DE2120492A1 - Thermoplastics extrusion using screw with auxiliary thread - Google Patents
Thermoplastics extrusion using screw with auxiliary threadInfo
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Abstract
Description
ExtruderschneckeExtruder screw
Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke in Ein- und Mehrschneckenextrudern mit nichtkämmenden Schnecken zum Plastizieren, Homogenisieren und Extrudieren plastischer Massen, insbesondere .hochkristalliner Polymerer, wie Polyamid, Polyäthylenterephthalat u.a.The invention relates to an extruder screw in single and multi-screw extruders with non-meshing screws for Plasticizing, homogenizing and extrusion of plastic masses, especially. Highly crystalline polymers, such as Polyamide, polyethylene terephthalate, etc.
Die bekannten Schnecken zum Verarbeiten von plastischen Massen in Schneckenpressen mit einer oder mehreren Schnekken weisen die verschiedensten konstruktiven Merkmale auf, die von den jeweiligen mit diesen Schnecken zu realisierenden verfahrenstechnischen Prozessen bestimmt werden. Bei Ein- und Mehrschneckenextrudern, die mit festem Material, ζ·Β. in Form von Granulat oder Pulver, beschickt werden, sind die Prozesse Fördern, Vorwärmen und Vorverdichten des festen Äusgangsmaterials; Aufschmelzen und Komprimieren; Homogenisieren und Auspressen, d.h. Extrudieren der Schmelze, zu verwirklichen. Werden die Extruder mit heißerThe known screws for processing plastic masses in screw presses with one or more screws have the most varied of structural features that can be implemented by the respective with these screws procedural processes are determined. In the case of single and multi-screw extruders with solid material, ζ · Β. in the form of granules or powder, the processes are conveying, preheating and precompaction the solid starting material; Melting and compressing; Homogenizing and pressing out, i.e. extruding the melt, to realize. Will the extruders get hotter
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Schmelze beschickt, dann sind lediglich die Prozesse Fördern der Schmelze zwecks Druckaufbau in derselben und Auspressen durchzuführen.If the melt is charged, then only the processes are conveying perform the melt for the purpose of pressure build-up in the same and extrusion.
Zweck der Erfindung ist es, durch eine dem Material angepa_ßte, schnelle und schonende Plastizierung eine hohe Durchsatzleistung sowie eine homogene Schmelze zur Gewährleistung einer guten Qualität und Maßhaltigkeit des Produktes zu erreichen.The purpose of the invention is to use a material adapted to fast and gentle plasticizing a high throughput rate as well as a homogeneous melt to guarantee to achieve a good quality and dimensional accuracy of the product.
So wurde bereits eine Schneckenkonstruktion, die aus 5 Zonen besteht, vorgeschlagene Diese Schnecke besitzt eine zylindrische Füllzone, eine Kompressionszone, die aus einem konischen, einem zylindrischen und einem zweiten konischen Abschnitt besteht, dem sich die zylindrische Meteringzone anschließt. Mit dieser Schneckengeomerrie soll ein schnelles Erreichen der für die Plastizierung des Materials erforderlichen Temperatur ermöglicht werden, das Material aber in der Folge einer schonenden Behandlung - in mehreren Stufen - unterworfen werden, um eine Überhitzung und Schädigung desselben zu vermeiden.A screw construction consisting of 5 zones has already been created consists, proposed This screw has a cylindrical filling zone, a compression zone, which consists of a conical, a cylindrical and a second conical section, which is the cylindrical metering zone connects. With this screw geometry a quick achievement of the necessary for the plasticization of the material is to be achieved Temperature can be made possible, but the material as a result of a gentle treatment - in several Stages - are subjected to avoid overheating and damage to the same.
Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, eine Schnecke zu verwenden, die eine zylindrische Förderzone, eine konische !Compressions zone, eine kurze zylindrische Meteringzone und eine tiefgeschnittene zylindrische Austragszone aufweist. Mit dieser Schneckenkonstruktion soll ebenfallsIt has also already been proposed to use a screw that has a cylindrical conveying zone, a conical one ! Compression zone, a short cylindrical metering zone and has a deep-cut cylindrical discharge zone. With this screw construction should also
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bewirkt werden, daß einerseits die Verarbeitungstemperatur Schnell erreicht und andererseits das aufgeschmolzene und homogenisierte Material schonend ausgetragen wird. Außerdem ist mit der großen Gangtiefe der Austragszone beabsichtigt, die bei Piastizierschnecken übliche Drosselwirkung der flachgeschnittenen Meteringzone zu vermeiden und eine hohe AusstoßIeistung zu erreichen.be effected that on the one hand the processing temperature Reached quickly and, on the other hand, the melted and homogenized material is gently discharged. aside from that is intended with the large aisle depth of the discharge zone, to avoid the throttling effect of the flat-cut metering zone, which is common in plasticizing screws, and a to achieve high output.
Ein weiterer Vorschlag betrifft eine Schnecke, bei der in die Kernmantelfläche der Meteringzone ein mehrgängiges Profil eingeschnitten ist. Die niedrigen Zwischenstege sollen ein besseres Homogenisieren der plastischen Masse durch kurzzeitige Scherung über den Steg sichern.Another proposal relates to a screw with a multi-thread profile in the core surface of the metering zone is incised. The low intermediate webs are intended to ensure a better homogenization of the plastic mass Secure short-term shear over the web.
Es ist auch speziell für die Verarbeitung von Materialien, deren Viskosität bei der Verarbeitungstemperatur unter 8000 Poise liegt, vorgeschlagen worden, daß eine Dreizonenschnecke, wie sie oben erwähnt wurde, eine Meteringzonenlänge von mindestens das 13fache des Schneckendurchmessers aufweist und mindestens die Hälfte der Schnecke ausmacht, während die Meteringzonengangtiefe mindestens 3»5 %» vorteilhafter aber (4...5) % des Schneckendurchmessers ausmacht. It has also been specifically proposed for the processing of materials whose viscosity at the processing temperature is below 8000 poise that a three-zone screw, as mentioned above, have a metering zone length of at least 13 times the screw diameter and make up at least half the screw, while the metering zone thread depth is at least 3 »5%» more advantageous but (4 ... 5) % of the screw diameter.
Andere Schnecken-Entwicklungen weisen zusätzlich die verschiedensten Einbauten, wie Mischringe, Gegengewinde, Bxzenterabschnitte, Knetelemente, Staukörper, Riffelgewinde, KnetZahnräder, durchbrochene Stege u» ä· auf, die alle da-Other screw developments also show the most diverse Built-in components such as mixing rings, mating threads, eccentric sections, kneading elements, damming bodies, corrugated threads, Kneading gears, openwork webs, etc., all of which
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zu dienen sollen, die einzelnen in den Schneckengängen vorhandenen laminaren Strömungen in ihrer-Richtung zu beeinflussen und dadurch eine bessere Durchmischung zu erreichen. Bei diesen Misch-Schnecken kann die Austragszxme tiefer geschnitten und somit die durch Scherwirkung erzeugte Temperaturerhöhung in der Schmelze auf ein Mindestmaß beschränkt werden.to serve the individual existing in the worm threads to influence laminar flows in their direction and thereby to achieve better mixing. With these mixing screws, the discharge rate can be cut deeper and thus the temperature increase in the melt caused by shear effects is limited to a minimum will.
Es wurde auch eine Schnecke vorgeschlagen, die es gestattet, während des Aufscbmelzvorganges den aufgeschmolzenen Teil des Materials vom unaufgeschmolzenen räumlich zu trennen. Diese Trennung erfolgt nach oder während des Durchtrittes des aufgeschmolzenen Materialteiles durch den Spalt zwischen Schneckensteg und Zylinderinnenwand. Die Schmelze gelangt in einen Sammelraum, der durch einen zweiten Schneckengang gebildet wird, der nicht an die Beschickungsöffnung angeschlossen ist. Der Durchflußquerschnitt des an die Beschikkungsöffnung angeschlossenen Schneckenganges nimmt in Förderrichtung laufend bis auf Null ab, während der Querschnitt des als Sammelraum dienenden Schneckenganges in gleicher Richtung von Null an laufend zunimmt. Der Raum des unaufgeschmolzenen Materials ist von dem Schmelzeraum also durch einen Schneckensteg voneinander getrennt.A screw has also been proposed which allows the melted part to be removed during the melting process spatially separate the material from the unmelted. This separation takes place after or during the passage of the melted material part through the gap between Screw flight and inner wall of the cylinder. The melt arrives in a collecting chamber, which is passed through a second screw flight is formed, which is not connected to the loading opening. The flow area of the to the loading opening connected worm gear decreases continuously to zero in the conveying direction, while the cross-section of the worm gear serving as a collecting space increases continuously in the same direction from zero. The space of the unmelted The material is separated from the melting chamber by a screw flight.
Die oben beschriebenen Mehrzonenschnecken, wie Zwei-, Drei- und Fünfzonenschnecken, aber auch Schnecken dieses Grundprinzips mit zusätzlichen und speziellen Homogenisierzonen bzw. -abschnitten oder mit durchbrochenen Stegen haben inc-The multi-zone screws described above, such as two-, three- and five-zone screws, but also screws of this basic principle with additional and special homogenizing zones or sections or with openwork webs have inc-
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besondere deo Nachteil der unkontrollierten und deshalb ungleichmäßigen Energieeinleitung, die dadurch zustande kommt, daß bereits aufgeschmolzenes Material auf Grund der ungünstigen geometrischen Ausbildung des Gangquerschnittes mit der gleichen Intensität behandelt wird, d. h. dem Wärmekontakt mit dem beheizten Zylinder und der heißen Schnecke sowie der äußeren und inneren Reibung unterworfen wird, wie noch unaufgescholzenes Material, Das sich im Ergebnis des Auf-Schmelzprozesses an der Druckflanke.des Schneckensteges sammelnde aufgeschmolzene'Material kann sich durch die vorhandene Querströmung wieder mit dem noch nicht aufgeschmolzenen Material vermischen. Die Querströmung wird durch die relativ große Gangtiefe, wie sie in der Plastizierzone durch das Vorbandensein unaufgescbmolzenen Materials in der Regel erforderlich ist, außerordentlich begünstigt.special deodorant disadvantage of the uncontrolled and therefore uneven Energy input that comes about that already melted material due to the unfavorable geometric design of the passage cross-section with the treated with the same intensity, d. H. the thermal contact with the heated cylinder and the hot screw as well as the is subjected to external and internal friction, as is still unmelted Material that is found on the pressure flank of the screw flight as a result of the melting process Melting material that collects can pass through the existing Mix the cross flow again with the not yet melted material. The cross flow is through the relatively large passage depth, as in the plasticizing zone by the presence of unmelted material in the Usually required, extraordinarily favored.
Durch diese Vermischung werden die noch unaufgeschmolzenen Teilchen mit Schmelze umgeben und dadurch von der heißen Zylinderwandung und den ebenfalls heißen Schneckenstegen und Schneckengrund thermisch isoliert.'Außerdem wird durch das Umhüllen der unaufgeschmolzenen Teilchen mit Schmelze die beim Aneinandervorbeigleiten unaufgeschmolzenen Teilchen entstehende Reibung verringert. Hierdurch wiederum verringert sich die im Material selbst erzeugte und für den Aufschmelzprozeß verschiedener Materialtypen außerordentlich wichtige Priktionswärme.Through this mixing, the as yet unmelted Particles are surrounded by melt and thus by the hot cylinder wall and the hot screw flights and screw base thermally insulated. In addition, the unmelted particles are enveloped in melt reduces the friction that occurs when unmelted particles slide past each other. This in turn reduces that which is produced in the material itself and is extremely important for the melting process of various types of material Priiction heat.
Beide Nachteile führen zu einer ungünstigen Entwicklung des Piastizierprozesses. Die thermische Isolierung der una.ufge-Both disadvantages lead to an unfavorable development of the plasticizing process. The thermal insulation of the una
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schmolzenen Teilchen von den beißen Metallflächen des Zylinders und der Schnecke verlangsamt einerseits den Plastizierprozeß und führt andererseits durch den Kontakt der Metallflächen mit den Schmelzeteilchen zu einer weiteren Erhitzung letzterer und dadurch zu einer ungleichmäßigen Energieeinleitung in das Material.Molten particles from the biting metal surfaces of the cylinder and the screw on the one hand slows down the plasticizing process and, on the other hand, leads to further heating due to the contact of the metal surfaces with the melt particles the latter and thereby an uneven introduction of energy into the material.
Die Verringerung der Entwicklung von Friktionswärme bewirkt ebenfalls die Verlangsamung des Aufschmelzprozesses. Außer_ dem ist die Deformation pro Schmelzeteilchen größer, wenn Schmelzeteilchen an unaufgeschmolzenen, also harten, Materalteilchen vorbeigleiten als beim Aneinandergleiten von Schmelzeteilchen. Dieser Umstand führt zu einer weiteren ungleichmäßigen Energiebeaufschlagung der einzelnen- Scbmelzeteilcben. The reduction in the development of frictional heat also has the effect of slowing down the melting process. Except_ the deformation per melt particle is greater if melt particles are attached to unmelted, i.e. hard, material particles slide past than when melt particles slide against each other. This fact leads to another uneven Energy loading of the individual melt parts.
Die geschilderten Nachteile und ihre Auswirkungen führen somit zu einem verlängerten effektiven Aufschmelzabschnitt der Schnecke, der sich bis zum Schneckenende erstrecken kann, was das Auspressen unaufgeschmolzener bzw. ungenügend aufgeschmolzener Partikelchen zur Folge haben kann. Aus diesem Grunde sowie auf Grund der oben erklärten ungleichmäßigen Energiebeaufschlagung der Materialteilchen ist die Schmelze sowohl thermisch als auch strukturell inhomogen. Diese Inhomogenität in der Schmelze führt logischerweise zu einem Produkt mit verschlechterten Eigenschaften sowie ungenügender Maßhaltigkeit.The disadvantages outlined and their effects thus lead to a prolonged effective melting section of the Screw that can extend to the end of the screw, which means that unmelted or insufficiently melted ones can be pressed out Particles can result. For this reason, as well as because of the irregularities explained above The material particles are charged with energy by the melt both thermally and structurally inhomogeneous. This inhomogeneity in the melt logically leads to a Product with deteriorated and inadequate properties Dimensional accuracy.
Allen erwähnten Konstruktionsprinzipien der Mehrzonenschnecke 10 9 8 4 8/1710 All mentioned construction principles of the multi-zone screw 10 9 8 4 8/1710
mit kernprogresgiver Kompression ist außerdem eigen, daß die Trennebenen zwischen den verschiedenen Zonen senkrecht zur Schneckenachse verlaufen. Das bedeutet, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Zustandeformen des zu verarbeitenden Materials sprungartig verlaufen müßten. Da dies in der Praxis nicht realisierbar ist, zumal verschiedene Schneckendrehzahlen, Temperaturprogramme und teilweise auch unterschiedliche Materialien bei einer Schneckenkonstruktion' angewendet werden, kommt es zu der oben beschriebenen Quervermischung von aufgeschmolzenen mit unaufgeschmolzenen Materialpartikelchen, Bei ungenügender Länge der jeweiligen Funktionszonen, d. h. bei ungünstiger Lage der Trennebenen, kommt es "insbesondere bei diesen Mehrzonenschnecken mit kernprogressiver Kompression leicht zu Fördermengenschwankungen pro Zeiteinheit. Eine "elastische" Arbeitsweise bei gleichzeitig optimalen technologischen Parametern in einem weiten Drehzahlbereich und/oder bei mehreren Temperaturprogrammen und/oder gar beim Einsatz unterschiedlicher Materialien bzw. unterschiedlicher Modifikationen eines und desselben Materials ist mit derartigen Schneckenkonstruktionen kaum zu gewährleisten. with core progressive compression is also characteristic that the dividing lines between the different zones run perpendicular to the screw axis. That means the transitions between the individual states of the to be processed Material would have to run abruptly. Since this is not feasible in practice, especially since different screw speeds, Temperature programs and sometimes also different materials are used in a screw construction ' the above-described cross-mixing of melted and unmelted material particles occurs. H. if the parting lines are in an unfavorable position, it occurs "Especially with these multi-zone screws with progressive core compression, there is easy flow rate fluctuations per unit of time. An "elastic" way of working while at the same time being optimal technological parameters in a wide speed range and / or with several temperature programs and / or even when using different materials or different modifications of one and the same material can hardly be guaranteed with such screw constructions.
Die kernprogressiven Schneckenabschnitte setzen durch die stärkere Haftung des Materials an der Schneckenkernoberflache diesem einen stärkeren' hydraulischen Widerstand entgegen, was eine Reduzierung der Durchsatzleistung verursacht·The core progressive screw sections set due to the stronger adhesion of the material to the screw core surface This is countered by a stronger 'hydraulic resistance, which causes a reduction in throughput performance
Bei der Schneckenkonstruktion nit Überlaufsteg können eine ganze Reihe der oben erwähnten Nachteile bezüglich ihrerIn the case of the screw construction with an overflow web, a quite a number of the disadvantages mentioned above with regard to their
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Auswirkungen gedämpft werden. Diese Konstruktion realisiert bereits eine Trennung der aufgeschmolzenen Partikelchen vom noch nicht aufgeschmolzenen Material und vermeidet dadurch weitestgehend Inhomogenitäten in der fertigen Schmelze.Effects are dampened. This construction already separates the melted particles from the not yet melted material and thereby largely avoids inhomogeneities in the finished melt.
Die Konstruktion dieser Schnecke weist jedoch zwei wesentliche Nachteile auf. Es gibt nur zwei Schneckenzonen, die für die Zustandsformen "fest" Und "flüssig" vorgesehen sind. Ein geometrischer Abschnitt, der dem Übergangszustand "viskoelastisch" des zu verarbeitenden Materials entspricht, ist nicht vorhanden. Dieser Umstand kann zu einer Überbeanspruchung und damit Schädigung des noch nicht vollkommen flüssigen Materials bei dessen Durchfluß durch den Spalt zwischen Schneckensteg und ZyIinderinnenwand führen. Beim Überfließen des Überlaufsteges kommt es zu einem erheblichen Druckabfall in der Schmelze, der eine Verringerung der Durchsatzleistung hervorruft. Letzteres wird insbesondere bei solchen Materialien spürbar, die als "benetzend" bezeichnet werden und die, wie neueste experimentelle Untersuchungen zeigten, keine selbständige Schmelzeförderung hervorbringen. Durch die räumliche Isolierung der beiden Schneckenabschnitte fehlt der für die Erreichung einer hohen Durcbsatzleistung notwendige Druck seitens des Fes ts tofförderabschn ittes·The design of this screw, however, has two main features Disadvantages on. There are only two snail zones, which are intended for the "solid" and "liquid" forms are. A geometric section that corresponds to the "viscoelastic" transition state of the material to be processed, is not present. This fact can lead to overuse and thus damage to the not yet complete lead liquid material as it flows through the gap between the screw flight and the inner wall of the cylinder. When overflowing the overflow web, there is a considerable Pressure drop in the melt, which causes a reduction in throughput. The latter will in particular noticeable in those materials which are called "wetting" and which, like the latest experimental ones Investigations have shown that they do not produce any independent melt conveyance. Due to the spatial isolation of the Both screw sections lack the pressure on the part of the necessary to achieve a high throughput rate Fixed material conveyor sections
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Schnecke zweckentsprechend so zu gestalten, daß eine gleichmäßige Energieeinleitung in das aufzuschmelzende Material unLer Ausnutzung der in Material s-elbst erzeugten Friktionswärme und der durch die 109848/1710 It is the object of the invention to design the screw appropriately so that a uniform introduction of energy into the material to be melted by utilizing the frictional heat generated in the material itself and the heat generated by the 109848/1710
äußere Heizung zugeführten Wärme erfolgt.und dem Material ein .seinem physikalischen. Zustand entsprechender Raum innerhalb des Gangvolumens einer relativ kurzen Schnecke zugewiesen "wird.external heating takes place. and the material a. his physical. State corresponding space within the duct volume assigned to a relatively short snail "will.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Volumen des Schneckenganges durch eine oder mehrere Erhöhungen des Schneckenkerns in zwei oder mehrere dem jeweiligen physikalischen Zustand des zu verarbeitenden Materials entsprechende Räume geteilt wird·According to the invention, this object is achieved in that the volume of the worm thread is increased by one or more elevations of the screw core in two or more depending on the physical state of the material to be processed corresponding rooms are divided
Diese Erhöhungen beginnen nach einer bestimmten, von den verschiedensten technologischen Faktoren abhängigen Anzahl von Schneckengangwindungen, von der Materialeinfüllöffnung aus gerechnet, unmittelbar aus dem Schneckensteg bzw. aus den Schneckenstegen - bei mehrgängigen Schnecken, wobei sie sowohl auf der Seite des Schneckensteges, der der Einrfüllöffnung des Materialzylinders abgewandt ist - hintere Seite des Schneckenganges, als auch auf der Seite des Schneckensteges, der der Einfüllöffnung zugewandt ist vordere Seite des Schneckenganges - beginnen können.These increases begin after a certain number, which depends on a wide variety of technological factors of screw thread turns, calculated from the material filling opening, directly from the screw flight or from the screw flights - for multi-flight screws, they are on both the side of the screw flight and that of the filling opening of the material cylinder is facing away - rear side of the screw flight, as well as on the side of the Screw flight, which faces the filling opening, front side of the screw flight - can begin.
Die Erhöhungen winden sich schraubenförmig um den Schneckenkern, wobei sie eine zu der des Schneckensteges bzw. der Schneckenstege unterschiedliche Steigungshöhe aufweisen. Die Steigungshöhe des bzw. der an der vorderen Seite des Schneckenganges beginnenden Erhöhung bzw. Erhöhungen weisen eine kleinere Steigungshöhe als der Schneckensteg auf. DieThe elevations wind helically around the screw core, wherein they have a different pitch than that of the screw flight or the screw flights. The height of the slope of the elevation or elevations beginning on the front side of the worm thread have a smaller pitch than the screw flight. the
an der hinteren Seite des Schneckenganges beginnende Erhö-109848/1710 increases 109848/1710 beginning on the rear side of the worm gear
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hung bzw. beginnenden Erhöhungen weisen dagegen eine größere Steigungshöhe als der'Schneckensteg auf. Dadurch überdecken die auf diese Weise gebildeten Räume nach einer Reihe von Windungen den gesamten Gangquerscbnitt, wobei der jeweils erste Raum von dem zv/eiten, dieser wiederum von dem Äcitten usw. "verdrängt" \7xrd. Der letzte Raum nimmt dann das gesamte Gangvolumen ein.Hung or incipient elevations, on the other hand, have a greater gradient than the spiral web. Through this After a series of turns, the spaces formed in this way cover the entire cross-section of the corridor, where the first room is "displaced" by the second, this in turn by the acitten, and so on. The last room then takes up the entire aisle volume.
Der Beginn der Erhöhungen und die Größe der Steigungshöhe dieser Erhöhungen hängen von einer ganzen Reihe technologischer Parameter ab, wie z. B. der Art des zu verarbeitenden Materials, dessen geometrischer Beschaffenheit, dem Produkt, dem Temperaturprogramm, dem Drehzahlbereich', der SchmelzetemperatuTj dem Schmelzedruck, der Antriebsleistung; sie sind dem jeweiligen Verarbeitungsfall anzupassen. The beginning of the elevations and the size of the slope height of these elevations depend on a whole range of technological Parameters, such as B. the type of material to be processed, its geometric nature, the product, the temperature program, the speed range, the melt temperature, the melt pressure, the drive power; they are to be adapted to the respective processing case.
Die Größen der Steigungshöhen der einzelnen Räume bestimmen die Längen dieser Räume und. damit die Art der Verdichtung des zu verarbeitenden Materials (Kurzkompression, Langkompression usw.). Sie beeinflussen entscheidend den Prozei3 das Plastizierens sowie die Förderstabilität. Diese Beeinflussung wird durch die unterschiedlichen Wärmeübergangsverhältnisse, dynamischen und kinematischen Bedingungen hervorgerufen, die durch die erfindungsgemäße Lösung geschaffen werden. - -Determine the sizes of the incline heights of the individual rooms the lengths of these spaces and. thus the type of compression of the material to be processed (short compression, long compression etc.). They have a decisive influence on the plasticizing process and the conveying stability. This influencing is due to the different heat transfer conditions, dynamic and kinematic conditions caused by the solution according to the invention will. - -
Die erwähnten Bedingungen werden außerdem von der Größe der Erhöhungen, d. h. den radialen Unterschieden zwischen den-103848/1710 The conditions mentioned are also dependent on the size of the elevations, ie the radial differences between the 103848/1710
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selben beeinflußt. Die Größen der Erhöhungen bestimmen die Volumina der gebildeten Räume und somit die Höhe der Verdichtung. Sie hängen von den oben angeführten technologischen Parametern ab und sind diesen entsprechend anzupassen,same affects. The sizes of the elevations determine the volumes of the spaces formed and thus the level of compression. They depend on the technological parameters listed above and must be adapted accordingly.
Die Übergangsflächen vom Schneckenkern zu der Erhöhung bzw. zwischen den Erhöhungen sind als senkrechte oder als schräge zur Mantelfläche des Schneckenkerns geneigte Flächen ausgebildet. Die Ausbildung der Übergangsflächen, die sich ebenso wie die Erhöhungen selbst schraubenförmig um den Schneckenkern winden, beeinflußt insbesondere die Wärmeübergangsverhältnisse im Material, das sich in dem tieferenThe transition surfaces from the screw core to the elevation or between the elevations are vertical or sloping formed inclined surfaces to the outer surface of the screw core. The formation of the transition areas that are Just as the elevations themselves wind helically around the screw core, it particularly influences the heat transfer conditions in the material that is in the deeper
der beiden benachbarten Räume bewegt, aber auch die kinematischen und dynamischen Bedingungen in diesem Raum.of the two neighboring rooms, but also the kinematic and dynamic conditions in this room.
Die nach dem Erfindungsgedanken ausgeführte Schnecke kann einen zylindrischen oder auch einen konischen Schneckenkern aufweisen.The screw designed according to the concept of the invention can have a cylindrical or a conical screw core exhibit.
Um einen besseren Wärmeübergang vom beheizten Zylinder zum aufzuschmelzenden Material zu erreichen, ist der Schneckenkern im tiefgeschnittenen Raum konisch ausgeführt.In order to have a better heat transfer from the heated cylinder to the To achieve the material to be melted, the screw core in the deep-cut space is conical.
Für scherempfindliche Materialien ist es günstig, nach Beendigung des Piastizier- bzw. Verdichtungsprozesses die Schmelze zu entlasten. Zu diesem Zweck ist am Anfang der Auftragszone auf der vorderen und/oder hinteren Seite des Schneckenganrcs ein tiefgeschnittener Raum eingebracht* sich analog zu den/den Erhöhungen in der entsprechendenFor materials that are sensitive to shear, it is beneficial to finish the plasticizing or compression process to relieve the melt. For this purpose is at the beginning of the Application zone on the front and / or rear side of the A deep-cut space was introduced into the worm gear * analogous to the increase (s) in the corresponding
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Übergangs zone dieser Schnecke sntv/ickalt, Letzteres bedeutet, daß der tiefgeschnittene Raum an der Seite des Schnekkenganges beginnt,.an der auch die Erhöhung in der Übergangszone begonnen hatte. Sind in der Übergangszone an beiden Seiten des Schneckenganges Erhöhungen vorgesehen, so werden in der Austragszone ebenfalls an beiden Seiten tiefgeschnittene Stufen vorgesehen. Die-Vertiefungen winden sich schraubenförmig um den Schneckenkern, wobei die Stei— gungshöhe(n) zu der der/des Sehneckenstege(s) derart unterschiedlich ist/sind, daß nach einer Reihe von Windungen der gesamte Gangquersch'nitt von der/den Vertiefung (en) eingenommen wird. Letzteres kann natürlich auch so erreicht v/erden, daß am Anfang der Austragszone mittels einer sich über die gesamte Breite des Gangquerschnittes erstreckenden schrägen Fläche der Übergang von der Übergangszone zur tiefgeschnittenen Austragszone realisiert wird· -Transition zone of this snail sntv / ickalt, the latter means that the deep-cut space begins on the side of the worm gear, where the elevation in the transition zone also begins had started. If elevations are provided in the transition zone on both sides of the worm thread, see above deep-cut steps are also provided on both sides in the discharge zone. The depressions twist helically around the core of the worm, whereby the stones ting height (s) to which the / of the tendon web (s) is / are so different that after a series of turns of the entire passage cross section is occupied by the depression (s). The latter can of course also be achieved that at the beginning of the discharge zone by means of an oblique which extends over the entire width of the passage cross-section Area where the transition from the transition zone to the deep-cut discharge zone is realized -
Zwecks besserer Entlüftung und Absaugung flüchtiger Bestandteile aus dem zu verarbeitenden Material weist die Schnecke nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine axiale Bohrung auf, die sich über die Länge des ersten tiefgeschnittenen Raumes, in dem die Peststofförderung erfolgt, erstreckt. Vom Grund dieser tiefgeschnittenen Schneckenstufe führen mehrere über die Länge dieser Stufe verteilte radiale Bohrungen in die Axialbohrung der Schnecke.For better ventilation and suction of volatile constituents from the material to be processed, the screw has according to a further feature of the invention, an axial bore which extends over the length of the first deep-cut space in which the pesticide extraction takes place. From the bottom of this deep-cut screw step lead several radial ones distributed over the length of this step Holes in the axial hole of the worm.
Durch die erfindungsgemäße Teilung des Gangvolumens in mehrere dem physikalischen Zustand des zu verarbeitenden Materials angepaßte Räume gewährleistet die bekannte Änord-By dividing the duct volume according to the invention into several the physical state of the material to be processed adapted rooms guarantee the well-known north
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nung axialer und.radialer Entgasungsbohrungen in der Schnekke .eine wirksame Entgasung des Materials bis weit in den Bereich der Augtragszone hinein.Axial and radial degassing holes in the screw . an effective degassing of the material far into the area of the discharge zone.
Ein letztes Merkmal' der Erfindung besteht darin, daß die Erhöhungen Strömungsbeeinflussende Aussparungen der verschiedensten Anordnung und Geometrie aufweisen und daß zwischen den Erhöhungen Ausgleichsrillen angeordnet sind, die sich schraubenförmig um den Schneckenkern winden«A final feature of the invention is that the ridges Have flow-influencing recesses of the most varied arrangement and geometry and that between compensating grooves are arranged on the elevations, which wind helically around the screw core «
Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in der Trennung der einzelnen physikalischen Zustandsformen des Materials ohne Trennung des das Material enthaltenden Raumes. Auf diese Weise existiert eine unmittelbare Verbindung zwischen Einfüllöffnung der Maschine und deren Werkzeug. Der sich im Bereich der Feststoff-Förderzone aufbauende Druck - nach den modernen Erkenntnissen der Extrudertechnik" das entscheidende Phänomen für eine stabile Prozeßführung - wirkt unvermindert auf.das bereits plastizierte, sich in den engeren Räumen befindliche Material und schafft somit die Voraussetzung für den Ablauf eines stabilen Extrusionsprozesses mit optimalen technologischen Parametern.The technical-economic effects of the solution according to the invention consist in the separation of the individual physical ones State forms of the material without separation of the space containing the material. This is how one exists direct connection between the filling opening of the machine and their tools. The pressure building up in the area of the solids conveying zone - according to modern knowledge extruder technology "the decisive phenomenon for stable process management - has an undiminished effect. This is already happening plasticized material located in the narrower spaces and thus creates the prerequisites for the process a stable extrusion process with optimal technological parameters.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung liegt in der Erreichung großer effektiver Funktionsaonenlängen. Dieser Vorteil wird durch die Überlappung der verschiedenen, die Funktionszonen ausmachenden Erhöhungen geschaffen. Die Gesamtschneckenlängen derartiger Schnek-1 0 9 8 A 8 / 1 7 1 0 Another essential advantage of the embodiment according to the invention is the achievement of large effective functional lengths. This advantage is created by the overlapping of the various elevations that make up the functional zones. The total screw lengths of such screw 1 0 9 8 A 8/1 7 1 0
ken können bei gleichen Durchsatzleistüngen kürzer gehalten werden. Dadurch kann Material für die Schneckenfertigung eingespart werden. Bei gleichen Gesamtlängen können höhere Durchsätze erreicht werden.ken can be kept shorter with the same throughput rates will. This saves material for screw production. With the same overall length, higher Throughputs can be achieved.
Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden·The invention is to be explained in more detail below using a few exemplary embodiments.
In der dazugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1i eine eingängige Schnecke mit zylindrischen Scbnekkenkern und einer an der hinteren Seite des Sehnekkenganges beginnenden Erhöhung;The accompanying drawings show: FIG. 1i a single-flight screw with a cylindrical screw core and an elevation beginning on the posterior side of the tendon duct;
Fig. 2: eine eingängige Schnecke mit zylindrischen Scbneckenkern und einer an der vorderen Seite des Schneckenganges beginnenden Erhöhung;Fig. 2: a single-flight screw with a cylindrical screw core and one on the front side of the screw flight incipient increase;
Fig. 3* eine Schnecke nach Fig· 1 mit zwei an der hinteren Seite des Schneckenganges nacheinander beginnenden Erhöhungen}Fig. 3 * a screw according to Fig. 1 with two at the rear Side of the worm gear successively beginning elevations}
Fig. 4: eine eingängige Schnecke nach Fig. 1 mit einer tiefgeschnittenen Austragszone;Fig. 4: a single-flight screw according to FIG. 1 with a deep-cut discharge zone;
Fig. 5% eine Schnecke nach Fig. 1 mit zwei an der hinteren bzw. vorderen Seite des Schneckenganges beginnenden Erhöhungen sowie einer Austragszone? die zwei an der vorderen bzw. hinteren Seite des Schneckenganges beginnende Vertiefungen aufweist. 5% shows a screw according to FIG. 1 with two elevations beginning on the rear or front side of the screw flight and a discharge zone ? which has two depressions beginning on the front and rear side of the worm thread.
Fig. 6? eine Schnecke nach Fig. 1 mit eitler axialen und radialen Bohrung;Fig. 6? a screw according to Fig. 1 with vain axial and radial bore;
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Fig. 7s eine zweigängige Schnecke mit zylindrischen Scfanekkenkern und einer an der vorderen Seite des Schnekkenganges beginnenden Erhöhung}7s shows a double-flighted screw with a cylindrical scan core and an elevation beginning on the front side of the worm gear}
Fig· 8: eine Doppelschnecke mit nichtkämnenden Schnecken, die gexveils eine an der vorderen Seite des Schneckenganges beginnende Erhöhung aufweisen;Fig. 8: a twin screw with non-meshing screws, the gexveils one on the anterior side of the spiral duct show incipient increase;
Fig. 9s eine Schnecke nach Fig. 1 mit zwei"an der vorderen Seite des Schneckenganges nacheinander beginnenden Erhöhungen, die mit Aussparungen und Ausgleichsrillen versehen sind;9s shows a screw according to FIG. 1 with two "at the front Side of the worm thread successively beginning elevations with recesses and compensating grooves are provided;
Fig.10: einen Schnitt durch die Schnecke nach Fig. 9 in der Ebene A-A;Fig.10: a section through the screw according to Fig. 9 in the Level A-A;
Fig.11: einen Schnitt durch die Schnecke nach Fig. 9 in der Ebene B-B.11: a section through the screw according to FIG. 9 in FIG Level B-B.
In Fig. 1 ist eine eingängige Schnecke 1 dargestellt, deren Schneckengang 3 durch die an der hinteren Seite des Schnekkenganges, d.h. auf der der Materialeinfüllöffnung 2 abgewandten Seite des Schneckensteges, direkt aus dem Schneckensteg 4 beginnende Erhöhung 5 des Scbneckenkerns 8 in die Räume 6 und 7 geteilt wird. Die Erhöhung 5 windet sich mit einer Steigungshöhe h^. um die Schneckenachse, wobei fcu im vorliegenden Beispiel um soviel größer ist, als die Steigungshöhe h des Schneckensteges 4, daß sich nach ca. fünf Windungen die Erhöhung 5 über die gesamte Gangbreite erstreckt. Die Übergangsfläche 9 zwischen den beiden BäumenIn Fig. 1, a single-flight screw 1 is shown, the screw thread 3 by the on the rear side of the screw thread, i.e. on the side of the screw flight facing away from the material filling opening 2, directly from the screw flight 4 incipient increase 5 of the screw core 8 in the Rooms 6 and 7 are shared. The elevation 5 winds with it a slope height h ^. around the screw axis, where fcu im present example is so much greater than the pitch h of the screw flight 4 that after about five The elevation 5 turns over the entire width of the aisle. The transition area 9 between the two trees
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6; 7 verläuft rechtwinkelig zur Mautelfläcne des Schneckenkerns. Der Schneckenkern 8 ist zylindrisch. Durch eine konische in der Fig. -1 nicht dargestellte Ausführung des Schneckenkerns 8 wird das feste Material zusätzlich vorverdichtet und gegen die heiße Zylinderoberfläche gepreßt. Dadurch wird eine weitere Verbesserung des Wärmeüberganges erreicht. Die Konizität ist jedoch nur gering, um keinen wesentlichen Widerstand der Feststoff-Förderung entgegenzusetzen, wie er bei den herkömmlichen kernprogressiven Schnecken auftritt.6; 7 runs at right angles to the toll surface of the screw core. The screw core 8 is cylindrical. By a conical in Fig. -1 not shown embodiment of the Screw core 8, the solid material is additionally pre-compressed and pressed against the hot cylinder surface. This further improves the heat transfer. The conicity, however, is only slight, by none to oppose substantial resistance to the conveyance of solids, as occurs in conventional core progressive snails.
Der Prozeßablauf in einer solchen Schneckenausführung ist folgender:The process flow in such a screw version is following:
Das feste Material tritt im Bereich der Einfüllöffnung 2 in die Schnecke 1 ein. Es wird zunächst im Scfaneckengang 3 gefördert, der sich durch die Erhöhung 5 iß zwei Räume 6 und 7 teiit, wobei sich das absolute Gangvoiumen verringert. Diese Kompression entspricht der Volumenverringerung des zu verarbeitenden Materials, das im Verlaufe seiner Förderun= durch Friktionswärme und von außen zugeführter Wärme an der Innenwandung des Zylinders zu schmelzen und durch das Abstreifen mittels des rotierenden Scbneckensteges 4 sich an der Druckflanke des letzteren zu sammeln beginnt. Von der Druckflanke des Schneckensteges 4 aus beginnt die Erhöhung 5* des Schneckenkerns 8. In dem sich stetig vergrößernden Baum wird sich nun im Verlaufe des Piastizierprozesses die einen immer größeren Anteil an der gesamten Materialmenge ausmachende Schmelzemenge sammeln, bis nur noch Schmelze vorhan-The solid material occurs in the area of the filling opening 2 into screw 1. It is first in scan corner corridor 3 promoted, the increase 5 eats two rooms 6 and 7 teiit, the absolute gear volume being reduced. This compression corresponds to the reduction in volume of the material to be processed, which in the course of its delivery = to melt by frictional heat and externally supplied heat on the inner wall of the cylinder and by stripping by means of the rotating screw web 4 begins to collect on the pressure flank of the latter. Of the The pressure flank of the screw flight 4 starts the increase 5 * of the snail core 8. In the steadily growing tree, the one Collect increasing amounts of melt that make up the total amount of material until only melt is left.
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den ist. Die Volumina dar liäume 6 und 7 müasen dabei den Volumina des Feststoffes und der Schmelze und die Voluminaänderung der Räume 6 und 7 längs der Schnecke 1 der Voluminaänderung des Feststoffes und der Schmelze längs der Schnecke entsprechen.that is. The volumes shown here 6 and 7 must be Volumes of the solid and the melt and the change in volume the spaces 6 and 7 along the screw 1 of the change in volume of the solid and the melt along the screw correspond.
Eine derartige Schnecke ,1 besitzt somit bei geringer Gesamtlänge beträchtliche effektive Längen der Feststoff-Förderzone L-B und der Austragszone L.. Obwohl die Art der Kompression als Kurzkompression - durch den plötzlichen Übergang des aufgeschmolzenen Materials von dem Raum 7 in den Raum 6 - zu bezeichnen ist,- hat das Material auf Grund der Überlappung der beiden Zonen doch einen relativen langen Weg, über dem es aufschmelzen kann, um dann vom Raum 7 in den Raum 6 zu strömen.Such a screw 1 thus has considerable effective lengths of the solids conveying zone with a small overall length L-B and the discharge zone L .. Although the type of compression as short compression - due to the sudden transition of the melted material from the space 7 to the Room 6 - to be designated - the material is relatively long due to the overlap of the two zones Way over which it can melt to then move from room 7 in to flow into space 6.
Obgleich keine räumliche Trennung zwischen den beiden Räumen 6 und 7 existiert, wird doch eine Trennung der beiden physikalischen Zustände des Materials auf Grund deren unterschiedlicher Bewegungsgesetzmäßigkeiten (Schmelze und festes Material - Granulat oder Agglomerat o. ä. mit Abmessungen, die größer als die Raumhöhe tg und kleiner als die Raumhöhe tn sind) verwirklicht. Diese Trennung der beiden physikalischen Zustände bedeutet allerdings lediglich eine Beibehaltung der, wie oben beschrieben, sich spontan im Ergebnis der Plastizierung und des Transports des Materials ergebenden Trennung von aufgeschmolzenen und unaufgeschmolzenem Material in einem Schneckengang.Although there is no spatial separation between the two rooms 6 and 7, there is a physical separation between the two States of the material due to their different laws of motion (melt and solid material - Granules or agglomerates or the like with dimensions that are greater than the height of the room tg and smaller than the height of the room tn are realized. However, this separation of the two physical states only means one Maintaining, as described above, yourself spontaneously separation of melted and unmelted material resulting from the plasticization and transport of the material Material in a worm gear.
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Wichtig und günstig bei der dargestellten Scbneckenausführung ist die Tatsache, daß eine direkte Verbindung zwischen der Materialeinfüllöffnung 2 und dem Schneckenende existiert, Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der sich im Ergebnis der Peststoff-Förderung bereits in den ersten Schneckenwindungen aufbauende Materialdruck ohne Minderung nach vorn auf das aufgeschmolzene Material "wirken kann und somit eine hohe DurchsatζIeistung garantiert. Die Übergangsfläche 9»Important and cheap for the screw version shown is the fact that there is a direct connection between the material feed opening 2 and the screw end, In this way it is ensured that the material pressure which builds up in the first screw turns as a result of the pesticide conveyance is forward without any reduction can act on the melted material "and thus guarantees a high throughput. The transition area 9»
die in der Pig· 1 als eine zur Mantelfläche des Schneckenkerns senkrecht angeordnete Fläche ausgeführt ist, kann auch als schräge Fläche ausgebildet sein. Dadurch wird das noch unaufgeschmolzene Material in einem größeren Maße an die heiße Innenoberfläche des Zylinders gepreßt und damit ein besserer Wärmekontakt geschaffen·that in the Pig · 1 as one to the outer surface of the screw core is designed vertically arranged surface, can also be designed as an inclined surface. This will make it happen unmelted material is pressed to a greater extent on the hot inner surface of the cylinder and thus a better thermal contact created
Bei der Schnecke nach Fig. 2 beginnt die Erhöhung 5 Schneckenkerns 8 an der vorderen Seite des Schneckenganges.In the case of the screw according to FIG. 2, the elevation 5 begins Screw core 8 on the front side of the screw flight.
Eine derartige Schneckenausführung eignet sich insbesondere für nichtbenetzende, hochviskose Materialien, v/ie z.B. PVC-hart u.a., die im Gegensatz zu den benetzenden Pla3ten - Polyäthylen, Polyamid u. a. - die homogeneren Masseanteile an der pass iven Flanke des Scbneckenganges aufwei sen.Such a screw design is particularly suitable for non-wetting, highly viscous materials, v / ie e.g. Rigid PVC, etc., which in contrast to the wetting pla3ten - polyethylene, polyamide, etc. - the more homogeneous mass fractions on the passive flank of the screw duct.
In Fig. 3 ist eine Schnecke mit zwei Erhöhungen 5; 10 dargestellt. Dadurch wird der Gangquerschnitt 3 in drei Räume 6j 7; 11 geteilt, Diese Ausführung is^ besonders für Mate-In Fig. 3 is a screw with two elevations 5; 10 shown. As a result, the passage cross section 3 is divided into three spaces 6j 7; 11 divided, This version is ^ especially for mate-
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rialien interessant, die außer den beic.en physikalischen. Zuständen "fest" und "visko-flüssig" einen Zwischenzurtand, wie ζ·Β. "visko-flüssig" einen Zwischenzustand, wie z. B. "visko-elastisch", aufweisen«rials interesting, apart from the two physical ones. States "solid" and "viscous-liquid" an intermediate layer, like ζ · Β. "visco-liquid" an intermediate state, such as. B. "visco-elastic", have «
Bas feste Material wird zunächst in den tiefgeschnittenen Raum 7 gefördert. Während des Plastzierens nimmt das Material den visko-elastischen.Zustand an, um dann weiter in den flüssigen Zustand überzugehen.Bas solid material is first cut into the deep Room 7 funded. The material picks up during the plastification the visco-elastic. state to then continue in to pass the liquid state.
Die einzelnen geometrischen Parameter der Schnecke sind so bemessen, daß das visko-elastische Material in den Raum 6 strömt und nach seiner endgültigen Plastizierung schließlich in den Raum 11 gelangt. Die Entwicklung der Volumina der drei Räume 6; 7; 11 längs der Schneckenachse entspricht der Entwicklung der Volumina der drei physikalischen Zustandsformen - fest, visko-elastisch, flüssig (viskoflüssig). Während anfänglich nur festes, also unaufgeschmolzenes Material vorliegt, später über eine gewisse Übergangslänge festes und visko-elastisches und schließlich festes, visko-elastisches und visko-flüssiges Material vorhanden ist, wird das Volumen der letzten Sc hneckenv; in düngen nur von Schmelze ausgefüllt. Der Raum 6, in den das viskoelastische Material transportiert und weiter plastiziert wird, ist so bemessen, da3 auch kleinere unaufgeschmolzene Materialteilchen in ihn gelangen können. Dieser Raum 6 bildet somit eine echte Übergangszone It-, die eine schonende und elactiscl: --. Plastisierunr und Transportierung des Mate—The individual geometric parameters of the screw are dimensioned in such a way that the visco-elastic material flows into space 6 and finally reaches space 11 after its final plasticization. The evolution of the volumes of the three rooms 6; 7; 11 along the screw axis corresponds to the development of the volumes of the three physical states - solid, visco-elastic, liquid (viscofluid). While initially only solid, i.e. unmelted material is present, later over a certain transition length there is solid and visco-elastic and finally solid, visco-elastic and visco-liquid material, the volume of the last screw becomes; in fertilize only filled with melt. The space 6, into which the viscoelastic material is transported and further plasticized, is dimensioned in such a way that smaller, unmelted material particles can also get into it. This space 6 thus forms a real transition zone It-, which is a gentle and elactiscl: -. Plasticization and transport of the material
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rials in einem weiten Bereich der wichtigsten technologischen Parameter - Drehzahl, Temperaturprogramm, Druck u. a. gestattet. rials in a wide range of the most important technological parameters - speed, temperature program, pressure, etc. allowed.
In Fig. 4 ist eine Schnecke wie in Fig. 1 dargestellt, deren Austragszone tiefgeschnitten ist, wobei die Vertiefung über die gesamte Breite des Schneckenganges über die schräge Fläche 12 erreicht wird»In Fig. 4 is a screw as shown in Fig. 1, whose Discharge zone is deep-cut, with the depression over the entire width of the screw flight over the incline Area 12 is reached »
Die Schnecke nach Fig«, 5 v/eist in der Austragszone L* zwei W beiderseitig vom Schneckensteg 4 angeordnete Vertiefungen 13, 14 auf, die prinzipiell in der gleichen Art verlaufen, wie die Erhöhungen 5 in der Feststoff-Förderzone der Schnekke L-n,. Die Steigungshöhen h~ der Vertiefung 13 und h-, der Vertiefung 14 können hierbei gleiche oder unterschiedliche Werte aufweisen«The screw of Figure "5 v / eist in the discharge zone L to * two W mutually arranged screw-Steg 4 wells 13, 14, which in principle proceed in the same manner as the ridges 5 in the solid conveying zone of the wormshaft Ln ,. The heights h ~ of the recess 13 and h-, the recess 14 can have the same or different values.
Bei dieser Schnecke wird das zuerst aufgeschmolzene und in den Raum 6 geflossene Llaterial durch die Vertiefungen 13; * auch zuerst entlastet. Die geringe Baumhohe t,- gewährleistet, daiS keine Quervermiscbung des aufgeschmolzenen Mate- · rials mit dem unaufgeschmolzenen eintritt. Dadurch wird erreicht, daß das gesamte zu verarbeitende Material die gleiche thermische Belastung erfährt, wobei diese nur so groß gehalten ist, daß das Material ausreichend plastiziert ist, das Austragen jedoch durch tiefergeschnittene Schneckenwindungen mit geringerer Scherbeanspruehung und damit geringerer thermischer Beanspruchung erfolgteIn the case of this screw, the material that was first melted and flowed into the space 6 is passed through the depressions 13; * also relieved first. The low tree height t, - ensures that no cross-mixing of the melted material rials with the unmelted entrance. This ensures that all of the material to be processed is the same undergoes thermal stress, which is only kept so large that the material is sufficiently plasticized that However, discharge through deeper-cut screw windings with lower shear stress and thus lower thermal stress took place
BAO ORKStINAL - 21 109848/1710 BAO ORKSTINAL - 21 109848/1710
Fig. 6 ist eine Schner.Ve wie iu Fig. 1 dargestellt, die jedoch eine axiale Bohrung I5 UQd radiale Bohrungen 16 aufweist. Letztere verbinden den tiefgeschnittenen Raum 7 also die Zone, in der nur festes Material gefördert wird mit der axialen Bohrung. Auf diese Weise können bis weit in den Bereich der Austragszone (Schmelzenzone) L. dem festen Material bei der Vorwärmung und Vorverdichtung flüchtige Bestandteile entzogen werden, die über die Bohrungen 16 und die axiale Bohrung 15 nach außen abgeleitet werden.FIG. 6 is a Schner.Ve as shown in FIG. 1, but which has an axial bore I5 UQ d radial bores 16. The latter connect the deep-cut space 7 so the zone in which only solid material is conveyed with the axial bore. In this way, volatile constituents can be removed from the solid material during preheating and precompression far into the area of the discharge zone (melt zone) L. These components are discharged to the outside via the bores 16 and the axial bore 15.
In Fig. 7 gibt eine zweigängige Schnecke wieder, die in jedem Schneckengang jeweils eine an der hinteren Seite des Schnekkenganges beginnende Erhöhung aufweist. Im übrigen entspricht die Geometrie dieser Schnecke der Ausführung nach Fig. 1.In Fig. 7 there is a double-flighted worm, one in each worm thread on the rear side of the worm thread has incipient increase. Otherwise, the geometry of this screw corresponds to the design Fig. 1.
lig. 8 stellt eine Ausführung der Erfindung in Gestalt einer Doppelschnecke mit nichtkämmenden Schnecken dar, wobei jede der beiden Schnecken in der oben bereits beschriebenen Weise eine an der hinteren Seite des Schneckenganges beginnende Erhöhung 5 aufweist.lig. 8 illustrates an embodiment of the invention in the form of a Double screw with non-meshing screws, each of the two screws in the manner already described above, one beginning on the rear side of the screw flight Has increase 5.
In Fig. 9 ist eine Schnecke entsprechend'Fig. 3 abgebildet, deren beide Erhöhungen 5 und 10 jedoch Aussparungen 17 aufweisen, Zwischen den Erhöhungen 5 und 10 und zwischen der Erhöhung 10 und dem Schneckensteg 4 sind die Rillen 18 und 19 eingebracht, deren Querschnitte vorzugsweise als Halbkreise ausgeführt sind.In FIG. 9, a screw is shown in accordance with FIG. 3 pictured, However, the two elevations 5 and 10 of which have recesses 17, between the elevations 5 and 10 and between the Elevation 10 and the screw flight 4, the grooves 18 and 19 are introduced, the cross-sections of which are preferably semicircles are executed.
BAD OFttGlNAL BAD OFttGlNAL
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Diese als Homogenisier- und Mischsennecke ausgeführte Konstruktion soll folgenden Frozeßablauf gewährleisten:This construction designed as a homogenizing and mixing corner should guarantee the following process sequence:
Das sich in dem tiefgeschnittenen Schneckengangraum 7 "bewegende Material wird erwärmt und teilweise angeschmolzen. Die sich an der heißen Zylinderinnenoberfläche bildende Materialscnmelze wird von der rotierenden ersten Erhöhung 5 abgeschert und sammelt sich an der vorderen Flanke dieser Erhöbung 5· Dort vermischt sich diese Schmelze mit kleineren festen und teilweise bereits angeschmolzenen Materialpartikelcben und fließt in den Raum 6. Durch die in die Erhöhung 5 eingebrachten Aussparungen 17» deren Achse zur Schneckenachse geneigt ist, wird'eine Überlagerung zweier Strömungen erreicht, von denen eine längs der Aussparungen 17 und die andere tangential zur Erhöhung 5» hervorgerufen durch die Schneckenrotation, gerichtet sind. Dadurch werden hohe Scherkräfte im Material erzeugt, die die Voraussetzung für eine gute Homogenisierung darstellen. Letztere wird verstärkt durch die längs der Ausgleichsrille 18 erfolgende Vermischung der beiden laminaren Strömungen. In dem Maße, wie das Material vollkommen aufschmilzt, fließt es in den Raum 11 der zweiten Erhöhung 10 über. Auch in diesem Raum gibt es eine Überlagerung zweier Strömungen, die wiederum durch Aussparungen 17 ia der zweiten Erhöhung 10 und die Schneckenrotation hervorgerufen werden. Durch die Ausgleichsrille 19, die außerdem fertigungsbedingt ist, kommt es auch hier zu einen Strömungsausgleich. Die Aussparungen 17 in der zweiten Erhöhung 10, die sich nach einigen V/indungen über die gesamte Schnekkengangbreite erstreckt, können sowohl bis zur Schneckenspitze vorhanden sein, als auch einige V/indungen vor der 109848/1710 The material moving in the deep-cut screw flight space 7 ″ is heated and partially melted. The material melt that forms on the hot inner surface of the cylinder is sheared off by the rotating first elevation 5 and collects on the front flank of this elevation 5. There this melt mixes with smaller ones solid and partially already melted material particles and flows into the space 6. Through the recesses 17 made in the elevation 5, the axis of which is inclined to the screw axis, a superimposition of two flows is achieved, one along the recesses 17 and the other tangential to Increase 5 »caused by the screw rotation. This creates high shear forces in the material, which are the prerequisite for good homogenization. The latter is reinforced by the mixing of the two laminar flows along the compensation groove 18 Mate rial melts completely, it flows into the space 11 of the second elevation 10. Also in this space there is a superposition of two currents, which are caused in turn by recesses 17 IA of the second ridge 10 and the screw rotation. The compensation groove 19, which is also due to the manufacturing process, also results in a flow compensation here. The recesses 17 in the second elevation 10, which after a few turns extends over the entire width of the screw flight, can be present both up to the screw tip and a few turns before the 109848/1710
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Scbneckenspitze aufhören, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Der Rest der Austragszone L. entspricht dann der bei Extruderschnecken üblichen geometrischen Auslegung.Stop the tip of the screw as shown in Fig. 8. The remainder of the discharge zone L. then corresponds to the geometric design customary for extruder screws.
Zum besseren Verständnis der Geometrie der beschriebenen Ausführung sind in den Fig. 10 und 11 zwei Schnitte durch" die in Fig. 9 dargestellte Homogenisierschnecke wiedergegeben.For a better understanding of the geometry of the embodiment described, two sections are shown in FIGS. 10 and 11 through " the homogenizing screw shown in FIG. 9 is reproduced.
Eine solche Homogenisierschnecke gestattet es, solche komplizierten technologischen Operationen, wie das Einfärben naturfarbener Materialien mit löslichen und unlöslichen Farbstoffen und Pigmenten, mit relativ geringem Aufwand au realisieren. Dabei vereinigen sich bei einer derartigen Schnecke die Vorteile der guten Homogenisierung mit den Vorteilen einer schonenden Plastizierung und eines stabilen Förderprozesses· Such a homogenizing screw allows such complicated ones technological operations, such as coloring natural-colored materials with soluble and insoluble dyes and pigments can be realized with relatively little effort. This unite in such a snail the benefits of good homogenization with the benefits gentle plasticizing and a stable conveying process
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