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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Extruder mit mehreren Wellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein derartiges Schneckenelement für eine Extrudermaschine
ist aus der
US 5,573,332 bekannt. Das
Schraubenelement ist im Querschnitt tränenförmig. Zwei Schneckenelemente
sind nebeneinander auf zwei Wellen eines Doppelschneckenextruders angebracht.
Die freie Fläche
einer Schnecke reibt die gegenüberliegende
freie Fläche
der anderen Schnecke. Dies erzeugt eine breite Scherzone, die wiederum
die Temperatur des Schüttguts
erhöht.
Des Weiteren gibt es einen geringen Fluss quer zum Kanal.
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Schneckentransporthülsen für Doppelschneckenextruder
sind wohl bekannt. Im Allgemeinen sind die Schneckenhülsen allgemein
mit 2 oder 3 Schneckengängen
versehene Hülsen,
die 2 oder 3 Schneckenelemente aufweisen, die sich schraubenförmig entlang
der Länge
der Hülse
erstrecken. Der Spitzenabschnitt der Schneckenelemente ist im Allgemeinen flach.
Diese Schneckenhülsen
des Standes der Technik werden so hergestellt, dass die Spitzenabschnitte
der Seite an Seite angeordneten Schneckenelemente im Allgemeinen
miteinander in Eingriff treten, wenn sie auf einem Doppelschneckenextruder
montiert werden. Die Endwände
einer normalen Schneckenhülse
haben flache Oberflächen.
Die flache Oberfläche
der Endwand weist einen zentralen ringförmigen Abschnitt mit zwei Keulen,
die sich diametral entgegengesetzt zueinander vom zentralen Abschnitt
erstrecken, auf.
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Jede der Keulen besitzt einen gekappten Spitzenabschnitt.
Im Allgemeinen werden zwei oder mehr der Schneckenhülsen Ende
an Ende angeordnet, um eine kontinuierliche schraubenförmige Schnecke
auf jeder Seite an Seite liegenden Welle des Doppelschneckenextruders
bereit zu stellen. Diese Schneckenhülsen werden im Allgemeinen
für das
Transportieren von Material im Extruder verwendet.
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Eine mit einem einzelnen Schneckengang versehene
Hülse ist
für die
Verwendung, um einen Druck im Allgemeinen am Ende eines Extruders
aufzubauen, bekannt. Dieser Typ einer Schneckenhülse hat jedoch einen großen gekrümmten Spitzenabschnitt,
der das Fließen
des Produkts von einer Hülse zu
ihrer Seite an Seite angeordneten Hülse gestattet, wie das die
oben beschriebenen mit 2 oder 3 Schneckengängen versehenen Hülsen tun.
Somit wird diese bekannte mit einem Schneckengang versehene Hülse im Allgemeinen
nicht für
das Transportieren/Mischen von Material verwendet.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin, einen Doppelschneckenextruder mit Schneckenelementen zu ermöglichen,
der eine geringe Interaktion des Spitzenbereiches hat und ein besseres
Mischen unterstützt.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale
des Kennzeichnungsteils von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Aspekt der Erfindung besteht
darin, dass eine mit einem einzelnen Schneckengang versehene Extruderschneckenhülse, das
Material, das in einem Extruder mit zwei oder mehr Schnecken transportiert wird,
sowohl transportiert als es auch etwas mischt. Darauf wird nachfolgend
unter der Bezeichnung einer mit einem einzelnen Schneckengang versehene Schnecken-Transport/Mischungs-Hülse Bezug
genommen. Die Doppelschnecken-Transport/Mischungs-Hülsen haben
nur ein schraubenförmiges Schneckenelement,
das sich entlang der Länge
der Hülsen
erstreckt. Die Schneckenelemente haben einen äußeren Durchmesser und einen
inneren Durchmesser, wobei die Hülse
eine Bohrung aufweist, um die Hülse
an einer Antriebswelle zu befestigen. Eine Endwand der Hülse weist
eine Querschnittsform auf, die einen zentralen ringförmigen Abschnitt
und nur eine Keule, die sich radial vom ringförmigen Abschnitt erstreckt,
umfasst. Die Keule hat einen gekappten Spitzenabschnitt, der sich über einen
Winkel von 15° bis
30° und
vorzugsweise von 22° bis
24° erstreckt.
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Im Allgemeinen werden zwei oder mehr
der Schneckenhülsen
Ende an Ende auf jeder der Seite an Seite liegenden Antriebswellen
platziert. Wenn sie in einer Ausrichtung von 0° platziert werden, so wird jede
Interaktion des Spitzenbereichs eliminiert, und sie liefern eine
Kanalaufteilung, um das Material aufzuteilen und ein besseres Mischen
zu unterstützen.
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Die Schneckenhülsen weisen vorzugsweise ein
Verhältnis
des äußeren Durchmessers
zum inneren Durchmesser von ungefähr 1,4 bis ungefähr 1,7 und
vorzugsweise von 1,55 auf, wobei das Schneckenelement eine Steigung
von ungefähr
dem 0,5 bis 2-fachen des äußeren Durchmessers
besitzt, und der äußere Durchmesser
im Bereich von 25 bis 380 mm liegt.
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Die Materialien, die durch meine
Schneckenhülsen
transportiert und gemischt werden können, sind im Allgemeinen verschiedene
Typen von Polymeren, Stärke
und viskosen Substanzen.
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Die Schneckenhülsen werden in ihrer Anwendung
für einen
Doppelschneckenextruder beschrieben. Die Schneckenhülsen können jedoch
mit einem Extruder verwendet werden, der mehr als zwei Seite an
Seite liegende Schnecken oder Wellen aufweist (Multi-Schnecken-
oder Vielwellen-Extruder).
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Die Schneckenhülsen sind so konstruiert, dass
wenn sie auf den Wellen des Vielwellenextruders montiert werden,
sie in Bezug auf ihre jeweilige Welle nicht drehbar sind. Dies erfolgt
durch Nut- oder Keilverbindungen auf der Hülse und der entsprechenden
Welle.
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Weitere Aspekte und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden Ausführungsform in Verbindung mit
den Zeichnungen deutlich.
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1A ist
eine perspektivische Ansicht eines Paares von Doppelschneckenhülsen des
Standes der Technik.
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1B und 1C zeigen schematisch die Arbeitsprinzipien
der Hülsen
der 1A.
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2A ist
eine Aufsicht auf die rechte Seite einer der Hülsen der 1.
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2B ist
eine Aufsicht auf die rechte Seite einer anderen Doppelschneckenhülse des
Standes der Technik.
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2C ist
eine Aufsicht auf die rechte Seite einer nochmals anderen Doppelschneckenhülse des Standes
der Technik.
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3 ist
eine Aufsicht auf eine mit einem einzelnen Schraubengang versehene
Hülse.
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4 ist
eine schematische Endansicht der arbeitenden Schneckenhülsen der 3.
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5 ist
eine obere perspektivische Ansicht einer Extruderschneckenhülse mit
mehreren Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
eine Aufsicht auf die rechte Seite der 5.
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7 entspricht
einem Ausführungsbeispiel des
Standes der Technik gemäß
US 5 573 332 .
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8 ist
eine Endansicht einer der Seite an Seite liegenden Schneckenhülsen der 6 in einer Ausrichtung von
0°.
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9 ist
eine schematische Ansicht eines Extruders mit mehreren Schnecken.
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1 zeigt
ein Paar von Schneckenhülsen (screw
bushing) 11 eines Doppelschneckenextruders des Standes
der Technik für
das Transportieren von Material in einem Doppelschneckenextruder.
Die Hülsen
sind nebeneinander angeordnet gezeigt, so wie sie auf Doppelschneckenextruderwellen
montiert sind. Die Schneckenhülsen 11 sind
identisch zueinander. Die Schneckenhülsen 11 sind mit zwei
Schneckengängen
versehene Elemente. Das heißt,
sie weisen zwei schraubenförmige
Schneckenelemente 12 und 13 auf. Die schraubenförmigen Schneckenelemente 12 und 13 besitzen
flache schraubenförmige Spitzenabschnitte 14 beziehungsweise 16.
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Die Hülsen 11 haben einen
zentralen Durchlass oder eine Bohrung, sodass sie auf den Antriebswellen
eines Extruders befestigt werden können. Die Bohrung hat eine
passende Befestigung, um die Hülsen
an den Extruderantriebswellen zu befestigen, sodass sie sich relativ
zu ihren jeweiligen Wellen nicht drehen.
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Die 1B und 1C zeigen schematisch das Arbeitsprinzip
der Transportelemente der Hülsen 11, wenn
sie in einer Ausrichtung von 90° montiert
und beide in derselben Richtung gedreht werden.
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Die 2A–2C zeigen nur beispielhaft einige Halterungen,
die mit den Schneckenhülsen
des Standes der Technik verwendet werden, wobei diese mit den Schneckenhülsen, die
hier beschrieben sind, verwendet werden können. Die 2A zeigt
die Verwendung von 24 Zähnen
mit Evolventenflanken, die 2B zeigt
die Verwendung von sechs Nuten und Vorsprüngen mit geraden Seiten, die 2C zeigt die Verwendung von zwei Nuten
und die 4 zeigt die
Verwendung einer einzelnen Nut.
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Dies sind nur einige der bekannten
Antriebswellenbefestigungen, wobei ebenso gut andere Befestigungen
verwendet werden können.
Die Verwendung von mehreren Keilnuten, wie sie in 2A gezeigt
ist, bietet die meiste Flexibilität bei der Orientierung von
zwei oder mehr Schneckenhülsen 11 aufpassenden
Extruderantriebswellen relativ zueinander sowohl in ihrer endseitigen
als auch ihrer seitlichen Ausrichtung.
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Wie in den 2A–2C gezeigt ist, hat die Schneckenhülse 11 einen
ringförmigen
Zentralabschnitt 20, der die Bohrung bildet. Ein Paar diametral entgegengesetzter
Keulen 21 und 22 erstrecken sich vom ringförmigen Zentrumsabschnitt.
Jede Keule weist einen flachen Spitzenabschnitt 23 beziehungsweise 24 auf.
Der flache Spitzenabschnitt 23 befindet sich diametral
entgegengesetzt zum flachen Spitzenabschnitt 24. Das Schnecken element 12 bildet
einen Teil des Spitzenabschnitts 23, und das Schneckenelement 13 bildet
einen Teil des Spitzenabschnitts 24.
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Zwei oder mehr Schneckenhülsen 11 werden
Ende an Ende auf einer ersten Extruderwelle montiert, um kontinuierliche
schraubenförmige Schneckenelemente
bereit zu stellen. Zwei oder mehr Schneckenhülsen 11 werden Ende
an Ende auf einer zweiten Extruderwelle montiert, um kontinuierliche
schraubenförmige
Schneckenelemente bereit zu stellen. Die ersten und zweiten Wellen
liegen Seite an Seite, und die Hülsen
auf der zweiten Welle sind in einer Ausrichtung von 90° zu den Hülsen auf
der ersten Welle montiert, um die Konfiguration, wie sie in 1 gezeigt ist, zu ergeben.
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Die Schneckenhülse 11 weist eine
axiale Länge 26 (1A), einen äußeren oder Hauptdurchmesser 27 und
einen inneren oder geringeren Durchmesser 28 auf. Die Länge 26 der
Hülse 11 ist
gleich der Steigung jedes Schneckenelements. Das heißt, die
Schneckenelemente 12 und 13 drehen sich über die
Länge 26 in
einem Winkel von ungefähr
360°. Es besteht
jedoch keine Notwendigkeit dafür,
dass die Steigung und die Länge
gleich sind. Wie in 1A gezeigt ist,
so reibt sich das Schneckenelement 12 der rechten Hülse 11 am
Schneckenelement 13 der linken Hülse und es befindet sich mit
diesem im Eingriff.
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3 zeigt
vier identische mit einem einzelnen Schneckengang versehene Schneckenhülsen 31,
von denen jede ein Schneckenelement 32, das sich gewunden
entlang der Länge
der jeweiligen Hülse
erstreckt, aufweist.
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Die Schneckenelemente 32 haben
einen gekrümmten
Spitzenabschnitt 33. Wie in 4 gezeigt ist,
erstreckt sich der gekrümmte
Spitzenabschnitt über
einen Bogen 34, wenn er entlang der Umfangslinie des äußeren Durchmessers 36 der
Hülse oder entlang
eines Winkels von mehr als 100° gemessen wird.
Die oberen zwei mit einem einzelnen Schneckengang versehenen Schneckenhülsen befinden sich,
wie das in 3 gezeigt
ist, in einer Ausrichtung von 0° zu
den unteren beiden mit einem Schneckengang versehenen Schneckenhülsen. Das
heißt,
die Spitzenabschnitte 33 jeder der seitlich aneinander liegenden
Schneckenhülsen
zeigen in die gleiche Richtung, wie das in 4 gezeigt ist. Die mit einem einzelnen
Schneckengang versehenen Schneckenhülsen der 3 und 4 werden
im Allgemeinen am Ende eines Extruders verwendet, um einen Druck aufzubauen,
um das Produkt zu extrudieren. Die mit einem einzelnen Schneckengang
versehenen Schneckenhülsen
mit ihren großen
gekrümmten Spitzenabschnitten
gestatten nur eine axiale Bewegung des Produkts und sie gestatten
in Bezug auf die benachbarte Hülse
keine radiale Bewegung des Produkts.
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Somit werden diese Schneckenhülsen im Allgemeinen
nicht für
das Transportieren von Material in einem Extruder mit mehreren Wellen
verwendet, und sie würden
nicht anstatt der mit 2 Schneckengängen versehenen Schneckenhülsen der 1A verwendet.
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Die 5 und 6 zeigen verbesserte mit
einem Schneckengang versehenen Schnecken-Transport/Mischungs-Hülsen 41 mit
mehreren Wellen. Diese werden für
das Transportieren und eine gewisse Mischung von Material in einem
Doppelschneckenextruder oder in einem Multi-Schneckenextruder verwendet. Beim Material
handelt es sich, wie das oben erwähnt wurde, im Allgemeinen um
Polymere, Stärke und
beliebige viskose Substanzen.
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Die mit einem Schneckengang versehene Schneckenhülse 41 hat
nur ein schraubenförmiges Schneckenelement 42 gegenüber den
zwei oder mehr Schneckenelementen des Standes der Technik. Das Schneckenelement 42 weist
ein flaches schraubenförmiges
Spitzenelement 43 auf. Die Schneckenhülse 41 weist eine
ringförmige
Basisoberfläche 44,
eine Länge 45,
einen inneren oder geringeren Durchmesser 46 und einen äußeren oder Hauptdurchmesser 47 auf.
Die Hülsen 41 haben
vierundzwanzig (24) innere Keilnuten, damit sie mit einer passenden
Extruderantriebswelle, die die entsprechenden Keilnuten aufweist,
verbunden werden können.
Die Hülse 41 kann
natürlich
jede der Befestigungskonfigurationen, die in den 2A–2C oder 4 gezeigt
sind, oder die allgemein für
diesen Zweck verwendet werden, aufweisen. Die Schneckenhülse 41,
wie sie in 6 gezeigt
ist, weist einen ringförmigen
Zentralabschnitt 48, der die Bohrung mit einem Zentrum
bildet, auf. Eine einzelne Keule 49 erstreckt sich radial
vom Zentralabschnitt. Die Keule 49 weist einen flachen
Spitzenabschnitt 50, der sich über einen Winkel 50a erstreckt,
auf. Der Winkel 50a wird vom Zentrum 50b bis zu
jeder Kante des Spitzenabschnitts 50 gemessen. Der Winkel 50a erstreckt
sich von 15° bis
300 und vorzugsweise von 22° bis
24°.
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Die in den 5 und 6 gezeigte
Hülse hat eine
Steigung, die gleich der Länge
45 ist, und über die
Länge dreht
sich das Schneckenelement 42 in einem Winkel von 360°.
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In einem Doppelwellenextruder sind
mehr als zwei Schneckenhülsen 41 Ende
an Ende auf der ersten Extruderwelle montiert, um ein kontinuierliches
schraubenförmiges
Schneckenelement bereit zu stellen, und dieselbe Anzahl von Schneckenhülsen 41 sind
Ende an Ende auf der zweiten Extruderwelle montiert, um ein kontinuierliches
schraubenförmiges
Schneckenelement bereit zu stellen.
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Die ersten und zweiten Extruderwellen
befinden sich Seite an Seite, sodass die sich Seite an Seite befindlichen
Hülsen
das Material im Extruder transportieren und mischen.
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7 zeigt
eine Endansicht eines Paars von Schneckenhülsen 41, das auf den
Seite an Seite befindlichen Extruderwellen so montiert ist, dass
sich die Schneckenhülsen
in einer Ausrichtung von 90° befinden.
Das heißt,
der Spitzenabschnitt 50 der Keule des rechten Schneckenelements
weist so zur linken Schneckenhülse 41,
dass die Zentrumslinie 51 des linken Spitzenabschnitts
sich mit der Zentrumslinie 52 des rechten Spitzenabschnitts
in einem Winkel von 90° schneidet.
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8 zeigt
eine andere Ausrichtung für
die Seite an Seite angeordneten Schneckenhülsen 41, die auf Seite
an Seite angeordneten Extruderwellen montiert sind. Diese Ausführungsform
zeigt eine Ausrichtung von 0°,
wobei dies meine bevorzugte Ausrichtung darstellt. Das heißt, die
Keulen 49, deren Spitzenabschnitte 50 in dieselbe
Richtung zeigen, weisen Zentrallinien 51 und 52,
die parallel verlaufen, auf.
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Die Hülse 41 ist so ausgebildet,
dass sie eine neue Geometrie für
einen energiearmen Transport und ein energiearmes Mischen liefert.
Mit dem Paar von Schneckenhülsen 41,
die auf den Extruderwellen montiert sind, wie das in 7 gezeigt ist, besteht eine
minimale Interaktion, und es wird ein Weg für einen besseren Materialfluss
quer zum Kanal geliefert.
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Wenn die Hülsen 41 mit einer
Ausrichtung von 0° auf
den Extruderwellen montiert sind, wie das in 8 gezeigt ist, so wird jegliche Interaktion
der Spitzen eliminiert, und es besteht eine Kanalaufteilung für das Material im
Extruder, um eine Aufteilung zu liefern und eine bessere Mischung
zu unterstützen.
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Die Hülsen 41 weisen vorzugsweise
einen äußeren Durchmesser
von ungefähr
25 mm bis ungefähr
380 mm, ein Verhältnis
vom äußeren Durchmesser
zum inneren Durchmesser für
die Ausrichtung von 90°,
die in 7 gezeigt ist,
von ungefähr 1,4
bis ungefähr
1,7 und vorzugsweise von ungefähr 1,55
auf. Die Steigung des Schneckenelements beträgt vorzugsweise das 0,5 bis
2-fache des äußeren Durchmessers.
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Eine Extrusionsmaschine des Schneckentyps
ist schematisch in 9 gezeigt. Diese
Extrusionsmaschine des Schneckentyps weist ein Gehäuse 60 auf,
das eine Vielzahl von Abschnitten 61, 62, 63, 64 und 65 umfasst,
die axial einer hinter dem anderen angeordnet und miteinander verflanscht
sind. Zwei Wellen sind im Gehäuse
angeordnet, wobei sie über
ein Getriebe 67 durch einen Motor 66 angetrieben
werden. Ein Bodenauslauf-Behälter 68 gibt
Material, das im ersten Gehäuseabschnitt 65 verarbeitet werden
soll, ab. Die Abschnitte 61 und 62 enthalten drei
oder mehr der Hülsen 41 auf
jeder der Wellen, und sie sind so ausgerichtet, wie das in den 7 und/oder 8 gezeigt ist. Der Abschnitt 63 enthält Knetscheiben,
und die Abschnitte 64 und 65 enthalten die Hülsen 41,
wie sie in den 7 und/oder 8 gezeigt sind.