DE10300009A1

DE10300009A1 - Schneckenextruder

Info

Publication number: DE10300009A1
Application number: DE10300009A
Authority: DE
Inventors: Dieter Reisenhofer; Hans Schoenmaker
Original assignee: Cincinnati Extrusion Wien GmbH
Current assignee: BATTENFELD-CINCINNATI AUSTRIA GMBH, AT
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-02
Publication date: 2003-07-31
Also published as: ATA1182002A; US20030137894A1; US6869211B2; AT411663B

Abstract

Ein Extruder für das Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe besitzt ein Gehäuse (1), in dem eine Schnecke drehbar gelagert ist. Vom Kern (4) der Schnecke steht ein schraubenlinienförmig verlaufender Steg (5) ab. In dem Gehäuse (1), in dem die Schnecke drehbar gelagert ist, ist wenigstens eine Entgasungsöffnung vorgesehen. Der Steg (5) der Schnecke besitzt wenigstens im Bereich der Entgasungsöffnung eine aktive, d. h. zum Abgabeende des Extruders hinweisende Flanke, die mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschließt, derart, dass sie wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die Außenkante (14) der aktiven Flanke (10) gehende Radialebene zurückversetzt ist. Dadurch wird verhindert, dass im Extruder zu verarbeitender Kunststoff nach außen gedrückt wird und die Entgasungsöffnung verstopft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Schnecke drehbar gelagert ist, von deren Schneckenkern ein schraubenlinienförmig verlaufenden Steg absteht, wobei im Gehäuse wenigstens eine Entgasungsöffnung vorgesehen ist.
Solche Extruder besitzen ein Gehäuse, in dem eine oder zwei miteinander kämmende Schnecken aufgenommen sind. Das Gehäuse besitzt eine Aufgabeöffnung für im Extruder zu verarbeitenden Werkstoff (z. B. ein, gegebenenfalls thermoplastischer, Kunststoff) und in der Nähe des Abgabeendes des Extruders wenigstens eine Entgasungsöffnung ("Entgasungsbohrung").
Unter den Begriff "Extruder" werden im Vorliegenden alle üblichen Plastifiziervorrichtungen, Strangpressen, Spritzgießmaschinen und ähnliches verstanden, die mit einer oder zwei nebeneinanderliegenden, miteinander kämmenden Schnecken ausgerüstet sind.
Aus der EP 0 595 190 B1 ist ein Doppelschneckenextruder bekannt, dessen Schnecken Stege aufweisen, die einen trapezförmigen Querschnitt haben, der sich vom Grundkörper der Schnecke ausgehend nach außen erweitert. Dadurch sollen die Kräfte, welche die beiden Schnecken des bekannten Schneckenextruders beim Betrieb auseinanderdrücken, reduziert werden.
Aus der DD 68377 A ist eine Schnecke für die Kaltbeschickung von Extrudern bekannt, die mit Stegen ausgerüstet ist, die in ihrem Winkel vom Schneckenkörper zur Zylinderinnenwand negativ angeordnet sind. Eine Anregung, diese Schneckengeometrie für den eigentlichen Extruder zu verwenden, ist der DD 68377 A nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Extruder der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem die wenigstens eine Schnecke, insbesondere im Bereich der wenigstens einen Entgasungsöffnung des Extrudergehäuses, so gestaltet ist, daß der im Extruder zu verarbeitende Werkstoff nicht nach außen gedrängt wird und so die Gefahr, daß die Entgasungsöffnung verlegt wird, verringert ist.

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Extruder erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens im Bereich der wenigstens einen Entgasungsöffnung der Steg der Schnecke eine aktive Flanke besitzt, die wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die Außenkante der aktiven Flanke gehenden Radialebene zurückversetzt ist.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Extruders sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Extruder die wenigstens eine im Extrudergehäuse drehbar gelagerte Schnecke wenigstens im Bereich der wenigstens einen Entgasungsbohrung eine aktive Flanke besitzt, die mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschließt, wird die erfindungsgemäße Aufgabe vorteilhaft gelöst.

Im vorliegenden wird unter "aktiver Flanke" des Steges der wenigstens einen Schnecke die Flanke verstanden, die bezogen auf die Förderrichtung von Werkstoff durch den Extruder nach vorne, d. h. zum Abgabeende des Extruders hinweist.

Bei der Erfindung hat die aktive Flanke des Steges eine Ausrichtung, die so gewählt ist, daß die aktive Flanke bezogen auf die nach vorne weisende Außenkante des Schneckensteges wenigstens bereichsweise von dieser Außenkante des Schneckensteges weg zurückversetzt ist.

In einer Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Extruder dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Flanke einen radial außen liegenden Abschnitt aufweist, der mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschließt, und daß der radial innerhalb liegende Abschnitt der aktiven Flanke konkav geformt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der erfindungsgemäß angestrebte Effekt besonders sicher eintritt. Bei dieser Ausführungsform kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß ein radial außen liegender Abschnitt der aktiven Flanke über einen Radius in einen zur Achse der Schnecke im wesentlichen senkrecht stehenden Abschnitt übergeht. So werden günstige Strömungsverhältnisse erreicht und es ergeben sich auch in der Nähe des Kernes der Schnecke keine die Strömung von Material behindernden Bereiche.

Wenn gemäß einem Vorschlag der Erfindung vorgesehen ist, daß die aktive Flanke des Steges der Schnecke Abschnitte aufweist, die mit der Achse der Schnecke unterschiedliche Winkel einschließen, kann man die Wirkung der erfindungsgemäßen Ausbildung des Steges der Schnecke einfach an die jeweils vorgesehene Verwendung des Extruders anpassen. Dabei ist es bevorzugt, wenn ein radial außen liegender Abschnitt der aktiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel und ein radial innen liegender Abschnitt der aktiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen stumpfen Winkel einschließt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der stumpfe Winkel, den der radial innen liegende Abschnitt mit der Achse der Schnecke einschließt, 110° bis 160°, insbesondere 130° bis 140°, beträgt.

Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die passive Flanke Abschnitte aufweist, die mit der Achse der Schnecke unterschiedlich große, stumpfe Winkel einschließen. Bevorzugt ist dabei, daß ein außen liegender Abschnitt der passiven Flanke mit der Achse der Schnecke einen größeren stumpfen Winkel einschließt als ein innen anliegender Abschnitt der passiven Flanke. Solche Ausrichtungen der passiven Flanke der Stellung der Schnecke des Extruders der Erfindung unterstreichen in vorteilhafter Weise den Eintritt des mit der Erfindung angestrebten Effektes.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Extruders ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Extruder mit zwei Schnecken gemäß der Erfindung,
Fig. 2 im Axialschnitt die Ausbildung des Steges der Schnecken im Bereich der Entgasungsöffnungen,
Fig. 3 im Schnitt eine andere Ausführungsform des Steges der Schnecke im erfindungsgemäßen Extruder,
Fig. 4 im Axialschnitt die ineinandergreifenden Stege der Schnecken gemäß Fig. 3,
Fig. 5 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Steges der Schnecken,
Fig. 6 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Steges der Schnecken,
Fig. 7 in einer Darstellung analog Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Steges der Schnecken und
Fig. 8 in schematischer Darstellung einen Doppelschneckenextruder mit konischem Gehäuse und konischen Schnecken.
Ein in Fig. 1 gezeigter Doppelschneckenextruder besitzt ein Gehäuse 1, in dem zwei Schnecken 2 und 3 drehbar gelagert sind. Die Schnecken 2, 3 bestehen aus einem Kern 4 und je einem von diesem nach außen abstehenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Steg 5.
Im Gehäuse 1 ist eine Aufgabeöffnung 6 für den im Extruder zu verarbeitenden Werkstoff, der von der Aufgabeöffnung 6 zum Abgabeende 7 des Extruders hin gefördert und dabei plastifiziert wird. Im Abstand vom Abgabeende 7 des Extruders sind im Gehäuse 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Entgasungsöffnungen 8 vorgesehen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Form des Steges 5 der Schnecken 2, 3 besitzt der Steg 5 eine aktive Flanke 10, die mit der Achse der Schnecke 2, 3 einen spitzen Winkel "W°" einschließt. Die passive Flanke 11 des Steges 5 schließt mit der Achse der Schnecke 2, 3 einen stumpfen Winkel ein.
Der spitze Winkel W° kann zwischen 45° und (nahezu) 90° liegen. Bevorzugt sind Werte des Winkels W° zwischen 60° und 85°, insbesondere 75°.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Winkel W°, unter dem die aktive Flanke 10 zur Achse der Schnecke 2, 3 steht und der Winkel, den die passive Flanke 11 mit der Achse der Schnecke 2, 3 einschließt so gewählt, daß sich der Steg 5 vom Kern 4 der Schnecke 2, 3 weg nach außen hin verjüngt, d. h. die Breite "b" des Steges 5 ist im Bereich der Wurzel des Steges 5 größer als die Breite "a" am freien Ende des Steges 5.
Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform besitzt der Steg 5 eine Querschnittsform, die sich ebenfalls von innen nach außen verjüngt, wobei in diesem Beispiel die passive Flanke 11 gewinkelt ist, und einen äußeren Abschnitt 12 besitzt, der mit der Achse der Schnecke 2, 3 einen größeren stumpfen Winkel einschließt als der radial weiter innen liegende Abschnitt 13 der passiven Flanke 11. Dadurch ergibt sich der in Fig. 4 gezeigte Konturenverlauf der ineinandergreifenden Stege 5 der beiden Schnecken 2, 3 des erfindungsgemäßen Extruders.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besitzt die aktive Flanke 10 einen geraden Abschnitt 15, der mit einem Radius 16 in die Außenfläche des Kerns 4 der Schnecke 2, 3 übergeht. Die passive Flanke 11 ist bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform so ausgebildet wie dies an Hand von Fig. 3 erläutert worden ist, d. h. sie besitzt zwei mit unterschiedlichen stumpfen Winkeln zur Achse der Schnecke 2, 3 geneigte Abschnitte 12, 13.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform besitzt die aktive Flanke 10 einen radial äußeren Abschnitt 17, der mit der Achse der Schnecke 2, 3 einen spitzen Winkel einschließt. Dieser radial äußere Abschnitt geht mit einem Radius 18 in einen radial inneren, bis zum Kern 4 der Schnecke 2, 3 reichenden Abschnitt 19 über, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Achse der Schnecke 2, 3 einen Winkel von 90° einschließt. Der Abschnitt 19 der aktiven Flanke 10 kann mit der Achse der Schnecke 2, 3 auch einen von 90° abweichenden Winkel, beispielsweise einen spitzen Winkel (W°), einschließen.
In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform des Steges 5 der Schnecken 2 und 3 ist die passive Flanke 11 so ausgebildet, wie dies an Hand von Fig. 3 beschrieben ist. Die aktive Flanke 10 der Ausführungsform von Fig. 7 besitzt einen äußeren Abschnitt 20 und einen inneren Abschnitt 21, die beide im Achsialschnitt gerade ausgebildet sind und mit der Achse der Schnecken 2, 3 unterschiedliche Winkel einschließen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 7 steht der äußere Abschnitt 20 der aktiven Flanke 5 zur Achse der Schnecken 2, 3 unter einem spitzen Winkel W°, wogegen der innere Abschnitt 21 mit der Achse der Schnec ken 2, 3 einen stumpfen Winkel, z. B. einen Winkel von 135° einschließt.
Die verschiedenen, an Hand der Fig. 2 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen der aktiven Flanke 10 einerseits und der passiven Flanke 11 anderseits können im Prinzip beliebig miteinander kombiniert werden.
Die Beispiele für Querschnittsformen des Steges 5 der Schnecken 2, 3 im erfindungsgemäßen Extruder, die an Hand der Fig. 2 bis 7 erläutert worden sind, zeigen, daß es für die Ausbildung des Steges 5 der wenigstens einen Schnecke 2, 3 des erfindungsgemäßen Extruders wesentlich ist, daß die aktive Flanke 10, also die Flanke 10 des Steges 5, die zur Schneckenspitze hinweist, wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die vordere, also die zur Schneckenspitze hin weisende Außenkante 14 der aktiven Flanke 5 gehende Radialebene zum Schneckenende hin zurückversetzt ist. Dadurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, daß im Extruder zu verarbeitender Werkstoff, der von der Aufgabeöffnung 6 zum Abgabeende 7 des Extruders gefördert wird, im Bereich der Entgasungsöffnungen 8 nicht nach außen gedrückt wird, so daß die Gefahr, daß die Entgasungsöffnungen 8 durch Werkstoff verlegt werden, vermieden ist.
Wie in Fig. 8 gezeigt, kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Steges 5 der Schnecken 2, 3 im Extruder auch für Extruder mit sich konisch von der Aufgabeöffnung zum Abgabeende hin verjüngendem Gehäuse angewendet werden.
Im einfachsten Fall ist die aktive Flanke des Steges unter einem Winkel von (nahezu) 90° bis 45°, bevorzugt unter einem Winkel von 85° bis 60°, geneigt. Für bestimmte Anwendungsfälle hat sich ein Winkel von etwa 75° als besonders günstig erwiesen.
Die Ausbildung der aktiven Flanke des Steges kann verschiedene Formen haben. So kann die aktive Flanke im Achsialschnitt gesehen beispielsweise gerade oder im Achsialschnitt gerade und zur Achse der Schnecke unter einem stumpfen Winkel, z. B. etwa 135°, ausgerichtet sein.
Die aktive Flanke kann einen äußeren Bereich aufweisen, in dem sie im Achsialschnitt gesehen senkrecht zur Achse der Schnecke ausgerichtet ist, und in einem weiter innen liegenden Bereich zur Achse unter einem spitzen Winkel stehen.
Der Fußbereich der aktiven Flanke kann abgerundet (also mit einem "Radius" ausgebildet) sein.
Es ist auch eine Ausführungsform in Betracht gezogen, bei der die aktive Flanke der Schnecke des erfindungsgemäßen Extruders im Achsialschnitt gesehen wenigstens bereichsweise eine konkave Formgebung aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, daß die aktive Flanke in ihrem äußersten Bereich (wieder im Achsialschnitt gesehen) einen zur Achse der Schnecke unter einem spitzen Winkel stehenden Abschnitt aufweist, an den sich ein konkav geformter Abschnitt anschließt, der in einem zum Kern der Schnecke hin führenden Abschnitt übergeht, der zur Achse der Schnecke (im Schnitt gesehen) senkrecht steht.
Die der aktiven Flanke gegenüberliegende "passive Flanke" des Stegs der wenigstens einen Schnecke des erfindungsgemäßen Extruders schließt mit der Achse bevorzugt einen stumpfen Winkel ein, wobei auch hier vorgesehen sein kann, daß die passive Flanke Abschnitte mit unterschiedlicher Ausrichtung, z. B. Winkel zur Achse der Schnecke, besitzt.
Bevorzugt ist in allen Ausführungsformen, daß sich der Steg, der im erfindungsgemäßen Extruder vorgesehenen Schnecke nach außen hin verjüngt, so daß die Schnecke einen Steg aufweist (insbesondere im Bereich der Entgasungszone), der im Bereich des Kernes der Schnecke breiter ist als an ihrem freien Rand.
Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die beschriebene Ausbildungsmöglichkeiten des Steges 5 der Schnecken 2 und 3 des Extruders auch bei einem Ein-Schnecken-Extruder verwirklicht werden können.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt dargestellt werden:
Ein Extruder für das Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe besitzt ein Gehäuse 1, in dem eine Schnecke drehbar gelagert ist. Vom Kern 4 der Schnecke steht ein schraubenlinienförmig verlaufender Steg 5 ab. In dem Gehäuse 1, in dem die Schnecke drehbar gelagert ist, ist wenigstens eine Entgasungsöffnung vorgesehen. Der Steg 5 der Schnecke besitzt wenigstens im Bereich der Entgasungsöffnung eine aktive, d. h. zum Abgabeende des Extruders hinweisende Flanke, die mit der Achse der Schnecke einen spitzen Winkel einschließt, derart, dass sie wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die Außenkante 14 der aktiven Flanke 10 gehende Radialebene zurückversetzt ist. Dadurch wird verhindert, dass im Extruder zu verarbeitender Kunststoff nach außen gedrückt wird und die Entgasungsöffnung verstopft.

Claims

1. Extruder mit einem Gehäuse (1), in dem wenigstens eine Schnecke (2, 3) drehbar gelagert ist, von deren Schneckenkern (4) ein schraubenlinienförmig verlaufenden Steg (5) absteht, wobei im Gehäuse (1) wenigstens eine Entgasungsöffnung (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im Bereich der wenigstens einen Entgasungsöffnung (8) der Steg (5) der Schnecke (2, 3) eine aktive Flanke (10) besitzt, die wenigstens bereichsweise gegenüber einer durch die Außenkante (14) der aktiven Flanke (10) gehenden Radialebene zurückversetzt ist.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Flanke (10) einen radial außen liegenden Abschnitt (17) aufweist, der mit der Achse der Schnecke (2, 3) einen spitzen Winkel (W°) einschließt, und daß der radial innerhalb liegende Abschnitt (18, 19) der aktiven Flanke (10) konkav geformt ist (Fig. 6).

3. Extruder nach Anspuch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radial außen liegender Abschnitt (17) der aktiven Flanke (10) über einen Radius (18) in einen zur Achse der Schnecke (2, 3) im wesentlichen senkrecht stehenden Abschnitt (19) übergeht (Fig. 6).

4. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Flanke (10) des Steges (5) der Schnecke (2, 3) Abschnitte (20,21) aufweist, die mit der Achse der Schnecke (2, 3) unterschiedliche Winkel einschließen.

5. Extruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein radial außen liegender Abschnitt (20) der aktiven Flanke (10) mit der Achse der Schnecke (2, 3) einen spitzen Winkel (W°) und ein radial innen liegender Abschnitt (21) der aktiven Flanke (10) mit der Achse der Schnecke (2, 3) einen stumpfen Winkel einschließt.

6. Extruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Winkel, den der radial innen liegende Abschnitt (21) mit der Achse der Schnecke (2, 3) einschließt, 110° bis 160°, insbesondere 130° bis 140°, beträgt.

7. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die passive Flanke (11) Abschnitte (12, 13) aufweist, die mit der Achse der Schnecke (2, 3) unterschiedlich große, stumpfe Winkel einschließen.

8. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein außen liegender Abschnitt (12) der passiven Flanke (11) mit der Achse der Schnecke (2, 3) einen größeren stumpfen Winkel einschließt als ein innen anliegender Abschnitt (13) der passiven Flanke (11).