und von außen nach innen gewendet werden muß, damit alle diese Schmelzeschichten auf ihrem Transportweg zum Extruderausgang über eine genügend lange Wegstrecke mit den Wandungen des Schneckenzylinders bzw. -gehäuses und der Schnecke in Kontaktberührung gelangen. The solution to this problem is based on the knowledge that the diametrical Layer structure of the plastic melt during the screwing which takes place in strand form Transport or feed movement continuously from the inside to the outside and from the outside must be turned inwards so that all these melt layers on their transport route to the extruder exit over a sufficiently long distance with the walls of the screw cylinder or housing and the worm come into contact.
Basierend auf dieser Erkenntnis wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in verfahrenstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß a) ständig ein vorgegebener Volumenstrom von Kunststoffschmelze in einer paarzahligen Anzahl von Schmelzesträngen transportiert wird, daß b) während der Transportbewegung die Querschnitte jeweils zweier unmittelbar benachbarter Schmelzestränge in zueinander umgekehrtem Verhältnis verändert werden, daß c) die Querschnittsänderungen in mehrfach aufeinanderfolgendem Wechsel bewirkt werden, daß d) dabei jeweils aus dem der Querschnittsminderung unterworfenen Schmelzestrang eine entsprechende Schmelze-Teilmenge dem der Querschnittsvergrößerung unterliegenden Schmelzestrang zugeführt wird und daß e) die Abzweigung und Überführung der Schmelze-Teilmenge jeweils in auf die Strömungsverhältnisse der schraubenden Transportbewegung des Schmelzestranges abgestimmten Abständen bewirkt wird. The invention on which the invention is based is based on this knowledge From a procedural point of view, the object is achieved in that a) a constant preset Volume flow of plastic melt in a paired number of melt strands is transported that b) each cross-section during the transport movement two immediately adjacent melt strands in inverse proportion to one another be changed that c) the cross-sectional changes in multiple successive Changes are effected that d) in each case from the one subject to the reduction in cross-section Melt strand a corresponding portion of the melt that the cross-sectional enlargement underlying melt strand is supplied and that e) the branching and transfer the melt subset in each case on the flow conditions of the screwing Caused transport movement of the melt strand coordinated intervals will.
Es hat sich gezeigt, daß durch diese verfahrenstechnisehen Maßnahmen eine intensive Durchmischung der Kunststoffse hmelze erreicht wird, weil einer achsparallelen Wanderungsbewegung der Kunststoffschmelze-Schichten auf eine intensive diametrale bzw. radiale Umschichtungsbewegung derselben erzeugt wird. It has been shown that these procedural measures intensive mixing of the plastic melt is achieved because it is axially parallel Migration movement of the plastic melt layers on an intense diametrical basis or radial shifting movement of the same is generated.
Besonders gute Ergebnisse der Durchmischung werden erreicht. wenn Abzweigungen bzw. Überführungen von Schmelze-Teilmengen jeweils nach einer halben Umdrehung der schraubenden Transportbewegung der Schmelze innerhalb des betreffenden Schneckenkanals vorgenommen werden. Particularly good results of mixing are achieved. if Branches or transfers of melt subsets each after half Rotation of the screwing transport movement of the melt within the relevant Screw channel can be made.
In verfahi#enstechnischerHinsicht ist es nach der Erfindung weiterhin vorteilhaft, daß die Kunststoffschmelze in den Schmelzesträngen während ihrer Querschnittsänderung durch die schraubende Transportbewegung umgeschichtet wird. From a procedural point of view, it is still according to the invention advantageous that the plastic melt in the melt strands during their change in cross-section is rearranged by the screwing transport movement.
Besonders bewährt hat es sich in der Praxis, wenn nach einer weiteren verfahrenstechnischen Ausgestaltung der Erfindung im querschnittsverminderten Schmelzestrang jeweils ein Viertel und im querschnittsvergrößerten Schmelzestrang jeweils dreiviertel des vorgegebenen Schmelze-Volumens erfaßt werden und wenn in weiterer Ausgestaltung die Schmelzestränge zwischen aufeinanderfolgenden Querschnittsänderungen zeitweilig mit gleichbleibendem aber voneinander verschiedenem Querschnitt transportiert werden. It has proven to be particularly useful in practice when after another procedural design of the invention in the melt strand with reduced cross-section one quarter each and three quarters each in the enlarged melt strand of the specified melt volume can be detected and if in a further embodiment the melt strands temporarily between successive changes in cross-section be transported with a constant but different cross-section.
Zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt ein Extruder zum Einsatz, bei welchem eine Extruderschnecke drehantreibbar in einem Schneckenzylinder bzw. gehäuse angeordnet ist, die eine paarzahlige Anzahl. also mindestens zwei, durch schraubenartig um einen Kern verlaufende Stege voneinander getrennte Schneckengänge aufweist, welche gegen den Innenum fang des Schneckenzylinders eine entsprechende Anzahl von Kanälen für den Transport der Kunststoffschmelze zum Extruderausgang begrenzt. Der erfindungsgemäße Extruder zeichnet sich dabei nach der Erfindung in der Hauptsache dadurch aus, daß a) der Kernumfang der Extruderschnecke relativ zum Hüllmantel ihrer Schraubenstege und/oder zum zylindrischen Innenumfang des Schneckenzylinders bzw. -gehäuses einen differenten bzw. vom Normalmaß verschiedenen Radial-Abstand in Richtung der Schneckensteigung aufweist, daß b) sich diese Kern-Umfangsbereiche unterschiedlichen Radialabstands jeweils über einen Bruchteil einer Schneckensteigung bzw. eines Schneckenumfangs erstrecken, und c) zwei in Steigungsrichtung aufeinanderfolgende Kern-Umfangsbereiche differenten Abstand eine zueinander reziproke Gestaltung aufweisen, daß d) die die radialen Abstandsunterschiede aufweisenden Kern-Umfangsbereiche in zwei einander unmittelbar benachbarten Schneckengängen jeweils mit einer Versetztlage zueinander vorgesehen sind, bei der der größte Abstand des Kern-Umfangs be reichs im einen Schneckengang dem kleinsten Abstand des Kern-Umfangsbereiches im anderen Schneckengang am Schneckenumfang zugeordnet ist, und daß e) der Steg zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Schneckengängen jeweils in solchen Längenbereichen mit einer Unterbrechung bzw. einem Ausschnitt versehen ist, in welchen - in Transportrichtung der Kunststoffschmelze - einem Kern-Umfangsbereich mit sich gegen den Schneckenumfang hin verringerndem Abstand ein Kern-Umfangsbereich mit sich zum Schneckenumfang vergrößerndem Abstand zugeordnet ist Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Extruderschnecke stellt nicht nur sicher, daß zwischen zwei benachbarten Schmelzesträngen nicht nur ein wechselseitiger Massenaustausch erzwungen wird, sondern mit jedem Masseaustausch zwischen den benachbarten Schmelzesträngen zugleich auch eine Höhenverlagerung der dem Masseaustausch unterworfenen Schmelzeschichten relativ zueinander einhergeht. An extruder is used to carry out the process according to the invention for use in which an extruder screw can be driven in rotation in a screw cylinder or housing is arranged, which is a paired number. so at least two, worm flights separated from one another by webs running helically around a core has, which start against the Innenum of the screw cylinder a corresponding Number of channels for transporting the plastic melt to the extruder outlet limited. The extruder according to the invention is characterized according to the invention in The main thing is that a) the core circumference of the extruder screw relative to the Shell of their screw webs and / or to the cylindrical inner circumference of the screw cylinder or housing a different or different from the normal dimension radial distance in the direction of the screw pitch that b) these core peripheral areas different radial distance each over a fraction of a screw pitch or a screw circumference extend, and c) two successive in the pitch direction Core-circumferential areas differing distance from one another have a reciprocal design, that d) the core circumferential regions having the radial spacing differences in two directly adjacent screw flights, each with an offset position are provided to each other, in which the largest distance of the core circumference be rich in one worm thread the smallest distance between the core circumferential area in the other Worm thread is assigned to the worm circumference, and that e) the land between two directly adjacent worm flights in each case in such length ranges is provided with an interruption or a cutout in which - in the transport direction the plastic melt - a core circumference area with itself against the screw circumference towards the decreasing distance a core circumferential area with enlarging towards the screw circumference This configuration according to the invention is assigned to an extruder screw not only ensures that between two adjacent melt strands not only a reciprocal mass exchange is enforced, but with every mass exchange between the adjacent melt strands at the same time there is also a shift in height of the the melt layers subjected to the mass exchange is associated with one another.
Ein weiteres wichtiges Ausgestaltungsmerkmal für einen Extruder nach der Erfindung liegt darin, daß an der Extruderschnecke die Kern-Umfangsbereiche mit differentem Radial-Abstand in den beiden einander unmittelbar benachbarten Schnekkengängen eine voneinander abweichende Kontur aufweisen. Hierdurch wird nämlich der vorteilhafte Effekt des Massenaustausches zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schneckengängen optimiert. Another important design feature for an extruder the invention is that on the extruder screw, the core peripheral areas with a different radial distance in the two directly adjacent screw threads have a different contour. This is namely the advantageous Effect of the mass exchange between two directly adjacent screw flights optimized.
Zur Erfindung gehört es weiterhin, daß über die die radialen Abstandsdifferenzen aufweisenden Kern-Umfangsbereiche der Extruderschnecke hinweg die Abstandsverhältnisse zwischen 0,5 und 1,5 eines Normalabstands variieren und dabei das Abstandsverhältnis an Anfang und Ende jedes Kern-Umfangsbereichs bei 1 liegt, also dem Normalabstand entspricht. It is also part of the invention that the radial distance differences having core circumferential areas of the extruder screw away the spacing relationships vary between 0.5 and 1.5 of a normal distance and thereby the distance ratio at the beginning and end of each core circumferential area is 1, i.e. the normal distance is equivalent to.
Bewährt hat sich erfindungsgemäß eine Extruderschnecke, bei der Anfang und Ende der Kern-Umfangsbereiche in den beiden einander unmittelbar benachbarten Schneckengängen wenigstens annähernd übereinstimmende Lage am Kernumfang der Extruderschnecke haben, so daß an diesen Stellen die Schmelzestränge jeweils übereinstimmende Volumina enthalten. According to the invention, an extruder screw has proven itself at the beginning and the end of the core peripheral regions in the two immediately adjacent one another Screw flights at least approximately matching position on the core circumference of the extruder screw have so that the melt strands each corresponding volumes at these points contain.
Als empfehlenswert kann es sich nach der Erfindung auch erweisen, daß die Variationsbereiche der differenten Radialabstände am Schneckenkern sich in Umfangsrichtung jeweils entweder über einen Winkelbereich von 300 bzw. 2/24 der Schneckensteigung oder aber einen Winkelbereich von 600 bzw. 4/24 der Schneckensteigung erstrecken und daß jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten mit differenten Radial-Abständen ein Abschnitt mit gleichbleibendem Radialabstand vorgesehen ist. According to the invention, it can also prove to be advisable that the ranges of variation of the different radial distances at the screw core in the circumferential direction either over an angular range of 300 or 2/24 of the Screw pitch or an angular range of 600 or 4/24 of the screw pitch extend and that each between two successive sections with differenten Radial distances a section is provided with a constant radial distance.
Es bewährt sich im Rahmen der Erfindung auch, die Abschnitte mit gleichbleibendem Radial-Abstand am Kern-Umfangsbereich des einen Schneckenganges jeweils über einen Winkelbereich von 600 und/oder 4/24 der Schneckensteigung erstrecken, während sich die Abschnitte mit gleichbleibendem Radialabstand am Kern-Umfangsbereich des unmittelbar benachbarten Schneckenganges sich jeweils über Wineklbereiche erstrecken, die zwischen minimal 300 und maximal 750 und/oder minimal 2/24 und maximal 5/24 der Schnekkensteigung liegen. It is also useful in the context of the invention to use the sections constant radial distance at the core circumferential area of one worm flight each extend over an angular range of 600 and / or 4/24 of the screw pitch, while the sections with constant radial spacing on the core circumferential area of the directly adjacent worm gear each extend over winecl areas, those between a minimum of 300 and a maximum of 750 and / or a minimum of 2/24 and a maximum of 5/24 the screw pitch.
Ebenfalls kann es sich im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft erweisen, wenn die Längen der Abschnitte mit gleichbleibendem, großem Radial-Abstand zu den Längen der Abschnitte mit gleichbleibendem, kleinen Radial-Abstand bei den einander unmittelbar benachbarten Schneckengängen in einem Verhältnis stehen, das zwischen 0,33 und 1, nämlich einerseits bei 1 und 0,5 und andererseits bei 0,33, liegt. It can also prove to be advantageous within the scope of the invention if the lengths of the sections with a constant, large radial distance to the Lengths of the sections with constant, small radial distance between each other directly adjacent worm threads are in a ratio that is between 0.33 and 1, namely 1 and 0.5 on the one hand and 0.33 on the other.
Erfindungsgemäß können aber auch die Längen der Abschnitte mit gleichbleibendem, großem Radial-Abstand des einen Schnekkenganges zu den Längen der ihnen zugeordneten Abschnitte mit gleichbleibendem, kleinem Radial-Abstand des benachbarten, anderen Schneckenganges in einem Verhältnis stehen, das zwischen 0,5 und 0,75, nämlich bei 0,5; 0,66 und 0,75, liegt. According to the invention, however, the lengths of the sections with constant, large radial distance of one worm gear to the lengths of their assigned Sections with constant, small radial distance from the neighboring, other Worm gear are in a ratio that is between 0.5 and 0.75, namely at 0.5; 0.66 and 0.75.
Ebenfalls von wesentlicher, erfinderischer Bedeutung ist es, daß die Unterbrechungen bzw. Ausschnitte im Steg zwischen den beiden einander unmittelbar benachbarten Schnekkengängen eine Länge aufweisen, die mindestens gleich der Länge des ihnen benachbarten Kern-Umfangsbereichs mit sich - in Transportrichtung der Kunststoffschmelze - vergrößerndem Radial-Abstand bemessen ist. It is also of essential inventive importance that the interruptions or cutouts in the web between the two directly to each other adjacent screw flights have a length which is at least equal to the length of the core circumferential area adjacent to them - in the transport direction of the Plastic melt - increasing radial distance is dimensioned.
Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei nach der Erfindung erwiesen, wenn diese Unterbrechungen bzw. It has proven to be particularly useful according to the invention, if these interruptions or
Ausschnitte im Steg zwischen den beiden unmittelbar benachbarten Schnekkengängen eine Tiefe aufweisen, die zum mittleren bzw. dem Normalmaß entsprechenden Radial-Abstand der Kern-Umfangsbereiche ein Verhältnis zwischen 0,5 und 1 hat.Cutouts in the web between the two directly adjacent screw flights have a depth that corresponds to the mean or the normal dimension corresponding radial distance the core perimeter has a ratio between 0.5 and 1.
Im einfachsten Falle ist nach der Erfindung die Extruderschnecke als zweigängige Schnecke ausgeführt, so daß der Masseaustausch und die Umschichtung der Kunststoffschmelze immer nur zwischen den beiden einander benachbarten Schneckengängen wechselt. In the simplest case, the extruder screw is according to the invention designed as a two-flight screw, so that the exchange of mass and the redeployment of the plastic melt only between the two adjacent screw flights changes.
Kommt jedoch eine viergängige Extruderschnecke zum Einsatz, dann ist es erfindungswesentlich, daß hier einerseits der erste Schneckengang mit dem zweiten Schneckengang und der dritte Schneckengang mit dem vierten Schneckengang im Wechsel korrespondiert, während andererseits aber auch der zweite Schneckengang mit dem dritten Schneckengang und der vierte Schneckengang mit dem ersten Schneckengang in wechselseitiger Austauschverbindung stehen. However, if a four-flight extruder screw is used, then It is essential to the invention that on the one hand the first worm gear with the second screw flight and the third screw flight with the fourth screw flight alternately corresponds, while on the other hand also the second worm gear with the third screw flight and the fourth screw flight with the first screw flight are in mutual exchange connection.
Bei einer als sechsgängige Schnecke ausgelegten Extruderschnecke korrespondiert zunächst der erste mit dem zweiten Schneckengang, der dritte mit dem vierten Schneckengang und der fünfte mit dem sechsten Schneckengang jeweils abwechselnd, während andererseits aber auch der zweite Schneckengang mit dem dritten Schneckengang, der vierte Schneckengang mit dem fünften Schneckengang und der sechste Schneckengang mit dem ersten Schneckengang in wezhselseitiger Austauschverbindung gehalten ist. With an extruder screw designed as a six-start screw Initially the first corresponds to the second worm gear, the third to the fourth worm gear and the fifth with the sixth worm gear, respectively alternately, while on the other hand also the second worm gear with the third Worm gear, the fourth worm gear with the fifth worm gear and the sixth Screw thread with the first spiral thread in mutual exchange connection is held.
Eine andere wichtige Ausgestaltungsmaßnahme für einen Extruder nach der Erfindung liegt aber auch darin, daß sich die einen differenten Radial-Abstand des Kernumfangs zum Hüllmantel der Schraubenstege bzw. zum zylindrischen Innenumfang des Schneckenzylinders bzw. -gehäuses aufweisenden Längenabschnitte der Extruderschnecke jeweils nur über relativ kurze Teillängen, z.B. mindestens einen Steigungsabstand, derselben erstrecken und zwei aufeinanderfolgende Abschnitte mit differentem Radial-Abstand des Kernumfanges zum Hüllmantel der Schraubenstege durch ein Zwischenstück von relativ großer Teillänge, bwp. mit zehn Steigungsabständen, in Verbindung stehen, dessen Kern-Umfang einen gleichbleibenden, mittleren bzw. normalen Radial-Abstand zum Hüllmantel der Schraubenstege aufweist. Another important design measure for an extruder but the invention also lies in the fact that there is a different radial distance the core circumference to the envelope of the screw webs or to the cylindrical inner circumference of the screw cylinder or housing having length sections of the extruder screw only over relatively short partial lengths, e.g. at least one incline distance, the same extend and two successive sections with different radial spacing the core circumference to the shell of the screw webs by an intermediate piece of relative large part length, bwp. with ten pitch intervals, connected, of Core circumference a constant, mean or normal radial distance to the shell the screw webs.
Ebenfalls von wesentlicher Bedeutung ist es aber nach der Erfindung auch, daß die Stege zwischen benachbarten Schneckengängen des die relativ große Teillänge aufweisenden Zwischenstücks der Extruderschnecke jeweils etwa im halben Steigungsabstand auf einer etwa ihrer Höhe entsprechenden Länge Unterbrechungen haben, die an aufeinanderfolgenden bzw. benachbarte Schneckengänge voneinander trennenden Stegen in Umfangsrichtung zueinander versetzt liegen. However, it is also of essential importance according to the invention also that the webs between adjacent worm threads of the relatively large Partial length having intermediate piece of the extruder screw each about half Incline spacing interruptions on a length approximately corresponding to its height have that separate from one another on successive or adjacent screw flights Bars are offset from one another in the circumferential direction.
Schließlich wird ein Merkmal der Erfindung aber auch noch darin gesehen, daß die die Unterbrechungen bzw. Ausschnitte in den Stegen der Extruderschnecke begrenzenden Kanten Abrundungen aufweisen. Hierdurch wird nämlich der Staubildung beim stattfindenden Masseaustausch der Kunststoffschmelze zwischen benachbarten Schneckengängen entgegengewirkt. Finally, a feature of the invention is also seen in that that the interruptions or cutouts in the webs of the extruder screw Edges have rounded edges. As a result, namely the formation of congestion when taking place Counteracted mass exchange of the plastic melt between adjacent screw flights.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt einen Einschnecken-Extruder zum Aufschmelzen von Kunststoff-Granulat sowie zum Homogenisieren und Kühlen der dadurch gebildeten Kunststoff-Schmelze, ausgestattet mit einer zweigängigen Extruderschnecke, Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung den Verfahrensablauf während des Homogenisierens und Kühlens der Kunststoff-Schmelze mit dem Einschneckenextruder nach Fig. 1, Fig. 3 eine rein schematische Übersichtsdarstellung von fünf verschiedenen Längenabschnitten a bis e einer erfindungsgemäßen Extruderschnecke, die Fig. 3a bis 3e in größerem Maßstab und in ausführlicher Darstellung die aus Fig. 3 ersichtlichen Längenabschnitte einer erfindungsgemäßen Extruderschnecke, die Fig. 4a bis 4e die Abwicklungen der in den Fig. 3a bis 3e dargestellten Längenabschnitte einer Extruderschnecke, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V durch die Abwicklung der Extruderschnecke in den Fig. 4b und 4d, Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie Vl--VI durch die Abwicklung der Extruderschnecke in den Fig. 4b und 4d, Fig. 7 in räumlicher Ansichtsdarstellung und im Längsschnitt ein Teilstück einer Extruderschnecke im Schneckenzylinder, zu dem die schraubende Transportbewegung der Schmelze im Schneckenkanal angedeutet ist, während Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Schneckenkanal mit dem üblichen Temperaturprofil der Schmelze wiedergibt. Further features and advantages of the invention are set out below explained an embodiment shown in the drawing. It shows Fig. 1 in a schematically simplified representation and in longitudinal section a single-screw extruder for melting plastic granulate and for homogenizing and cooling the the resulting plastic melt, equipped with a two-flight extruder screw, 2 shows the process sequence during homogenization in a diagrammatic representation and cooling the plastic melt with the single-screw extruder according to FIG. 1, FIG. 3 shows a purely schematic overview illustration of five different length sections a to e of an extruder screw according to the invention, FIGS. 3a to 3e in larger dimensions Scale and in a detailed representation the length sections shown in FIG. 3 an extruder screw according to the invention, FIGS. 4a to 4e show the developments of the Length sections of an extruder screw shown in FIGS. 3a to 3e, FIG. 5 shows a section along the line V-V through the development of the extruder screw 4b and 4d, FIG. 6 shows a section along the line VI - VI through the development the extruder screw in FIGS. 4b and 4d, FIG. 7 in a three-dimensional view and in longitudinal section a section of an extruder screw in the screw barrel which indicated the screwing transport movement of the melt in the screw channel is, while Fig. 8 is a cross-section through a screw channel with the usual Represents the temperature profile of the melt.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Einschneckenextruder 1 dargestellt, der nicht nur zum Aufschmelzen von Kunststoff-Granulat dient, sondern darüber hinaus auch zum Homogenisieren und Kühlen der Kunststoffschmelze geeignet ist. Insbesondere eignet sich dieser Einschneckenextruder 1 zum Homogenisieren und Kühlen einer mit einem Treibmittel begasten Kunststoff-Schmelze, wobei die Kunststoffschmelze bspw. In Fig. 1 of the drawing, a single screw extruder 1 is shown, which not only serves to melt plastic granulate, but also is also suitable for homogenizing and cooling the plastic melt. In particular This single screw extruder 1 is suitable for homogenizing and cooling a with a blowing agent fumigated plastic melt, the plastic melt, for example.
Polystyrol und das Treibmittel Freon 12 sein kann.Polystyrene and the blowing agent Freon 12 can be.
Zur Aufnahme des Kunststoff-Granulats dient ein Vorratstrichter 2, während das Treibmittel sich in einem Vorratsbehälter 3 befindet, der über eine Leitung 4 und ein Dosierventil 5 an den Schneckenzylinder 6 bzw. das Schneckengehäuse 7 angeschlossen ist. Das Schneckengehäuse 7 ist auf seiner ganzen Länge von Kühlvorrichtungen 8 oder auch Heizvorrichtungen umgeben. Die Extruderschnecke 9 ist als zweigängige Schnecke ausgeführt und steht mit einem Drehantrieb 10 in Verbindung. A storage funnel 2 is used to receive the plastic granulate, while the propellant is in a storage container 3, which has a Line 4 and a metering valve 5 to the screw cylinder 6 or the screw housing 7 is connected. The worm housing 7 is on its entire length of cooling devices 8 or surrounding heating devices. The extruder screw 9 is a two-flight Executed screw and is connected to a rotary drive 10.
Die zweigängig ausgelegte Extruderschnecke 9 hat zwei Schnekkengänge 11 und 12, die über die gesamte Schneckenlänge durch die Schneckenstege 13 und 14 voneinander getrennt sind, die schraubenförmig um den Schneckenkern 15 herum verlaufen. The twin-flight extruder screw 9 has two screw flights 11 and 12, which over the entire length of the screw through the screw flights 13 and 14 are separated from each other, which run helically around the screw core 15.
Durch die ständige Drehbewegung der Extruderschnecke 9 innerhalb des vom Schneckengehäuse 7 umgrenzten Schneckenzylinder 6 wird die durch Aufschmelzen des Kunststoff-Granulats entstehende Kunststoff-Schmelze in zwei volumetrisch im wesentlichen gleichen Schmelzesträngen in Richtung zum Extruderausgang 16 transportiert, und zwar unter ständiger Ausführung einer schraubenden Transportbewegung innerhalb des Schneckenzylinders 6. Due to the constant rotation of the extruder screw 9 within the bounded by the worm housing 7 Screw cylinder 6 is the plastic melt produced by melting the plastic granulate in two volumetrically essentially equal melt strands in the direction of the extruder outlet 16 transported, with constant execution of a screwing transport movement inside the screw cylinder 6.
Durch die ständig in Drehung befindliche Extruderschnecke 9 wird die Kunststoffschmelze zwangsläufig auf beträchtlich über dem Schmelzpunkt des Kunststoff-Granulats liegende Temperaturen aufgeheizt, die eine einwandfreie Verarbeitung nach dem Ausbringen aus dem Extruder 1 nicht gewährleistet. Deshalb ist es erforderlich, die Kunststoffschmelze auf ihrem Weg zum Extruderausgang 16 durch die Kühlvorrichtungen 8 auf eine Temperatur zu bringen, die möglichst optimale Ergebnisse bei der Weiterverarbeitung,bspw. zu Schaumfolien, sicherstellt Um eine völlig gleichmäßige Kühlung der in den beiden Schneckengängen 11 und 12 zwischen den Schnekkenstegen 1;3 und 14 transportierten Schmelzesträngen 17 und 18 zu gewährleisten, ist eine besondere verfahrenstechnische Behandlung derselben während ihrer schraubenden Transportbewegung durch den vom Schneckengehäuse 7 begrenzten Schneckenzylinder 6 vorgesehen, die zunächst anhand der schaubildlichen Darstellung der Fig. 2 erläutert wird. The constantly rotating extruder screw 9 is the plastic melt inevitably to well above the melting point of the plastic granulate lying temperatures heated, which a perfect processing after application from the extruder 1 is not guaranteed. Therefore it is necessary to melt the plastic on their way to the extruder outlet 16 through the cooling devices 8 to a temperature to bring the best possible results during further processing, e.g. to Foam sheeting, ensures a completely even cooling of the in the two Screw flights 11 and 12 between the screw flights 1; 3 and 14 transported Ensuring melt strands 17 and 18 is a special procedural matter Treatment of the same during their screwing transport movement by the from Screw housing 7 limited screw cylinder 6 is provided, initially based on the diagrammatic representation of FIG. 2 is explained.
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die gegebenen Erläuterungen nicht nur auf die bei Einschneckenextrudern vorliegenden Verhältnisse zutreffen, sondern auch für die sogenannten Tandemextruder, bei denen Kühl-und Plastifi7ier- bzw. Begasungsschnecken voneinander getrennt sind und jeweils separat angetrieben werden. At this point it should be mentioned that the explanations given are not only apply to the conditions present in single-screw extruders, but also for the so-called tandem extruders, in which cooling and plasticizing or aeration screws are separated from each other and are each driven separately.
I)ie in Fig. 2 jeweils gezeigten Querschnitte A, B, C, D und E für die beiden Kunststoffstränge ergeben sich im Extruder 1, und zwar für die beiden Schneckengänge 11 und 12 jeweils im Bereich der in Fig. 1 gekennzeichneten Querschnittsebenen A, B, C; D und E Das bedeutet, daß im Bereich der Querschnittsebenen A der Fig. 1 beide Schmelzestränge 17 und 18 bzw. beide Schnekkengänge 11 und 12 übereinstimmende Querschnittsabmessungen aufweisen. I) ie cross-sections A, B, C, D and E shown in FIG. 2 for the two plastic strands result in the extruder 1, specifically for the two Screw flights 11 and 12 each in the area of the cross-sectional planes identified in FIG. 1 A, B, C; D and E This means that in the area of the cross-sectional planes A of Fig. 1 both melt strands 17 and 18 or both screw flights 11 and 12 coincide Have cross-sectional dimensions.
Auf der Querschnittsebene B der Fig. 1 hat der Schmelzestrang 17 bzw. der ihn enthaltende Schneckengang 11 nur den halben Querschnitt der Ebene A, während der Schmelzestrang 18 im Bereich der Querschnittsebene Bgegenüber der Querschnittsebene A die eineinhalbfache Querschnittsfläche hat. Umgekehrt verhält es sich im Bereich der Querschnittsebene C der Fig. 1, d.h. dort weist der Schmelzestrang 17 die eineinhalbfache Querschnittsfläche gegenüber den Querschnittsebenen A auf, während der Schmelzestrang 18 nur eine Querschnittsfläche einnimmt, die dem halben Querschnitt in den Querschnittsebenen A der Fig. 1 entspricht. In den Querschnittsebenen D der Fig. 1 haben sich wieder die gleichen Querschnittsverhältnisse zwischen den beiden Schmelzesträngen 17 und 18 eingestellt wie in den Querschnittsebenen B, während in den Querschnittsebenen E der Fig. 1 wieder Querschnittsverhältnisse eintreten, die denjenigen der Querschnittsebenen A entsprechen. In the cross-sectional plane B of FIG. 1, the melt strand 17 has or the worm flight 11 containing it only half the cross-section of plane A, while the melt strand 18 in the area of the cross-sectional plane B opposite the cross-sectional plane A has one and a half times the cross-sectional area. It is the other way around in the area the cross-sectional plane C of Fig. 1, i.e. there the melt strand 17 has one and a half times Cross-sectional area opposite the cross-sectional planes A, while the melt strand 18 occupies only a cross-sectional area which is half the cross-section in the cross-sectional planes A of FIG. 1 corresponds. In the cross-sectional planes D of Fig. 1 have again the same cross-sectional ratios between the two melt strands 17 and 18 set as in the cross-sectional planes B, while in the cross-sectional planes E of FIG. 1 again cross-sectional ratios occur which those of the cross-sectional planes A correspond.
In jedem Falle wird von den beiden Schneckengängen 11 und 12 ständig ein fest vorgegebener Volumenstrom der Kunststoffschmelze transportiert. Während der Transportbewegung werden jedoch die Querschnitte der beiden unmittelbar benachbarten Schmelzestränge 17 und 18 in zueinander umgekehrtem Verhältnis verändert. Diese Querschnittsveränderung der Schmelzestränge 17 und 18 wird dadurch bewirkt, daß einerseits entsprechende Querschnittsveränderungen innerhalb der beiden Schneckengänge 11 und 12 relativ zum Schneckenzylinder 6 vorgesehen sind, und in mehrfach aufeinanderfolgemdem Wechsel auftreten, während andererseits die Möglichkeit geschaffen ist, daß jeweils aus dem der Querschnittsminderung unterworfenen Schmelzestrang eine entsprechende Schmelze-Teilmenge dem der Querschnittsvergrößerung unterliegenden Schmelzestrang zugeführt wird. In any case, the two worm flights 11 and 12 are constant a fixed, predetermined volume flow of the plastic melt is transported. While the transport movement, however, the cross-sections of the two immediately adjacent ones Melt strands 17 and 18 changed in inverse proportion to one another. These Change in cross section of the melt strands 17 and 18 is caused by the fact that on the one hand, corresponding changes in cross-section within the two screw flights 11 and 12 are provided relative to the screw cylinder 6, and in multiple successive Changes occur, while on the other hand the possibility is created that each from the melt strand subject to the reduction in cross-section, a corresponding one Melt subset of the melt strand underlying the cross-sectional enlargement is fed.
In Fig. 2 ist zu sehen, daß der Schmelzestrang 17 in der Querschnittsebene A aus den beiden Teilmengen T1 und T2 besteht, die in gleich dicken Schichten übereinanderliegen. In entsprechender Weise besteht auch der Schmelzestrang 18 in der Querschnittsebene A aus zwei gleichgroßen Teilmengen T3 und T4, die ebenfalls in Schichten übereinanderliegen. In Fig. 2 it can be seen that the melt strand 17 in the cross-sectional plane A consists of the two subsets T1 and T2, which are superimposed in layers of the same thickness. In a corresponding manner, the melt strand 18 also exists in the cross-sectional plane A consists of two equal subsets T3 and T4, which are also in layers on top of each other.
In der Querschnittsebene B nach Fig. 2 enthält der Schmelzestrang 17 nur noch die Teilmenge Ti, während in den Schmelzestrang 18 die Teilmenge T2 aus dem Schmelzestrang 17 übergeführt wurde, so daß dort der Schmelzestrang 18 aus den Teilmengen T2, T4 und T3 besteht, die in gleichmäßigen Schichten übereinanderliegen. In der Querschnittsebene C umfaßt der Schmelzestrang 18 lediglich noch die Teilmenge T2, während aus ihm die Teilmengen T3 und T4 in den Schmelzestrang 17 übergeführt wurden und dort oberhalb der Teilmenge T 1 angelagert sind. Die in der Querschnittsebene B im Schmelzestrang 18 unten gelegene Teilmenge T3 ist also in der Querschnittsebene C als obere Teilmenge im Schmelzestrang 17 angelagert, d.h. In the cross-sectional plane B according to FIG. 2, the melt strand contains 17 only the subset Ti, while the subset T2 in the melt strand 18 was transferred from the melt strand 17, so that there the melt strand 18 from consists of subsets T2, T4 and T3, which are superimposed in even layers. In the cross-sectional plane C, the melt strand 18 only comprises the partial amount T2, while the subsets T3 and T4 are transferred from it into the melt strand 17 and are deposited there above the subset T 1. The one in the cross-sectional plane B subset T3 located at the bottom in melt strand 18 is therefore in the cross-sectional plane C deposited as an upper part in the melt strand 17, i.e.
es hat sich eine verdrehte Schichtenlage eingestellt, die durch gekrümmte Pfeile angedeutet ist.a twisted layer position has set itself, which is caused by curved Is indicated by arrows.
Wenn die Querschnittsebene D erreicht wird, dann umfaßt gemäß Fig. 2 der Schmelzestrang 17 nur noch die Teilmenge T3, welche ursprünglich, also in der Querschnittsebene A, im Schmelzestrang 18 angelagert war. Andererseits umfaßt in der Querschnittsebene D der Schmelzestrang 18 die Teilmengen Ti, T4 und T2, von welchen nur die in der Mitte gelegene Teilmenge T4 ursprünglich aus dem Schmelzestrang 18 stammt, wie das in der Querschnittsebene A der Fig. 2 erkennbar ist. Die Teilmengen T1 und T2 stammen jedoch ursprünglich aus dem Schmelzestrang 17, wie das in der Querschnittsebene A der Fig. 2 erkennbar ist Sie nehmen jedoch relativ zueinander eine gegenüber der Querschnittsebene A verdrehte Höhenlage ein und sind außerdem voneinander noch durch die Teilmenge T4 getrennt. When the cross-sectional plane D is reached, according to FIG. 2 of the melt strand 17 only the subset T3, which was originally, i.e. in the cross-sectional plane A, was deposited in the melt strand 18. On the other hand, includes in the cross-sectional plane D of the melt strand 18, the subsets Ti, T4 and T2, of which only the subset T4 located in the middle originally came from the melt strand 18 originates, as can be seen in the cross-sectional plane A of FIG. The subsets However, T1 and T2 originally come from the melt strand 17, like that in FIG Cross-sectional plane A of FIG. 2 can be seen, however, they take place relative to one another an elevation that is twisted in relation to the cross-sectional plane A and are also separated from each other by the subset T4.
In der Querschnittsebene E haben beide Schmelzestränge 17 und 18 wieder übereinstimmende Querschnitte, wobei der Schmelzestrang 17 seine ursprüngliche Teilmenge T2 und die ursprüngliche Teilmenge T3 aus dem Schmelzestrang 18 umfaßt, während der Schmelzestrang 18 dort von seiner ursprünglichen Teilmenge T4 sowie der ursprünglichen Teilmenge T1 aus dem Schmelzestrang 17 besteht. Auch in der Querschnittsebene E hat wieder, wie die gekrümmten Pfeile kenntlich machen, eine Lageverdrehung der von den Teilmengen gebildeten Schmelzeschichten stattgefunden. In the cross-sectional plane E, both melt strands 17 and 18 have again matching cross-sections, the melt strand 17 being its original Subset T2 and the original subset T3 from the melt strand 18, while the melt strand 18 there from its original subset T4 as well the original subset T1 consists of the melt strand 17. Also in the cross-sectional plane E has again, as the curved arrows indicate, a positional rotation of the Melt layers formed by the subsets took place.
Die Verlagerung und Umschichtung der Teilmengen T 1, T2, T3 und T4 innerhalb der Schmelzestränge 17 und 18 wird aufgrund der in den Schneckengängen 11 und 12 vorgesehenen differenten Querschnittsänderungen zwangsläufig durch die schraubende Transportbewegung der Schneckenstege 13 und 14 vorgenommen, indem nämlich die Schneckenstege 13 und 14 an durch die differenten Querschnittsänderungen bestimmten Stellen Unterbrechungen bzw. Ausschnitte haben, die einen Masseaustausch zwischen den beiden benachbarten Schneckengängen 11 und 12 der Extruderschnecke 9 ermöglichen. The relocation and reallocation of the subsets T 1, T2, T3 and T4 within the melt strands 17 and 18 is due to the in the screw flights 11 and 12 provided different cross-sectional changes inevitably by the screwing transport movement of the screw flights 13 and 14 made by namely the screw flights 13 and 14 are determined by the different cross-sectional changes Place Have interruptions or excerpts that cause an exchange of mass between the two adjacent screw flights 11 and 12 of the extruder screw 9 allow.
Da durch den jeweils zwischen den Querschnittsebenen A und E nach Fig. 1 stattgefundenen, mehrfachen gegenseitigen Masseaustausch zwischen den beiden Schmelzesträngen 17 und 18 und die dabei zugleich bewirkte, mehrfache gegenseitige Umschichtung der Teilmengen Ti, T2, T3 und T4 wird erreicht, daß sämtliche diesen Teilmengen T1 bis T4 entsprechenden Schichten der Kunststoffschmelze genügend intensiv in den Begrenzungsflächen des Schneckenzylinders 6 im Schneckengehäuse 7 in Kontaktberührung gelangen und folglich auch gleichmäßig durch die Kühlvorrichtungen 8 gekühlt werden können. Eine optimale Schmelzetemperatur am Extruderausgang 16 wird hierdurch gewährleistet. Since by the respectively between the cross-sectional planes A and E according to Fig. 1, multiple mutual mass exchanges that have taken place between the two Melt strands 17 and 18 and the simultaneous multiple mutual Shifting the subsets Ti, T2, T3 and T4 is achieved that all of these Subsets T1 to T4 corresponding layers of the plastic melt are sufficiently intense in the boundary surfaces of the screw cylinder 6 in the screw housing 7 in contact arrive and are consequently also evenly cooled by the cooling devices 8 can. This ensures an optimal melt temperature at the extruder outlet 16.
In Fig. 2 der Zeichnung sind außer den die Vorschubrichtung die Austauschrichtung und die Drehrichtung für die Teilmengen T1 bis T4 kennzeichnenden Pfeile den einzelnen Teilmengen T 1 bis T4 bzw. Schmelzeschichten noch besondere Fähnchen zugeordnet, die den Bewegungsablauf von innen nach außen kennzeichnen, welcher sich bei der Schmelzeumschichtung durch eine bestimmte Wechselwirkung von abnehmenden und zunehmenden Querschnittsabmessungen in den Schnekkengängen 11 und 12 sowie den gleichzeitigen Schmelzeaustausch zwischen den benachbarten Schneckenkanälen 11 und 12 ergibt. In Fig. 2 of the drawing, in addition to the feed direction, the exchange direction and the direction of rotation for the subsets T1 to T4 indicating the individual arrows Subsets T 1 to T4 or melt layers are assigned special flags, which characterize the sequence of movements from the inside to the outside, which occurs in the Melt redistribution through a certain interaction of decreasing and increasing Cross-sectional dimensions in the screw flights 11 and 12 and the simultaneous Melt exchange between the adjacent screw channels 11 and 12 results.
Die veränderte Lage dieser Fähnchen innerhalb der einzelnen Querschnittsebenen A bis E macht dabei deutlich, daß sämtliche langen Querschnitts-Seitenflächen der durch die einzelnen Teilmengen T1 bis T4 bestimmten Schmelzeschichten während der schraubenartigen Transportbewegung der Schmelzestränge 17 und 18 zu irgendeinem Zeitpunkt mit den inneren Begrenzungsflächen des im Schneckengehäuse 7 ausgebildeten Schneckenzylinders 6 in Kontaktberührung kommen und damit einer Kühlbeeinflussung unterworfen werden. Eine gleichmäßige Durchkühlung des gesamten von der Extruderschnecke 9 geförderten Schmelzevolumens ist dadurch sichergestellt. The changed position of these flags within the individual cross-sectional planes A to E makes it clear that all long cross-sectional side surfaces of the melt layers determined by the individual subsets T1 to T4 during the helical transport movement of the melt strands 17 and 18 to any one Point in time with the inner boundary surfaces of that formed in the worm housing 7 Screw cylinder 6 come into contact and thus influencing the cooling be subjected. An even cooling of the whole of the extruder screw 9 conveyed melt volume is ensured.
Anhand der Fig. 3 bis 6 wird nachfolgend die bauliche Ausgestaltung einer die Ausübung der vorstehend erläuterten Verfahrensart ermöglichenden Extruderschnecke 109 erläutert, die in Fig. 3 der Zeichnung nur schematisch dargestellt ist, in den Fig. 3a bis 3e jedoch in allen Einzelheiten gezeigt wird. The structural design is shown below with reference to FIGS. 3 to 6 an extruder screw that enables the type of process described above to be carried out 109 explained, which is shown only schematically in Fig. 3 of the drawing, in the Figs. 3a to 3e, however, are shown in full detail.
Die Extruderschnecke 109 gemäß Fig. 3 ist in den Fig. 3a bis 3e als viergängige Extruderschnecke dargestellt, d.h. sie hat vier schraubenförmig über die ganze Länge um ihren Kern herumlaufende Schneckengänge 111, 112, 113 und 114, die seitlich von den Schneckenstegen 115, 116,117 und 118 begrenzt werden, als innere Begrenzung den Schneckenkern 110 haben und deren äußere Begrenzung vom Schneckenzylinder 106 im Schneckengehäuse 107 begrenzt werden. The extruder screw 109 according to FIG. 3 is shown in FIGS. 3a to 3e as four-start extruder screw shown, i.e. it has four helically over worm flights 111, 112, 113 and 114 running the entire length around its core, which are laterally bounded by the screw flights 115, 116, 117 and 118, as inner ones Limit the screw core 110 and the outer limit of the screw cylinder 106 in the worm housing 107 are limited.
In den Fig. 3a bis 3e sind auch die das Schneckengehäuse 107 umfassenden Kühlvorrichtungen 108 gezeigt. In FIGS. 3 a to 3 e, those comprising the worm housing 107 are also shown Cooling devices 108 shown.
Die in den Fig. 3a, 3c und 3e dargestellten Längenbereiche der Extruderschnecke 109 haben, abgesehen von einer wichtigen Ausnahme, den üblichen Aufbau einer viergängigen Extruderschnecke. Der Schneckenkern 110 hat dort nämlich auf seiner ganzen Länge eine zylindrische Mantelfläche 119, während die Schneckenstege 115, 116, 117 und 118 eine hierzu konzentrisch verlaufende Außenkontur aufweisen, die nur relativ geringes Spiel zu den inneren Begrenzungsflächen des Schnekkenzylinders 106 im Schneckengehäuse 107 hat. The length ranges of the extruder screw shown in FIGS. 3a, 3c and 3e 109 have, with one important exception, the usual structure of a four-course Extruder screw. The screw core 110 is there over its entire length a cylindrical outer surface 119, while the screw flights 115, 116, 117 and 118 have an outer contour which runs concentrically to this and which is only relatively little Play to the inner boundary surfaces of the screw cylinder 106 in the screw housing 107 has.
Die Ausnahme besteht darin, daß jeder der Schnekkenstege 115,116,117 und 118 in bestimmten Winkelabständen um die Längsachse der Extruderschnecke 109 versetzt angeordnete Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 121, 122, 123 und 124 versehen, und zwar so, daß innerhalb eines Steigungsabstandes jedes Schneckensteges 115,116,117 und 118 zwei Unterbrechungen bzw. The exception is that each of the screw webs 115,116,117 and 118 at specific angular intervals around the longitudinal axis of the extruder screw 109 staggered interruptions or cutouts 121, 122, 123 and 124 are provided, in such a way that each screw flight 115,116,117 and 118 two interruptions or
Ausnehmungen 121, 122, 123 und 124 vorhanden sind, und ihr Winkelabstand voneinander etwa Bereich um 1800 liegt.Recesses 121, 122, 123 and 124 are present, and their angular spacing from each other is around 1800.
Die in den Fig. 3b und 3d dargestellten Längenabschnitte der Extruderschnecke 109 haben in verfahrenstechnischer Hinsicht, also zum Homogenisieren und Kühlen der Kunststoffschmelze, die gleiche Bedeutung wie die beiden Abschnitte der Extruderschnecke 9 nach Fig. 1, welche jeweils von den Querschnittsebenen A und Ebegrenzt sind. The length sections of the extruder screw shown in FIGS. 3b and 3d 109 have in terms of process technology, i.e. for homogenizing and cooling the plastic melt, the same meaning as the two sections of the extruder screw 9 according to FIG. 1, which are delimited by the cross-sectional planes A and E, respectively.
Ihr Wirkprinzip ist also solcherart, daß sich dort mindestens die gleichen Abläufe hinsichtlich des Masseaustauschs zwischen benachbarten Schmelzeströmen sowie der Teilmengen-Umschichtung innerhalb derselben ergeben, wie sie in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt und anhand der Schaubilder A bis B im einzelnen erläutert worden sind. Its operating principle is therefore such that there is at least the the same processes with regard to the mass exchange between adjacent melt flows as well as the subset rearrangement within the same, as shown in FIG. 2 shown in the drawing and explained in detail with reference to diagrams A to B. have been.
Die vorstehend anhand der Fig. 3a, 3c und 3e beschriebenen Längenteilstücke der Extruderschnecke 109 sind getrennt bzw. unabhängig von den in den Fig. 3b und 3d gezeigten Längenteilstücken derselben hergestellt. Die Verbindung der verschiedenen Längenteilstücke miteinander zur Bildung der vollständigen Extruderschnecke 109 kann dabei durch Schraubkupplungen erfolgen. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, die das Innengewinde aufweisenden Kupplungsteile jeweils in die Enden der Längenteilstücke einzuarbeiten, die in den Fig. 3a, 3c und 3e gezeigt sind, während die mit dem Außengewinde versehenen Kupplungsteile beidendig an den Längenteilstücken der Extruderschnecke 109 vorgesehen sind, die in den Fig. 3b und 3d gezeigt werden. The length sections described above with reference to FIGS. 3a, 3c and 3e of the extruder screw 109 are separate or independent of those in FIGS. 3b and 3d shown length portions thereof produced. The connection of the different Length sections together to form the complete extruder screw 109 can be done using screw couplings. This can prove to be beneficial prove that the coupling parts having the internal thread each in the ends incorporate the length sections shown in Figs. 3a, 3c and 3e, while the coupling parts provided with the external thread are at both ends on the length sections of the extruder screw 109 are provided, which are shown in Figs. 3b and 3d.
Bei einem Vergleich der Fig. 3b und 3d ergibt sich, daß die dort gezeigten Längenteilstücke der Extruderschnecke zumindest übereinstimmende Längenabmessung aufweisen, vorzugsweise aber insgesamt eine identische Auslegung haben. A comparison of FIGS. 3b and 3d shows that there Length sections of the extruder screw shown have at least the same length dimension have, but preferably have an overall identical design.
Der wirksame Teil der in den Fig. 3b und 3d gezeigten Längenteilstücke der Extruderschnecke 109 hat eine solche Längenabmessung 120, daß auf ihm sämtliche von den Schneckenstegen 115, 116, 117 und 118 gegeneinander abgegrenzten Schneckengänge 111, 112, 113 und 114 sich mindestens über einen vollen Steigungsabstand erstrecken. The effective part of the length sections shown in Figures 3b and 3d the extruder screw 109 has such a length dimension 120 that on it all the screw flights delimited from one another by the screw flights 115, 116, 117 and 118 111, 112, 113 and 114 extend at least a full pitch distance.
Wichtig ist aber auch eine solche Ausgestaltung sämtlicher in den Fig. 3a bis 3e gezeigten Längenteilstücke, daß sie sich beim Zusammenbau zur vollständigen Extruderschnecke 109 lükkenlos aneinanderfügen lassen; d.h., daß sich ihre Schneckengänge 110,111, 112, 113 und 114 sowie auch ihre Schneckenstege 115, 116, 117 und 118 passend aneinanderfügen lassen. However, such a configuration is also important for all of the 3a to 3e shown length sections that they are when assembled to complete Let the extruder screw 109 join one another without any gaps; i.e. that their helical threads 110, 111, 112, 113 and 114 as well as their screw flights 115, 116, 117 and 118 are suitable let join together.
Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal der in den Fig. 3b und 3d gezeigten Längenteilstücke 120 für die Extruderschnecke 109 gegenüber den in den Fig. 3a, 3c und 3e gezeigten Längenteilstücke derselben liegt darin, daß ihr Schneckenkern 110 im Bereich der einzelnen Schneckengänge 111, 112,113 und 114 nicht mit einer zylindrisch begrenzten Mantelfläche 119 ausgestattet ist, sondern vielmehr in den einzelnen Schneckengängen 111, 112, 113 und 114 unterschiedlich gestaltete Mantelflächen 125, 126, 127 und 128 aufweist. The main distinguishing feature of the in Figs. 3b and 3d Length sections 120 shown for the extruder screw 109 compared to those in FIGS 3a, 3c and 3e shown length portions thereof lies in the fact that their screw core 110 in the area of the individual screw flights 111, 112, 113 and 114 does not have a cylindrically limited lateral surface 119 is equipped, but rather in the individual worm threads 111, 112, 113 and 114 different has designed outer surfaces 125, 126, 127 and 128.
Bereits jetzt sei darauf hingewiesen, daß einerseits die Kontur der Mantelflächen 125 und 126 zwischen den beiden unmittelbar nebeneinanderliegenden Schnekkengängen 111 und 112 sowie auch die Mantelflächen 127 und 128 in den beiden wiederum unmittelbar nebeneinanderliegenden Schneckengängen 113 und 114 unterschiedlich konturiert sind, daß dabei aber die Konturen der Mantelflächen 125 und 127 einerseits sowie die Konturen der Mantelflächen 126 und 128 andererseits miteinander übereinstimmen können. It should already be pointed out that on the one hand the contour of the Jacket surfaces 125 and 126 between the two immediately adjacent Screw flights 111 and 112 as well as the lateral surfaces 127 and 128 in the two again directly adjacent screw flights 113 and 114 different are contoured, but the contours of the lateral surfaces 125 and 127 on the one hand and the contours of the lateral surfaces 126 and 128 on the other hand coincide with one another can.
Über den vollen Steigungsabstand eines Schneckenganges hinweg weisen die Mantelflächen 125 und 127 der Schneckengänge 111 und 113 die in Fig. 5 als Abwicklung dargestellte Kontur auf, während die Mantelflächen 126 und 128 der Schneckengänge 112 und 114 die in Fig. 6, ebenfalls als Abwicklung dargestellte Kontur haben. Point over the full pitch of a worm thread the lateral surfaces 125 and 127 of the worm flights 111 and 113 are those in FIG. 5 as a development shown contour, while the lateral surfaces 126 and 128 of the worm threads 112 and 114 have the contour shown in FIG. 6, also as a development.
Der Beginn eines vollständigen Schneckenganges liegt dabei in den Darstellungen der Fig. 5 und 6 rechts, während das Ende desselben links liegt. The beginning of a complete worm gear lies in the Representations of FIGS. 5 and 6 on the right, while the end of the same is on the left.
Aus Fig. 5 ist die Normaltiefe der Schneckengänge 111 und 113 gegen den Innenumfang des Schneckenzylinders 106 am rechten und am linken Ende der Darstellung jeweils durch das Bezugszeichen 129 gekennzeichnet. Die Normaltiefe 129 für die Schneckengänge 112 und 114 ist aber auch an den gleichen Stellen der Fig. 6 eingetragen. From Fig. 5, the normal depth of the worm flights 111 and 113 is opposite the inner circumference of the screw cylinder 106 at the right and left ends of the illustration each identified by the reference number 129. The normal depth 129 for the However, worm flights 112 and 114 are also entered in the same places in FIG. 6.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß am Anfang der Schnekkengange 111 und 113 des Längenteilstücks 120 der Extruderschnecke 109 die Normaltiefe 129 derselben vorherrscht. Durch Ausbildung des in Umfangsrichtung des Schneckenkernes allmählich auf einen größeren Durchmesser ansteigenden Mantelflächen-Abschnitt 130a verringert sich die Tiefe der Schneckengänge 111 und 113 auf ein Maß 131, welches der Hälfte der Normaltiefe 129 entspricht. Über einen Winkel von 600 schließt sich an den Mantelflächen-Abschnitt 130a der Mantelflächen-Abschnitt 130b an, über welchen hinweg die Schneckengänge 111 und 113 die gegenüber der Normaltiefe 129 um die Hälfte verringerte Tiefe 131 beibehalten. From Fig. 5 it can be seen that at the beginning of the worm gear 111 and 113 of the length section 120 of the extruder screw 109 has the normal depth 129 thereof prevails. By forming the in the circumferential direction of the screw core gradually Reduced to a larger diameter increasing circumferential surface section 130a the depth of the worm threads 111 and 113 to a level 131, which is half corresponds to normal depth 129. The lateral surface section connects at an angle of 600 130a of the lateral surface section 130b, over which the worm flights 111 and 113 the depth 131 which is reduced by half compared to the normal depth 129 maintained.
An den Mantelflächen-Abschnitt 130b schließt sich sodann über einen Winkelbereich von 600 hinweg ein Mantelflächen-Abschnitt 130c an, welcher in Umfangsrichtung einen solchen Verlauf nimmt, daß an seinem Ende die Schneckengänge 111 und 113 eine Tiefe 132 aufweist, die um die Hälfte größer ist als die Normaltiefe 129 bzw. dem Dreifachen der verminderten Tiefe 131 entspricht. An den Mantelflächenabschnitt 130c schließt sich dann, wiederum über einen Winkelbereich von 60°, ein Mantelflächenabschnitt 130d an, über dessen Länge hinweg die Tiefe 132 der Schneckengänge 111 und 113 beibehalten wird. The lateral surface section 130b is then connected via a Angle range from 600 away a lateral surface section 130c, which in the circumferential direction takes such a course that at its end the screw flights 111 and 113 one Has depth 132 which is greater by half than the normal depth 129 or the Three times the reduced depth 131 corresponds. To the lateral surface section 130c then closes, again over an angular range of 60 °, a lateral surface section 130d, along the length of which the depth 132 of the screw flights 111 and 113 is maintained will.
Im Anschluß an den Mantelflächen-Abschnitt 130d ist ein Mantelflächenabschnitt 130e vorgesehen, der dem Mantelflächenabschnitt 130c entspricht, jedoch spiegelbildlich zu diesem verläuft und zu einer verringerten Tiefe 133 für die Schnekkenlänge 111 und 113 führt, die wiederum der Tiefe 131 entspricht und sich, wie diese, über einen Winkelbereich von 600 erstreckt und durch einen Mantelflächenabschnitt 130f begrenzt wird, dessen Kontur mit der Kontur des Mantelflächenabschnitts 130b übereinstimmt. Adjacent to the jacket surface section 130d is a jacket surface section 130e is provided, which corresponds to the lateral surface section 130c, but is a mirror image runs to this and to a reduced depth 133 for the screw length 111 and 113 leads, which in turn corresponds to the depth 131 and, like this, extends over a Angular range extends from 600 and limited by a lateral surface section 130f whose contour matches the contour of the lateral surface section 130b.
An den Mantelflächen-Abschnitt 130f schließt sich wiederum ein reziprok zum Mantelflächen-Abschnitt 130a verlaufender Mantelflächen-Abschnitt 130garn, der sich über einen Winkelbereich von 300 erstreckt und eine solche Lage hat, daß an seinem Ende wieder die Normaltiefe 129 für die Schneckengänge 111 und 113 erreicht ist. A reciprocal, in turn, adjoins the lateral surface section 130f to the jacket surface section 130a running jacket surface section 130garn, the themselves Extends over an angular range of 300 and has such a position that at his At the end of the normal depth 129 for the worm threads 111 and 113 is reached again.
Auch die in Fig. 6 dargestellte Kontur der Mantelflächen 126 und 128 für den Schneckenkern 110 im Bereich der Schnekkengänge 112 und 114 setzt sich aus einer größeren Anzahl von Mantelflächen-Abschnitten 134a bis 134h zusammen, die sich über einen Vollwinkelbereich von 3600 hinweg bzw. über eine volle Schneckensteigung in bestimmter Weise aneinanderreihen. The contour of the lateral surfaces 126 and shown in FIG 128 for the screw core 110 in the area of the screw flights 112 and 114 settles composed of a larger number of lateral surface sections 134a to 134h, which extends over a full angle range of 3600 or over a full screw pitch string together in a certain way.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Mantelflächen-Abschnitt 134a sich an den vorhergehenden Mantelflächenabschnitt, der die Normaltiefe 129 für die Schnekkengänge 112 und 114 begrenzt, über einen Winkel von 300 hinweg anschließt. Er hat dabei einen solchen Verlauf, daß sich die Tiefe der Schnekkengänge 112 und 114 allmählich gegenüber der Normaltiefe 129 um die Hälfte auf die Tiefe 135 vergrößert. Über einen Winkel von 300 hinweg wird diese Tiefe 135 der Schneckengänge 112 und 114 durch einen Mantelflächenabschnitt 134b begrenzt. An diesen schließt sich sodann über einen Winkel von 600 hinweg der Mantelflächen-Abschnitt 134c an, welcher wiederum so verläuft, daß an seinem Ende eine Tiefe 136 der Schneckengänge 112 und 114 erreicht wird, die gleich der Hälfte der Normaltiefe 129 und gleich einem Drittel der Maximaltiefe 135 für diese Schneckengänge entspricht. From Fig. 6 it can be seen that the lateral surface section 134a to the preceding lateral surface section, which is the normal depth 129 for the Screw flights 112 and 114 limited, connects over an angle of 300 away. It has such a profile that the depth of the worm threads 112 and 114 gradually enlarged by half to depth 135 compared to normal depth 129. Over an angle of 300 this depth 135 becomes the worm flights 112 and 114 bounded by a lateral surface section 134b. This is then followed by over an angle of 600 the lateral surface section 134c, which in turn extends so that a depth 136 of the screw flights 112 and 114 reaches at its end which is equal to half of the normal depth 129 and equal to one third of the maximum depth 135 for these worm threads.
Die Minimaltiefe 136 für die Schneckengänge 112 und 114 wird über einen Winkelbereich von 900 hinweg durch den Mantelflächenabschnitt 134d begrenzt, an welchen sich dann wieder über einen Winkelbereich von 600 ein Mantelflächen-Abschnitt 134e anschließt, der dem Mantelflächenabschnitt 134c entspricht, jedoch zu diesem reziprok verläuft. The minimum depth 136 for the worm flights 112 and 114 is about an angular range of 900 is limited by the lateral surface section 134d, at which a lateral surface section is then again over an angular range of 600 134e, which corresponds to the lateral surface section 134c, but to this runs reciprocally.
Am Ende des Mantelflächenabschnitts 134e wird wieder eine Tiefe 137 für die Schneckengänge 112 und 114 erreicht, die dem Dreifachen der Minimaltiefe 136 entspricht und gleich der Maximaltiefe 135 ist Die Maximaltiefe 137 der Schnekkengänge 112 und 114 wird über einen Winkelbereich von 450 durch den Mantelflächenabschnitt 134f bestimmt, an den sich dann über einen Winkelbereich von 300 der Mantelflächenabschnitt 134g anschließt, welcher dem Mantelflächenabschnitt 134a entspricht, jedoch einen zu diesem reziproken Verlauf nimmt. Am Ende des Mantelflächenabschnitts 134g ist für die Schneckengänge 112 und 114 wieder die Normaltiefe 129 erreicht, und zwar etwa 150 vor dem Ende einer vollen Schnekkensteigung, so daß der Winkelbereich von 150 bis zur vollen Schneckensteigung schon von einem Mantelflächen-Abschnitt 134h bestimmt wird, der dem normalen, zylindrisch begrenzten Kernumfang der Extruderschnecke 109 entspricht. At the end of the lateral surface section 134e there is again a depth 137 for the worm flights 112 and 114 reached three times the minimum depth 136 corresponds and is equal to the maximum depth 135. The maximum depth 137 of the screw flights 112 and 114 extends over an angular range of 450 through the lateral surface section 134f is determined, to which then over an angular range of 300 the lateral surface section 134g, which corresponds to the lateral surface section 134a, but one takes to this reciprocal course. At the end of the lateral surface section 134g is for the worm flights 112 and 114 the normal depth 129 is reached again, namely about 150 before the end of a full screw pitch, so that the angular range of 150 up to the full screw pitch from a lateral surface section 134h is determined, the normal, cylindrically limited core circumference of the extruder screw 109 corresponds.
Die Fig. 5 und 6 machen auch deutlich, welche Relativlage die Mantelflächenabschnitte 130a bis 130g der Mantelfläche 125 des Schneckenganges 111 in Richtung der Schneckensteigung zu den Mantelflächenabschnitten 134a bis 134h der Mantelfläche 126 des Schneckenganges 112 zueinander haben. Desgleichen machen sie aber auch die entsprechende Relativlage der Mantelflächen 127 und 128 in den Schneckengängen 113 und 114 zueinander deutlich. FIGS. 5 and 6 also make it clear which relative position the jacket surface sections 130a to 130g of the lateral surface 125 of the screw flight 111 in the direction of the screw pitch to the lateral surface sections 134a to 134h of the lateral surface 126 of the worm flight 112 to each other. But they also make the corresponding relative position of the lateral surfaces 127 and 128 in the screw flights 113 and 114 are clear to one another.
Besonders deutlich ist die Relativlage der Mantelflächen-Abschnitte 130a bis 130g in den Schneckengängen 111 und 113 zu den Mantelflächenabschnitten 134a bis 134h in den Schneckengängen 112 und 114 aus den abgewickelten Draufsichten in den Fig. 4b und 4d ersichtlich. Aber auch in den Fig. 3b und 3d sind die Mantelflächenabschnitte 130a bis 130g bzw. 134a bis 134h zumindest teilweise zu sehen, wobei dort insbesondere die unterschiedlichen Tiefen der Schneckengänge 111 bis 114 gegenüber dem Innenumfang des Schneckenzylinder 106 im Schneckengehäuse 107 deutlich werden. The relative position of the lateral surface sections is particularly clear 130a to 130g in the screw flights 111 and 113 to the jacket surface sections 134a to 134h in the worm flights 112 and 114 from the developed top views can be seen in FIGS. 4b and 4d. But also in FIGS. 3b and 3d, the lateral surface sections are 130a to 130g or 134a to 134h can be seen at least partially, in particular there the different depths of the screw flights 111 to 114 compared to the inner circumference of the screw cylinder 106 in the screw housing 107 become clear.
Für die Ausübung des Verfahrens zum Homogenisieren und Kühlen derKunststoffschmelze reicht es jedoch nicht allein aus, die Umfangsflächen 125, 126, 127 und 128 des Schneckenkerns 110 im Bereich der Schneckengänge 111, 112, 113 und 114 durch Aneinanderreihung von Mantelflächenabschnitten 130a bis 130g bzw. 134a bis 134h zu bilden, die relativ zum zylindrischen Innenumfang des Schneckenzylinders 106 bzw. zum Hüllmantel der Schneckenstege 115, 116, 117 und 118 unterschiedliche Radial-Abstände aufweisen. Vielmehr ist es hierzu auch noch notwendig, in den Schneckenstegen 115,116,117 und 118 zwischen zwei unmittelbar nebeneinanderliegenden Schneckengängen, also bspw. mindestens im Schneckensteg 116 zwischen den Schneckengängen 111 und 112 und dem Schneckensteg 118 zwischen den Schneckengängen 113 und 114 besondere Unterbrechungen bzw. Ausschnitte vorzusehen. For carrying out the process for homogenizing and cooling the plastic melt However, it is not enough to use the circumferential surfaces 125, 126, 127 and 128 of the Screw core 110 in the area of screw flights 111, 112, 113 and 114 by lining up of lateral surface sections 130a to 130g and 134a to 134h, respectively, which are relatively to the cylindrical inner circumference of the screw cylinder 106 or to the envelope of the Screw flights 115, 116, 117 and 118 have different radial distances. Rather, it is also necessary to do this in the screw flights 115,116,117 and 118 between two directly adjacent screw flights, so for example. at least in the screw flight 116 between the screw flights 111 and 112 and the Screw flight 118 between the screw flights 113 and 114 special interruptions or cut-outs to be provided.
Solche Unterbrechungen bzw. Ausschnitte können jedoch zusätzlich und an anderen Stellen auch einerseits im Schnekkensteg 117 zwischen den Schneckengängen 112 und 113 sowie andererseits im Schneckensteg 115 zwischen dem Schneckengang 114 und dem Schneckengang 111 vorgesehen werden. Such interruptions or excerpts can, however, additionally and at other locations also on the one hand in the screw flight 117 between the screw flights 112 and 113 and, on the other hand, in the screw flight 115 between the screw flight 114 and the screw flight 111 can be provided.
In den Abwicklungen nach den Fig. 5 und 6 ist die Formgebung und Lage der in den Schneckenstegen 115, 116,117 und 118 vorzusehenden Ausschnitte dargestellt. In the developments according to FIGS. 5 and 6, the shape and The position of the cutouts to be provided in the screw flights 115, 116, 117 and 118 is shown.
Dabei ist zu sehen, daß über eine volle Schneckensteigung hinweg in bestimmten Abständen voneinander vier Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d vorhanden sind. Diese Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d sind aber auch in den abgewickelten Draufsichten der Fig. 4b und 4d angedeutet.It can be seen that over a full screw pitch in four interruptions or cutouts 138a, 138b at certain distances from one another, 138c and 138d exist. These interruptions or sections 138a, 138b, 138c and 138d are, however, also in the developed plan views of FIGS. 4b and 4d indicated.
In Fig. 4b ist dabei zu sehen, daß sich die Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d jeweils in den Schneckenstegen 116 und 118 befinden, welche zwischen den Schneckengängen 111 und 112 bzw. 113 und 114 ausgebildet sind. Hingegen ergibt sich aus Fig.4d, daß dort die Unterbrechungen bzw. Ausnehmungen 138a, 138b, 138c und 138d jeweils in den Schneckenstegen 115 und 117 vorgesehen sind, die zwischen den Schneckengängen 112 und 113 bzw. 114 und 111 liegen. In Fig. 4b it can be seen that the interruptions or Cutouts 138a, 138b, 138c and 138d in the screw flights 116 and 118, respectively which are formed between the worm flights 111 and 112 or 113 and 114 are. On the other hand, it can be seen from FIG. 4d that the interruptions or recesses there 138a, 138b, 138c and 138d are provided in the screw flights 115 and 117, respectively which lie between the worm flights 112 and 113 or 114 and 111.
Besonders deutlich ergibt sich aus den Fig. 5 und 6, daß die einzelnen Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d voneinander verschiedene Formgebung haben und sich in Längsrichtung der betreffenden Schneckenstege tris, 116 117 und 118 auch über unterschiedliche Winkelbereiche erstrecken. Dabei ist erkennbar, daß die Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a und 138d sich jeweils über einen Winkelbogen von 300 erstrecken und zueinander spiegelbildliche Lage haben. Die Unterbrechung bzw. der Ausschnitt 138b erstreckt sich über einen Winkelbogen von etwa 75°, während die Unterbrechung bzw. der Ausschnitt 138c über einen Winkelbogen von etwa 680 verläuft Die Umrißform für die einzelnen Unterbrechungen bzw. Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d ist maßgebend für den Masseaustausch der Kunststoffschmelze, welcher während der schraubenartigen Transportbewegung der Kunststoffschmelze zwischen den Schmelzesträngen stattfinden soll, die gemäß den Fig. 3b und 4b einerseits in den Schneckengängen 111 und 112 und andererseits in den Schneckengängen 113 und 114 transportiert werden. Gemäß den Fig. 3d und 4d gilt dies hingegen für den Masseaustausch der Kunststoffschmelze zwischen den Schmelzesträngen, die einerseits in den Schneckengängen 112 und 113 sowie andererseits in den Schneckengängen 114 und 111 transportiert werden. It is particularly clear from FIGS. 5 and 6 that the individual Interruptions or cutouts 138a, 138b, 138c and 138d different from one another Have shape and are tris in the longitudinal direction of the relevant screw flights, 116, 117 and 118 also extend over different angular ranges. It is It can be seen that the interruptions or cutouts 138a and 138d are each over extend an angular arc of 300 and have a mirror image position to one another. The interruption or the cutout 138b extends over an angular arc of about 75 °, while the interruption or the cutout 138c over an angular arc The outline shape for the individual interruptions or cut-outs runs from about 680 138a, 138b, 138c and 138d is decisive for the mass exchange of the plastic melt, which during the screw-like transport movement of the plastic melt between the melt strands should take place, which according to FIGS. 3b and 4b on the one hand in the screw flights 111 and 112 and on the other hand in the screw flights 113 and 114 are transported. According to FIGS. 3d and 4d, however, this applies to the mass exchange the plastic melt between the melt strands, on the one hand in the screw flights 112 and 113 and, on the other hand, transported in the screw flights 114 and 111 will.
Wenn man die Darstellungen der Fig. 5 und 6 mit den Schaubildern A bis E der Fig. 2 in Beziehung setzt und bspw. in Verbindung mit den Schneckengängen 111 und 112 betrachtet, dann herrscht am rechten Ende der Fig. 5 der gleiche Zustand wie auf der linken Seite des Schaubildes A der Fig. 2. Am rechten Ende der Fig. 6 liegt der gleiche Zustand an wie im rechten Teil des Schaubildes A der Fig. 2. Da sich, z.B. im Schneckensteg 116 zwischen den beiden Schneckengängen ttt und 112 die Unterbrechung bzw. der Ausschnitt 138a befindet, wird durch diese bzw. diesen die Teilmenge T2 aus dem im Schneckengang 111 befindlichen Schmelzestrang in den im Schneckengang 112 befindlichen Schmelzestrang übergeführt. Dieser Vorgang findet über einen Winkelbereich von 300 hinweg statt, innerhalb welchem in den Schneckengängen 111 und 112 die Mantelflächenabschnitte 130a und 134a einander benachbart sind. If one compares the representations of FIGS. 5 and 6 with the diagrams A to E of FIG. 2 relates and, for example, in connection with the worm flights 111 and 112 considered, then prevails at the right end of FIG. 5, the same state as on the left side of diagram A of Fig. 2. At the right end of Fig. 6 is the same as in the right part of diagram A of FIG. 2. Since, e.g. in the screw flight 116 between the two screw flights ttt and 112 the interruption or the cutout 138a is located through this or this the subset T2 from the melt strand located in the screw flight 111 into the in the screw flight 112 located melt strand transferred. This process takes place takes place over an angular range of 300, within which in the worm threads 111 and 112, the lateral surface sections 130a and 134a are adjacent to one another.
Während dann der Schmelzestrang innerhalb des Schneckenganges 111 gemäß Schaubild B der Fig. 2 nur noch die Teilmenge T 1 umfaßt, wurde der Schmelzestrang im Schnekkengang 112 um die Teilmenge T2 in seinem Volumen vergrößert, wobei er gemäß Schaubild B der Fig. 2 die Teilmengen T2, T4 und T3 umfaßt.Then while the melt strand within the screw flight 111 according to diagram B of FIG. 2 only comprises the subset T 1, the melt strand became increased in volume in the worm gear 112 by the subset T2, whereby he comprises the subsets T2, T4 and T3 according to diagram B of FIG. 2.
Die im Schneckengang 111 verbliebene Teilmenge T 1 des Schmelzestrangs wird in Steigungsrichtung über einen Winkelbogen von 600 ohne weitere Beeinflussung transportiert. Hingegen findet ein gemeinsamer Transport der Teilmengen T2, T4 und T3 im Schmelzestrang des Schneckenganges 112 ohne Beeinflussund nur über einen Winkelbogen von 300 in Steigungsrichtung statt. The portion T 1 of the melt strand remaining in the screw flight 111 becomes in the direction of the slope over an angular arc of 600 without any further influence transported. On the other hand, the subsets T2, T4 and T3 in the melt strand of the screw flight 112 without any influence and only via an angular arc of 300 in the direction of the slope.
Anschließend werden hingegen aus dem Schmelzestrang des Schneckenganges 112 die beiden Teilmengen T4 und T3 mit Hilfe der Unterbrechung bzw. dem Ausschnitt 138b in den Schneckengang 111 übergeführt, so daß dann im Schneckengang 112 nur noch die Teilmenge T2 verbleibt. Bei der Überführung der Teilmengen T4 und T3 in den Schneckengang 111 werden diese, bedingt durch die Konturen der Unterbrechung bzw.Subsequently, however, the screw flight is made from the melt strand 112 the two subsets T4 and T3 with the help of the interruption or the excerpt 138b transferred into the worm gear 111, so that then in the worm gear 112 only the subset T2 still remains. When converting subsets T4 and T3 into the worm gear 111 is caused by the contours of the interruption respectively.
des Ausschnittes 138b während ihrer Überführung in sich gedreht, so daß entsprechend dem Schaubild C der Fig. 2 die Teilmengen T3 und T4 oberhalb der Teilmenge T1 zu liegen kommen, während im Schneckengang 12 nur noch die Teilmenge T2 weitertransportiert wird.of the cutout 138b rotated during its transfer, so that according to the diagram C of FIG. 2, the subsets T3 and T4 above the Subset T1 come to rest, while in the worm gear 12 only the subset T2 is transported further.
Wenn nun der Schmelzestrang im Schneckengang 111 die Unterbrechung bzw. den Ausschnitt 138c erreicht, werden durch deren Kontur und die Schneckenbewegung bedingt aus diesem Schmelzestrang gemäß dem Schaubild D der Fig. 2 die Teilmengen T1 und T2 in den Schmelzestrang des Schneckenganges 112 übergeführt, der dort nur aus der Teilmenge T2 besteht und zuvor auch in sich gedreht wurde. Auch beim Übertritt der Schmelzestränge T1 und T4 durch die Unterbrechung bzw. den Ausschnitt 138c findet eine Drehung derselben statt, so daß die Teilmengen T1 und T4 über der Teilmenge T2 zu liegen kommen. Im Schmelzestrang des Schneckenganges 111 befindet sich somit gemäß Schaubild D der Fig. 2 nur noch die Teilmenge T3, während der Schmelzestrang im Schneckengang 112 nunmehr die drei Teilmengen T1, T4 und T2 umfaßt. If now the melt strand in the screw flight 111 the interruption or the cutout 138c are reached by their contour and the screw movement conditionally from this melt strand according to the diagram D of FIG. 2, the subsets T1 and T2 transferred into the melt strand of the screw flight 112, which there only consists of the subset T2 and was previously also rotated in itself. Even when transferring of melt strands T1 and T4 through the interruption or the cutout 138c a rotation of the same takes place so that the subsets T1 and T4 are above the subset T2 come to rest. There is thus in the melt strand of the screw flight 111 according to diagram D of FIG. 2, only the subset T3, while the melt strand in the screw flight 112 now comprises the three subsets T1, T4 and T2.
Gelangt schließlich der Schmelzestrang im Schnekkengang 112 in den Bereich der Unterbrechung bzw. Finally, the strand of melt arrives in the worm gear 112 Area of interruption or
des Ausschnitts 138d, dann wird aus ihm die Teilmenge T2 abgezweigt und in den Schneckengang 111 zurückgeführt, der zuvor nur die Teilmenge T3 umfaßt hat.of the cutout 138d, then the subset T2 is branched off from it and fed back into the screw flight 111, which previously only comprised the subset T3 Has.
Dabei findet nicht nur eine Drehung der Teilmenge 2 statt, sondern es wird zugleich auch eine Drehung der Teilmengen T1 und T4 bewirkt, so daß sich am Ende der Schneckensteigung die Situation gemäß Schaubild E der Fig. 2 ergibt, wonach also der Schmelzestrang im Schneckengang 111 die Teilmengen T2 und T3 der Schmelzestrang im Schnekkengang 112 die Teilmengen T4 und T1 umfaßt.In this case, there is not only a rotation of subset 2, but rather at the same time, the subsets T1 and T4 are also rotated, so that at the end of the screw pitch the situation according to diagram E of FIG. 2 results, after which the melt strand in the screw flight 111, the subsets T2 and T3 of the Melt strand in the screw flight 112 comprises the subsets T4 and T1.
Es liegt auf der Hand, daß durch diesen erzwungenen Transportablauf der Kunststoffschmelze innerhalb der Schmelzestränge eine optimale Kühlung der Schmelze erreicht werden kann, weil sämtliche Schmelzeschichten zu irgendeinem Zeitpunkt mit dem Innenumfang des Schneckenzylinders 106 in Kontaktberührung kommen und folglich der Wirkung der das Schnekkengehäuse 107 umgebenden Kühlvorrichtungen 108 ausgesetzt sind. It is obvious that this forced transport process the plastic melt within the melt strands an optimal cooling of the melt can be achieved because all layers of melt are at some point in time come into contact with the inner periphery of the screw cylinder 106, and hence exposed to the action of the cooling devices 108 surrounding the screw housing 107 are.
Optimierl wird diese Kühlwirkung auch dadurch, daß innerhalb des in den Fig. 3d und 4d gezeigten Längenabschnitts 120 der Extruderschnecke 109 ein den Schaubildern A bis Eder Fig. 2 entsprechender Verfahrensablauf zwischen denjenigen Schmelzesträngen stattfindet, die einerseits an den Schneckengängen 112 und 113 und andererseits von den Schneckengängen 114 und 111 gefördert werden. This cooling effect is also optimized by the fact that within the Length section 120 of the extruder screw 109 shown in FIGS. 3d and 4d the process sequence corresponding to the diagrams A to E of FIG. 2 between those Melt strands takes place, on the one hand at the screw flights 112 and 113 and on the other hand, are conveyed by the screw flights 114 and 111.
Die Durchlaßquerschnitte der Unterbrechungen bzw. The passage cross-sections of the interruptions or
Ausschnitte 138a, 138b, 138c und 138d in den Schnekkenstegen 116 und 118 bzw. 115 und 117 sind jeweils so aufeinander abgestimmt daß ein leichtes Übertreten der Schmel#e-Teilmengen vom einen in den anderen Schneckengang sowie auch wieder umgekehrt gewährleistet ist. Der jeweilige Öffnungsquerschnitt ist also immer mindestens so groß, wie die Querschnittsabnahme in demjenigen Schneckengang, aus welchem die betreffende Schmelze-Teilmenge bzw. -Teilmengen abgeführt wird bzw. werden.Cutouts 138a, 138b, 138c and 138d in the screw flights 116 and 118 or 115 and 117 are each coordinated so that they can be easily traversed the Schmel # e subsets from one spiral to the other and also back again vice versa is guaranteed. The respective opening cross-section is always at least as large as the decrease in cross-section in the screw thread from which the relevant melt subset or subsets is or will be discharged.
Da jedem der beiden in den Fig. 3b und 3d dargestellten Längenleilstücke 120 der Extruderschnecke 109 die in den Fig. 3a, 3c und 3e gezeigten Längenabschnitte vor und/oder nachgeordnet sind, wird das erzielbare Homogenisierungs- und/oder Kühlergebnis noch weiter verbessert, weil dort in den Schneckenstegen 115, 116, 117 und 118 die Durchbrüche 121, 122, 123 und 124 vorhanden sind, die Versetztlage gegeneinander haben und jeweils einen Schmelzeaustausch zwischen den unmittelbar nebeneinanderliegenden Schneckengängen 111. 112, 113 und 114 erzwingen. Gleichzeitig wird durch das Vorhandensein der Durchbrüche 121, 122, 123 und 124 ein Druckausgleich zwischen allen vier Schneckengängen 111. 112, 113 und 114 gewährleistet und damit eine gleichmäßige Schmelzeförderung in allen Schnekkengängen sichergestellt. Since each of the two length parts shown in FIGS. 3b and 3d 120 of the extruder screw 109 has the length sections shown in FIGS. 3a, 3c and 3e are upstream and / or downstream, the achievable homogenization and / or cooling result even further improved because there in the screw flights 115, 116, 117 and 118 the Breakthroughs 121, 122, 123 and 124 are present, the offset position against each other and each have a melt exchange between the immediately adjacent ones Force worm gears 111, 112, 113 and 114. At the same time is due to the presence the openings 121, 122, 123 and 124 a pressure equalization between all four screw flights 111, 112, 113 and 114 ensures and thus a uniform melt conveyance ensured in all worm gears.
Zur Begünstigung des Schmelzeffusses durch die Unterbrechungen, Ausschnitte und Durchbrüche ist es wichtig, daß deren Begrenzungskanten zumindest gut abgerundet werden, vorzugsweise jedoch Leitflächen bilden, die sich in Richtung des gewünschten Schmelzeflusses erstrecken. To favor the melt base through the interruptions, cutouts and openings, it is important that their boundary edges are at least well rounded be, but preferably form guide surfaces, which are in the direction of the desired Extend melt flow.
Wie sich die Schmelze der Schmelzestränge bei Drehung der Extruderschnecke 9 innerhalb der einzelnen Schneckengänge 11 und 12 mit Wendelströmung verlagert, ist qualitativ anschaulich in Fig. 7 der Zeichnung dargestellt. Dabei ist zu sehen, daß innerhalb der einzel- nen Schneckengänge 11 bzw. 12 in Richtung der Schneckensteigung eine schraubenartige Transportbewegung der Schmelze stattfindet, die quer zum Schnekkengang gerichtete Bewegungskomponenten hat, die jeweils in der kernnahen und der zylindernahen Querschnittszone zueinander entgegengesetzte Bewegungsrichtungen haben. How the melt of the melt strands changes when the extruder screw rotates 9 shifted within the individual screw flights 11 and 12 with helical flow, is shown qualitatively clearly in Fig. 7 of the drawing. It can be seen that within the individual NEN screw flights 11 and 12 in the direction of the screw pitch a screw-like transport movement of the melt takes place, which is transverse to the screw flight has directed motion components, each in the core and the cylinder Cross-sectional zones have mutually opposite directions of movement.
In Fig. 8 der Zeichnung sind schematisch vereinfacht sogenannte Isothermen dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß normalerweise im Kernbereich K jedes Schmelzestranges praktisch keine Querströmung zustandekommt und demzufolge die dort lagernden Schmelzeschichten auch auf der hohen Tenperatur Tmax. verbleiben, während die an der Wendelströmung teilnehmenden Schmelzeschichten ständig in Richtung auf die Temperatur Tmja gekühlt werden. In Fig. 8 of the drawing, so-called isotherms are schematically simplified shown. It can be seen that normally in the core area K of each melt strand there is practically no cross-flow and consequently the layers of melt stored there also at the high temperature Tmax. remain while those at the helical flow participating melt layers are constantly cooled towards the temperature Tmja will.
Durch die vorstehend beschriebene Verfahrensart sowie die besondere Auslegung des zu ihrer Ausübung bestimmten Extruders, wird jedoch gewährleistet, daß auch die im Kernbereich K jedes Schmelzestranges befindlichen Schmelzeschichten verlagert und an die verfügbaren Kühlflächen herangeführt werden. By the type of procedure described above as well as the special Design of the extruder intended for their execution, however, it is guaranteed that that also the melt layers located in the core area K of each melt strand relocated and brought up to the available cooling surfaces.
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