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Dokumentenidentifikation DE102007022287B4 22.01.2009
Titel Extrudermischer
Anmelder Cincinnati Extrusion GmbH, Wien, AT
Erfinder Weilguny, Herbert, Mödling, AT;
Karlbauer, René, Judenburg, AT
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Ass., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 12.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007022287
Offenlegungstag 13.11.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2009
IPC-Hauptklasse B29C 47/60  (2006.01)  A,  F,  I,  20070802,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse B29C 47/64  (2006.01)  A,  L,  I,  20070802,  B,  H,  DE
B29C 47/38  (2006.01)  A,  L,  I,  20070802,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Extrudermischer mit einer Extruderschnecke, bestehend aus mindestens einer Hülse (1) und einer darin gelagerten zylindrischen Schneckenspitze (2), wobei die Schneckenspitze (2) längliche Bohrungen (3) und die Hülse (1) längliche Durchbrüche (4) aufweist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Schneckenspitze (2) mindestens eine partielle radiale Erhöhung (5) aufweist, deren Außendurchmesser (6) größer als der Innendurchmesser (7) der Hülse (1) ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Extrudermischer mit einer Extruderschnecke, bestehend aus mindestens einer Hülse und einer darin gelagerten zylindrischen Schneckenspitze, wobei die Schneckenspitze längliche Bohrungen und die Hülse längliche Durchbrüche aufweist, wobei die Bohrungen und die Durchbrüche miteinander in fluidischer Verbindung stehen.

Gattungsgemäße Mischer sind aus der AT 393 989 B offenbart und umfassen einen hohlzylindrischen Statorteil und einen zylindrischen Rotorteil, welcher innerhalb des Stators drehbar ist, wobei die einander gegenüber liegenden Oberflächen des Rotors und Stators jede für sich eine Mehrzahl paralleler, sich über den Umfang erstreckender Reihen von Höhlungen bzw. Bohrungen, welche gegeneinander axial versetzt sind, aufweisen. Diese Höhlungen sind im Rotor sowie im Stator in halbkugelförmiger Gestalt beschrieben.

Derartige Extrudermischer sind in erster Linie für Viskoseflüssigkeiten wie geschmolzener Kunststoff und Gummis gedacht, bei denen das Mischgut aus einer Vertiefung heraus in andere Vertiefungen oder Bohrungen übergeben wird. Derartige Extrudermischer werden üblicherweise als „cavity-transfer type" Mischer bezeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen bestehenden Extrudermischer dahingehend zu verbessern, dass eine Übergabe des zu mischenden Materials innerhalb der Vertiefungen oder Bohrungen jederzeit gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, diese Übergabe auch sicherzustellen, wenn beispielsweise durch eine Beschädigung die Spitze der Schnecke (des Extruders) bricht.

Die Lösung ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenspitze mindestens eine partielle radiale Erhebung aufweist, deren Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser der Hülse ist. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass bei einem Bruch der Schneckenspitze diese nicht aus der Hülse entweichen kann.

Damit das zu mischende Kunststoffmaterial auch in den vorderen Bereich der Schneckenspitze gelangen kann, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass die Erhebung in Umfangsrichtung partiell unterbrochen ist und im unterbrochenen Bereich eine längliche Nut angeordnet ist. Es ist also in dem Bereich ohne eine radiale Erhöhung eine längliche Nut angeordnet.

Die längliche Nut steht vorteilhafterweise mit einer länglichen Bohrung in Verbindung und vereinigt sich mit dieser. Es kann also zu mischendes Material von der länglichen Nut in die längliche Bohrung gelangen.

Um den Mischungseffekt zu erzeugen, d. h. den Transport des zu mischende Materials in eine Vertiefung hinein und aus der Vertiefung hinaus sicherzustellen, ist vorgesehen, die länglichen Bohrungen über die Schneckenspitze in axialer Richtung zu verteilen. Die länglichen Bohrungen bilden somit eine komplette Bohrreihe in axialer Richtung. Die Bohrungen sind zueinander beabstandet, wobei dies vorzugsweise gleichmäßig der Fall ist.

Dieses Bohrbild wiederholt sich weiterbildungsgemäß um den Umfang der Schneckenspitze. Hierbei ist jedoch vorgesehen, dass sich jede zweite Reihe zur ersten Reihe versetzt ausbildet, wobei der Versatz mindestens 30–60% der Länge einer Bohrung beträgt. Dies hat den Vorteil, dass eine quer verlaufende Bohrung in der die Schneckenspitze umhüllenden Hülse zwei benachbarte Bohrungen in der Schneckenspitze überlappt, weshalb auch erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass sich die in Umfangsrichtung erstreckenden länglichen Durchbrüche in der Hülse in axialer Richtung wiederholen, wobei auch hier jede zweite Anordnung der länglichen Durchbrüche um mindestens 30–60% der Länge eines Durchbruches verdreht angeordnet ist. Es ist somit sichergestellt, dass eine Mehrzahl von länglichen Bohrungen mit einer Mehrzahl von länglichen Durchbrüchen überlappt.

Damit das zu mischende Material bei jeder Stellung der Schneckenspitze zur Hülse durch das gesamte Gebilde gefördert werden kann, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass die Länge einer länglichen Bohrung und/oder der axiale Abstand der länglichen Durchbrüche so gewählt ist, dass mindestens eine fluidische Verbindung, in Extrusionsrichtung betrachtet, zwischen dem Bereich vor der partiell radialen Erhöhung und dem Raum um die Hülse erhalten bleibt.

Diese fluidische Verbindung bleibt auch erhalten, wenn beispielsweise die Schnecke brechen sollte, denn in diesem Fall würde die Schneckenspitze wie oben erwähnt mit ihrer radialen Erhöhung an der Hülse anschlagen, weshalb weiterbildungsgemäß vorgesehen ist, dass die fluidische Verbindung erhalten bleibt, wenn die Schneckenspitze mit einer Fläche, die sich an der radialen Erhöhung befindet, an der Hülse anliegt.

In den Zeichnungen ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.

1 zeigt die erfindungsgemäße Schneckenspitze und

2 ein Beispiel mit einer gebrochenen Schneckenspitze, die

3 zeigt Ausschnitte aus der Abwicklung der Hülse und der Schneckenspitze

In 1 ist eine Schneckenspitze 2 dargestellt, die in eine Hülse 1 angeordnet ist. Die Schneckenspitze weist partielle Erhebungen 5 auf, deren Außendurchmesser 6 größer ist als der Innendurchmesser 7 der Hülse 1. Die Erhebung 5 ist partiell unterbrochen, wobei in dem unterbrochenen Bereich längliche Nuten 8 eingebracht sind. Jede der länglichen Nuten 8 steht mit einer länglichen Bohrung 3 in der Schneckenspitze 2 in Verbindung. Die länglichen Bohrungen 3 in der Schneckenspitze 2 wiederholen sich in axialer Richtung. Der Abstand zu einer benachbarten Bohrung ist hierbei jeweils gleich gehalten. Die Hülse 1 weist längliche Durchbrüche 4 auf, die sich ebenfalls in axialer Richtung wiederholen. Durch diese Anordnung von länglichen Bohrungen 3 und länglichen Durchbrüchen 4 ist sichergestellt, dass eine fluidische Verbindung von dem Bereich 10 vor der Erhebung 5, beispielsweise über eine der Nuten 8, einer länglichen Bohrung 3 und einem länglichen Durchbruch 4, zu dem Raum 11 um die Hülse 1 gewährleistet ist.

2 zeigt eine analoge Abbildung zu 1, wobei hier jedoch die Schneckenspitze 2 bedingt durch einen Riss an der Hülse 1 anschlägt. Es ist also wiederum die Hülse 1 mit den länglichen Durchbrüchen 4 sowie die Schneckenspitze mit den länglichen Bohrungen 3 zu sehen. Die Schneckenspitze 2 liegt jetzt jedoch mit ihrer Erhebung 5 an der Hülse 1 an, wobei die Fläche 9 der Erhebung 5 eine korrespondierende Fläche an der Hülse 1 berührt. Trotz dieses Anschlages der Schneckenspitze 2 an der Hülse 1 bleibt die fluidische Verbindung von dem Bereich 10 vor der Erhebung 5 über die längliche Nut 8, der länglichen Bohrung 3 und dem länglichen Durchbruch 4 zum Raum 11 um die Hülse 1 erhalten.

Die erhaltene fluidische Verbindung in jeder Stellung der Schneckenspitze 2 zur Hülse 1 wird über die drei dargestellten Ausschnitte einer Abwicklung der Hülse 1 in Überlappung der Abwicklung der Schneckenspitze 2 verdeutlicht. So zeigt 3a eine Abwicklung der beiden Teile, wobei hier zusätzlich die Hülse noch durch einen Zwischenring 12 zum Austritt an der Werkzeugadaptierung beabstandet ist. In der 3b fehlt dieser zusätzliche Zwischenring 12 und in der 3c ist eine Abwicklung dargestellt, bei der die Schneckenspitze 2 gebrochen ist und mit der Erhebung 5 an der Hülse 1 anliegt.

Anhand der nachfolgenden Erläuterung wird dargestellt, wie die Kunststoffschmelze die einzelnen Bereiche durchläuft, wobei die Mehrzahl der Nuten 8, die länglichen Bohrungen 3 und die länglichen Durchbrüche 4 mit einer laufenden Folgenummer analog einer Matrix verdeutlicht werden.

Wie aus 3a ersichtlich fließt der Schmelzestrom über die Schneckenspitze 2 bis zur Erhebung 5 und von dort über die Erhebung 5 und auch durch die Nuten 8 in der Erhebung 5. Diese Nuten 8 enden in den länglichen, axial angeordneten Bohrungen 3 der Schneckenspitze 2, beispielhaft wird dies an einer Strecke des Schmelzeflusses erläutert. Von der länglichen Nut 8.1 fließt der Schmelzestrom weiter in die längliche Bohrung 3.1.1 und über die länglichen, um den Umfang laufenden Durchbrüche 4 in der Hülse 1, hier nur der Durchbruch 4.1 beispielhaft angesprochen, in die am Umfang nächstliegende, längliche, axiale Bohrung 3.2.1 der Schneckenspitze 2. Dort wird der Schmelzestrom aus der Bohrung 3.1.1 mit dem Schmelzestrom aus der benachbarten Nut 8.2 zusammengeführt und in der länglichen Bohrung 3.2.1 vermischt und bis zum länglichen Durchbruch 4.2 weitergeführt. Über diesen Durchbruch gelangt die Schmelze weiter bis zur am Umfang nächstliegenden, länglichen, axialen Bohrung 3.3.2. Dieser Wechsel zwischen länglichen Bohrungen 3 (über die Bohrungen 3.4.2., 3.5.3. und 3.6.3.) und länglichen Durchbrüchen 4 (über die Durchbrüche 4.3, 4.4 und 4.5) erstreckt sich, bis die Schmelze in der länglichen Bohrung 3.6.3 angelangt ist, dort austritt und in die Werkzeugadaptierung eintritt.

Ähnlich verhält es sich, wenn der Zwischenring 12 nicht angeordnet ist, hier kommt lediglich hinzu, dass der Schmelzefluss zusätzlich weiter aufgeteilt wird. Im Einzelnen ergibt sich dann die folgende Betrachtung, die in 3b dargestellt ist:

Der Schmelzestrom fließt über die Schneckenspitze 2 bis zur Erhebung 5 der Schneckenspitze 2 und von dort über die Erhebung 5 und auch durch die Nuten 8 in der Erhebung 5. Diese Nuten 8 enden in den länglichen, axial angeordneten Bohrungen 3 der Schneckenspitze 2, beispielhaft wird dies wieder an einer Strecke des Schmelzeflusses erläutert. Von der länglichen Nut 8.1 fließt der Schmelzestrom weiter in die längliche Bohrung 3.1.1 und über die länglichen, um den Umfang laufenden Durchbrüche 4 in der Hülse 1, hier nur der Durchbruch 4.1 beispielhaft angesprochen, in die am Umfang nächstliegende, längliche, axiale Bohrung 3.2.1. der Schneckenspitze 2, wird aber auch durch die zusätzliche Überlappung in die längliche Bohrung 3.1.2. gefördert, wo er sich mit dem Strom aus dem Durchbruch 4.2.x. vereinigt. In der Bohrung 3.2.1. wird der Schmelzestrom aus der Bohrung 3.1.1. und eventuell 3.1.2. mit dem Schmelzestrom aus der benachbarten Nut 8.2. zusammengeführt und in der länglichen Bohrung 3.2.1. vermischt und bis zum länglichen Durchbruch 4.2. weitergeführt. Über diesen Durchbruch gelangt die Schmelze weiter bis zur am Umfang nächstliegenden länglichen axialen Bohrung 3.3.2. Auch dieser Wechsel zwischen länglicher Bohrung 3 (über die Bohrungen 3.4.2., 3.5.3. und 3.6.3.) und länglichen Durchbrüchen 4 (über die Durchbrüche 4.3, 4.4 und 4.5) erstreckt sich, bis die Schmelze in der länglichen Bohrung 3.6.3. und länglichem Durchbruch 4.6. angelangt ist, dort austritt und in die Werkzeugadaptierung eintritt. Durch die zusätzliche Überlappung des Durchbruchs 4 mit drei anstatt zwei Bohrungen 3, wie gemäß 3a, wird eine weitere Schmelzeaufteilung erreicht und somit eine verbesserte Durchmischung.

Im Falle eines Schneckenbruchs wird die Schneckenspitze 2 soweit in Extrusionsrichtung verschoben, bis die Erhebung 5 auf der Schneckenspitze 2 an der Fläche, hier Fase 9 der Mischhülse 1, anliegt und somit axial feststeht. In diesem Fall fließt der Schmelzestrom über die Schneckenspitze 2 bis zur Erhebung 5, einem Stützring der Schneckenspitze 2, und von dort ausschließlich durch die Nuten 8 im Stützring. Der Schmelzeverlauf kann wiederum aus der 3c entnommen werden. Diese Nuten 8 enden nämlich in den länglichen, axial angeordneten Bohrungen 3 der Schneckenspitze 2, wobei nun der Schmelzestrom anschließend von den axialen Bohrungen 3 über die länglichen, um den Umfang laufenden Durchbrüche 4 der Mischhülse 1 in die am Umfang nächstliegende, längliche, axiale Bohrung 3 der Schneckenspitze 2 weitertransportiert wird. Dort wird der Schmelzestrom mit dem Schmelzestrom aus der benachbarten Nut 8 zusammengeführt und vermischt, sowie, wie oben beschrieben, über die Bohrungen 3 und die Durchbrüche 4 transportiert, bis der Schmelzestrom schließlich bei den axialen, länglichen Bohrungen 3.x.6. austritt und in die Werkzeugadaptierung eintritt.

Es wird also in jeder Lage der Schneckenspitze zur Hülse sichergestellt, dass der Schmelzefluss erhalten bleibt.

1
Hülse
2
Schneckenspitze
3
längliche Bohrung in 2
4
länglicher Durchbruch in 1
5
Erhebung an 1
6
Außendurchmesser von 5
7
Innendurchmesser von 1
8
längliche Nut
9
Fläche an 5
10
Bereich vor 5
11
Raum um 1
12
Zwischenring


Anspruch[de]
Extrudermischer mit einer Extruderschnecke bestehend aus mindestens einer Hülse (1) und

einer darin gelagerten zylindrischen Schneckenspitze (2),

wobei die Schneckenspitze (2) längliche Bohrungen (3) und die Hülse (1) längliche Durchbrüche (4) aufweist,

wobei die Bohrungen (3) und die Durchbrüche (4) miteinander in fluidischer Verbindung stehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schneckenspitze (2) mindestens eine partielle radiale Erhebung (5) aufweist, deren Außendurchmesser (6) größer als der Innendurchmesser (7) der Hülse (1) ist.
Extrudermischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (5) in Umfangsrichtung partiell unterbrochen ist und im unterbrochenen Bereich eine längliche Nut (8) angeordnet ist. Extrudermischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die längliche Nut (8) mit einer länglichen Bohrung (3) vereinigt. Extrudermischer nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Bohrungen (3) in axialer Richtung eine Bohrreihe bilden und zueinander, vorzugsweise gleichmäßig, beabstandet sind. Extrudermischer nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrreihe der länglichen Bohrungen (3) um den Umfang der Schneckenspitze (2) wiederholt, wobei jede zweite axiale Bohrreihe in axialer Richtung um mindesten 30–60% der Länge einer Bohrung versetzt ist. Extrudermischer nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die länglichen Durchbrüche (4) der Hülse (1) in Umfangsrichtung erstrecken und zueinander, vorzugsweise gleichmäßig, beabstandet sind. Extrudermischer nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die in Umfangsrichtung erstreckenden länglichen Durchbrüche (4) in axialer Richtung wiederholen, wobei jede zweite Anordnung der länglichen Durchbrüche (4) um mindesten 30–60% der Länge eines Durchbruchs verdreht angeordnet ist. Extrudermischer nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer länglichen Bohrung (3) und/oder der axiale Abstand der länglichen Durchbrüche (4) so gewählt ist, dass bei jeder Stellung der Schneckenspitze (2) zur Hülse (1) mindestens eine fluidische Verbindung, in Extrusionsrichtung betrachtet, zwischen dem Bereich (10) vor der partiellen radialen Erhebung (5) und dem Raum (11) um die Hülse (1) erhalten bleibt. Extrudermischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Verbindung erhalten bleibt, wenn die Schneckenspitze (3) mit einer Fläche (9) der partiellen radialen Erhebung (5) an der Hülse (1) anliegt.






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