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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zum Aufbereiten und Aufschmelzen von thermoplastischen Kunststoffen ist es allgemein bekannt, dass das eingebrachte Gut Luft- und Wasserdampfeinschlüsse besitzt. Desweiteren können durch die chemische Umsetzung während der Verarbeitung gashaltige Blasen entstehen, die unerwünscht sind und entfernt werden müssen. Um am Ende des Extrusionsprozesses eine homogene und porenfreie Schmelze zu erhalten, ist daher bekannt, während der Extrusion eine Entgasung durchzuführen. Insoweit weisen derartige bekannte Vorrichtungen üblicherweise eine Schnecke mit zumindest zwei Schneckenabschnitte auf, wobei in einem ersten Schneckenabschnitt das zugeführte Gut aufgeschmolzen wird. Im zweiten Schneckenabschnitt erfolgt dann eine Entgasung der Polymerschmelze, in dem ein angelegtes Vakuum der Schmelze die flüchtigen Bestandteile entzieht. Hierfür ist es jedoch erforderlich, dass der Schmelzedruck innerhalb des Gehäuses zwischen dem ersten Schneckenabschnitt und dem zweiten Schneckenabschnitt abgebaut wird. Insoweit ist es weiterhin bekannt, zwischen dem ersten Schneckenabschnitt und dem zweiten Schneckenabschnitt ein Stauelement mit einer zugeordneten Bypass-Einrichtung anzuordnen. Eine derartige Vorrichtung zum Extrudieren ist beispielweise bereits aus der
DE 38 17 941 A1 bekannt.
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Bei der bekannten Vorrichtung weist die zwischen den beiden Schneckenabschnitten der Schnecke angeordnete Bypass-Einrichtung ein Drosselventil auf, um einen Druckabbau zwischen den Zonen zu regulieren. Derartige Drosselventile sind jedoch gegenüber Verschmutzungen innerhalb der Schmelze sehr anfällig, so dass größere Mengen von Verschmutzungen, wie sie üblicherweise in Recycling-Kunststoffen in z.B. Form von Metallpartikeln oder Sand auftreten können, sehr schnell zum Verstopfen der Drosselstelle führen.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoffen vorzugsweise Recycling-Kunststoffen bereitzustellen, bei welcher ein aufgeschmolzenes Recyclinggut kontinuierlich entgast werden kann.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die gattungsgemäße Vorrichtung zum Extrudieren von Recycling-Kunststoffen mit einer möglichst schmutzunempfindlichen Bypass-Einrichtung auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bypass-Einrichtung eine verstellbare Drosselstrecke aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung löst sich von dem Konzept, den Druckabbau innerhalb des Extruders durch Verstellung eines Strömungsquerschnittes zu regulieren. Um auch größere Verschmutzungsteilchen innerhalb der Schmelze zuzulassen, nutzt die Erfindung eine verstellbare Drosselstrecke, um den nötigen Druckabbau zwischen den Schneckenabschnitten der Schnecke zu regulieren. Somit lassen sich größere Strömungsquerschnitte bei entsprechend langen Drosselstrecken realisieren. Die in der Schmelze mitgeführten Verschmutzungspartikel können die Drosselstrecke ungehindert passieren.
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Zur Ausbildung der Drosselstrecke innerhalb der Bypass-Einrichtung hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welcher die Drosselstrecke durch einen Zylinderstift gebildet ist, welcher mit einem freien Ende in einen Bypass-Kanal hineinragt und einen Ringspalt bildet. Somit lässt sich ein gleichmäßiger und konstanter Strömungsquerschnitt innerhalb der Drosselstrecke erzeugen.
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Darüberhinaus bietet die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der Zylinderstift an der Bypass-Einrichtung verschiebbar gehalten ist, die Möglichkeit, eine Länge der Drosselstrecke einzustellen. So lässt sich ein für den Prozess optimaler Druckabbau zwischen den Schneckenabschnitten feinfühlig regulieren.
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Zusätzlich oder alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Zylinderstift an der Bypass-Einrichtung austauschbar gehalten ist, so dass eine Spaltbreite des Ringspaltes durch Austausch des Zylinderstifts einstellbar ist. Je nach Verschmutzungsgrad der Schmelze lassen sich somit relativ kleine oder größere Strömungsquerschnitte im Ringspalt der Drosselstrecke realisieren. In Abhängigkeit von der Spaltbreite des Ringspaltes kann somit die Drosselstrecke in ihrer Länge beeinflusst werden.
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Um in der rauen Umgebung einer Extrusionsvorrichtung eine stabile Einstellmöglichkeit innerhalb der Bypass-Einrichtung zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher der Zylinderstift an einem Halteende ein Gewinde aufweist und bei welchem das Halteende des Zylinderstiftes drehbar in einer Gewindehülse gehalten ist. So lässt sich beispielsweise die Gewindehülse unmittelbar an dem Schneckengehäuse der Vorrichtung befestigen, so dass durch Verdrehen des Zylinderstiftes innerhalb der Gewindehülse das freie Drossselende im Bypass-Kanal verschoben wird.
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Damit der sich innerhalb des Bypass-Kanals ausgebildete Ringspalt in der Drosselstrecke möglichst konzentrisch gleichmäßig ausgebildet ist, wird der Zylinderstift bevorzugt innerhalb einer Führungsbohrung geführt, die koaxial in den Bypass-Kanal mündet. Damit ist eine Ausrichtung des Zylinderstiftes koaxial zum Bypass-Kanal gewährleistet.
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Damit die in der Drosselstrecke geführte Polymerschmelze nicht am Umfang des Zylinderstiftes in entgegengesetzter Richtung austritt, ist desweiteren vorgesehen, dass im Bereich zwischen der Führungsbohrung und der Gewindehülse dem Umfang des Zylinderstiftes eine Dichtung zugeordnet ist. Somit ist die Verstellung des Zylinderstiftes von außerhalb durch ein entsprechendes Werkzeug beispielsweise ein Inbusschlüssel in einfacher Art und Weise durchführbar.
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Damit der Druckabbau zwischen den Schneckenabschnitten innerhalb des Schneckengehäuses in Abstimmung mit dem jeweiligen Prozess nach Vorgaben einstellbar ist, weist die Bypass-Einrichtung einen Druckmessanschluss auf, welcher der Drosselstrecke in Flussrichtung vorgeordnet ist. Über den Druckmessanschluss lässt sich ein Druckmessgerät anschließen, so dass eine ständige Druckkontrolle durch einen Operator möglich ist.
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Für die Einstellbarkeit und Handhabung der Bypass-Einrichtung hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welcher die Bypass-Einrichtung in einem Bypass-Gehäuse angeordnet ist, das durch eine Flanschverbindung an dem Schneckengehäuse gehalten ist. Hierbei ist die Bypass-Einrichtung durch eine Auslassöffnung und eine Einlassöffnung im Schneckengehäuse mit dem Schneckenabschnitt verbunden. Darüberhinaus lässt sich die Bypass-Einrichtung dadurch auch vorteilhaft bei Vorrichtungen zum Extrudieren einsetzen, die mehrere Schnecken innerhalb des Schneckengehäuses aufweisen, wie beispielsweise bei einem Doppelschneckenextruder.
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Als Stauelement hat sich insbesondere ein am Umfang der Schnecke gehaltener Stauring bewährt, der mit dem Gehäuse einen Durchlassspalt bildet. Damit lässt sich insbesondere die Mengenleistung zusätzlich beeinflussen, die zwischen den beiden Schneckenabschnitten gefördert wird. Hierbei wird der Stauring bevorzugt derart bemessen, dass nur eine geringe Teilmenge der Schmelze direkt innerhalb des Schneckengehäuses von dem ersten Schneckenabschnitt in den zweiten Schneckenabschnitt gelangt.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren von Recycling-Kunststoffen unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren von Recycling-Kunststoffen
- 2 schematisch ein Teilquerschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3 schematisch ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Bypass-Einrichtung mit verstellbarer Drosselstrecke
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In der 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren von Recycling-Kunststoffen dargestellt. Hierbei sind nur die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile zu sehen, um Recycling-Kunststoff aufzuschmelzen und zu entgasen. So weist das Ausführungsbeispiel eine in einem Schneckengehäuse 1 drehbar angeordnete Schnecke 2 auf. Die Schnecke 2 ist an einem Ende mit einer Antriebseinrichtung 3 verbunden. Angrenzend an der Antriebseinrichtung 3 ist ein erster Schneckenabschnitt 2.1 an der Schnecke 2 ausgebildet. Dem ersten Schneckenabschnitt 2.1 ist ein Füllstutzen 4 zugeordnet, durch welches ein Recycling-Gut beispielsweise bottle-grade-chips, der Schnecke 2 zugeführt wird. Der erste Schneckenabschnitt 2.1 erstreckt sich bis zu einem Stauelement in Form eines Stauringes 9, der am Umfang der Schnecke 2 angeordnet ist. Der Stauring 9 ist derart bemessen, dass sich gegenüber dem Schneckengehäuse 1 ein Dichtspalt einstellt.
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In Extrusionsrichtung folgt auf den ersten Schneckenabschnitt 2.1 ein zweiter Schneckenabschnitt 2.2, der sich bis zu einem Auslass 8 erstreckt. Dem zweiten Schneckenabschnitt 2.2 sind mehrere Entgasungsöffnungen 7 im Schneckengehäuse 1 zugeordnet. Sowohl der erste Schneckenabschnitt 2.1 als auch der zweite Schneckenabschnitt 2.2 der Schnecke 2 weisen unterschiedliche Schneckengeometrien auf. Hierbei können die Schneckengeometrien innerhalb der Schneckenabschnitte 2.1 und 2.2 ebenfalls variieren, um mehrere Zonen auszubilden. So sind üblicherweise im ersten Schneckenabschnitt 2.1 der Schnecke 2 eine Beschickungszone, eine Komprimierzone und eine Dosierzone ausgebildet. Ebenso weist der zweite Schneckenabschnitt 2.2 der Schnecke 2 mehrere Zonen auf, um eine Entgasung und einen Austrag der Schmelze zu ermöglichen. So sind beispielsweise eine Entgasungszone, eine Kompressionszone, eine Dosierzone sowie eine Austragzone möglich.
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In dem ersten Schneckenabschnitt 2.1 bis vor dem Stauring 9 wird aus dem Recycling-Gut eine Schmelze erzeugt. Die Mengenleistung je Stunde ist eine Funktion der Schneckengröße, der Schneckengeometrie, der Drehzahl, der Polymereigenschaften und des am Stauring anliegenden Schmelzedruckes. Der zweite Schneckenabschnitt 2.2 der Schnecke 2 hat in einem Entgasungsbereich die Aufgabe, per angelegtem Vakuum der Schmelze flüchtige Bestandteile, wie beispielsweise Wasserdampf zu entziehen. Die Schneckengangtiefe ist im Entgasungsbereich des zweiten Schneckenabschnitts 2.2 im Vergleich zu den anderen Schneckenabschnitten tief, so dass die Schnecke 2 in diesem Bereich nur teilgefüllt ist. Damit wird erreicht, dass das Vakuum an einer großen freien Oberfläche der Schmelze wirken kann. Im weiteren Verlauf der Schnecke 2 wird die Gangtiefe reduziert, so dass der Schneckengang vollständig gefüllt ist. Ab hier wird in dem zweiten Schneckenabschnitt 2.2 der Schnecke auch wieder ein Schmelzedruck aufgebaut. Die beiden Schneckenabschnitte müssen aufeinander abgestimmt sein, d.h. bei zwangsläufig gleicher Drehzahl der beiden Schneckenabschnitte 2.1 und 2.2 muss der Entgasungsbereich, der sich unmittelbar dem Stauring 9 anschließt, teilgefüllt bleiben und im weiteren Verlauf des Schneckenabschnittes 2.2 muss der am Auslass 8 benötigte Schmelzedruck wieder aufgebracht sein. Diese Abstimmung muss dann über einen gewissen Mengenleistungsbereich und bei einer Schwankungsbreite der Viskosität und des Schmelzedruckes funktionieren. Für diese Abstimmung der Mengenleistung und des Schmelzedruckes zwischen dem ersten Schneckenabschnitt 2.1 und dem zweiten Schneckenabschnitt 2.2 ist neben dem Stauring 9 eine Bypass-Einrichtung 5 angeordnet.
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Die Bypass-Einrichtung 5 ist in 1 schematisch angedeutet, wobei die Bypass-Einrichtung 5 über eine Einlassöffnung 10 mit dem ersten Schneckenabschnitt 2.1 und über eine Auslassöffnung 11 mit dem zweiten Schneckenabschnitt 2.2 verbunden ist. Die Bypass-Einrichtung 5 enthält eine Drosselvorrichtung 6, um die Abstimmung zwischen den beiden Schneckenabschnitten 2.1 und 2.2 der Menge und dem Druck zu ermöglichen. Zur weiteren Erläuterung wird nun Bezug zu der 2 genommen.
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In der 2 ist schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels in 1 dargestellt, wobei nur der Ausschnitt im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten Schneckenabschnitt 2.1 und dem zweiten Schneckenabschnitt 2.2 dargestellt ist. Die Bypass-Einrichtung 5 ist in einem Bypass-Gehäuse 19 ausgebildet und weist mehrere Bypass-Kanäle 12.1, 12.2 und 12.3 auf. Der Bypass-Kanal 12.1 ist der Einlassöffnung 10 am Schneckengehäuse 1 zugeordnet. Der Bypass-Kanal 12.3 mündet in die Auslassöffnung 11 im Schneckengehäuse 1. Die Bypass-Kanäle 12.1 und 12.3 sind durch einen weiteren Bypass-Kanal 12.2 miteinander verbunden.
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Innerhalb des Bypass-Kanals 12.3 ragt ein Zylinderstift 13 mit einem Drosselende 13.1 hinein. Der Zylinderstift 13 ist an dem Bypass-Gehäuse 19 in einer Führungsbohrung 16 verschiebbar gehalten. Das Drosselende 13.1 des Zylinderstiftes 13 bildet eine Drosselstrecke 14, deren Länge über eine Eintauchtiefe des Drosselendes 13.1 des Zylinderstiftes 13 verstellbar ist. Das Drosselende 13.1 ist im Durchmesser kleiner ausgeführt als der Bypass-Kanal 12.3 und bildet somit einen Ringspalt 15.
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An dem Bypass-Gehäuse 19 ist ein Druckmessanschluss 17 ausgebildet, der mit dem Bypass-Kanal 12.2 verbunden ist, und an dem ein Druckmessgerät 18 angeschlossen ist.
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Wie aus der 2 hervorgeht, gelangt die im ersten Schneckenabschnitt 2.1 innerhalb des Schneckengehäuses 1 geführte Schmelze im wesentlichen über die Einlassöffnung 10 zur Bypass-Einrichtung 5. Der Stauring 9 ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass nur noch eine kleine Teilmenge der Schmelze über den Stauring 10 in den zweiten Schneckenabschnitt gelangt. Der größte Teil der Schmelze wird über den Bypass-Kanal 12.1 und 12.2 zu der Drosselvorrichtung 6 geführt. Über die Drosselstrecke 14 in dem Bypass-Kanal 12.3 gelangt die Schmelze dann zur Auslassöffnung 11 und in den zweiten Schneckenabschnitt 2.2. Die Drosselstrecke 14 ist dabei derart bemessen, dass ein großzügiger Ringspalt 15 bei entsprechender Länge der Drosselstrecke 14 vorherrscht, so dass die Drosselstrecke 14 unempfindlich gegenüber Verschmutzungsteilchen innerhalb der Schmelze ist. Durch die verstellbare Drosselstrecke 14 in Verbindung mit einer Druckmessung am Eingang der Drosselstrecke 14 können dann die beiden Schneckenabschnitte 2.1 und 2.2 aufeinander abgestimmt werden.
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Um die Einstellung im laufenden Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ändern zu können, ist in 3 ein konstruktives Ausführungsbeispiel der Bypass-Einrichtung 5 in einer Querschnittsansicht gezeigt, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach 1 einsetzbar wäre.
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Der schematische Aufbau des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Bypass-Einrichtung 5 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 2, so dass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
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Die Bypass-Einrichtung 5 ist an einem Bypass-Gehäuse 19 angeordnet. Das Bypass-Gehäuse 19 ist über eine Flanschverbindung 23 an dem Schneckengehäuse 1 angeflanscht. Innerhalb des Bypass-Gehäuses 19 ist der Bypass-Kanal 12.1 mit der Einlassöffnung 10 und der Bypass-Kanal 12.3 mit der Auslassöffnung 11 verbunden. Koaxial zu dem Bypass-Kanal 12.3 ist eine Führungsbohrung 16 und eine Gewindehülse 20 angeordnet. Die Gewindehülse 20 ist an dem Bypass-Gehäuse 19 befestigt. Innerhalb der Gewindehülse 20 ist ein Halteende 13.2 eines Zylinderstiftes 13 über ein Gewinde 21 gehalten. Der Zylinderstift 13 weist ein gegenüberliegendes Drosselende 13.1 auf, das in den Bypass-Kanal 12.3 hineinragt. Die Eindringtiefe des Zylinderstiftes 13 mit dem Drosselende 13.1 bildet innerhalb des Bypass-Kanals 12.3 eine Drosselstrecke 14. Dabei weist die Drosselstrecke 14 einen kapillarförmigen Ringspalt 15 auf, der sich zwischen dem Drosselende 13.1 des Zylinderstiftes 13 und dem Bypass-Kanal 12.3 einstellt.
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Am Ende der Führungsbohrung 16 ist zwischen der Gewindehülse 20 und dem Bypass-Gehäuse 19 eine Dichtung 22 angeordnet. Die Dichtung 22 umschließt den Umfang des Zylinderstiftes 13 und dichtet somit die Führungsbohrung 16 gegenüber der Umgebung ab.
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Der Bypass-Kanal 12.2, der die Bypass-Kanäle 12.1 und 12.3 verbindet, ist am Bypass-Gehäuse 19 durch einen Stopfen 24 abgedichtet.
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Neben der Gewindehülse 20 ist auf Höhe des Bypass-Kanals 12.1 ein Druckmessanschluss 17 ausgebildet, der über eine Druckbohrung 25 mit dem Bypass-Kanal 12.2 verbunden ist. An dem Druckmessanschluss 17 lässt sich ein Druckaufnehmer oder auch ein Druckmessgerät direkt anschließen.
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Die Funktion des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Bypass-Regelung ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel. Hierbei besteht jedoch die Möglichkeit, dass der Zylinderstift 13 über ein Werkzeug beispielsweise ein Inbusschlüssel innerhalb der Gewindehülse 20 verdreht wird, so dass sich die Drosselstrecke 14 in ihrer Länge verändert. Damit lässt sich die Einstellung während des Betriebes variieren.
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Ebenso besteht die Möglichkeit, den Zylinderstift 13 bei einer Prozessunterbrechung komplett aus der Gewindehülse 20 zu schrauben und durch einen weiteren Zylinderstift 13 zu ersetzen, der beispielsweise ein Drosselende 13.1 aufweist, das einen größeren oder einen kleineren Außendurchmesser im Verhältnis zum Bypass-Kanal 12.3 aufweist. So kann vorteilhaft auch die Spaltbreite des Ringspaltes 15 verändert werden.
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Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zur Ausbildung der Drosselstrecke ist konstruktiv nur eine Möglichkeit. Grundsätzlich sind auch weitere Alternativen zur Verschiebung des Zylinderstiftes innerhalb des Bypass-Kanals möglich, die beispielsweise automatisiert durch elektrische oder pneumatische Antriebe erfolgen. Insoweit lassen sich auch automatisierte Regelungen über ein Steuergerät integrieren, um gewünschte Abstimmungen zwischen dem ersten Schneckenabschnitt und dem zweiten Schneckenabschnitt zu erhalten.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Entgasung der Schmelze im zweiten Schneckenabschnitt der Schnecke mit hoher Gleichmäßigkeit intensiv erfolgen kann. Die Gefahr, dass der Vakuumbereich innerhalb des Schneckengehäuses mit Schmelze geflutet wird, besteht nicht. Zudem besteht die Möglichkeit, anschließend einen höheren Ausgangsdruck zu realisieren. Aufgrund der Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen ist die Erfindung besonders zur Extrusion von Recycling-Materialien geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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