DE1924239A1

DE1924239A1 - Extrudiervorrichtung fuer Kunststoffe

Info

Publication number: DE1924239A1
Application number: DE19691924239
Authority: DE
Inventors: Verner David Aland; Gregory Robert Bruce; Street Louis Fawcett
Original assignee: EGAN and CO FRANK W; FRANK W EGAN AND CO
Current assignee: EGAN and CO FRANK W; FRANK W EGAN AND CO
Priority date: 1968-05-13
Filing date: 1969-05-12
Publication date: 1969-11-27
Also published as: JPS5231390B1; GB1245482A; US3524222A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. Walter Meissner
Dipl. Ing. Herbert Tischer

Büro München München, den 12. Mai 1969

München 2, Tal 71

Frank W. Egan & Go.
Somerville, New Jersey (VoSt.A.)

Extrudiervorrichtung für Kunststoffe

Die Erfindung betrifft eine Extrudiervorrichtung mit einer bei der Extrudierung thermoplastischer Kunststoffe üblichen Sohnecke. Insbesondere betrifft die Erfindung einen neuartigen Schneckenabschnitt, der vorteilhaft als Teil einer üblichen Extrudierschnecke verwendet werden kann, um eine Entfernung flüchtiger Bestandteile aus dem Kunststoff und ein besseres Vermischen des Kunststoffs während des Extrudierens zu erzielen.

Bei vielen Extrudierverfahren für Kunststoffe ist es wichtig und notwendig, daß flüchtige Bestandteile aus dem Kunststoff abgezogen und während der Förderung des Kunststoffs durch den Extruderzylinder entfernt werden, damit ein zufriedenstellendes Endprodukt erhalten.wird. Dies kann dadurch geschehen, daß im Extruderzylinder ein Abschnitt vorgesehen wird, in dem der Kunststoff im geschmolzenen Zustand vorliegt und einem steuerbaren Über- oder Unterdruck ausgesetzt wird, damit die flüchtigen Bestandteile ausgetrieben oder ausgekocht und aus dem Extruder durch einen Abzug entfernt werden können, der mit diesem Zylinderabschnitt in Verbindung atent. Damit das gewünschte Ausmaß der Befreiung von flüchtigen Bestandteilen in der kürzesten Zeit und innerhalb des kleinsten Baumes erreicht wird, ist es wesentlich und erwünscht, eine möglichst große Oberfläche des Kunststoffmaterials dem gesteuerten Über- oder Unterdruck auszusetzen. Es ist ebenfalls erwünscht, daß das Material bei der Befreiung von flüchtigen Bestandteilen gleichzeitig wieder-

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holt gründlich vermischt wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß vorteilhaft und zufriedenstellend gelöst. Die erfindungsgemäße Exfcrudiervorrichbung für Kunststoffe mit einem Zylinder mit zylindrischer Bohrung, einer darin drehbar angeordneten Schnecke und einer Abzugsvorrichtung für flüchtige Bestandteile des Kunststoffs, die mit einem bestimmten 'feil der Bohrung in Verbindung steht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die bennecke in dem mit der Abzugsvorrichtung in Verbindung stehenden Teil der Bohrung einen mit dem restlichen Schneckenteil koaxial und drehbar angeordneten Aoschnitt zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen aufweist, der eine Anzahl Senneckengänge im gleicnen Drehsinn mit gleicher Steigung besitzt, von denen jeder Schneckengang aus einer abwechselnd angeordneten Reihe von üblichen Schneckengangteilen und von Aussparungen besteht, wobei die Aussparungen sich auf dem entsprechenden Schneckengang und von der Umfangsflache des entsprechenden üblichen Schneckengangs nach innen, erstrecken und eine Länge, parallel zur Schneckenabschnittsachse gemessen, von je 1o bis 1oo$ des Produkts aus dem Außendurchmesser des Schneckenabschnitts und der Sehneckengangzahl minus 1 besitzen.

Der erfindungsgeraäß ausgebildete Schneckenabschnitt Dewirkt in wirtschaftlicher Weise gleichzeitig die erforderliche Entfernung flüchtiger Bestandteile und ein besseres Vermischen und Rückmischen von Kunststoffmaterial beim. Extrudieren unter geringen Scherkräften. Er ist einfach konstruiert und von kräftiger und dauerhafter Bauart. Der Kerstellungs- und 7/artungs aufwand ist gering und der Betrieb wirtschaftlich. Er kann daher seine Funktion zuverlässig und wirkungsvoll erfüllen.

Dieser Abschnitt stellt eine Verbesserung von einer Extrudiervorrichtung für Kunststoffe sonst üblicher Bauart mit einem Zylinder mit zylindrischer Bohrung, siner Schnecke innerhalb der '

Bohrung zum Fördern eines Kunststoffs und einer Abzugs-

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vorrichtung, die mit einem bestimmten Teil der Bohrung in Verbindung steht und für das Abziehen flüchtiger Bestandteile aus dem Kunststoff eingerichtet ist, dar. Der erfindungsgemäß ausgebildete SchnecKenabschnitt liegt innerhalb des Abzugsteils der jjohrung und verläuft mit der Schnecke koaxial und drehbar. Der Sehneckenaoschnitt besitzt eine Reihe von Schneckengängen gleichen Drehsinns und gleicher Steigung. Jeder Schneckengang besitzt eine Anzahl üblicher Gangteile und eine Anzahl von Aussparungen oder Kerben, wobei sich jede Aussparung über den zugehörigen Schrieekengang und von der Umfangsfläche der üblichen Gangteile nach innen erstreckt. Die Aussparungen und die üblichen Gangteile sind abwechselnd angeordnet. Jede Aussparung besitzt eine Länge , gemessen parallel zur Achse des Schneckenabschnitts, die im Bereich von lObis 1oo$ des Außendurchmessers des Sohneckenaoschnitts multipliziert mit der Zahl der Schneckengänge minus liegt. Die Tiefe der Aussparungen beträgt o,3 bis 1o,o?S des Außendurchmessers des Schneckenabschnitts, gemessen über die gewöhnlichen Gangteile. Die Länge jedes üblichen Gangteils, parallel zur Achse des Schneckenabschnitts gemessen, ist im wesentlichen gleich der Länge jeder Aussparung, geteilt durch die Zahl der Schneckengänge minus 1.

Die Tiefe jeder Aussparung kann konstant sein oder wechseln. Außerdem kann jede Aussparung aus mehreren aufeinanderfolgenden Aussparungsteilen bestehen, deren Tiefe hintereinander und um den gleichen Zuwachs gegen die Förderrichtung der Schnecke ansteigt. Die Zahl der Abstufungen in jeder Aussparung und die Länge jeder dieser Abstufungen gegenüber der Länge jedes üblichen Schneckenteils hängen voneinander ab und stehen mit der Zahl der Schneckengänge in Beziehung, wie im folgenden näher ausgeführt werden wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei drei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und erläutert werden.

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Fig. 1 stellt einen Längsschnitt duroh die Mittelachse eines Teils eines Extruderzylinders für Kunststoffe mit einer Schnecke mit einem Abschnitt zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und · zum Vermischen gemäß der Erfindung dar,

Fig. 2 gibt eine Aufsicht längs der Linie 2-2 von Fig* 2 wieder, "

Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils des Sohneckenabschnitts zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen gemäß Fig. 1,

Fig. 4 gibt die Schneckenkonfiguration gemäß Fig. 3 in einer Ebene abgewickelt wieder,

Fig. 5 ist eine vergrößerte Aufsicht auf die Sohnecke längs' der Linie 5-5 von Fig. 3>

Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig.1,

Fig. 7 entspricht Fig. 3 und erläutert eine zweite Ausführungsform des Schneckenabschnitts gemäß der Erfindung,

Fig. 8 gibt die Schneckenkonfiguration gemäß Fig. 7 in einer Ebene abgewickelt wieder,

Fig. 9 entspricht Fig. 6 und βteilt den Schneckenatoschnitt gemäß Fig. 7 mit dem Zylinder gemäß Fig* 1 längs der Linie 9-9 von Fig. 7 dftr,

Fig. 1o entspricht ebenfalls Fig. 3 und erläutert eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Schneckenabschnitte,

Fig. 11 gibt die Schneckenkonfiguration gemäß Fig. 1o in einer Ebene abgewickelt wieder,

Fig. 12 entspricht Fig. 6 und erläutert den Schneokenttbeahnitt

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ge"mäß Fig. 1o im Zylinder gemäß Fig. 1 längs der Linie 12-12' von Fig. 1 o,

Fig. 13 bis Fig. 16 stellen Teilschnitte der Schneckengänge im .Schneokenabschnitt gemäß Fig. 1o längs der Linien 13-13» 14-14, 15-15 und 16-16 dar und

Fig. 17 ist ein Schnitt gemäß Fig. 13, der eine Abänderung der Aussparung in den Schneckengängen erläutert.

Fig. 1 und Fig. 2 stellen einen Teil 2o einer zweistufigen Extrüdiervorrichtung für Kunststoffe mit einem Zylinder 21 mit einer zentralen Längsbohrung 22 dar. Der Zylinder tragt auf der Oberseite eine Abzugsvorrichtung 23 mit rechteckigem Querschnitt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, die zwei im Abstand parallel zueinander angeordnete senkrechte Seitenwände 24 hat. Die Abzugsvorrichtung ist am oberen Ende durch eine Sichtglasscheibe 25 verschlossen, die die leichte visuelle Prüfung während des Betriebs erlaubt und durch einen Ring 26 mit Schrauben 27 abnehmbar befestigt ist. Die Abzugsvorrichtung stellt eine Abzugskammer dar, die mit der Zylinderbohrung 22 in Verbindung steht. An eine Seitenwand 24 der Abzugsvorrichtung 23 iat eine Leitung 29 angebracht, die eine Verbindung zwischen dem Oberteil der Kammer 28 und einer Vakuumquelle oder einer anderen Vorrichtung zur Einstellung des Drucks innerhalb der Kammer (nicht dargestellt) herstellt.

Im Zylinder 21 ist eine durch eine übliche Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) drehbare Extrudersohnecke 3o angeordnet, die beispielsweise aus folgenden Abschnitten besteht, von rechts nach links gemäß Fig. 1 ϊ ein erster Einspeisungabschnitt (nicht gezeichnet) , ein erster überführungsabachnitt (nioht gezeichnet), •in erster Doaierabachnitt 31» ein Misohabschnitt 32, ein Abschnitt zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen 33» ein zweiter Einapeisungeabschnitt 34» ein zweiter Überführungsabsqhnitt 35 und ein zweiter Dosierabsohnitt (nicht

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gezeichnet). Die Extruderschnecke kann generell aus verschiedenen geeigneten Anordnungen an sich bekannter Schneckenabschnitte in Verbindung mit dem Abschnitt 33 zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen gemäß der Erfindung bestehen.

Wie am deutlichsten aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, besitzt die' Schnecke im Abschnitt 33 zur Befreiung von flüchtigen Bestandteilen und zum Vermischen einen doppelten Schneckengang aus den Gängen Ft und F 2, die vorzugsweise identisch ausgebildet sind und den gleichen Drehsinn und die gleiche Steigung besitzen. Es sind in jedem Schneckengang und· in Richtung der (ränge in gleichmäßigen Abständen voneinander flache Aussparungen oder Kerben 36 vorgesehen, die in den Fig. 1 bis 4 als schraffierte Flächen eingezeichnet sind. Die gewöhnlichen Teile jedes Ganges sind mit 37 bezeichnet. Aus Fig. 4 geht hervor, daß die Aussparungen 36 und die üblichen Teile 37 jedes Ganges abwechseln. Jede Aussparung 36 erstreckt sich über die gesamte Gangbreite,und hat eine Tiefe D, gemessen vom Aussendurchmesser des üblichen Gangteils 37 (Fig. 5). Die Länge Lg jeder Aussparung 36, parallel zur Schneckenachse gemessen, ist in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise gleich der Länge Ln jedes Teils der üblichen Gänge 37» in gleicher Weise gemessen. Jede Aussparung 36 jedes Ganges liegt unmittelbar einem üblichen Teil des anderen Schneckenganges gegenüber, wie sich aus Fig. 5 ergibt.

Die den Boden der Aussparungen darstellenden umlaufenden Teile der Gänge stellen vorzugsweise Teile der Fläche eines kreisförmigen Zylinders dar, wie sie beim Bearbeiten eines gedrehten Werkstücks durch Einfräsen von Aussparungen gebildet werden würden. Die umlaufenden Teile 38 können gegebenenfalls flach eingefräst sein oder in anderer Weise angebracht sein, ohne daß die Wirkung der Schnecke hierdurch merklich beeinträchtigt wird. Es kann vorteilhaft sein_? in manchen Fällen die Aussparungen 36 bei dem Schneckenabschnittsteil 33 fortzulassen, der unmittelbar unterhalb der Abzugskammer 28 liegt.

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Zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Erfindung kann angenommen werden, daß ein Kunststoff, wie ein iolyraerisat, der einen flüchtigen Bestandteil enthält, in das Einspeiseende (nicht dargestellt) des Zylinders 21 eingeführt und anschließend durch die angedeuteten erststufigen Einspeise-, Überführungs- und Dosierabschnitte und den Mischabsohnitt 32 durch die Schneckendrehung gefördert wird. Bei dieser Förderung

schmilzt der Kunststoff und wird in bekannter Weise zu einem Material einheitlicher Konsistenz vermischt. Der geschmolzene Kunststoff tritt i^i den Schneckenabschnitt 33 zur Entfernung flüchtiger Bestandteile durch die Schneckendrehung ein und wird dort weiter vermischt, wobei der flüchtige Bestandteil gründlich ausgetrieben und über die Abzugskammer 28 und die Leitung abgeführt wird. Das von flüchtigen Bestandteilen befreite Material wird durch di· Schnecke durch die Schneckenabschnitte und 35 in zweiter Stufe gefördert und gegebenenfalls aus dem Zylinder ausgestoßen.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Schneckenabschnitts 33 auf das geschmolzene Kunststoffmaterial beim Fördern durch den "Abschnitt $2 in den Abschnitt 34 zeigt Fig. 6 das Kunststoffmaterial P, das sieh im Raum 4o zwischen den Schneckengängen i¹ 1 und F 2 befindet. Nimmt man an, daß sich die Schnecke im Uhrzeigersinn dreht, wie der Pfeil andeutet, so nimmt P in einem bestimmten Augenblick während des Drehens die dargestellte Ringkonfiguration an, die aus einem Teil 41 rechts des Ganges F 1, einem !Peil 42 links des Ganges F 2, einem Teil 43 zwischen den Teilen 41 und 42 rechts der Schneckenachse und einem Teil 44 ebenfalls zwischen den Teilen 41 und 42 aber links der Schneckenachse besteht. Die Teile 41 und 42 füllen Teile der Räume 4o. Die Dicke des Teils 43 wird durch die Tiefe D der Aussparungen 36 und den Abstand zwischen den Gängen und der Zylinderbohrung 22 bestimmt. Der Teil 44 ist sehr dünn und entspricht dem Abstand zwischen den Gängen und der Bohrung. Praktisch bleibt das gesamte Kunststoffmaterial auf der Innenfläche des · Zylinders etwas weniger als eine" halbe Sohneokenumdrehung haften,

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wonach es von den üblichen 'feilen 37 des Schneckenganges F 1 abgekratzt und auf den nächstfolgenden Gang geworfen wird oder durch Material entsprechend Teil 41, das eich an dem nächstfolgendem Gang angesammelt und verbacken hat, abgestreift wird.. Gleichzeitig wird das als Ring angesammelte Material mit Material vermischt, das durch den ankommenden Gang gefördert wird, wodurch eine Vennengung stattfindet und eine sich kontinuierlich ändernde Jviate rial zufuhr geschaffen wird, wobei sich das Material am Gang P 3 zu einem anderen Ring ablagert. Während also das Material durch die Abzugszone gefördert wird, findet eine kontinuierliche Bildung von Materialringen an der Innenfläche des Zylinders statt, wobei kontinuierlich das Material der Ringe abgekratzt und vermischt und erneut ringförmig abgelagert wird.

Der Teil 44 des Materials hat die Form eines sehr dünnen Films wegen der Notwendigkeit, daß ein angemessener Abstand vonί gewöhnlich o,o12 bis o,73 mm, je nach der Zusammensetzung dee Kunststoffs, zwisohen den Teilen der gewöhnlichen Sohneokengänge 37 und der Zylinderinnenseite eingehalten wird, damit ein freies Drehen der Schnecke im Zylinder gewährleistet ist. Dieser Film wird im entsprechenden Raum 4o unter verminderten Druck gesetzt und mit Material aus dem Teil 42 bei der Schneckendrehung vermischt.

Der Schneckenabschnitt 33 ist so ausgelegt, daß seine Förderkapazität im wesentlichen größer als die Forderkapazität der anderen Sohneckenabschnitte gegen die Förderriohtung iat. Dadurch werden die Räume 4o zwischen den Gängen während des Betriebs nur teilweise mit Kunststoffmaterial gefüllt. Der ringförmig abgelagerteTeil 43 wird daher dem Unterdruck ausgesetzt, der über die ganze Länge des Sohneckenabschnitts 33 herrscht und bis zu einem Punkt reicht, der in Förderrichtung dort liegt, wo das Material zwischen den Gängen der Abschnitte der zweiten Stufe derart dicht gepackt ist, daß der Durchgang etwa zurückbleibende!¹ flüchtiger Bestandteile zurück zur Abzugskammer 28 blockiert ist. Aus den Fig. 1,2 und 6 ergibt sich, daß die dargestellte Bauart eine große Materialoberfläche schafft, die einem Unterdruck

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ausgesetzt ist und zahlreiche neue Mischvorgänge und eine häufige Einwirkung von Unterdruck auf neue Materialfläehen bewirkt.

Zur Erzielung der besten praktischen Ergebnisse sollte die l'iefe D'der Aussparungen 36 o_f3 bis 1o,o$-des Außendurchmessers betragen, gemessen über die üblichen Gangteile 37. Dieser Bereich hat sich aus der Berücksichtigung einer Reihe von Faktoren ergeben, insbesondere der "Diffusionsfähigkeit" bei der Entfernung flüchtiger Bestandteile, die für bestimmte Kunststoffe charakteristisch ist. Damit eine maximale Befreiung von flüchtigen Bestandteilen bewirkt wird, würde es notwendig sein, eine maxi^· male Oberfläche des Materials einem Unterdruck auszusetzen. Hierdurch wird theoretisch eine Filmbildung des Materials mit einer unendlich großen Oberfläche und unendlich kleiner Dicke gefordert. Dies kann offenbar in einem Extrudierverfahren für Kunststoffe nicht durchgeführt werden. In der Praxis ist es daher wünschenswert, das Material zu einem Film auszubreiten), der eine maximale Oberfläche und eine Dicke besitzt, die eine zufriedenstellende Entfernung flüchtiger Stoffe während der Zeit, die der Film dem Unterdruck ausgesetzt ist, gestattet. Somit besteht der die Filmdicke bestimmende Faktor in erster Linie in der Diffusionsfähigkeit des zu verarbeitenden KunststoffraaterialB für die flüchtigen Bestandteile. Bei Materialien mit relativ hoher Diffusionsfähigkeit können die flüchtigen Bestandteile noch aus einer erheblichen Entfernung unterhalb der freien Oberfläche beim Anlegen von Unterdruck in kurzer Zeit entfernt werden. Materialien mit geringer Diffusionsfähigkeit haben demgegenüber die Neigung, die flüchtigen Beatandteile in jeder wesentlichen Entfernung unterhalb der freien Oberfläche festzuhalten, wenn nicht diese Oberfläche dem Unterdruck eine undurchführbare lange Zeit auegesetzt wird. Die Dicke des abgelagerten Materialteils 43 (Fig. 6), die durch die Dicke D der Aussparungen 36 bestimmt ist, hängt somit von der Diffusionefähigkeit des zu verarbeitenden Materials bei der Befreiung von flüchtigen Bestandteilen ab. Die genannte Tiefe D ist aus dem Gesichtspunkt-der wirtschaftlichen Durchführbarkeit bei üblicherweise durch Extrudieren

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verarbeitbaren Kunststoffen am Desten geeignet. Die Länge Lg jeder Aussparung J6 sollte innerhalb des maximalen Bereichs von 1o bis 1oo#, vorzugsweise 15 bis 5ojfc des Außendurchmessers der Schnecke betragen, gemessen über die üblichen Gangteile 37. Jedesmal, wenn am Schneckengang F 2 (i'ig. 6) dort abgesetztes material durch den Schneckengang & 1 abgekratzt wird, wird es gründlich vermischt. Der am nächsten zur Zylinderwand liegende und daher nicnt so vollständig wie die ODerflächenschicnt von flüchtigen Bestandteilen befreite feil des Materials wird dabei ziemlich gleichmäßig verteilt. Durch die Materialaolagerung in jj'orm von aufeinanderfolgenden Hingen wird das material wiederholt durcngearbeitet, wobei die Gesaratmenge wirksam und einheitlich ψ von flüchtigen Bestandteilen oeireit wird.

Beispielsweise hat der Schneckenabschnitb 33» der in einem Kunststoff extruder mit einem Zylinder <l\ von etwa 3,09 cm Bourungsdurchmesser verwendet wird, 3,-87 cm Auiiendurcnmesser, gemessen üüer die üblichen Gangteile 37, eine Steigung von 16,12 cm, einen GangDasisdurcnmesser von 6i33 cm, eine -x'iefe D von o,5o8 cm, eine Länge Lg der Aussparung von 2,54 cm und eine entsprechende Länge Ln der üblichen Gangteile von 2,54 cm.

Wenn die Aussparungslänge Lg nicht groß ist, muß die Tiefe der Aussparung D entsprechend klein oder flach sein, weil sonst das . Material nicht frei durch eine teife und enge Kerbe fließt und die richtige Ablagerung dee Materials auf der Zylinderinnenwand nicht erreicht werden wird. Außerdem wird nur eine kleine Menge Material abgelagert und die Duronsatzmenge würde daher nachteilig beschränkt» Wenn die Aussparung übermäßig lang ist, würde das gründliche Mischen des Materials im Schneckenabschnitt 33 ebenfalls nachteilig eingeschränkt. Der genannte bevorzugte Bereich von 15 bis 5o# für dir Länge Lg der Aussparung wird zur Verarbeitung der meisten bekannten Kunststoffe empfahlen, die üblicherweise extrudiert werden, während der Bereich von 1o bis I009S auf alle diese Stoff· anwendbar ist.

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Das Yernäl taiis von Länge zu Durcnmesser des bchneckenabschnitts 33 zur Autreibung flüchtiger Bestandteile hängt von dem ver-

aroeiteten material und dem gewünschten Ausmaß der Befreiung von · flüchtigen Bestandteilen ab. Bei einem relativ langen Schneckenabschnitt 33 ist es im allgemeinen vorteilhaft, wenigstens eine zusätzliche Abzugsvorrichtung 23 vorzusehen, damit die Entfernung verringert wird, die die entwickelten flüchtigen Bestandteile vor der Entfernung aus dem Zylinder durchströmen müssen.

Die Ganghöhe der Gänge F 1 und F 2 sollte derart sein, daß die Fördermenge des Schneckenabschnitts 33 wesentlich größer als diejenige ist, mit der das Material in diesen Abschnitt eintritt« Hierdurch wird der Sohntoktnabichnitt 33 nur teilweise während der Verarbeitung mit Material gefüllt und es wird das Vorhandensein kontinuierlicher und angemessen geöffneter Wege gewähr leistet, durch die die entwickelten flüchtigen Bestandteil« in die Abzugskammer 28 gezogen werden.

In den Fig. 7, 3 und 9 iet «in« zweite Aueführungeform der Erfindung in Form des Schneokenäbschnitts 45 zur Befreiung von

flüchtigen Bestandteilen und zum Vermischen dargestellt, der anstelle des Schneckenabschnitts 33 verwendet werden kann und sich von diesem durch zwei voneinander abhängige Merkmale unterscheidet, nämlich in der Zahl der Sohneckengänge und im Verhältnis jeder Aussparungslänge zur Länge der üblichen Gangteile. Hierbei ist der Schneckenabschnitt 45 mit 4 Schneckengängen F 3, F 4, F 5 und F 6 versehen, die identisch sind und die gleiche Steigung und den gleichen Drehsinn besitzen. In jedem Gang sind flache Aussparungen 46 im gleichen Abstand vorgesehen, die in Fig. 7 und 8 als schraffierte Teile eingezeichnet sind. Die üblichen Teile jedes Ganges sind mit 47 bezeichnet. Die Aussparungen 46 und die üblichen Teile 47 jedes Ganges wechseln ab, wie am besten auf Fig. 8 erkennbar ist. Jede Aussparung erstreckt sich über die Gesamtbreite des zugehörigen Ganges und hat eine' Tiefe im eingangs genannten Bereich entsprechend den Aussparungen

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36. Die Aussparungslänge 46, parallel zur Schneokenachse gemessen, ist gleich dem dreifachen der Länge In jedes Teils 47 der üblichen Gänge, in gleicher Weise gemessen* Die Stellung der · Aussparungen 46 und der Üblichen Gangteile 47 der verschiedenen ' (fange zur Sohneckenaohse ist in Fig. 8 dargestellt. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß die Aussparungen 46 des Ganges P 6 von denen des Ganges F 3 abgesetzt sind, und zwar axial in

Sichtung auf das Austrageende des Extruders, wobei der Abstand der Länge Ln jedes Teils der üblichen Gänge entspricht« Die Aussparungen in den anderen Gängen sind in entsprechenden Abständen von denen der angrenzenden Gänge abgesetzt.

Gemäß Fig. 9 sind die Räume zwischen aufeinanderfolgenden Gangpaaren mit 5o bezeichnet. Unter der Annahme; daß sich die Schnecke im Uhrzeigersinn dreht, entsprechend dem eingezeichneten Pfeil, nimmt das Material P in einem bestimmten Augenblick der Drehung die gezeichnete Hingkonfiguration an, die aus einem Teil 51 rechts des Ganges F 6, einem Teil 52 oberhalb des Ganges F 3 ι einem Teil 53 zwischen den Teilen 51 und 52 und einem Teil 54 ebenfalls zwischen den Teilen 51 und 52 besteht. Die Teilmengen 51 und 52 füllen Teile der entsprechenden Bäume 5o. Die Dicke der Teilmenge 53 wird durch die Tiefe der Aussparungen 46 und den Abstand zwischen den Gängen und der Zylinderbohrung bestimmt. Die Teilmenge 54 ist sehr dünn und entspricht dem Abstand zwischen den Gängen und der Bohrung wie im Fall der Teilmenge 44 gemäß Fig. 6. Das Material wird von flüchtigen Bestandteilen befreit und wiederholt vermjLBcht, wie es gemäß der Ausführungsfoim der Erfindung, die in den Fig. 1 bis 6 dargestellt ist, der Fall ist.

Aus den Fig. 9 und 6 ergibt sich, daß die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 9 um etwa 9o° mehr Teilmenge 53 in Ringform im Raum 5o dem Unterdruck äueaettst als es bei der Teilmenge 43 gemäß Fig. 6 der Fall ist. ·

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In den Pig. 1o bis 16 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Schneckenabsohnitt 55 kann anstelle der Abschnitte 33 oder 45 zur Befreiung von flüchtigen Bestandteilen und zum Mischen verwendet werden. Ebenso wie der Schneckenabschnitt 45 hat auch der Abschnitt 55 vier Schnecken-r • gange P 7, F 8, J¹ 9 und ff 1o, die gleichartig sind und den gleichen Drehsinn und die gleiche Steigung aufweisen. Jeder Schneckengang besitzt flache Aussparungen 56 in gleichen Abständen. Die üblichen Sohneokengangteile sind mit 57 bezeichnet* Die Anordnung der Aussparungen 56 in jedem Gang und das Längenverhältnis entsprechen denen der in Fig. 7, 8 und 9 dargestellten Aussparungen. Diese dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der zweiten nur in einer wesentlichen Hinsicht, nämlich in den Aussparungen 56 gegenüber den Aussparungen 46 der zweiten Ausführungsförm. Jede Aussparung 56 besteht aus drei hintereinander abgestuften Teilen 56a, 56b und 56c. Diese Teile sind in den Fig* Io und 11 duröh eine entsprechend abgestufte Schraffierung dargestellt, Wobei Teil 56ä eine grobe, Teil 56b eine mittlere und Teil 56b «sine enge Schraffierung aufweisen« Die Längen La, Lb und Lo der dazugehörigen Aussparungsteile 56a, 56b und 566« parallel zur Schneckenaohse gemessen, sind untereinander vorzugsweise gleich, und gleich der Länge Ln des üblichen Schneckengahgteils 57, in gleicher Richtung gemessen*

Dia Aussparongsteiie 56a, 56b und 56ö besitzen eine unterschiedliche Tiefe Da, Db und De* Wie aus Fig. 13 ersichtlich.

Die relative Stellung de? AüsspaiuftgSteiie 56ä,_f 56b und 56ö und der üblichen Aussparungsteile 57 zur Ache« let am besten aus Fig. 11 zu entnehmen* Jeder Aüsspärungsteil 56a des Ganges F7 ist von einem Aussparungsteil 56o des Ganges F 8 in Achsenrichtung zum Aus trage ende des Extruders hin über eine Länge Jsn. •ines üblichen Gängteils abgesetzt. Die verschiedenen Aussparungsteile in jedem Gang sind im gleichen Abstand von den entsprechenden Aussparungeteilen der benachbarten Gänge abgesetzt, da die Längen La, Lb und Lc der zugehörigen Aussparungsteile

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untereinander gleich und gleich der Länge Ln der üblichen Gang— teile 57 sind.

Gemäß Fig. 12, die den Fig. 6 und 9 der eingangs bescnriebenen Ausführungsformen der Erfindung entspricht, sind die Räume zwischen aufeinanderfolgenden Gängen mit 58 bezeichnet. Unter der Annahme, daß sich die Schnecke im Uhrzeigersinn in P£eilriehtung' dreht, nimmt das Material P bei einem bestimmten Augenbliefc~^x während der Umdrehung die Ringkonfiguration an, die in Fig. 12 gezeichnet ist. Beginnend reents vom Gang F 1o und im Uhrzeigersinn gesehen, besteht der Materialring aus den aufeinanderfolgenden Teilen 6o bis 67· Die Te-ile 6o, 62, 64 und 66 befinden sich unmittelbar vor den Führungsflächen der Gänge F to, F 9, F 8 und F 7. Der Teil 61 liegt zwischen den Teilen 6o und 62, der Teil 63 zwischen den Teilen 62 und 63 und der Teil 65 zwischen den Teilen 64 und 66 und der Teil 67 zwischen den Teilen 66 und 6o. Die Te ilmengen 61, 63 und 65 haben eine der Tiefen Da, Db und Dc der Aussparungsteile 56a, 56b und 56c entsprechende Dicke» Die Teilmenge 67 ist sehr dünn und entspricht in der Dicke dem Abstand zwischen den Gängen und der Bohrung, wie es bei den Teilmengen 44 (Fig. 6) und 54 (Fig. 9) der Fall ist. Die Innenflacht der Materialteilmenge 65 ist dem Unterdruck im Raum 58 über eine Drehung der Schnecke von etwas unter 9o° ausgesetzt, VYahrend dieser Zeit wird der Schneckengang F 8 mit dem Aussparungsteil 56b einen Teil der Menge 65 abkratzen, wodurch eine Teilmenge 63 geringerer Dicke erhalten wird und damit eine neue Oberfläche dem unterdruck ausgesetzt wird.

Die abgekratzte Materialansammlung 64 wird gegen das Austrageetide des Bxt rude rs durch die Förderwirkung des Ganges F 8 be-^ wegt und vermischt sich mit der Materialansammlung vor dem nächsten AuBSparungsteil 56 c des Ganges F 8. In gleicher Weise JjXzjX der Aussparungsteil 56a des Ganges F 9 die Dicke der ringförmigen Mange 63 vermindern und der Übliche Teil 57 des Ganges F 1o wird die Dicke der ringförmigen Menge 61 vermindern. Hier-^ bei werden Materialansammlungen 6o und 62 gleichzeitig gegen das Austrageende des Extruders gefördert und mit anderem Material

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vermischt.

Wie sich aus Pig'. 12 ergibt, ergibt die dort dargestellte Bauart -eine größere Mischfähigkeit als die Ausführungen gemäß Fig. 6 und Fig. 9, da sich hier vier Materialansammlungen 6o, 62, 64 und 66 bilden, die vermischt werden, gegenüber nur zwei Ansammlungen 41 und 42 gemäß Fig. 6 und 51 und 52 gemäß Fig. 9. Außerdem werden bei einer Umdrehung des Schneckenabschnitts gemäß Fig. 12 drei Oberflächen von ringförmigen Teilmengen geeigneter Dicke freigelegt gegenüber nur einer Oberfläche gemäß Fig. 6 und Fig. 9.

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollte die Tiefe der Aussparungsteile 56a, 56b und 56 c jeder Aussparung 56 so bemessen sein, daß etwa gleiche Kunststoffmengen hintereinander von den die Aussparungen umgrenzenden Gangteilen abgekratzt werden'. Dementsprechend ist es gemäß Fig. 13 bevorzugt und empfehlenswert, daß Da gleich 1/3 von Dc ist und daß Db gleich 2/3 von Dc ist.

Eine weitere Aussparungsform 6o ist in Fig. 1? dargestellt, die Fig. 13 entspricht und eine Abänderung der Aussparungen 46 gemäß der in den Fig. 7,8 und 9 und der Aussparungen 56 gemäß der in den Fig. Io bis 16 dargestellten Ausführungsformen darstellt. Die Aussparungen 6ο unterscheiden sich von den Aubsparungen 46 und 56 darin, daß die Umfangsteile 61 der Gänge, die den Boden dieser Aussparungen darstellen, entsprechend einem Oberflächehteil eines Rundkegels geformt sind. Die Auseparungen 6o entsprechen im übrigen den Aussparungen 46 und 56. Es ist deutlich, daß Aussparungen mit der Konfiguration der Aussparungen 6o wirkeam anstelle von Aussparungen 36 gemäß der Aueführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 bis 6 gezeichnet sind, verwendet werden können.

Die Gesamtlängenund -tiefeid,er Aussparungen 36» 46, 56 und 6o liegen alle innerhalb der eingangs genannten Bereiche.

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Die in den Pig. 1 bis 6 dargestellte Ausführungaform der Erfindung sieht einen Schneckenabschnitt 33 zum Entfernen flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen mit zwei Schneokengängen vor, während die in den ?ig. 7, 8 und 9 sowie in den Fig. to bis 16 dargestellten Ausführungsformen Schneckenabschnitte 45 und 55 mit je vier Schneckengängen vorsehen. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch entsprechende Schneckenabschnitte für den genannten Zweck mit drei oder mit mehr als vier Orangen Verwendung finden. Dementsprechend muß der Schneckenabschnitt mindestens zwei Gänge besitzen. Es sollte auch die Länge Lg jeder Aussparung gleich der Länge Ln jedes Teils der üblichen Schneckengänge multipliziert mit der Zahl der Gänge minus 1 sein. Im Fall solcher Bauarten, bei denen die Aussparungen der Gänge 'feile verschiedener Tiefe besitzen, .wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1o bis 16 dargestellt ist, sollte die Zahl dieser Teile je Aussparung vorzugsweise gleich der Zahl der Sohneckengänge minus 1 sein.

- Jatentaneprüche -

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentanwälte '

Dipl. Ing. Walter Meissner I 9 2 4 2 3 9

Dipl. Ing. Herbert Tischer

Büro München ₁₇ Müncaen, den 12. Mai 1969 .

München 2, Tal 71 " '

Patentansprüche

Extrudiervorrichtung für Kunststoffe mit einem Zylinder (21) mit zylindrischer Bohrung (22), einer darin drehbar ange-.ordneten Schnecke (30) und einer Abzugsvorrichtung (23) für flüchtige Bestandteile des Kunststoffs, die mit einem bestimmten Teil der Bohrung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (30) in dem mit der Abzugsvorrichtung (23) in Verbindung stehenden Teil der Bohrung (22) einen mit dem restlichen Schneckenteil koaxial und drehbar angeordneten Abschnitt (33, 45, 55) zur Entfernung flüchtiger Bestandteile und zum Vermischen aufweist, der eine Anzahl Schneckengänge (F) im gleichen Drehsinn mit gleicher Steigung besitzt, von denen jeder Schneckengang aus einer abwechselnd angeordneten Reihe von üblichen Schneckengangteilen (37, 47, 57) und von Aussparungen (36, 46, 56, 60) besteht, wobei die Aussparungen sich auf dem entsprechenden Schneckengang und von der Umfangsflache des entsprechenden üblichen Schneckengangs nach innen erstrecken und eine Länge, parallel zur Achse des Schneckenabschnitts gemessen, von je 10 bis 100 % des Produkts aus dem Aussendurchmesser des Schneckenabschnitts und der Schneckengangzahl minus 1 besitzen.

2, Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe jeder Aussparung (36, 46, 56, 60) 0,3 bis 10,0 fo des Aussendurchmessers des Schneckenabschnitts (33, 45, 55), gemessen über die üblichen Schneckengangteile (37, 47, 57), beträgt.

3. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge jeder Aussparung (36, 46, 56, 60), parallel zur Achse des Schneckenabschnitts (33, 45, 55) gemessen, 15 bis 50 f° des Produkts aus dem Aussendurchmesser des Schneckenabschnitts mit der Zahl der Schneckengänge minus 1 beträgt.

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4. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die länge jedes Teils der üblichen Schneckengänge (37, 47, 57), parallel zur Achse des Schneckenabschnitts gemessen, im wesentlichen gleich der Länge jeder Aussparung (36, 46, 56, 60), geteilt durch die Zahl der Schneckengänge minus 1 ist.

5. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennz e i ohne t, dass jeder übliche Sehneckengangteil (37, 47, 57) jedes Schneckengangs um die Achse des Schneckenabschnitts (33, 45, 55) im Abstand von einer Aussparung jeder der anderen Schneckengänge angeordnet ist.

6. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (36, 46, 56,60) in jedem Schneckengang gegenüber einem üblichen Schneckengangteil (37, 47,-57) des nächsten benachbarten Schneckengangs angeordnet ist.

7. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsflache, die die Bodenfläche jeder Aussparung (36, 46, 56) darstellt, den Teil der Fläche eines Kreiszylinders bildet.

8. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch' gekennzeichnet, dass die Umfangsflache (61), die die Bodenfläche jeder Aussparung (60) darstellt, den Teil der Fläche eines Rundkegels bildet.

9. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aussparung (?6) aus einer Anzahl aufeinander folgender Aussparungsteile (56a, 56b,-56c) verschiedener Tiefe besteht, wobei die Tiefen der Aussparungsteile hintereinander gegen die Förderrieh'tung des Schneckenabschnitts zunehmen.

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BAO ORIGINAL

10. Extrudiervorrichtung nach Anspruch S_f dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefender flachsten und der tiefsten Aussparungsteile (56a, 56c) nicht weniger als 0,3 i° und nicht mehr als 10,0 fo des Aussendurchmessers des Schneckenabschnitts, über die üblichen Schneekengangteile gemessen, betragen.

11. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die aufeinander folgenden Aussparungsteile (56a, 56b, 56c) in ihrer Tiefe um den gleichen Betrag unterscheiden.

12. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennze i c hne t, dass die Zahl der Aussparungsteile (56a, 56b, 56c) in jeder Aussparung (56) gleich der Zahl der Schneckengänge minus 1 ist.

13. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennz e ichne t, dass die Länge jedes Aussparungsteils (56a, 56b, 56c) im wesentlichen gleich der Länge jedes Teils (57) der üblichen Schneckengänge ist.

14. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aussparungsteil (56a, 56b, 56c) eines Schneckengangs von dem entsprechenden Aussparungsteil des nächstfolgenden Schneckengangs in Achsrichtung gegen das Austrageende des Extruderzylinders um einen Abstand abgesetzt ist, der im wesentlichen der Länge eines üblichen Schneckengangteils (57) entspricht.

15. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsflache, die die Bodenfläche jedes Aussparungsteils (56a, 56b, 56c) darstellt, den Teil der Fläche eines Kreiszylinders bildet.

16. Extrudiervorriehtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch

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gekennzeichne t, dass die Umfangsflache, die die Bodenfläche jedes Aussparungsteils darstellt, den Teil der Fläche eines Rundkegels bildet.

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