Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Plastifizierschnecke mit einem um einen Schneckenkern spiralförmig umlaufenden und seitlich von einem Steg begrenzten Schneckengang, der über seine Längsrichtung verteilte, sich quer über den

Schneckengang erstreckende Strömungselemente mit einem Talabschnitt und ei nem in Längsrichtung radial ansteigenden Kompressionsabschnitt aufweist, wobei der Kompressionsabschnitt wenigstens eine zum Steg hin geneigte Anlauffläche bildet, an die in Längsrichtung ein Plateau zur Strömungsausbildung angeschlos- sen ist.

Stand der Technik

Es sind Plastifizierschnecken bekannt, die in ihren Schneckengängen Strömungs elemente mit einem Talabschnitt und einem in Längsrichtung radial ansteigenden und wieder absteigenden Kompressionsabschnitt, sogenannte Wave-Elemente, ausbilden (US 6176606 B1 , US 5375992 B1 ). Diese Wave-Elemente haben die Aufgabe, das Feststoffbett aufzuteilen und dadurch einen effizienteren Auf schmelzprozess durch Oberflächenvergrößerung der Feststoffanteile herbeizufüh ren. Ein zu hoher Feststoffanteil führt in der Kompression von Wave-Elementen zu Verstopfungen des Fließquerschnittes. In diesem Fall ist die Förderkapazität höher als die Aufschmelzkapazität. In Folge treten Druckschwankungen auf, die

Schwankungen im Endprodukt auslösen und zum Ausschuss führen. Folglich können solche Wave-Elemente nur sinnvoll unterhalb eines gewissen und ver gleichsweise geringem Feststoffanteils eingesetzt werden, wie es der Fall bei ver gleichsweise geringem Ausstoß ist. Somit kann dort zwar die Aufschmelzleistung gegenüber konventionellen Schneckenkonzepten erhöht werden, nachteilig ist je doch, dass von der Feststoffförderzone bis zur Aufschmelzzone eine Kompaktie- rung des Schüttgutes zu einem Feststoffbett stattfindet, das aufgrund seiner ge ringen Kontaktfläche mit der Schmelze nur mit unproportional hohem Energieein trag oder einer entsprechend langen Plastifizierschnecke aufgeschmolzen werden kann. Aus dem Stand der Technik sind zudem Plastifizierschnecken bekannt, deren Kompressionsabschnitte wenigstens eine zum Steg hin geneigte Anlauffläche bil den, an die in Längsrichtung ein Plateau zur Strömungsausbildung angeschlossen ist (DE 2542515 A1 , DE 2256902 B1 ).

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Plastifizierschnecke der ein gangs erwähnten Art so auszugestalten, dass deren Länge reduziert und trotz ge ringem Energieeintrag ein gutes Aufschmelzverhalten erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ausbildung eines Dehn strömungsprofils im Feststoff-Schmelze-Gemisch eine Zerkleinerung von Agglo- meraten besonders begünstigt und zu einem verbesserten Aufschmelzverhalten führt. Eine solche Dehnströmung kann dadurch induziert werden, dass erfin dungsgemäß der Kompressionsabschnitt wenigstens eine zum Steg hin geneigte Anlauffläche bildet, an die in Längsrichtung ein Plateau zur Strömungsausbildung angeschlossen ist, wodurch die Schmelze über die Breite des Schneckenganges zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die geneigte Anlauffläche des Kompressi onsabschnittes trifft. Die Neigung der Anlauffläche zum Steg hin ist dabei so zu verstehen, dass im Falle einer ebenen Anlauffläche der Normalvektor dieser Flä che die durch die Stege aufgespannten Seitenebenen schneidet. Bei herkömmli chen Wave-Elementen sind die Normalvektoren der Anlaufflächen im Gegensatz dazu parallel zu den beiden Seitenebenen ausgerichtet. Die sich zufolge der erfin dungsgemäßen Merkmale einstellende Dehnströmung kann sich allerdings nur dann voll ausbilden, wenn es nach dem Kompressionsabschnitt zu einer Strö mungsstabilisierung kommt, die durch das erfindungsgemäße Plateau erreicht wird. Da die Schmelze durch die erfindungsgemäßen Merkmale über ihre Breite auch einer zeitversetzten Kompression unterliegt, bildet sich durch die unter schiedlichen Druckniveaus entlang der Breite des Schneckenganges zusätzlich zur oben beschriebenen Dehnströmung eine Sekundärströmung aus. Dies führt in einer synergetischen Gesamtwirkung zu einem besseren Aufschmelzverhalten, weshalb auf zusätzlichen Energieeintrag verzichtet werden kann. Da die erfin dungsgemäßen Strömungselemente eine effizientere Aufteilung des Feststoffbetts erlauben und daher bei gleicher Schneckenlänge für vergleichsweise höhere Feststoffanteile und Ausstöße geeignet sind, kann die Plastifiziereinheit bei glei chem Ausstoß und Feststoffanteil geringere Baulängen aufweisen. Besonders vor teilhafte Bedingungen hinsichtlich des Aufschmelzvorganges können sich dem nach bei einer Kombination mehrerer in Serie geschalteter Strömungselemente ergeben.

Um die erfindungsgemäßen Strömungselemente bereits näher zur Feststoffförder zone anordnen zu können und damit das Aufschmelzverhalten bereits frühzeitig positiv beeinflussen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Kompressionsab schnitt der Strömungselemente wenigstens zwei je zu gegenüberliegenden Steg abschnitten hin geneigte Anlaufflächen bildet, die einen gegen die Strömungsrich tung gerichteten Keil bilden. Die sich dadurch ergebenden pflugförmigen Kom pressionsabschnitte teilen und brechen das Feststoff-Schmelze-Gemisch auf, so- dass die Feststoffpartikel in einer umgebenden Schmelzematrix dispergiert wer den. Dadurch steht für den Aufschmelzvorgang eine wesentlich höhere Oberfläche der Feststoffe zur Verfügung, wodurch das Aufschmelzverhalten weiter verbessert wird. Zur Verstärkung des Effektes können auch mehrere pflugförmige Keile vor gesehen werden, die sich über die Breite des Schneckenganges verteilen. Insbe sondere kann es sich als vorteilhaft erweisen, einen mittig angeordneten Hauptkeil mit ein oder mehreren dazu symmetrisch angeordneten Nebenkeilen vorzusehen. Neben dem Aufteilen bzw. Aufbrechen des Feststoffbettes ergibt sich durch die keilförmige Anordnung der Anlaufflächen der zusätzliche technische Effekt, dass eine bereits vorhandene rotatorische Querströmung aufgeteilt und wieder zusam mengeführt wird, um dadurch den Schmelzeabtransport von der Oberfläche der Feststoffpartikel zu verstärken. Durch die strömungsgünstige Keilform wird dabei gegenüber bekannten Stromstörelementen das Strömungsverhalten nicht negativ beeinflusst. Insgesamt können durch die erfindungsgemäßen Merkmale die Strö mungselemente nicht nur in der Aufschmelzzone, sondern insbesondere auch in der Schmelzeförderzone der Plastifizierschnecke vorteilhaft als dispergierende und distributive Mischteile eingesetzt werden.

Um die Aufteilung von kompaktierten Feststoffbetten noch effizienter zu gestalten, können die Anlaufflächen der Kompressionsabschnitte in Längsrichtung des Schneckenganges konkav oder konvex gekrümmt sein. Bei einer auf den Längs querschnitt bezogenen konkaven Krümmung kann die Ausbildung einer Dehn strömung begünstigt werden, indem durch einen zunächst weniger starken An stieg der Anlauffläche des Kompressionsabschnitts ein Abreißen der Dehnströ mung vermieden wird. Umgekehrt kann bei einer konvexen Ausführung des Längsquerschnittes der Anlaufflächen durch abruptere Strömungsumlenkungen das Strömungselement intensiver auf das Feststoffbett einwirken.

Um zusätzlich zu den beschriebenen Wirkungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Strömungselemente die auftretenden Scher- und Dehnkräfte weiter zu erhöhen, kann das Plateau zur Strömungsausbildung in Längsrichtung des Schneckengan ges wellenförmig ausgebildet sein. Überdies kann man auf einem derartigen Pla teau auch Wave-Elemente anordnen, sodass die Homogenisierung weiter verbes sert wird.

Um aufgrund einer höheren Energiedissipation den Durchsatz zu erhöhen, kann die erfindungsgemäße Plastifizierschnecke wenigstens zwei voneinander durch einen gemeinsamen Steg getrennte Schneckengänge ausbilden, in denen jeweils zueinander auf Lücke versetzte Strömungselemente angeordnet sind.

Damit es während des Aufschmelzvorgang zu einer verbesserten Homogenisie rung des Feststoff-Schmelze-Gemisches in den mehrgängigen Ausführungsfor men der erfindungsgemäßen Plastifizierschnecke kommt, wird vorgeschlagen, dass der gemeinsame Steg der Schneckengänge in einem den jeweiligen Strö mungselementen in Strömungsrichtung vorgelagerten Bereich durchbrochen ist. Dadurch kann sich ein komplexeres und damit für den Wirkungsgrad der Plastifi- ziereinheit vorteilhafteres Strömungsprofil ausbilden. Aufgrund dessen kommt es zu einem effizienteren Aufschmelzvorgang und zu einer verbesserten Homogeni sierung des Feststoff-Schmelze-Gemisches bzw. der Schmelze.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei gen

Fig. 1 eine schematische Ansicht zweier Schneckengänge einer erfindungsgemä ßen Plastifizierschnecke,

Fig. 2 ein Schnitt entlang der Linie ll-ll der Fig.1 in einem größeren Maßstab,

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie lll-lll der Fig.1 in einem größeren Maßstab,

Fig. 4 ein der Fig.2 entsprechender Schnitt einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungselementes mit konvexen Anlaufflächen, Fig. 5 ein der Fig.2 entsprechender Schnitt einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungselementes mit konkaven Anlaufflächen und

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht zweier Schneckengänge einer erfin dungsgemäßen Plastifizierschnecke in einer alternativen Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Plastifizierschnecke weist einen spiralförmig um einen Schneckenkern umlaufenden und seitlich von einem Steg 1 , 2 begrenzten Schne ckengang auf. Über die Längsrichtung des Schneckenganges sind sich in einer Querrichtung über den Schneckengang erstreckende Strömungselemente 3, 4 verteilt.

Wie insbesondere den Fig. 2 - 5 entnommen werden kann, weisen diese Strö mungselemente 3, 4 einen Talabschnitt 5 und einen entlang des Schneckengan ges in radialer Richtung ansteigenden Kompressionsabschnitt 6 auf, der wenigs tens eine zum Steg 1 , 2 hin geneigte Anlauffläche 7 bildet. Anschließend an den Kompressionsabschnitt 6 befindet sich ein zur Schneckenkernoberfläche paralle- les Plateau 8, an welches wiederum ein Talabschnitt 5 zur Dekompression an schließt. Die Ausdehnung in radialer Richtung der Strömungselemente 3, 4 ist da bei geringer als die Höhe des Schneckengangs.

Eine in Längsrichtung des Schneckenganges beförderte Strömung eines Feststoff- Schmelze-Gemisches bzw. einer Schmelze wird zuerst über den Talabschnitt 5 eines Strömungselementes 3, 4 gefördert und trifft anschließend auf die Anlaufflä chen 7 des Kompressionsabschnitts 6. Danach fließt die Strömung weiter über das Plateau 8, bis sie schließlich zur Dekompression wieder in einen Talabschnitt 5 mündet.

Um ein sich einstellendes Feststoffbett aufteilen und -brechen zu können, kann der Kompressionsabschnitt 6 wenigstens zwei je zu gegenüberliegenden Stegab schnitten 1 , 2 hin geneigte Anlaufflächen 7 aufweisen, die einen gegen die Strö mungsrichtung des Feststoff-Schmelze-Gemisches bzw. der Schmelze gerichteten Keil 9 bilden. Erfindungsgemäß können auch mehrere solcher Keile 9, 10 vorge sehen sein, die sich gleichmäßig über die Breite eines Schneckenganges verteilen und dabei einen Hauptkeil 9 mit mehreren Nebenkeilen 10 bilden. Eine derartige Ausführungsform ist in der Zeichnung beispielsweise bei den Strömungselemen ten 3 dargestellt.

Wie bereits oben näher ausgeführt können die Anlaufflächen 7 entweder wie in der Fig. 4 dargestellt konvex oder wie in der Fig. 5 dargestellt konkav ausgebildet werden, um die sich erfindungsgemäß einstellenden Strömungsprofile entspre chende günstig zu beeinflussen.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist, kann das Plateau 8 wellenförmig ausgebildet sein oder grundsätzlich aus dem Stand der Technik be kannte Wave-Elemente aufweisen um die in der Schmelze auftretenden Scher- und Dehnkräfte zu erhöhen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Plastifizier- schnecke wenigstens zwei in Längsrichtung parallele Schneckengänge ausbilden, die durch einen gemeinsamen Steg 2 voneinander getrennt sind. Insbesondere wird dies in Fig. 1 verdeutlicht, wo die Strömungselemente 3 des einen Schne ckenganges zu den Strömungselementen 4 des anderen Schneckenganges auf Lücke versetzt sind. In einer in Fig. 6 dargestellten alternativen Ausführungsform zu den zwei in Fig. 1 gezeigten Schneckengängen, kann der gemeinsame Steg 2 der Schneckengänge in einem den jeweiligen Strömungselementen 3, 4 in Strömungsrichtung vorgela gerten Bereich Durchbrüche 1 1 aufweisen.