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Die Erfindung betrifft einen Spinnextruder zum
Aufschmelzen von Kunststoffgranulat zu einer Schmelze gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Spinnextruder ist
beispielsweise aus der
DE
33 23 202 A1 bekannt.
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Zur Erzeugung einer Polymerschmelze,
die einem Spinnprozeß zur
Herstellung von strangförmigen
Fasern zugeführt
wird, wird das Ausgangsmaterial in Form von einem Granulat dem Spinnextruder aufgegeben.
Der Spinnextruder besitzt eine innerhalb eines Zylinders drehbar
gehaltene und angetriebene Extruderschnecke, die zum Aufschmelzen
des Granulates sowie zur Aufbereitung der Schmelze mehrere Längsabschnitte
mit unterschiedlichen Funktionsformen aufweist. So ist ein erster
Plastifizierungsabschnitt der Extruderschnecke mit einem einfachen
Schneckengang ausgebildet, durch welche ein Aufschmelzen des Granulates
erfolgt. Anschließend
folgt ein Mischabschnitt und ein Homogenisierungsabschnitt zur weiteren
Behandlung der Schmelze innerhalb des Extruders. Hierzu weist sowohl
der Mischabschnitt als auch der Homogenisierungsabschnitt der Extruderschnecke
eine besondere Funktionsform wie Stege, Stifte, Noppen oder sonstige
Mischelemente auf. Die aufbereitete Schmelze wird anschließend über Schmelzeleitungen
einer Spinneinrichtung zugeführt.
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In der Praxis erfolgt eine kontinuierliche
Beschickung des Extruders mit einem bevorratetem Granulat. Hierbei
wird immer wieder festgestellt, daß das vorgehaltene Granulat
Fremdkörper
wie beispielsweise Muttern und Scheiben enthält, die während des Transportes durch
defekte Hilfseinrichtungen oder durch unfachmännische Zwischenlagerungen
in das Granulat gelangen. Derartige Fremdkörper werden üblicherweise
ungehindert durch den Extruder und in die angeschlossene Schmelzeleitung abgeführt. In
den Fällen,
in denen die Schmelzeleitung nicht unmittelbar zu einer Filtereinrichtung
führt, tritt
das Problem auf, daß die
Fremdkörper
innerhalb der Schmelzeleitung Verstopfungen verursachen. Derartige
Ver stopfungen lassen sich nur durch Austausch der Schmelzeleitung
beheben. Damit sind jedoch erhebliche Ausfallzeiten bei der Produktion
von Fasern oder sonstiger Formartikel verbunden.
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Um das Austreten derartiger Fremdkörper aus
dein Extruder zu vermeiden, sind beispielsweise sogenannte Barriereschnecke
bekannt, die im Plastifizierabschnitt zwei Schneckengänge aufweisen, durch
welche eine zusätzliche
schmale Nut gebildet wird. Eine derartige Extruderschnecke ist beispielsweise
aus der
DE 101 30
759 A1 bekannt. Die Barriereschnecken sind jedoch sehr
aufwendig in der Herstellung und daher kostenintensiv.
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Aus der
DE 38 33 777 A1 ist desweiteren eine
Extruderschnecke bekannt, bei welcher mehrere Längsabschnitte durch kurze Schärteile gebildet werden.
Die Schärteile
sind ringförmig
an der Extruderschnecke ausgebildet, und bilden einen engen Spalt
zwischen der Extruderschnecke und dem Zylinder. Damit wird die Schärdeformation
der Schmelze erheblich gesteigert, was bei empfindlichen Polymeren
wie beispielsweise Polyamid zur thermischen Überbelastung führt und
somit ungeeignet für
Spinnextruder sind.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung
einen Spinnextruder der gattungsgemäßen Art derart auszubilden,
daß das
Austreten von Fremdkörpern
in angeschlossene Schmelzeleitungen vermieden wird.
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Eine weiter Aufgabe der Erfindung
ist es, das Festhalten von Festkörpern
innerhalb des Extruders ohne zusätzliche
wesentliche Scherbeanspruchung der Schmelze zu verwirklichen.
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Die Lösung für einen gattungsgemäßen Spinnextruder
wird dadurch erreicht, daß ein
zusätzlicher
Längsabschnitt
der Extruderschnecke durch einen Filterring mit mehreren Öffnungen
zur Fremdkörperfilterung
der Schmelze gebildet ist.
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Die Erfindung besitzt den Vorteil,
daß der
betreffende Längsabschnitt
mit dem Filterring in seiner Funktionsform ausschließlich auf
die Anforderungen einer Fremdkörperfilterung
abgestellt sein muß.
Die von den übrigen
Längsabschnitten
der Extruderschnecke auszuführenden
Funktionen bleiben unbeeinflußt,
so daß das
Plastifizieren, das Mischen oder das Homogenisieren sowie sonstige
Aufbereitungen der Schmelze innerhalb des Extruders unabhängig von
der Fremdkörperfilterung
erfolgen. Hierbei ist besonders darauf zu achten, daß die Öffnungen
in dem Filterring einen Durchfluß der Schmelze derart ermöglichen,
daß kein
wesentlicher Druckabfall an dem Filterring entsteht und somit die
Leistung des Extruders im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.
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Der Filterring ist bevorzugt unmittelbar
vor oder hinter dem letzten der Längsabschnitte der Extruderschnecke
angeordnet. Damit wird die Schmelze in einem Bereich innerhalb des
Extruders gefiltert, in welchem die Schmelze ihren optimalen Fließzustand
aufweist.
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Dabei weist der letzte Längsabschnitt
der Extruderschnecke vorzugsweise eine Funktionsform zum Mischen
der Schmelze auf. Derartige Funktionsformen können durch Stift, Stege oder
sonstige angeformte Mischelemente am Umfang der Schnecke gebildet
sein.
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Um eine ausreichende Stabilität des Filterrings
zu erhalten, ist der Filterring mit einer Breite im Bereich von
5 mm bis 30 mm vorzugsweise von 8 mm bis 20 mm ausgeführt.
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Die Öffnungen des Filterrings sind
in ihrer Größe derart
bemessen, daß alle
Fremdkörper
mit einem Hüllendurchmesser
von > 4 mm vorzugsweise > 6 mm sicher ausgefiltert
werden. Mit der größeren Öffnung und
der Verteilung der Öffnungen
in dein Filterring lassen sich vorteilhaft möglichst geringe Fließwiederstände erzeugen.
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Grundsätzlich lassen sich zwei Ausbildungsvarianten
des erfindungsgemäßen Spinnextruders zur
Fixierung des Filterrings innerhalb des Extruders unterscheiden.
Bei einer ersten Ausführungsvariante wird
der Filterring fest mit der Extruderschnecke verbunden. Bei dieser
Variante wird der Filterring durch die Extruderschnecke drehend
angetrieben, so daß zusätzliche
Effekte wie beispielsweise eine Förderwirkung durch den Filterring
erzeugbar sind.
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Es ist jedoch auch möglich, den
Filterring fest mit dein Zylinder zu verbinden, wobei zwischen der Extruderschnecke
und dein Filterring ein Spalt gebildet ist. Dies erfordert zunächst eine
gemeinsame Montage der Extruderschnecke und des Filterrings innerhalb
des Zylinders, wobei nach Positionierung des Filterrings eine Arretierung
von außen
mit dem Zylinder erfolgt.
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Eine einfache Art der Formgebung
des Filterrings ist dadurch gegeben, daß der Filterring durch einen
den Umfang der Extruderschnecke umschließeinden breiten Steg gebildet
ist, welcher sich radial zwischen dem Zylinder und der Extruderschnecke
erstreckt. Dabei sind die Öffnungen
durch mehrere Durchdringungen des Steges gebildet. Derartige Durchdringungen
lassen sich als Längsnuten
oder durch Bohrungen in dein Steg ausbilden.
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Um bei einem an der Extruderschnecke
befestigten Filterring einen hohen Nebeneffekt der Förderwirkung
zu erhalten, lassen sich die als Längsnuten ausgebildeten Öffnungen
schräg
zu der Achsmitte der Extruderschnecke ausbilden.
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Der Filterring kann vorteilhaft jedoch
auch dadurch gebildet werden, daß an einem flachen die Extruderschnecke
umschließenden
Steg mehrere in Abstand zueinander angeordnete Stifte oder Rauten befestigt
sind. Die Abstände
zwischen den Rauten und Stiften bilden dabei die Öffnungen
zur Filtrierung der Fremdkörper.
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Es ist jedoch auch möglich, die
Stifte und Rauten unmittelbar am Umfang der Extruderschnecke zu
befestigen.
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Weitere Vorteile werden anhand einiger
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Spinnextruders
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen nachfolgend näher
beschrieben.
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Es stellen dar:
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1 schematisch
eine Längsschnittansicht eines
ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Spinnextruders
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2 schematisch
ein Querschnitt des Ausführungsbeispiels
aus 1
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3 schematisch
ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spinnextruders
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4 schematisch
eine Längsschnittansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Spinnextruders
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5 bis 7 schematisch weitere Ausführungsbeispiele
von Filterringen
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In 1 ist
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spinnextruders
in einer Längsschnittansicht
dargestellt. Der Spinnextruder weist einen Zylinder 1 auf.
An einem Ende des Zylinders 1 ist eine Antriebseinheit 3 angeordnet,
die eine Extruderschnecke 2 im Innern des Zylinders 1 antreibt.
Auf der Antriebsseite ist ein Einfülltrichter 4 an dem
Mantel des Zylinders 1 befestigt. Durch den Einfülltrichter 4 kann
dem Zylinder 1 ein thermoplastischer Kunststoff in fester
Form beispielsweise als Granulat, aufgegeben werden.
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Am Umfang des Zylinder 1 ist
eine elektrische Heizeinrichtung 5 angebracht. Die Heizeinrichtung 5 ist
mantelförmig
am Umfang des Zylinders 1 ausgebildet und weist vorzugsweise
mehrere Heizzonen auf, die unabhängig
voneinander regelbar sind.
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Innerhalb des Zylinders 1 ist
die Extruderschnecke 2 drehbar gehalten. Die Extruderschnecke 2 ist
in Längsrichtung
von der Antriebsseite zur Auslaßseite
in mehrere Längsabschnitte 8.1, 8.2 und 8.3 aufgeteilt.
Jeder der Längsabschnitte 8.1, 8.2 und 8.3 weist
unterschiedliche Funktionsformen auf, um das Granulat bzw. die Schmelze
zu bearbeiten. Der erste Längsabschnitt 8.1 im
Bereich des Einfülltrichters 4 ist
der Plastifizierabschnitt, der als Funktionsform einen Schneckengang 10 aufweist.
Es schließt
sich ein zweiter sehr kurzer Längsabschnitt 8.2 an,
der durch einen Filterring 9 am Umfang der Extruderschnecke 2 gebildet
ist. Der Aufbau und die Funktion des Filterrings 9 wird
nachfolgend noch näher
erläutert.
Am Ende der Extruderschnecke 2 ist als letzter Längsabschnitt 8.3 ein
Mischabschnitt vorgesehen, welcher als Formgebung mehrere Mischelemente 11 am
Umfang der Extruderschnecke 2 aufweist. Die Mischelemente 11 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel
als Stifte ausgebildet, die am Umfang der Extruderschnecke 2 eingesetzt
sind.
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Am Ende des Zylinders 1 weist
die Vorrichtung einen Adapter 7 auf. Der Adapter 7 ragt
mit einem zylinderförmigen
Schaft in das Ende des Zylinders 1. Innerhalb des Adapters 7 ist
ein Schmelzeauslaß 6 ausgebildet,
durch welchen die im Innern des Zylinders 1 geführte Schmelze
abgeführt
werden kann. Der Adapter 7 könnte zusätzlich einen hier nicht dargestellten
Meßanschluß aufweisen,
um beispielsweise den Innendruck des Zylinders zu messen.
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In 2 ist
schematisch ein Querschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1 gezeigt. Hierbei ist der
Zylinder 1 und die Extruderschnecke 2 im Bereich des
zweiten Längsabschnittes 8.2 geschnitten
und stellt somit den Filterring 9 dar. Der Filterring 9 ist
als ein umlaufender Steg 14 am Umfang der Extruderschnecke 2 gebildet.
Der Steg 14 wird durch mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Öffnungen 12 durchdrungen.
Die Öffnungen 12 sind
hierbei als Längsnuten
ausgebildet. Der Steg 14 erstreckt sich in radialer Richtung
bis kurz vor der Zylinderwandung 15. Zwischen dem Steg 14 und
der Zylinderwandung 15 ist ein Spalt 13 gebildet.
Um das Durchtreten eines Fremdkörpers
mit einer Hüllkurve
von > 6 mm zur die Öffnungen 12 zu
verhindern, könnten
die Öffnungen 12 durch
eine Nut mit einer Breite und einer Tiefe von ca. 4 mm ausgeführt sein.
Hierbei dürfte
der Spalt 13 zwischen dem Steg 14 und der Zylinderwandung 15 kleiner
ca. 1 mm sein. Die Größe der Öffnungen 12 ist
im wesentlichen durch die gewünschte Fremdkörperfilterung
bestimmt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß insbesondere Fremdkörper mit
einem Hülldurchmesser
von > 6 mm zu Verstopfungen
der Schmelzeleitungen führen.
Insoweit wäre
das Durchdringen der Öffnungen 12 von
kleineren Fremdkörpern
unkritisch. Diese könnten
in nachgeschalteten Filtersystemen aus der Schmelze abgeschieden
werden.
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Bei dem in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird im Betrieb ein thermoplastischer Kunststoff in fester Form über den
Einfülltrichter 4 in den
Zylinder 1 eingefüllt.
Innerhalb des Zylinders 1 erfolgt ein Aufschmelzen des
Kunststoffes durch die Drehung der Extruderschnecke 2.
Zur Temperierung des Kunststoffes wird der Zylinder 1 durch
die elektrische Heizeinrichtung 5 beheizt. Innerhalb des
Zylinders 1 erfolgt zunächst
die Plastifizierung des Kunststoffes in dem ersten Längsabschnitt 8.1 der
Extruderschnecke 2. Am Ende des Plastifizierabschnittes 8.1 ist
der Kunststoff vollständig
aufgeschmolzen und liegt in Form einer Schmelze vor. Um in den Mischabschnitt 8.3 zu
gelangen, muß die
Schmelze zunächst den
Längsabschnitt 8.2 mit
dem Filterring 9 passieren. Dabei durchdringt die Schmelze
ohne größeren Fließwiderstand
die Öffnungen 12 in
dein Filterring 9. Größere Fremdkörper werden
in Abhängigkeit
von den Öffnungsquerschnitten
der Öffnungen 12 zurückgehalten
und verbleiben auf der Seite des Längsabschnittes 8.1.
Die Öffnungen 12 sowie
die Öffnungsquerschnitte
der Öffnungen 12 sind
derart ausgelegt, daß kein
wesentlicher Druckabfall innerhalb des Zylinders 1 stattfindet.
Zudem erfolgt selbst bei Drehung des Filterrings 9 nur
eine unwesentliche zusätzliche Scherung,
die keine zusätzliche
Belastung der Schmelze darstellt.
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In dein letzten Längsabschnitt 8.3 wird
die Schmelze durch die Mischelemente 11 in dem zwischen
dem Zylinder 1 und der Extruderschnecke 2 gebildeten
Ringraum vermischt und über
die nachfolgende Schmelze zum Schmelzeauslaß 6 gefördert.
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In 3 ist
eine weiteres Ausführungsbeispiel
eines Filterabschnittes in einer Querschnittsansicht gezeigt, wie
es in dein Ausführungsbeispiel nach 1 einsetzbar wäre. Hierbei
ist der Filterring 9 in dein Filterabschnitt 8.2 der
Extruderschnecke 2 mit der Zylinderwandung 15 fest
verbunden. Der Filterring 9 wird dabei durch einen Steg 14 gebildet, welcher über zwei
Fixierstifte 16 mit der Zylinderwandung 15 gekoppelt
ist. Zwischen dein Steg 14 und der Extruderschnecke 2 ist
ein umlaufender Spalt 13 ausgebildet. Die Öffnungen 12 innerhalb
des Steges 14 sind durch innenliegende Längsnuten
geformt. Die Öffnungen 12 sind
derart bemessen, daß Fremdkörper ab
einer bestimmten Größe abgehalten
werden, in den nachgeordneten Mischabschnitten zu gelangen. Die
Funktion ist hierbei identisch zu dem vorhergelenden Ausführungsbeispiel,
so daß zu
der vorhergehenden Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gegenüber dem
vorhergehenden Ausführungsbeispiel
bleibt hierbei jedoch der Filterring 9 fixiert, so daß im wesentlichen
keine zusätzliche Scherwirkung
in der Schmelze erzeugt wird.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Spinnextruders
schematisch in einer Längsschnittansicht
dargestellt. Das Ausführungsbeispiel
nach 4 ist im wesentlichen identisch
zu dein Ausführungsbeispiel
nach 1. Insoweit wird
auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen und an dieser
Stelle nur die Unterschiede aufgezeigt.
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Die Extruderschnecke 2 wird
aus drei Längsabschnitten 8.1, 8.2 und 8.3 gebildet.
Der Längsabschnitt 8.1 ist
als Plastifizierabschnitt mit dein Schneckengang 10 und
der Längsabschnitt 8.2 als Mischabschnitt
mit den Mischelementen 11 ausgebildet. Die Mischelemente 11 sind
beispielhaft durch längliche
Stegsegmente am Umfang der Extruderschnecke 2 ausgeführt. Am
Ende ist der Längsabschnitt 8.3 als
Filterabschnitt mit dem Filterring 9 angeordnet. Der Filterring 9 wird
hierbei durch mehrere mit Abstand zueinander am Umfang der Extruderschnecke 7 befestigte
Stifte 17 gebildet. Die Stifte 17 ragen im wesentlichen
radial in dem Ringraum zwischen der Extruderschnecke 2 und
dem Zylinder 1. Der Abstand zwischen den Stiften 17 stellen
die Öffnungen 12 dar,
durch welche die Schmelze aus dem Mischabschnitt zum Schmelzeauslaß 6 geführt wird. Auch
hierbei ist die Grobfilterung der Fremdkörper in Abhängigkeit von den gewählten Abständen der
Stifte zueinander. Je kleiner die Abstände zwischen den Stiften 17 um
so größer die
Filterwirkung gegen Fremdkörper.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Filterrings schematisch dargestellt. Hierzu ist schematisch ein
Mantelabschnitt in 5.1 in
einer Querschnittsansicht und in 5.2 in
einer Draufsicht dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung gilt insoweit
kein ausdrücklicher
Bezug zu einer der Figuren gemacht ist für beide Figuren. Der Filterring 9 wird
durch einen Steg 14 gebildet, in welchem quer verlaufende
Längsnuten
als Öffnungen 12 eingebracht
sind. Die Längsnuten
in dem Steg 14 verlaufen schräg zur Achsmitte der Extruderschnecke,
so daß bei
Rotation des Filterrings 9 mit der Extruderschnecke 2 eine
mehr oder weniger starke Förderwirkung
zusätzlich
erzeugt wird. Ein derartiger Filterring könnte sowohl in einem Spinnextruder
gemäß 1 oder in einem Spinnextruder
gemäß 4 eingesetzt werden. Dabei
kann der Filterring 9 als separates Teil an der Extruderschnecke 2 montiert
sein, um beispielsweise die Trennstelle zwischen einem Plastifizierabschnitt
und einem Mischabschnitt zu bilden.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Filterrings gezeigt. Hierbei stellt 6.1 einen Querschnitt
eines Mantelabschnitts und 6.2 eine Draufsicht
des Mantelabschnittes dar. Der Filterring 9 wird durch
einen flachen Steg 14 und mehrere in Abstand nebeneinander
angeordnete Rauten 18 gebildet. Die Rauten 18 ragen
radial in den zwischen der Extruderschnecke 2 und der Zylinderwandung 15 gebildeten
Ringraum. Der Abstand zwischen den Rauten 18 bildet die Öffnung 12,
durch welche die Schmelze geführt
wird.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Filterrings 9 gezeigt. Hierbei ist ein Komplettquersehnitt
des Zylinder 1 und der Extruderschnecke 2 in dem
Filterabschnitt dargestellt. Der Filterring 9 wird durch
einen umlaufenden Steg 14 gebildet, welcher in axialer
Richtung durch mehrere Öffnungen 12 durchdrungen
ist. Die Öffnungen 12 sind
hierbei als Bohrungen ausgebildet.
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Die in den 5 bis 7 dargestellte
Funktionsformen zur Bildung eines Filterabschnittes an einer Extruderschnecke
sind beispielhaft. Grundsätzlich
sind alle bekannten Formgebungen möglich, die eine Grobfilterung
der Schmelze zum Zurückhalten von
Fremdkörpern
gewährleisten.
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Desweiteren sind die in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele des Spinnextruders in
ihrer Ausgestaltung der Extruderschnecke beispielhaft. Die Extruderschnecke
kann über
mehrere Längsabschnitte
verfügen
um beispielsweise zusätzliche
Kompressionsabschnitte oder Homogenisierungsabschnitte zu realisieren.
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- 1
- Zylinder
- 2
- Extruderschnecke
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Einfülltrichter
- 5
- Heizeinrichtung
- 6
- Schmelzeauslaß
- 7
- Adapter
- 8.1,
8.2, 8.3
- Längsabschnitt
- 9
- Filterring
- 10
- Schneckengang
- 1
1
- Mischelemente
- 12
- Öffnungen
- 13
- Spalt
- 14
- Steg
- 15
- Zylinderwandung
- 16
- Fixierstifte
- 17
- Stifte
- 18
- Rauten