DE60300079T2

DE60300079T2 - Eine Mischvorrichtung für einen Extruder

Info

Publication number: DE60300079T2
Application number: DE60300079T
Authority: DE
Inventors: Dario Ivan Sassi; Francesco Sant'elia
Original assignee: MRS Italia SRL
Current assignee: MRS Italia SRL
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: DE60300079D1; EP1459867A1; PT1459867E; ATE278532T1; ES2225813T3; HK1070020A1; EP1459867B1; US7036974B2; US20040179425A1

Description

Wie bekannt werden auf dem Gebiet der Bearbeitung und Herstellung von Kunststoffteilen Schneckenextruder verwendet, bei denen der Kunststoff in Granulatform eingebracht wird, um am Ausgang ein Gemisch zu erhalten, das für nachfolgende Zieh-, Spritzarbeiten in geeigneten Druckgussformen und anderen geeignet ist. In vielen Fällen gehört der Extruder der sogenannten "Plastifiziereinheit" an, die unmittelbar mit einem Werkzeug bzw. Form, Walzeinheit oder einer anderen Art von Formvorrichtung des vom Extruder abgegebenen Kunststoffes verbunden ist.
Die Extruder bestehen aus einem zylindrischen Körper, innerhalb dem axial eine durch geeignete Antriebe in Drehbewegung versetzte Schnecke angebracht ist. Der Grunddurchmesser des Schneckengewindes nimmt längs der axialen Abwicklung desselben, ausgehend von einer Eingangsöffnung in Richtung einer Ausgangsöffnung zu; die Wandungen des Zylinders sind überdies mit geeigneten Heizwiderständen versehen. Das in der Rille des Schneckengewindes vorrückende Material ist einer Temperatur- und Druckerhöhung ausgesetzt, die notwendig ist, um die verlangten physikalischen langten physikalischen Eigenschaften zu erhalten.
Eines der den Extrusionsschnecken herkömmlicher Art eigenen Hauptprobleme ist die ungenügende Homogenität des Materials, die sich auf das durch Ziehen oder durch Spritzgießen erhaltene Endprodukt auswirkt.
Dadurch gegeben, dass die Wärme durch die Wandungen des Zylinders zugeführt wird, wurde beispielsweise die Anwesenheit einer Druckänderung in der Materialstärke zwischen den Schraubenkern und der Innenwandung des Zylinders bemerkt. Diese Temperaturänderung entspricht einer Änderung der Materialdichte selbst. Die Dichteänderung des Materials kann beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung in der Form verursachen. Die Moleküle der jedes Harz zusammensetzenden Polymeren neigen dazu, unter Bildung von sogenannten "Spurennetzen" miteinander verbunden zu werden, in denen die Moleküle des Polymers aneinander gebunden werden, wobei der Mischung ein krümeliger Aspekt erteilt wird, wobei ihre kompakten Materialanhäufungen feststellbar sind, die in einem flüssigeren Strom eingetaucht sind.
Werden Harze verschiedener Natur und Farbe verarbeitet, führt die unvollständige Vermischung derselben schließlich zu einer Herstellung von Teilen, an denen Bereiche verschiedener Farben wegen des Vorherrschens eines Harzes gegenüber den anderen festgestellt werden.
Zur teilweisen Lösung dieser Probleme sind Extrusionsschnecken bekannt, die im Bereich des eigenen Endes in der Nähe des Austritts mit einer Mischvorrichtung versehen sind, die die Aufgabe besitzt, die Homogenität des Materials zu verbessern und die Temperaturverteilung zu vereinheitlichen.
Das Dokument US 5,318,357 zeigt beispielsweise eine Extrusionsschnecke, die einen Mischabschnitt aufweist, der mit einer Vielzahl von primären Schneckengängen versehen ist, die abschnittsweise längs ihrer Abwicklung unterbrochen sind. Unterschiedliche Gänge sind miteinander durch Platten verbunden, die sich längs des Umfanges um den Schneckenkern erstrecken und Bereiche mit herabgesetzter Tiefe in den durch die Gewinde begrenzten Gängen festlegen.
Das Dokument US 5,056,925 beschreibt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Schneckenförderer, der eine beschleunigte und verbesserte Schmelzung der in die Plastifizierextruder eingebrachten Festkörper erreicht, indem dieser Schneckenförderer verwendet wird. Der Schneckenförderer umfasst ein Hauptelement mit Platten und ein Absperrelement mit Platten. Das Hauptelement mit Platten legt einen Kanal fest und dieser Kanal ist durch das Absperrelement mit Platten in einer Weise unterteilt, die im Schneckenförderer mit Absperrelementen mit Platten gut bekannt ist. Verlagerungsmittel der Schmelze in der Form von Kerben, die sich radial ins Innere vom Außenumfang des Hauptelementes mit Platten erstrecken, liefern Leitungen zwischen den ersten Stellungen im Bereich der Vorderstirnseite des Hauptelementes mit Platten und zweiten Stellungen im Bereich der Hinterstirnseite des Hauptelementes mit Platten.
Das Dokument US zeigt schließlich einen Schneckenextruder zur Behandlung von Thermoplasten, bei dem der durch den Schraubenförderer gebildete Spiralschneckendurchgang in zwei Abteilungen verschiedenen Querschnitts unterteilt ist, der in entgegengesetzter Richtung über eine dazwischenliegende Schneidschnecke veränderlich ist, die eine radiale lichte Weite für die Aufnahme des Extruderzylinders besitzt, die mindestens zweimal so groß ist, wie jene der Förderschnecke. Die Tiefe des Gewindes in jeder Unterteilung oder Abteilung des Durchgangs der endlosen Schnecke ändert sich kontinuierlich längs der Länge der Schnecke zwischen Höchst- und Mindestwerten, wobei so ein vorgegebener Strom des Thermoplasten über den vollen Teil der Plattenelemente der Schneidschnecke verursacht wird.
Die Anmelderin hat nun gefunden, dass das durch die Vorrichtungen des Standes der Technik erzielte Mischniveau weiter verbesserbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Mischvorrichtung für Extruder vorzuschlagen, die eine hohe Homogenität des Materials am Ausgang aus den Extrusionszylinder gewährleistet.
Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischvorrichtung für Extruder vorzuschlagen, die erlaubt, eine ausgezeichnete Plastifizierung des Materials zu erhalten, ohne übermäßig die Temperatur des Zylinders zu erhöhen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch, eine Mischvorrichtung für Extruder zu liefern, welche die Mischung der Harze durch Herabsetzung der Spurennetze der sie zusammensetzenden Polymere optimal gestaltet.
Diese und weitere Aufgaben, die näher im Verlauf der vorliegenden Beschreibung hervorgehen, werden im wesentlichen durch eine Mischvorrichtung für Extruder gelöst, welche die in einem oder mehreren der beigefügten Ansprüche angegebenen Merkmale umfasst.
Insbesondere werden diese Aufgabe durch eine Mischvorrichtung für Extruder gelöst, umfassend einen im wesentlichen zylindrischen Körper, der endseitig mit einer Extruderschnecke in Eingriff gebracht werden kann, die einen Schaft und einen schraubenförmig den Schaft umwickelnden Fördergang umfasst; mindestens einen prima ren Mischgang, der schraubenförmig mindestens teilweise den im wesentlichen zylindrischen Körper gemäß einer vorgegebenen Umwickelrichtung umwickelt und einen vorgegebenen Kammdurchmesser aufweist; mindestens einen sekundären Mischgang, der schraubenförmig mindestens teilweise den im wesentlichen zylindrischen Körper gleichsinnig mit der vorgegebenen Aufwickelrichtung umwickelt und einen Kammdurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Kammdurchmesser des primären Mischganges; wobei der mindestens eine primäre Mischgang mindestens einen primären Fließkanal und mindestens einen sekundären Fließkanal begrenzt, die im wesentlichen parallel sind, wobei der mindestens eine primäre Mischgang überdies am eigenen Kamm mindestens eine Verbindungsausnehmung zwischen dem entsprechenden, primären Fließkanal und dem entsprechenden sekundären Fließkanal aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, die in Axialrichtung aufeinanderfolgen, wobei die Aufwickelrichtung des primären Mischganges und des sekundären Mischganges am ersten Abschnitt gegenüber der Aufwickelrichtung des primären Mischganges und des sekundären Mischganges am zweiten Abschnitt gegensinnig ist.
Weitere Merkmale und Vorteile gehen näher aus der eingehenden Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließenden Ausführungsform einer Mischvorrichtung für Extruder gemäß der vorliegenden Erfindung hervor.
Diese Beschreibung erfolgt nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten, nur beispielsweise gelieferten und daher nicht begrenzenden Zeichnungen. Es zeigen,
1 einen Seitenaufriss und teilweise im Schnitt eines Schneckenextruders, umfassend eine Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß der Linie II–II aus 1;
3 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß der Linie III–III aus 1;
4 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß der Linie IV–IV aus 1;
5 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß der Linie V-V aus 1; und
6 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß der Linie VI-VI aus 1; Unter besonderer Bezugnahme auf die obigen Figuren, ist mit 1 insgesamt eine Mischvorrichtung für Extruder gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben.
Die Vorrichtung 1 ist koaxial an einer Extrusionsschnecke 2, bevorzugter Weise an einem Austrittsende 3 des Materials angebracht. Die Schnecke 2 ist in einem rohrförmigen Körper 4 bekannter Art untergebracht, und ist daher nur teilweise in 1 erläutert, und wird durch nicht gezeigte, geeignete Antriebsmittel drehangetrieben. Die Schnecke 2, der rohrförmige Körper 4 und die Antriebsmittel legen ein Extrusionsgerät 5 oder Extruder fest.
Der Extruder 5 weist eine Eintrittsöffnung 6 auf, die an einer Seitenwandung 7 des rohrförmigen Körpers 4 ausgenommen und in der 1 schematisch dargestellt ist, und eine Austrittsöffnung 8, die an einer Basis 9 des rohrförmigen Körpers 4 im Bereich des Austrittsendes 3 der Schnecke 2 angeordnet ist. Der rohrförmige Körper 4 ist überdies mit zweckmäßigen, nicht dargestellten Heizelementen versehen, die bevorzugter Weise durch einen oder mehrere in der Wandstärke des Körpers 4 selbst eingebetteten Widerstände festgelegt sind.
Die Schnecke 2 erstreckt sich zwischen dem Eintritt 6 und dem Austritt 8 und besitzt die Aufgabe das eingebrachte Material in Richtung des Austritts zu fördern, indem es einer Temperatur- und Druckerhöhung ausgesetzt wird.
Die Schnecke 2 umfasst einen Schaft 10 oder Kern und einen Fördergang 11, der schraubenförmig um den Schaft 10 gemäß einer vorgegebenen Richtung R gewickelt ist. Der Außendurchmesser "d₁" des Förderganges 11 ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers 4, außer die Spiele, die für die freie Drehung der Schnecke 2 im Zylinder 4 selbst notwendig sind.
Wie klar aus 1 ersichtlich, begrenzen der Fördergang 11, der Schaft 10 und die Innenfläche 12 der Wandung 7 des rohrförmigen Körpers 4 einen schraubenförmigen, zwangsweisen Weg 13 für den Kunststoff.
Der Schaft 10 weist überdies einen Durchmesser auf, der von der Eintrittsöffnung 6 in Richtung des Austrittes 8 zunimmt, um allmählich den Durchgangsquerschnitt des schraubenförmigen Zwangswegs herabzusetzen und den Kunststoff zu zwingen, sich zu vermischen.
Im einzelnen umfasst die Mischvorrichtung 1 einen im wesentlichen zylindrischen Körper 14, der zur Schnecke 2 koaxial ist und bevorzugter Weise in Endstellung in der Nähe des Austritts 3 an der Schnecke 2 selbst angreift.
In der bevorzugten und erläuterten Ausführungsform, ist die Vorrichtung 1 mit der Schnecke 2 einstöckig, jedoch gemäß alternativen und nicht dargestellten Ausführungsformen könnte sie als ein für sich stehendes Teil ausgeführt werden, das dann abnehmbar oder nicht abnehmbar an der Schnecke 2 angebracht wird.
Die Vorrichtung 1 umfasst mindestens einen primären Mischgang 15 und mindestens einen sekundären Mischgang 16, die spiralförmig um den zylindrischen Körper 14 gemäß einer vorgegebenen Aufwickelrichtung V aufgewickelt sind. Die Mischgänge 15, 16 erstrecken sich von einem Eintrittsende 14a des zylindrischen Körpers 14, zur Extrusionsschnecke 2 gerichtet, zu einem Austrittsende 14b des zylindrischen Körpers 14 selbst, in Richtung zur Austrittsöffnung 8 des zylindrischen Körpers 4 gerichtet. Die beiden Gänge 15, 16 wickeln sich überdies im wesentlichen parallel ab und begrenzen zwischen ihnen mindestens einen primären Fließkanal 17 und mindestens einen sekundären Fließkanal 18, die im wesentlichen parallel und spiralförmig um den zylindrischen Körper 14 gemäß der vorgegebenen Richtung V gewickelt sind.
Bevorzugter Weise umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl von primären Mischgängen 15 und eine Vielzahl von sekundären Mischgängen 16, die gemäß einer wechselweisen Reihenfolge längs der Umfangsabwicklung des zylindrischen Körpers 14 angeordnet sind.
Die bevorzugte und in den beigefügten Figuren erläuterte Ausführungsform weist insbesondere eine Vorrichtung 1 auf, die mit drei primären Mischgängen 15a, 15b, 15c und mit drei sekundären Mischgängen 16a, 16b, 16c versehen ist, die drei primäre Fließkanäle 17a, 17b und 17c und drei sekundäre Fließkanäle 18a, 18b und 18c bilden.
Die Mischgänge 14, 15 besitzen eine Steigung, die verschieden von der Steigung des Förderganges 11 der Schnecke 2 sind, bevorzugter Weise größer als die Steigung der Schnecke 2 und wickelt sich bloß teilweise um den zylindrischen Körper 14.
Vorteilhafter Weise weist jeder der primären Mischgänge 15 einen Kamm 19 mit konstantem Höchstdurchmesser "d₂" auf, der gleich dem Kammdurchmesser "d₁" der Extrusionsschnecke 2 ist. Auf diese Weise, wie aus 2, 3, 4, 5 und 6 ersichtlich, läuft der primäre Gang 15 im wesentlichen in Berührung mit der Innenfläche 12 des rohrförmigen Körpers 4, um den Durchtritt des Kunststoffes längs der gesamten Abwicklung des Kammes 19 des primären Ganges selbst zu verhindern. Eine oder mehrere Ausnehmungen 20 sind am Kamm 19 eines jeden primären Mischganges 15 ausgenommen, um den entsprechenden, primären Fließkanal 17 und den entsprechenden sekundären Fließkanal 18 in Verbindung zu setzen und dem Kunststoff einen gezwungenen Durchgangsweg zwischen den beiden Kanälen 17, 18 zu liefern. Die Ausnehmungen 20 entwickeln sich quer zum entsprechenden Kanal 19, bevorzugter Weise gemäß einer Richtung, die zur Abwicklung des Kamms 19 selbst senkrecht ist.
Die Ausnehmungen 20 weisen überdies eine Grundoberfläche 21 auf, gemäß einem Querschnitt zur Längsachse X der Schnecke 2 (3 und 6) gesehen, ausgebildet gemäß einem Bogenprofil mit einer Tiefe "h₁", die kleiner ist als die Tiefe der Mischkanäle 17, 18 und beispielsweise zwischen 20% und 90% der Tiefe der Kanäle selbst liegt.
Jeder der sekundären Mischgänge 16 weist einen Höchstdurchmesser "d₃" des Kammes 22 auf, der kleiner ist als der Kammdurchmesser "d₁" des Ganges 11 der Extrusionsschnecke 2, um eine Durchtrittsöffnung 23 zwischen dem sekundären Gang 16 selbst und der Innenfläche 12 des rohrförmigen Körpers 4 (2 – 5) zu lassen. Die Höhe "h₂" der Durchtrittsöffnung 23 liegt bevorzugter Weise zwischen 0,5 mm und 5 mm, beispielsweise in der Größenordung von 1,5 mm zirka für einen Kammdurchmesser "d₁" gleich 80 mm.
Die primären Kanäle 17 und die sekundären Kanäle 18, die durch die Mischgänge 15, 16 begrenzt werden, weisen im Querschnitt eine Ausbildung mit Bogenprofil mit Konkavität auf, die gegenüber der Längsachse X der Schnecke 2 abgewandt ist.
Bevorzugter Weise weist jeder der primären Fließkanäle 17 einen Grunddurchmesser "d₄" auf, der vom Eintrittsende 14a in Richtung des Austrittsendes 14b des zylindrischen Körpers 14 zunimmt. Die Tiefe "h₃" der primären Fließkanäle 17, gemessen gegenüber dem Durchmesser "d₂" des Kammes 19 der primären Mischgänge 15 nimmt ab, indem sie in Richtung des Austritts 8 des rohrförmigen Körpers 4 läuft.
Jeder der primären Kanäle 17 ist überdies stromabwärts zum entsprechenden primären Mischgang 15 gegenüber einer vorgegebenen Drehrichtung angeordnet, die den zylindrischen Körper 14 zugeteilt wird, gleichsinnig mit dem Drehsinn "ω" (1) der Schnecke 2 und gegensinnig zur Aufwickelrichtung R des Ganges 11.
Jeder der sekundären Fließkanäle 18 weist einen Grunddurchmesser "d₅" auf, der vom Eintrittsende 14a in Richtung des Austrittsendes 14b des im wesentlichen zylindrischen Körpers 14 abnimmt. Die Tiefe "h₄" der sekundären Fließkanäle 18 nimmt daher zu, bei Verlauf in Richtung des Ausgangs 8 des rohrförmigen Körpers 4.
Jeder der sekundären Kanäle 18 ist stromaufwärts zum entsprechenden primären Mischgang 15 gegenüber einer Drehrichtung angeordnet, die dem zylindrischen Körper 14 zugeteilt ist.
Der Höchstwert der Tiefe "h₃" und "h_{4" sowohl} der primären Kanäle 17 als auch der sekundären Kanäle 18 liegt bevorzugter Weise zwischen 1/5 und 1/20 und ist gleich etwa 1/10 dem Außendurchmesser "d₁" der Extrusionsschnecke. Der Mindestwert der Tiefe "h3" und "h₉" der primären Kanäle 17 und der sekundären Kanäle 18 liegt seinerseits zwischen 1/3 und 2/3, bevorzugter Weise gleich etwa ½ des genannten Höchstwertes.
Die Aufwickelrichtung V₁, V₂, V₃ der primären 15 und sekundären 16 Mischgänge und daher auch der primären 17 und sekundären 18 Kanäle, kann gegenüber der Aufwickelrichtung R des Förderganges 11 an der Extrusionsschnecke 2 gleich- oder gegensinnig sein. Bevorzugter und vorteilhafter Weise, weist der zylindrische Körper 14 einen ersten 24, einen zweiten 25 und einen dritten 26 Abschnitt auf, die nacheinander längs der Längsachse X der Schnecke 2 angeordnet sind, die mit der Drehachse des zylindrischen Körpers 14 zusammenfällt. Die Aufwickelrichtung V₂ der Gänge 15, 16 der am zweiten Abschnitt 25 angeordneten Strecken sind gegensinnig gegenüber den Aufwickelrichtungen V₁, V₃ der Schnecken der Gänge 15, 16 am ersten und am zweiten Abschnitt 24, 26. An der jeden der Abschnitte 24, 25, 26 zugeordneten Strecke des primären Ganges 15 sind mindestens zwei, bevorzugter Weise drei Durchgangsausnehmungen 20 bereitgestellt, die zueinander mit gleichem Abstand angeordnet sind.
Im einzelnen ist der erste Abschnitt 24 im Bereich des ersten Eintrittsendes 14a des zylindrischen Körpers 14 angeordnet und weist eine Aufwickelrichtung V₁ der eigenen Mischgänge 15, 16 auf, die gegensinnig zur Aufwickelrichtung R des Förderganges 11 der Extrusionsschnecke 2 ist. In der dargestellten Ausführungsform wickelt sich der Fördergang 11 in Uhrzeigersinn vom Eintritt 6 zum Austritt 8 des Extruders 5 auf, während die Mischgänge 15, 16 des ersten Abschnittes 24 in Gegenuhrzeigersinn aufwickeln.
Die Aufwickelrichtung V₂ der Gänge 15, 16 des zweiten, am ersten Abschnitt 14 anliegenden Abschnittes 25, ist gleichsinnig mit der Aufwickelrichtung R des Förderganges 11 und gegensinnig gegenüber der Aufwickelrichtung V1 der Gänge 15, 16 des zweiten Abschnittes 24.
Die Mischgänge 15, 16 des dritten Abschnittes 26 entwickeln sich schließlich gemäß einer Aufwickelrichtung V₃ ab, die gegensinnig zur Aufwickelrichtung R des Förderganges 11 ist und daher gleichsinnig mit der Aufwickelrichtung V₁ des ersten Abschnittes 24 ist.
Gemäß dem, was in den beigefügten Figuren dargestellt ist, weist jeder Abschnitt 24, 25, 26 eine axiale Länge "L" auf, die im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser "D₁" des Förderganges 11 ist, und jedenfalls bevorzugter Weise zwischen 0,5 und 1,5 mal den Kammdurchmesser "d₃" der primären Gänge 15 liegt.
Bevorzugter Weise wickeln sich die Mischgänge 15, 16 nur teilweise um den zylindrischen Körper 14. Insbesondere wickelt sich jeder der primären 15 und sekundären 16 Gänge am entsprechenden Abschnitt 24, 25, 26 gemäß einem Bogen auf, der um die Drehachse des zylindrischen Körpers 14 unter einem Winkel zwischen 45° und 180°, bevorzugter Weise gleich 60° liegt. Auch die primären 17 und sekundären Kanäle 18 wickeln sich gemäß demselben Winkelbereich auf. Wird der in 2 angegebene primäre Kanal 17c, dem Eintrittsquerschnitt des ersten Abschnittes 24 des zylindrischen Körpers 14 entsprechend und, in der 4, dem Austrittsquerschnitt des ersten Abschnittes 24 entsprechend, betrachtet, kann bemerkt werden, wie der Kanal sich in Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel gleich ungefähr 60° aufwickelt.
Jeder der primären 15 und sekundären 16 Kanäle ist gegenüber einer zur Drehachse X des zylindrischen Körpers 14 senkrechten Ebene gemäß einem Winkel β (1) zwischen 30° und 80°, bevorzugter Weise gleich 60° geneigt.
Vorteilhafter Weise ist jede Strecke des primären, dem zweiten Abschnitt 25 angehörenden Mischganges 15 endseitig, an jedem der eigenen abgewandten Enden mit einer entsprechenden Strecke eines der sekundären Mischgänge verbun den, die dem ersten Abschnitt 24 und/oder dem dritten Abschnitt 26 angehören. Jede am zweiten Abschnitt 25 angeordnete Strecke des sekundären Mischganges 16 ist endseitig, an jedem der eigenen abgewandten Enden, mit einer entsprechenden Strecke eines der primären Mischgänge 15 verbunden, die dem ersten Abschnitt 24 und/oder dem dritten Abschnitt 26 angehören.
Es geht überdies hervor, dass die Strecke eines jeden primären Fließkanals 17, der am zweiten Abschnitt 15 angeordnet ist, endseitig mit einer entsprechenden Strecke des sekundären Fließkanals 18 zusammenfließt, der dem ersten Abschnitt 24 und dem zweiten Abschnitt 26 zugeordnet ist. Die sekundären Fließkanäle 18 am zweiten Abschnitt 25 fließen ihrerseits mit den entsprechenden Fließkanälen 17 zusammen, die am ersten Abschnitt 24 und dritten Abschnitt 26 angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf die 4, die den Querschnitt des Ausganges des ersten Abschnittes 24 darstellt, und auf 5, die den Querschnitt des Einganges des zweiten Abschnittes 25 darstellt, der am Querschnitt des Austrittes des ersten Abschnittes 24 anliegt, kann bemerkt werden, wie die Kämme der primären 15 und sekundären 16 Gänge zueinander umgekehrte Positionen aufweisen.
In der Übergangssektion von einem jeden Abschnitt 24, 25, 26 auf den nachfolgenden, weist jeder Gang eine Stufe auf, die auf die verschiedene Höhe der primären Gänge 15 gegenüber den sekundären Gängen 16 zurückzuführen ist.
Der Grund eines jeden primären Fließkanals 17 des zweiten Abschnittes 25 geht hingegen bevorzugter Weise in den Grund des entsprechenden sekundären Fließkanals 18 des ersten und des dritten Abschnittes 24, 26 über und der Grund eines jeden sekundären Fließkanals 18 des zweiten Abschnittes 25 geht seinerseits in den Grund des entsprechenden primären Fließkanals 17 des ersten und des dritten Abschnittes 24, 26 über. Mit anderen Worten, der Grunddurchmesser eines jeden Paars von zueinander gegenüberliegenden Kanälen im Bereich der Durchgangssektion von einem Abschnitt auf den anderen, weist denselben Betrag auf.
Wie in den beigefügten Figuren dargestellt, ist überdies bevorzugter Weise vorgesehen, dass der erste 24 und der dritte 26 Abschnitt strukturell identisch sind.
Die erläuterte Vorrichtung weist daher sechs Wegläufe auf, die sich längs der Achse X vom Eintrittsende 14a zum Austrittsende 14b des zylindrischen Körpers 14 abwickeln. Jeder dieser Wegläufe ist durch eine Strecke des primären Kanals 15 und aus zwei Strecken der sekundären Kanäle 16 oder aus zwei Strecken der primären Kanäle 15 und aus einer Strecke des sekundären Kanals 16 gebildet. In der beigefügten 1 sind zwei solcher Wegläufe P₁, P₂ teilweise ersichtlich. Der erste Weglauf P₁ ist durch eine Strecke des primären Kanals 17 gebildet, der dem ersten Abschnitt 24 zugehört, einer Strecke des sekundären Kanals 18, die dem zweiten Abschnitt 25 zugehört, und einer Strecke des primären Kanals 17 gebildet, die dem dritten Abschnitt 26 zugehört. Der zweite Weglauf P₂ ist durch eine Strecke des sekundären Kanals 17 gebildet, die dem ersten Abschnitt 24 angehört, eine Strecke des primären Kanals 18, die dem zweiten Abschnitt 25 angehört, und eine Strecke des sekundären Kanals 17 gebildet, die dem dritten Abschnitt 26 angehört.
Unter Bezugnahme auf die bevorzugte und erläuterte Ausführungsform, tritt während des Betriebes der Kunststoff, in flüssiger, noch nicht angemessen homogener Form, herkommend vom schraubenförmigen Zwangsweglauf 13 der Schnecke 2, in die primären 17 und sekundären 18 Kanäle des ersten Abschnittes 24 im Bereich des Eintrittsendes 14a des zylindrischen Körpers 14 ein.
Die dem die Kanäle 17, 18 eindringende flüssige Masse besitzt einen Bewegungshauptanteil, der wie die Aufwickelrichtung R des Ganges 11 der Extrusionsschnecke 2 gerichtet ist. Der Verlauf der primären und sekundären Kanäle 17, 18, die im ersten Abschnitt 24 sich gemäß der Aufwickelrichtung V₁ gegenseitig zur Aufwickelrichtung R des Förderganges 11 der Extrusionsschne cke 2 abwickelt, neigt dazu, die Bewegung der Kunststoffmasse zu bremsen.
Teil des Kunststoffes tritt in die primären Kanäle 17 mit einer Tiefe ein, die anfänglich zunimmt und darauffolgend abnimmt, und, gegeben durch die allmähliche Abnahme des Durchgangsquerschnittes längs ihrer Abwicklung, ist das Material gezwungen, oberhalb der Kämme 22 der sekundären Gänge 16 durchzuziehen, die stromabwärts des primären Kanals 17 gegenüber der Drehrichtung ω der Schnecke 2 liegen, sowie durch die Verbindungsausnehmungen 20, die an den Kämmen 19 der primären Gänge 15 gelegen sind, die stromaufwärts des Kanals 17 gegenüber der Drehrichtung ω der Schnecke 2 angeordnet sind. Der von den Ausnehmungen 20 angebotene herabgesetzte Durchgangsquerschnitt verursacht eine Geschwindigkeitserhöhung der Masse, derart, dass erhebliche Verwirbelungen im sekundären Kanal 18 erzeugt werden, in welchem sich diese Ausnehmungen 20 öffnen.
Die aus den primären Kanälen 17 austretende Masse vergießt sich in die sekundären Kanäle 18, die umfangsmäßig an den primären Kanälen 17 anliegen, deren Querschnitt in Richtung des zweiten Abschnittes 15 des zylindrischen Körpers 14 zunimmt. Jeder sekundäre Kanal 18 nimmt Material auf, das vom Kamm 22 des anliegenden sekundären Kanals 16 gemäß vielfältigen Richtungen und Geschwindigkeiten stammt, wobei ein erheblicher Mischeffekt mit der Masse bewirkt wird, die schon im sekundären Kanal 18 selbst fließt.
Insbesondere bewirken die Ausnehmungen 20 der primären Gänge 15 einen vorwiegenden, verwirbelnden Mischeffekt, während die Kämme 22 der sekundären Gänge 16 vor allem einen Schneideffekt verursachen, verstanden als Streckung und Trennung der polymeren Strukturen, die jeden in den Extruder eingegebenen Harz zusammensetzen.
Die Plastikmasse, bei Erreichen des zweiten Abschnittes 25, neigt dazu, insgesamt die eigene Geschwindigkeit zu erhöhen, dadurch gegeben, dass die Kanäle 17, 18, in die sie eintritt, gleichsinnig mit der Aufwickelrichtung R des Ganges 11 der Schnecke 2 sind.
Jeder Wegverlauf P₁, P₂ im Bereich des zweiten Abschnittes 25 bewirkt überdies auf der Plastikmasse eine Wirkung, die zu jener im ersten Abschnitt 24 entgegengesetzt ist, da die sekundären Kanäle 18 ihre eigene Abwicklung wie die primären Kanäle 17 und umgekehrt fortsetzen.
Die Bewegungen der Plastikmasse sind ähnlich wie oben eingehend für den ersten Abschnitt beschrieben, jedoch durch höhere Geschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die verschiedenen Bewegungsanteile auszugleichen, ist bevorzugter Weise vorgesehen, dass im zweiten Abschnitt 25 jede Verbindungsausnehmung 20 sich gemäß einer Richtung abwickelt, die im wesentlichen zur Drehachse des im wesentlichen zylindrischen Körpers 14, anstatt senkrecht zum primären Gang 15 abwickelt, wie im ersten und dritten Abschnitt 24, 26 vorfindbar.
Im dritten 26 und letztem Abschnitt hat man einen neuen Wechsel der Betriebsweise der Kanäle 17, 18 und eine neue Neigung zur Verlangsamung der Bewegungen der Masse in Richtung des Austritts, dadurch gegeben, dass die Ausrichtung der Kanäle gegenüber der Aufwickelrichtung R des Ganges 11 an der Schnecke 2, wie für den ersten Abschnitt 24 geschehen, gegensinnig ist.
Der flüssige Kunststoff, der durch die Mischvorrichtung 1 fließt, wird schließlich von einem Wegverlauf P₁, P₂ zum anderen während des Vorrückens in Richtung der Austrittsöffnung 8 des Extruders 5 verdrängt. Die die Masse zusammensetzende Materialströme kreuzen sich gegenseitig und unterliegen den Geschwindigkeitszunahmen und -abnahmen, sowie Schließrichtungsänderungen, derart, dass das Material selbst den Schneid-, Misch- und Walzarbeiten ausgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung erzielt so die vorgeschlagenen Aufgaben.
Die von der Erfindung vorgeschlagenen, neuen Vorkehrungen tragen nämlich zu erheblichen Verbesserungen in der Homogenität des Materials am Ausgang aus dem Extruder bei.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt nämlich die Dichte des Materials gleichförmig zu gestalten und die Vermischungen der Harze, aus dem es besteht, über die Herabsetzung der Spurnetze der die Harze selbst zusammensetzende Polymere optimal zu gestalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt überdies, das Plastifizierniveau des Materials zu erhöhen ohne auf eine übermäßige Erhöhung der Geschwindigkeit zurückgreifen zu müssen, die einen physikalischen, chemischen Abbau des zu bearbeitenden Materials verursachen könnte.
Die Heranziehung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt, die Verweilzeiten des Materials im Extruder herabzusetzen und daher die Produktivität desselben zu erhöhen. Wird der Extruder beispielsweise zusammen mit einer Spritzgussmaschine verwendet, erlaubt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Herabsetzung der Einspritzzeiten.

Claims

Mischvorrichtung für Extruder, umfassend: – einen im wesentlichen zylindrischen Körper, der endseitig mit einer Extruderschnecke (2) in Eingriff gebracht werden kann, die einen Schaft (10) und einen schraubenförmig den Schaft (10) umwickelnden Fördergang (11); – mindestens einen primären Mischgang (15), der schraubenförmig mindestens teilweise den im wesentlichen zylindrischen Körper (14) gemäß einer vorgegebenen Umwickelrichtung (V) umwickelt und einen vorgegebenen Kammdurchmesser (d₂) aufweist; – mindestens einen sekundären Mischgang (16), der schraubenförmig mindestens teilweise den im wesentlichen zylindrischen Körper (14) gleichsinnig mit der vorgegebenen Aufwickelrichtung (V) umwickelt und einen Kammdurchmesser (d₃) aufweist, der kleiner ist als der Kammdurchmesser (d₂) des primären Mischganges (15) ist; wobei der mindestens eine primäre Mischgang (15) mindestens einen primären Fließkanal (17) und mindestens einen sekundären Fließkanal (18) begrenzt, die im wesentlichen parallel sind; wobei der mindestens eine primäre Mischgang (15) überdies am eigenen Kamm (19) mindestens eine Verbindungsausnehmung (20) zwischen dem entsprechenden, primären Fließka nal (17) und dem entsprechenden sekundären Fließkanal (18) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper (14) einen ersten Abschnitt (24) und einen zweiten Abschnitt (25) aufweist, die in Axialrichtung aufeinanderfolgen, wobei die Aufwickelrichtung (V₁) des primären Mischganges (15) und des sekundären Mischganges (16) am ersten Abschnitt (24) gegenüber der Aufwickelrichtung (V₂) des primären Mischganges (15) und des sekundären Mischganges (16) am zweiten Abschnitt (15) gegensinnig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der mindestens ein primärer Fließkanal (15) eine Tiefe (h₃) aufweist, die vom Eingangsende (14a) in Richtung eines Ausgangsendes 14b des im wesentlichen zylindrischen Körpers (14) abnimmt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der mindestens ein primärer Fließkanal (15) stromabwärts des entsprechenden, primären Mischganges (17) gegenüber einer dem zylindrischen Körper (14) zugeordneten, vorgegebenen Drehrichtung (ω) liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der mindestens ein sekundärer Fließkanal (18) eine Tiefe (h₄) aufweist, die vom Eingangsende (14a) in Richtung eines Ausgangsendes (14b) des im wesentlichen zylindrischen Körpers (14) abnimmt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der der mindestens eine sekundäre Schließkanal (18) stromaufwärts des entsprechenden primären Mischganges (15) gegenüber einer vorgegebenen, dem zylindrischen Körper (14) zugeordneten Drehrichtung (ω) liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der sich mindestens eine Verbindungsausnehmung (20) gemäß einer Richtung abwickelt, die im wesentlichen zur Abwicklung des Kammes des primären Mischganges (51) senkrecht liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der mindestens eine Verbindungsausnehmung (20) eine Tiefe (h₁) aufweist, die niedriger ist als die Tiefe (h₃,h₄) der primären und sekundären Mischkanäle (17, 18).
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der der primäre Mischgang (15) am eigenen Kamm (19) mindestens zwei Verbindungsausnehmungen (20) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, umfassend mindestens zwei primäre Mischgänge (15) und mindestens zwei sekundäre Mischgänge (16), die um den im wesentlichen zylindrischen Körper (14) gewickelt und gemäß einer wechselweisen Folge längs Umfangsabwicklung des im wesentlichen zylindrischen Körpers (14) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der sich jeder der primären (15) und sekundären (16) Gänge um den zylindrischen Körper (14) gemäß einem Bogen wickelt, der unter einem Winkel zwischen 45° und 180° um eine Drehachse (X) des zylindrischen Körpers (14) liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der jeder der primären (15) und sekundären (16) Gänge gegenüber einer Ebene geneigt ist, die zur Drehachse (X) des zylindrischen Körpers (14) gemäß einem Winkel (β) zwischen 30° und 80° senkrecht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der im zweiten Abschnitt (25) jede Verbindungsausnehmung (20) sich gemäß einer Richtung abwickelt, die im wesentlichen zur Drehachse des im wesentlichen zylindrischen Körpers (14) senkrecht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zylindrische Körper (14) überdies einen dritten, dem zweiten Abschnitt (25) axial folgenden Abschnitt (26) aufweist, wobei die Aufwickelrichtung (V₃) des primären Mischganges (15) und sekundären Mischganges (16) am dritten Abschnitt (26) gegenüber der Aufwickelrichtung (V₂) des primären Mischganges (15) und des sekundären Mischganges (16) am zweiten Abschnitt (25) gegensinnig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder primäre Mischgang (15) am zweiten Abschnitt (25) endseitig mit einem entsprechenden sekundären Mischgang (16) am ersten Abschnitt (24) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder primäre Mischgang (15) am zweiten Abschnitt (25) endseitig mit einem entsprechenden sekundären Mischgang (16) am zweiten Abschnitt (14) und mit einem entsprechenden sekundären Mischgang (16) am dritten Abschnitt (26) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder primäre Fließkanal (17) im zweiten Abschnitt (25) endseitig mit einem entsprechenden sekundären Fließkanal (18) im ersten Abschnitt (24) zusammenfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 13, bei der jeder Abschnitt (24, 25, 26) des zylindrischen Körpers (14) eine axiale Länge (1) aufweist, die zwischen 0,5 und 1,5 mal den Kammdurchmesser (d₂) des primären Mischganges (15) liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen, bei der mindestens ein primärer Fließkanal (17) und mindestens ein sekundärer Fließkanal (18) im Querschnitt ein bogenförmiges Profil aufweisen.
Extruderschnecke umfassend einen Schaft (10) und einen schraubenförmig den Schaft (10) umwickelnden Fördergang (11, bei der sie eine Mischvorrichtung (1) gemäß einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen umfasst.
Extruderschnecke nach Anspruch 19, bei der jeder primäre Mischgang (15) der Mischvorrichtung (1) einen Kammdurchmesser (d₂) gleich einem Kammdurchmesser (d₁) des Förderganges (11) aufweist.
Extruderschnecke nach Anspruch 19, bei der die Aufwickelrichtung (V) des mindestens einen primären Mischganges (15) und des mindestens einen sekundären Mischganges (16) gegenüber der Aufwickelrichtung (R) des Förderganges (11) gegensinnig ist.
Extruder umfassend: – einen Rohrkörper (4), der eine Eingangsöffnung (6) und eine Ausgangsöffnung (8) aufweist; – eine Extruderschnecke (2), die im Rohrkörper (4) drehbar eingebracht ist; – Antriebsmittel, um die Schnecke (2) in Drehung zu versetzen; dadurch gekennzeichnet, dass er überdies eine Mischvorrichtung (1) gemäß einem oder mehreren Ansprüchen von 1 bis 18 umfasst.