Schneckenelemente mit verbesserter Mischwirkung und Druckaufbau

Die Erfindung betrifft ein Paar viergängiger Schneckenelemente für eine mehrwellige Schneckenmaschine mit gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen. Dabei reinigen sich die beiden Schneckenelemente des erfindungsgemäßen Paares Schneckenelemente, die unmittelbar benachbart auf zwei unmittelbar benachbarten Schneckenwellen gegenüberliegen, gegenseitig praktisch ab. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Paares Schneckenelemente in einer mehrwelligen Schneckenmaschine sowie eine mehrwellige Schneckenmaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Paar Schneckenelemente ausgerüstet ist, sowie ein Verfahren zur Extrusion plastischer oder viskoelastischer Massen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Paares Schneckenelemente.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer mehrwelligen Schneckenmaschine eine Schneckenmaschine mit mehr als einer Schneckenwelle verstanden, beispielsweise eine Schneckenmaschine mit zwei, drei oder vier Schneckenwellen oder auch Extruder mit acht bis sechzehn, insbesondere zwölf, ringförmig angeordneten Schneckenwellen. Bei mehr als zwei Schneckenwellen können die Drehachsen der Schneckenwellen nebeneinander oder beispielsweise auch - wie bei einem sogenannten Ringextruder - ringförmig zueinander angeordnet sein. Bei Mehrwellenextrudem sind die Drehachsen der Schneckenwellen in aller Regel parallel zueinander angeordnet. Diese parallele Anordnung der Drehachsen ist auch erfmdungsgemäß bevorzugt. Die erfindungsgemäßen Schneckenelemente sind bevorzugt in einer Anzahl, die der Anzahl der Schneckenwellen des jeweiligen Extruders entspricht, auf den Schneckenwellen gegenüberliegend angeordnet. Eine solche Schneckenmaschine mit mehr als einer Schneckenwelle wird nachfolgend auch mehrwellige Schneckenmaschine, Mehrwellenschneckenmaschine oder Mehrwellenextruder genannt. Eine zweiwellige Schneckenmaschine wird nachfolgend auch Doppelschneckenextruder genannt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Schneckenmaschine“ gleichbedeutend mit dem Begriff „Extruder“ gebraucht.

Moderne Extruder verfügen über ein Baukastensystem, bei dem zur Bildung einer Schneckenwelle verschiedene Schneckenelemente auf einer Kemwelle aufgezogen werden können; eine solche Schneckenwelle ist also segmentiert. Hiermit kann der Fachmann den Extruder an die jeweilige Verfahrensaufgabe anpassen. Eine Schneckenwelle kann aber auch aus einem Stück angefertigt sein, also nur ein Schneckenelement aufweisen, das sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Schneckenwelle erstreckt oder nur teilweise segmentiert sein. Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl Schneckenelemente, die auf eine Kemwelle aufgezogen werden können, als auch auf die oben beschriebenen aus nur einem Stück gefertigten Schneckenwellen.

Gleichsinnig drehende zweiwellige Schneckenmaschinen, deren Schneckenwellen sich gegenseitig exakt abreinigen, sind bereits seit langem bekannt, z.B. aus der DE 862668 C. In der Polymerherstellung und -Verarbeitung haben Schneckenmaschinen mit Schneckenwellen, deren Schneckenelemente auf dem Prinzip exakt abreinigender Schneckenquerschnittsprofile beruhen, eine vielfältige Nutzung erfahren. Dies beruht vor allem darauf, dass Polymerschmelzen an Oberflächen anhaften und unter üblichen Verarbeitungstemperaturen mit der Zeit degradieren, was durch die selbstreinigende Wirkung von paarweise einander exakt abreinigenden Schneckenelementen in Mehrwellenschneckenmaschinen unterbunden wird. Regeln zur Erzeugung von Schneckenquerschnittsproflien für einander exakt abreinigende Schneckenelemente sind beispielsweise in [1] ([1] = Klemens Kohlgrüber: ..Der gleichläufige Doppelschneckenextruderfi 2. Auflage, Hanser Verlag München 2016, Seiten 107 bis 120) dargestellt. Hier wird auch beschrieben, dass bei einander exakt abreinigenden Schneckenelementen ein vorgegebenes Schneckenquerschnittsprofil auf der ersten Welle eines Doppelschneckenextruders das Schneckenquerschnittsprofil auf der zweiten Welle des Doppelschneckenextruders bestimmt ([1], Seite 108). Unter einem Schneckenquerschnittsprofil, im Rahmen dieser Erfindung kurz auch Schneckenprofil genannt, wird dabei die äußere Kontur eines Schneckenelements in einem ebenen Schnitt rechtwinklig zur Drehachse des Schneckenelements, entsprechend der Drehachse der zugehörigen Schneckenwelle, verstanden. Das Schneckenprofil für das Schneckenelement auf der ersten Welle wird als das erzeugende Schneckenprofil bezeichnet. Das Schneckenprofil für das Schneckenelement auf der zweiten Welle folgt aus dem Schneckenprofil der ersten Welle des Doppelschneckenextruders und wird daher als das erzeugte Schneckenprofil bezeichnet. Bei einem Mehrwellenextruder werden das Schneckenelement mit dem erzeugenden Schneckenprofil und das das Schneckenelement mit dem erzeugten Schneckenprofil auf benachbarten Wellen immer abwechselnd eingesetzt.

Hierbei sind zwei Dinge zu unterscheiden: Das exakt abreinigende Schneckenprofil, ein mathematisches Konstrukt, bei dem sich zwei Schneckenelemente, die auf zwei unmittelbar benachbarten Schneckenwellen gegenüberliegen, ohne Spalt einander abreinigen, und Schneckenprofile für in materieller Wirklichkeit zur bestimmungsgemäßen Nutzung, also technisch ausgeführte Schneckenelemente. Wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „exakt abreinigend“ gebraucht, so ist - soweit nichts anderes dazu erklärt wird - das mathematische Konstrukt eines exakt abreinigenden Schneckenprofils bzw. des entsprechenden, dieses Schneckenprofil aufweisenden, Schneckenelements gemeint. Wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „praktisch abreinigend“ gebraucht, so ist - soweit nichts anderes dazu erklärt wird - das technische ausgeführte Schneckenelement bzw. dessen Schneckenprofil, wobei dieses praktisch abreinigende Schneckenprofil von einem exakt abreinigenden Schneckenprofil abgeleitet wurde, bevorzugt durch Anwendung einer der Spielstrategien Achsabstandsvergrößerung, Längsschnittäquidistante, Kreisäquidistante oder Raumäquidistante, besonders bevorzugt durch Anwendung einer der Spielstrategien Längsschnittäquidistante, Kreisäquidistante oder Raumäquidistante, wie weiter unten näher erklärt.

Die Spielstrategien Längsschnittäquidistante, Kreisäquidistante und Raumäquidistante werden nachfolgend auch als Längsschnittäquidistantenrechenvorschrift, Kreisäquidistantenrechenvorschrift und Raumäquidistantenrechenvorschrift bezeichnet.

Ein Fachmann auf dem Gebiet der Schneckenelemente versteht natürlich dabei, dass ein einzelnes Schneckenelement oder Schneckenprofil für sich alleine nicht exakt abschabend oder praktisch abschabend sein kann, sondern dass es dafür immer eines Paares solcher Elemente bedarf.

Dem Fachmann ist nämlich bekannt, dass es bei technisch ausgeführten Maschinen erforderlich ist, von der exakt abreinigenden Geometrie insofern abzuweichen, als konstante Spiele bei der gegenseitigen Abreinigung der Schneckenelemente eingehalten werden. Dies ist notwendig, um adhäsiven und damit vorzeiten Verschleiß, zu verhindern, um Fertigungstoleranzen auszugleichen oder um übermäßige Energiedissipation in den Spielen zu vermeiden.

So sind in [1], Seiten 40 und 41 sowie 117 bis 121, Methoden zur Konstruktion von Schneckenelementen, die bei der gegenseitigen Abreinigung ein konstantes Spiel einhalten, offenbart. Dort wird beispielsweise eine Rechenvorschrift angegeben, wie man aus einem exakt abreinigenden Schneckenprofil ein Schneckenprofil konstruiert, bei dem im Längsschnitt der Schneckenmaschine ein konstantes Spiel zwischen den sich abreinigenden Paaren von Schneckeniementen besteht, also eine Längsschnittäquidistantenrechenvorschrift. Im Weiteren werden exakt abreinigende Schneckenprofile beschrieben, aus denen der Fachmann anhand der bekannten Rechenvorschriften das Schneckenprofil der zu fertigenden Schneckenelemente ableiten kann.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Spiel der Abstand zwischen den sich am nächsten hegenden Punkten der Schneckenprofile zweier sich gegenseitig praktisch abreinigender Schneckenelemente verstanden.

Zur Erzeugung konstanter Spiele sind verschiedene Strategien möglich. Am weitesten verbreitet ist die Erzeugung von Spielen, die in einem Längsschnitt durch die Maschine äquidistant sind. Die Vorgehensweise zur Erzeugung der entsprechenden Schneckenprofile wurde wie bereits erwähnt in [1] auf den Seiten 40 und 41 sowie 117 bis 121 dargestellt.

Die Regeln zur Erzeugung von Schneckenprofilen mit konstanten Spielen sind auf die erfindungsgemäßen Schneckenelemente anwendbar. So sind auch Schneckenelemente, die eine verbesserte Mischwirkung zum Ziel haben, seit langem Gegenstand der technischen Entwicklung. Zahlreiche bekannte Geometrien vernachlässigen dabei, dass sich vorteilhafterweise Schneckenelemente gegenseitig exakt abreinigen sollten, wie zum Beispiel alle Varianten von Zahnmischelementen, beispielsweise DE 4 134 026 Al, DE 19 706 134 A1 oder WO 2004 009 326 Al. Diese Klasse von Mischelementen ist im Wesentlichen dadurch charakterisiert, dass ein Schneckengewinde mit Durchbrüchen bzw. Nuten ausgestattet wird, die den Materialtransport unterbrechen und für eine verbesserte Durchmischung sorgen. Die Oberflächen in den Durchbrüchen bzw. Nuten werden jedoch nicht kinematisch gereinigt, so dass an diesen Stellen Material anhaften, degradieren und zu einer Quelle der Kontamination für das Extrudat - also hier die zu extrudierende plastische oder viskoelastische Masse - werden kann.

Es sind jedoch auch Mischelemente mit vollständiger Selbstreinigung seit langem bekannt. So wurden bereits in der DE 940 109 C dreigängige Knetscheiben offenbart, die eine verbesserte Mischwirkung gegenüber kontinuierlich fortlaufenden Schneckengängen lieferten.

In der DE 3 412 258 Al wird gelehrt, wie Spalte zwischen den Schneckenkämmen und der Gehäuseinnenwand für drei- und viergängige Schneckenelemente für Doppelschneckenextruder gestaltet werden können. Durch einen unterschiedlichen Spalt an den Schneckenkämmen wird das Extrudat gezielt geschert. Dazu wird eine symmetrische Anordnung von drei- oder viergängigen Schneckenprofilen einer Doppelschnecke, die a priori an allen Schneckenkämmen denselben Spalt S (dort 5 (gesprochen „Delta“) genannt) zum Gehäuse aufweisen, mit einer Exzentrizität e, die kleiner ist als der Spalt S, aus den Drehzentren parallel verschoben.

EP 2 131 Al offenbart eine Methode, um paarweise selbstreinigende Schneckenelemente herzustellen, wobei die einzelnen Schneckenkämme dieser Schneckenelemente einen unterschiedlichen Spalt zum Gehäuse aufweisen. Die Spaltweite eines einzelnen Schneckenkamms kann dabei bis zur halben Gangtiefe h vergrößert werden. Ziel ist auch hier, einen Materialaustausch zwischen den einzelnen Schneckengängen herzustellen und das Material bei der Passage über den Schneckenkamm gezielt zu scheren. Die erhaltenen zweigängigen Schneckenelemente weisen keine Symmetrieachsen auf und unterschiedliche Kammwinkel an den beiden Schneckenkämmen. Beansprucht werden auch drei- und viergängige Schneckenelemente. Bei den dreigängigen Schneckenelementen wird entweder an einem oder an zwei der drei Schneckenkämme der Spalt vergrößert. Unter der Gangtiefe h wird dabei die Hälfte der Strecke, die die Differenz zwischen dem Außendurchmesser da des Schneckenelements und dem Kemdurchmesser di des Schneckenelements ist, verstanden, also h = (da - di) / 2.

DE 42 39 220 Al beschreibt dreigängige Schneckenelemente, die an den drei Kämmen unterschiedliche Spalte und unterschiedliche Kammwinkel aufweisen, wobei der Schneckenkamm mit dem geringsten Spalt zum Gehäuse den größten Kammwinkel aufweist. Dies erlaubt die Konstruktion von dreigängigen Schneckenprofilen mit einem Verhältnis von Außendurchmesser da zu Kemdurchmesser di von größer als 1,366. Die nach diesem Konstruktionsprinzip ausgeführten Schneckenelemente sind jedoch nachteilig, weil an dem Schneckenkamm mit dem engsten Spalt und gleichzeitig dem größten Kammwinkel eine Zone hoher Scherbelastung für das zu verarbeitende Polymer vorliegt, in der es durch die hohe Scher- und Temperaturbelastung leicht zu einer Schädigung kommen kann.

WO 02 09 919 A2 beschreibt unter anderem dreigängige und viergängige Schneckenelemente, wobei die Kammwinkel an jedem Schneckenkamm eines drei- oder viergängigen Schneckenelementes unterschiedlich ausgeführt werden können. WO 02 09 919 A2 lehrt jedoch nicht, welche Ausführungsformen hinsichtlich ihrer Misch- und Dispergierwirkung oder ihres Verhaltens beim Druckaufbau günstig sind.

EP 1 093 905 A2 beschreibt Schneckenprofile für dreigängige, paarweise selbstreinigende Schneckenelemente für Doppelschneckenextruder mit hoher distributiver und dispersiver Mischwirkung. Die dort beschriebenen Schneckenelemente haben jedoch den Nachteil, dass sie an der Stelle mit dem engsten Spalt zur Gehäusewand einen breiten Kammwinkel aufweisen, was dazu führt, dass eine Zone mit hoher Energiedissipation und einer hohen lokalen Temperaturspitze entsteht, was bei empfindlichen Polymeren zu einer Schädigung führen kann.

Herkömmliche, also zweifach achsensymmetrische viergängige Schneckenprofile können bis zu einem minimalen Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg von 0,924 konstruiert werden ([1], Seite 116, Tabelle 2.2 und Bild 2. 10), um sich gegenseitig exakt abreinigende Schneckenelemente zu erhalten, die in einer mehrwelligen Schneckenmaschine mit gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen mit einem solchen Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg eingesetzt werden können. Maschinen mit einem Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg von größer 0,924 sind jedoch nicht gebräuchlich, weswegen viergängige Schneckenelemente in selbstreinigenden Mehrwellenextrudem keine Verwendung finden.

Zwei viergängige Schneckenelemente, die sich unmittelbar benachbart auf zwei der gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen der mehrwelligen Schneckenmaschine paarweise gegenüberliegen und sich paarweise exakt oder zumindest praktisch abreinigen, weisen flachere Schneckengänge auf als entsprechende Schneckenelemente mit weniger als vier Schneckengängen. Diese flacheren Schneckengänge wiederum bewirken eine gleichmäßigere Scherung, was sich vorteilhaft auf die Qualität von zu extrudierenden plastischen oder viskoelastischen Massen auswirkt. Allerdings stellen herkömmliche viergängige Schneckenelemente dem Extrudat in der Gehäusebohrung nur wenig Volumen zur Verfügung, da herkömmliche viergängige Schneckenelemente die Gehäusebohrungen stärker ausfüllen als beispielsweise zweigängige oder auch dreigängige Schneckenelemente mit demselben Außenradius ra.

US 6 783 270 Bl beschreibt die exzentrische Anordnung von selbstreinigenden Schneckenprofilen in einem vergrößerten Gehäuse. Nach diesem Prinzip können auch viergängige Schneckenprofile in einem solchen Gehäuse verwendet werden. Jedoch offenbart auch US 6 783 270 Bl kein Schneckenprofil eines viergängigen Schneckenelements, das für ein Gehäuse mit einem Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg von kleiner 0,924 konstruiert worden ist. Des Weiteren werden gemäß US 6 783 270 Bl Schneckenprofile mit unterschiedlichen Kammwinkeln offenbart, jedoch nicht die genauen Verhältnisse der unterschiedlichen Kammwinkel zueinander offenbart.

Mehrwellenextruder mit gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen setzen beim Druckaufbau einen großen Teil der Antriebsleistung in Wärme um (Dissipation), während nur ein kleinerer Teil tatsächlich in Druckenergie umgewandelt wird. Der Anteil der aufgewendeten Energie, der in Druckenergie umgewandelt wird, wird auch als Wirkungsgrad bezeichnet.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Schneckenelement zur Verfügung zu stellen, mit dem eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Misch- und Dispergierwirkung bei gleichzeitig guter Scherung und gutem Wirkungsgrad beim Druckaufbau erreicht werden kann.

Auch lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Paar viergängiger Schneckenelemente zur Verfügung zu stellen, das in einer mehrwelligen Schneckenmaschine mit m gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen SW1 bis SWm, deren jeweils benachbarte Drehachsen Dl bis Dm in einem Querschnitt rechtwinklig zu den Drehachsen einen Achsabstand a besitzen, und mit m einander durchdringenden, kreisförmigen Gehäusebohrungen, die im Querschnitt senkrecht zu den Drehachsen jeweils einen identischen Gehäuseinnenradius rg aufweisen und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm einen Abstand besitzen, der für jeweils unmittelbar benachbarte Bohrungen gleich dem Achsabstand a ist, und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm mit den Mittelpunkten der Querschnitte der jeweiligen Drehachsen Dl bis Dm der Schneckenwellen SW1 bis SWm zusammenfallen, wobei die Gehäusebohrungen ein Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg von kleiner 0,924 aufweisen, bestimmungsgemäß nutzbar ist. Auch soll das erfindungsgemäße Paar viergängiger Schneckenelemente dem Extrudat in der Gehäusebohrung mehr Volumen als herkömmliche viergängige Schneckenelemente zur Verfügung stellen.

Darüber hinaus sollen sich die beiden Schneckenelemente des erfmdungsgemäßen Paares viergängiger Schneckenelemente bei bestimmungsgemäßer Nutzung gegenseitig praktisch abschaben.

Überraschend wurde nun gefunden, dass die Aufgabe gelöst wird durch ein Paar viergängiger Schneckenelemente mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gilt für die nachfolgend genannten Begriffe:

Ein Schneckenprofil ist eine geschlossene konvexe Kurve. Dabei setzt sich ein Schneckenprofil aus mehreren voneinander verschiedenen Kurvenzügen zusammen, die - je nach ihren geometrischen Eigenschaften - als „Kamm“, als „Flanke“ oder als „Nut“ bezeichnet werden. Ein Kamm grenzt immer zu beiden Seiten an eine Flanke an. Eine Nut grenzt immer zu beiden Seiten an eine Flanke an. Dabei treten Kämme und Nuten jeweils durch eine Flanke voneinander getrennt in einem Schneckenprofil in demselben Richtungssinn folgend immer abwechselnd auf. Dadurch entsteht die Abfolge Kamm - Flanke - Nut - Flanke - Kamm - usw.

Ein Kurvenzug ist eine ununterbrochene Linie mit einer Länge, jedoch ohne Breite, wobei ein Kurvenzug einen ersten Endpunkt und einen zweiten Endpunkt aufweist, die nicht ein und derselbe Punkt sind; das heißt, der erste Endpunkt fällt nicht mit dem zweiten Endpunkt zusammen.

Ein Kurvenzug kann aus mehreren Kurventeilstücken zusammengesetzt sein, wobei ein erstes Kurventeilstück einen gemeinsamen Berührpunkt mit einem zweiten Kurventeilstück hat, das dem ersten Kurventeilstück unmittelbar benachbart ist.

Ein Kurvenzug kann aber auch aus genau einem Kurventeilstück bestehen.

Ein Kurventeilstück ist ein Teilstück eines Kurvenzugs, wobei das Kurventeilstück einen ersten Endpunkt und einen zweiten Endpunkt aufweist, die nicht ein und derselbe Punkt sind; das heißt, der erste Endpunkt fällt nicht mit dem zweiten Endpunkt zusammen.

Die mathematischen Ausdrücke, die einem Kurventeilstück zu Grunde hegen, sind ausgewählt aus der Gruppe der mathematischen Ausdrücke umfassend die folgenden Mitglieder: Kreisbogen, Ellipsenbogen, Parabelbogen, Längsschnittäquidistantenrechenvorschrift gemäß [1], Seiten 117 bis 121, Kreisäquidistantenrechenvorschrift und Raumäquidistantenrechenvorschrift. Zur Herstellung eines konstanten Spiels bei der gegenseitigen Abreinigung der Schneckenelemente ist die Längsäquidistantenrechenvorschrift oder die Kreisäquidistantenrechenvorschrift bevorzugt.

Die Längsäquidistantenrechenvorschrift ist in [1], Seiten 117 bis 121, offenbart. Kreisäquidistanten geht von einem exakt abschabenden Schneckenprofil in der x-y - Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aus, wobei in jedem Punkt des Schneckenprofils eine Senkrechte in Richtung zum Drehmittelpunkt P gefällt wird. Der Punkt, der um das halbe Spiel entlang dieser Senkrechte zum Drehmittelpunkt hin verschoben ist, gehört dann zum technisch ausgeführten Schneckenprofil. Falls beispielsweise ein Abschnitt eines exakt abschabenden Schneckenprofils ein Kreisbogen mit einem Radius ri ist, so ergibt sich als zugehöriger Abschnitt des zugehörigen technisch ausgeführten Schneckenprofils ein Kreisbogen mit gleichem Mittelpunkt und dem Radius ri-s/2.

Die Raumäquidistante ist in [1], Seite 41, erwähnt; eine Raumäquidistante ist beispielsweise durch eine Parameterdarstellung erhältlich.

Eine Kurve ist eine ununterbrochene Linie mit einer von Null verschiedenen Länge, jedoch ohne Breite.

Eine Kurve kann sowohl einen ersten Endpunkt als auch einen zweiten Endpunkt aufweisen, sie kann aber auch nur einen ersten oder nur einen zweiten Endpunkt aufweisen oder sie kann überhaupt keinen Endpunkt aufweisen. Sofern eine Kurve sowohl einen ersten Endpunkt als auch einen zweiten Endpunkt aufweist, können diese zusammenfallen, sie müssen es aber nicht. Eine Kurve, die sowohl einen ersten Endpunkt als auch einen zweiten Endpunkt aufweist, hat eine endliche Länge. Wenn eine Kurve sowohl einen ersten Endpunkt als auch einen zweiten Endpunkt aufweist und diese Endpunkte zusammenfallen, handelt es sich um eine geschlossene Kurve.

Da sich alle Kurventeilstücke eines Schneckenprofils in einer Ebene befinden, teilt eine geschlossene Kurve, die ein Schneckenprofil ist, die Fläche dieser Ebene in einen Bereich innerhalb der geschlossenen Kurve und in einen Bereich außerhalb der geschlossenen Kurve.

Ein Kreisbogen ist ein Kurventeilstück, bei dem alle Punkte des Kreisbogens den gleichen Abstand, genannt Radius, von einem gemeinsamen Mittelpunkt haben. Ein Kreisbogen hat einen Anfangs- und einen Endpunkt, die nicht ein und derselbe Punkt sind.

Ein Kreisbogen wird nur dann und genau dann als ein Kreisbogen angesehen, wenn alle Punkte dieses Kreisbogens den gleichen Mittelpunkt und den gleichen Radius aufweisen und die Punkte dieses Kreisbogens ein ununterbrochenes Kurventeilstück bilden; das heißt, zwei unmittelbar benachbarte Kreisbögen, die einen gemeinsamen Berührpunkt haben, werden nur dann als zwei Kreisbögen angesehen, wenn sie einen unterschiedlichen Mittelpunkt oder einen unterschiedlichen Radius aufweisen.

Der Drehpunkt eines Schneckenprofils ist der Schnittpunkt der Drehachse eines Schneckenelements mit der Querschnittsebene rechtwinklig zu dieser Drehachse. Der Drehpunkt des Schneckenprofils, nachfolgend kurz auch Drehpunkt genannt, fällt auch mit dem Bohrungsmittelpunkt der Gehäusebohrung, in der sich das jeweilige Schneckenelement befindet oder für die das jeweilige Schneckenelement ausgelegt ist, zusammen.

Bezogen auf ein Schneckenprofil ist ein Drehpunkt der Punkt, um den ein Schneckenprofil als Querschnittsabbildung eines Schneckenelements rotiert.

Ein Kamm ist:

(i) entweder genau ein Kreisbogen eines Schneckenprofils, der den Drehpunkt des Schneckenprofils als Mittelpunkt hat, und bei dem alle Punkte dieses Kreisbogens bis auf die jeweils gemeinsamen Berührpunkte mit den beiden dem Kamm unmittelbar benachbarten Kurventeilstücken einen größeren Abstand vom Drehpunkt haben, als die beiden dem Kamm unmittelbar benachbarten Kurventeilstücke;

(ii) oder ein Punkt eines Schneckenprofils, der einen größeren Abstand vom Drehpunkt hat, als die beiden diesem Punkt unmittelbar benachbarten Punkte; der Punkt, der ein Kamm gemäß dieses Falls (ii) ist, ist also ein lokales Maximum des Schneckenprofils hinsichtlich des Abstands zum Drehpunkt. Bevorzugt ist im Fall (ii) ist der Punkt, der ein Kamm ist, ein Punkt eines Kreisbogens, dessen Radius kleiner ist als der Abstand zwischen diesem Punkt und dem Drehpunkt. Dabei kann im Fall (ii) der Punkt, der ein Kamm ist, der mittlere Punkt eines Kreisbogens sein, dessen Radius kleiner ist als der Abstand zwischen diesem Punkt und dem Drehpunkt.

Im Fall (ii) gehen die Kurvenzüge, die dem Kamm unmittelbar benachbarten sind, in dem Punkt, der der Kamm ist, tangential ineinander über.

Der Kammradius ist im Fall (i) der Abstand des jeweiligen Kamms, der ein Kreisbogen ist, vom Drehpunkt eines Schneckenprofils und im Fall (ii) der Abstand des Punktes, der ein Kamm ist, vom Konstruktionspunkt des Kreisbogens, dessen mittlerer Punkt der Punkt ist, der ein Kamm ist.

Eine Nut ist:

(iii) entweder genau ein Kreisbogen eines Schneckenprofils, der den Drehpunkt des Schneckenprofils als Mittelpunkt hat, und bei dem alle Punkte dieses Kreisbogens bis auf die jeweils gemeinsamen Berührpunkte mit den beiden der Nut unmittelbar benachbarten Kurventeilstücken einen kleineren Abstand vom Drehpunkt haben als die beiden der Nut unmittelbar benachbarten Kurventeilstücke;

(iv) oder ein Punkt eines Schneckenprofils, der einen kleineren Abstand vom Drehpunkt hat, als die beiden diesem Punkt unmittelbar benachbarten Punkte; der Punkt, der ein Kamm gemäß dieses Falls (iv) ist, ist also ein lokales Minimum des Schneckenprofils hinsichtlich des Abstands zum Drehpunkt. Bevorzugt ist im Fall (iv) ist der Punkt, der eine Nut ist, ein Punkt eines Kreisbogens, dessen Radius größer ist als der Abstand zwischen diesem Punkt und dem Drehpunkt. Dabei kann im Fall (ii) ist der Punkt, der eine Nut ist, der mittlere Punkt eines Kreisbogens sein, dessen Radius größer ist als der Abstand zwischen diesem Punkt und dem Drehpunkt. Im Fall (iv) gehen die Kurvenzüge, die der Nut unmittelbar benachbarten sind, in dem Punkt, der die Nut ist, tangential ineinander über.

Eine Flanke ist ein Kurvenzug eines Schneckenprofils, bei dem alle Punkte dieses Kurvenzugs bis auf den gemeinsamen Berührpunkt mit einem ersten der Flanke unmittelbar benachbarten Kurventeilstück einen kleineren Abstand vom Drehpunkt haben als dieses erste der Flanke unmittelbar benachbarte Kurventeilstück und gleichzeitig alle Punkte dieses Kurvenzugs bis auf den gemeinsamen Berührpunkt mit einem zweiten der Flanke unmittelbar benachbarten Kurventeilstück einen größeren Abstand vom Drehpunkt aufweisen als dieses zweite der Flanke unmittelbar benachbarte Kurventeilstück des Schneckenprofils.

Eine Flanke kann aus mehreren Kurventeilstücken zusammengesetzt sein, auf die die vorgenannte Definition zutrifft. Eine Flanke wird dann durch einen konvexen Kurvenzug dargestellt, der sich aus mehreren Kurventeilstücken zusammensetzt, wobei die Krümmungsradien der Kurventeilstücke immer kleiner sind als der Achsabstand a.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird eine Flanke aus einem konvexen Kurvenzug gebildet, dessen Kurventeilstücke ausschließlich aus Kreisbögen mit Radius kleiner als oder gleich Achsabstand a gebildet sind und erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird eine Flanke durch genau einen Kreisbogen mit Radius kleiner als Achsabstand a gebildet. Erfindungsgemäß insbesondere bevorzugt gilt, dass alle Flanken eines Schneckenquerschnittsprofils jeweils durch genau einen Kreisbogen mit Radius kleiner als Achsabstand a gebildet werden.

Das erfindungsgemäße Schneckenprofil weist genau acht Flanken auf. Erfindungsgemäß bevorzugt gilt dabei:

Für jede der acht Flanken gilt unabhängig von jeder der anderen sieben Flanken: eine Flanke ist aus genau einem einzigen Kreisbogen gebildet, wobei dieser Kreisbogen einen Mittelpunkt besitzt, der nicht der Drehpunkt des Schneckenprofils ist, oder eine Flanke kann ausschließlich aus mehreren Kreisbögen gebildet sein, wobei für die Mittelpunkte aller dieser Kreisbögen gilt, dass diese Mittelpunkte vom Drehpunkt des Schneckenprofils verschieden sind, oder eine Flanke kann aus mindestens einem Kreisbogen und mindestens einem Kurventeilstück gebildet sein, das nicht ein Kreisbogen ist, wobei kein Kreisbogen einen Mittelpunkt besitzt, der der Drehpunkt des Schneckenprofils ist, oder eine Flanke kann aus nur einem einzigen Kurventeilstück gebildet sein, das nicht ein Kreisbogen ist, oder eine Flanke kann ausschließlich aus mehreren Kurventeilstücken gebildet sein, von denen keines ein Kreisbogen ist.

Alternativ erfindungsgemäß bevorzugt wird eine Flanke aus einem konvexen Kurvenzug gebildet, dessen Kurventeilstücke ausschließlich nach einer Längsschnittäquidistanten-, Kreisäquidistanten- oder Raumäquidistantenrechenvorschrift gebildet sind, und erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird eine Flanke durch genau ein ausschließlich nach einer Längsschnittäquidistanten-, Kreisäquidistanten- oder Raumäquidistantenrechenvorschrift gebildetes Kurventeilstück gebildet. Alternativ erfmdungsgemäß insbesondere bevorzugt gilt, dass alle Flanken eines Schneckenquerschnittsprofils ausschließlich nach einer Längsschnittäquidistanten-, Kreisäquidistanten- oder Raumäquidistantenrechenvorschrift gebildet werden, und erfmdungsgemäß ganz besonders bevorzugt werden alle Flanken eines Schneckenquerschnittsprofils jeweils durch genau ein ausschließlich nach der Längsschnittäquidistanten-, Kreisäquidistanten- oder Raumäquidistantenrechenvorschrift gebildetes Kurventeilstücke gebildet. Alternativ ganz insbesondere bevorzugt sind alle Kurvenzüge eines Schneckenprofils nach derselben Längsschnittäquidistanten-, Kreisäquidistanten- oder Raumäquidistantenrechenvorschrift gebildet.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Schneckenelement als viergängig bezeichnet, wenn es genau vier Kämme aufweist.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Paar viergängige Schneckenelemente, geeignet für eine mehrwellige Schneckenmaschine mit m gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen SW1 bis SWm, deren jeweils benachbarte Drehachsen Dl bis Dm in einem Querschnitt rechtwinklig zu den Drehachsen einen Achsabstand a besitzen und mit m einander durchdringenden, kreisförmigen Gehäusebohrungen, die jeweils einen identischen Gehäuseinnenradius rg aufweisen und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm einen Abstand besitzen, der gleich dem Achsabstand a ist, und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm mit den jeweilig zugehörigen Drehachsen Dl bis Dm der Schneckenwellen SW1 bis SWm zusammenfallen, wobei jedes der beiden Schneckenelemente des Paares Schneckenelemente ein Schneckenprofil aufweist, für das gilt, dass:

(1) es eine geschlossene konvexe Kurve ist, wobei diese geschlossene konvexe Kurve nur aus Kurventeilstücken zusammengesetzt ist, deren Krümmungsradien kleiner oder gleich dem Achsabstand a sind, (2) es sich aus mindestens 16 Kurvenzügen zusammensetzt,

(3) es genau eine oder keine Achsensymmetrie aufweist,

(4) es genau vier Nuten aufweist,

(5) es genau vier Kämme - umlaufend mit Kl, K2, K3 und K4 benannt - aufweist,

(6) r(Ki) der Kammradius des Kammes Ki ist, wobei gilt: r(Kl) > r(K2) und r(Kl) > r(K3) und r(Kl) > r(K4), und r(K3) > r(K2) und r(K3) > r(K4), wobei r(Kl) der Kammradius des Schneckenkamms Kl ist und r(K2) der Kammradius des Schneckenkamms K2 ist und r(K3) der Kammradius des Schneckenkamms K3 ist, und r(K4) der Kammradius des Schneckenkamms K4 ist, wobei r(Kl) gleich dem Außenradius ra ist, und m eine ganze Zahl größer 1 ist, bevorzugt von 2 bis 16, besonders bevorzugt, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12 und 16, und i die Werte 1, 2, 3 oder 4 annehmen kann, und der Außenradius ra der Radius des Kreises ist, der das gesamte Schneckenprofil einschließt und dessen Mittelpunkt der zu diesem Schneckenprofil zugehörige Drehpunkt ist, wobei der Kamm Kl ein Kreissegment dieses Kreises ist,

(7) sich zwei unmittelbar benachbart auf zwei der gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen der mehrwelligen Schneckenmaschine paarweise gegenüberliegende Schneckenelemente des Paares Schneckenelemente paarweise praktisch abreinigen,

(8) eine Nut vom nächstliegenden Punkt eines benachbarten Kamms durch eine Flanke getrennt ist,

(9) es genau acht Kurvenzüge aufweist, die Flanken sind.

Daraus folgt für das erfindungsgemäße Schneckenprofil:

Die genau vier Schneckenkämme Kl, K2, K3 und K4 des erfindungsgemäßen Schneckenelements weisen unterschiedliche Spalte SI, S2, S3 und S4 zur Gehäuseinnenwand auf, wobei S1 der Spalt zwischen Schneckenkamm K 1 und der Gehäuseinnenwand ist, S2 der Spalt zwischen Schneckenkamm K2 und der Gehäuseinnenwand ist, S3 Oder Spalt zwischen Schneckenkamm K3 und der Gehäuseinnenwand ist, und S4 der Spalt zwischen Schneckenkamm K4 und der Gehäuseinnenwand ist, wobei folgende Relationen gelten: S1<S2 und S1<S3 und S1<S4 und S3<S4 und S3<S2.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Spalt S der Abstand zwischen einem Schneckenkamm und der Gehäuseinnenwand bezeichnet, gehorcht also der Gleichung Si = rg - r(Ki), also S 1 = rg - r(Kl) und S2 = rg - r(K2) und S3 = rg - r(K3) und S4 = rg - r(K4).

Mit dem erfindungsgemäßen Schneckenelement wird eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Misch- und Dispergierwirkung bei gleichzeitig guter Scherung und gutem Wirkungsgrad beim Druckaufbau erreicht und es ist gewährleistet, dass zwei erfindungsgemäße Schneckenelemente, die unmittelbar benachbart auf zwei unmittelbar benachbarten Schneckenwellen gegenüberliegen, sich gegenseitig praktisch abreinigen.

Die Energieeinleitung ist auf Grund der größeren Spalte der Kämme K2, K3, und K4 im Vergleich zum Spalt des Kamms Kl beim erfmdungsgemäßen Schneckenelement im Vergleich zu herkömmlichen, nach dem Stand der Technik bekannten Schneckenelementen reduziert. Überraschend weisen die erfmdungsgemäßen viergängigen Schneckenelemente trotzdem eine hervorragende Misch- und Dispergierwirkung auf.

Außerdem sind die erfmdungsgemäßen Schneckenelemente in Mehrwellenextrudem mit gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen mit einem Verhältnis von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg von a/dg kleiner 0,924 einsetzbar und somit relevant für die industrielle Praxis.

In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen viergängigen Schneckenelements gilt außerdem für das Schneckenprofil mit den unter (1) bis (9) dargestellten Merkmalen, dass:

(10) jeder der vier Kämme jeweils aus nur jeweils einem Kurventeilstück gebildet ist, das ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt der den Kämmen K 1, K2, K3 und K4 gemeinsame Drehpunkt ist, und jede der vier Nuten aus nur jeweils einem Kurventeilstück gebildet ist, das ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt der den vier Nuten gemeinsame Drehpunkt ist, und wobei es genau eine Nut gibt, deren Abstand vom Drehpunkt kleiner ist als die Abstände der anderen Nuten vom Drehpunkt. Für diesen erfindungsgemäß bevorzugten Fall mit dem zusätzlichen Merkmal (10) gilt dabei außerdem, dass der Kemradius ri der Radius der Nut mit dem kleinsten Radius - ausgehend vom Drehpunkt des Schneckenprofils - aller Nuten ist.

Die Kreisbögen, die die genau vier Nuten darstellen, haben in dieser erfmdungsgemäß bevorzugten Ausführungsform genauso wie die Kreisbögen, die die genau vier Kämme Kl, K2, K3 und K4 darstellen, denselben Mittelpunkt, nämlich den Drehpunkt. Der Drehpunkt ist also der gemeinsame Mittelpunkt aller vier Kämme Kl, K2, K3 und K4 als auch aller vier Nuten.

Daraus ergibt sich, dass in dieser erfmdungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ein Schneckenprofil an allen Übergangen von einem Schneckenkamm zu einer Flanke jeweils einen Knick aufweist. Ein Knick im Schneckenprofil bedeutet, dass im Schneckenelement an der entsprechenden Stelle eine Kante ausgebildet ist. Mathematisch bedeutet ein Knick, dass ein Kurvenzug an der Stelle des Knicks nicht stetig differenzierbar ist.

Besonders bevorzugt in dieser erfmdungsgemäß bevorzugten Ausführungsform mit dem zusätzlichen Merkmal (10) weist der Schneckenkamm mit dem größten Kammradius r(Ki), also der Kamm Kl, den kleinsten Kammwinkel auf. Auf diese Weise wird der Energieeintrag reduziert und die thermische Belastung des Polymers vermindert. Daraus folgt für die beschriebene mehrwellige Schneckenmaschine, dass der Schneckenkamm mit dem engsten Spalt zum Gehäuse, also der Kamm Kl mit dem Spalt Sl, den kleinsten Kammwinkel aufweist.

Außerdem bevorzugt - aber unabhängig davon, ob das zusätzliche Merkmal (10) vorhanden ist oder nicht - weist das erfindungsgemäße viergängige Schneckenelement mindestens einen Schneckenkamm Ki auf, dessen Kammwinkel KWi sich von den Kammwinkeln der anderen Schneckenkämme unterscheidet.

Weiter besonders bevorzugt werden die Kammwinkel so gewählt, dass das Schneckenprofil keine Symmetrieachsen aufweist, d.h. KW2 KW4 und KWI KW3, wobei KWI der Kammwinkel des Kammes Kl ist, KW2 der Kammwinkel des Kammes K2 ist, KW3 der Kammwinkel des Kammes K3 ist, und KW4 der Kammwinkel des Kammes K4 ist.

Insbesondere bevorzugt unterscheiden sich die Kammwinkel aller Kämme voneinander.

Erfmdungsgemäß ist es auch so, dass zwei erfindungsgemäße Schneckenelemente, die unmittelbar benachbart auf zwei Schneckenwellen der beschriebenen mehrwelligen Schneckenmaschine paarweise gegenüberliegen, sich paarweise praktisch abreinigen; solche zwei erfindungsgemäßen Schneckenelemente werden als ein erfindungsgemäßes Paar Schneckenelemente bezeichnet. Dabei können die Schneckenprofile dieser zwei erfmdungsgemäßen Schneckenelemente gleich oder unterschiedlich sein.

Erfmdungsgemäß bevorzugt ist es so, dass in einem Querschnitt rechtwinklig zu den Schneckenwellen alle Schneckenelemente einander paarweise praktisch abreinigen. Dies gilt natürlich wiederum bis auf die technisch nötigen Spiele. Dabei können die Schneckenprofile dieser erfmdungsgemäßen Schneckenelemente gleich oder unterschiedlich sein.

Bevorzugt wird bei einem gegebenen Gehäuseinnenradius rg in Relation zu einem gegebenen Achsabstand a der Abstand r(Kl) des Kamms Kl vom Drehpunkt so gewählt, dass für r(Kl) der Bereich gilt: r(Kl) ist kleiner oder gleich rg - 0,001 * a und r(Kl) ist größer oder gleich rg - 0,015 * a.

Für den Kamm K3 gilt bevorzugt der Bereich: r(K3) ist kleiner oder gleich r(Kl) - 0,0015 * a und r(K3) ist kleiner oder größer r(Kl) - 0,03 * a.

Sowohl für den Kamm K2 als auch für den Kamm K4 gelten bevorzugt die Bereiche: r(K2) ist kleiner oder gleich r(Kl) - 0,003 * a und r(K2) ist größer oder gleich r(Kl) - 0,08 * a, und r(K4) ist kleiner oder gleich r(Kl) - 0,003 * a und r(K4) ist größer oder gleich r(Kl) - 0,08 * a.

Dabei können r(K2) und r(K4) gleich oder unterschiedlich sein, bevorzugt sind (K2) und r(K4) unterschiedlich.

Sowohl für den Kamm K2 als auch für den Kamm K4 gelten besonders bevorzugt die Bereiche: r(K2) ist kleiner oder gleich r(Kl) - 0,005 * a und r(K2) ist größer oder gleich r(Kl) - 0,04 * a, und r(K4) ist kleiner oder gleich r(Kl) - 0,005 * a und r(K4) ist größer oder gleich r(Kl) - 0,04 * a.

Dabei können r(K2) und r(K4) gleich oder unterschiedlich sein, bevorzugt sind (K2) und r(K4) unterschiedlich.

Daraus folgt erfindungsgemäß für eine mehrwellige Schneckenmaschine mit m gleichsinnig und gleichschnell drehenden Schneckenwellen SW1 bis SWm, deren jeweils benachbarte Drehachsen Dl bis Dm in einem Querschnitt rechtwinklig zu den Drehachsen einen jeweils identischen Achsabstand a besitzen und mit m einander durchdringenden, kreisförmigen Gehäusebohrungen, die jeweils einen identischen Gehäuseinnenradius rg aufweisen und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm einen Abstand besitzen, der gleich dem Achsabstand a ist, und deren Bohrungsmittelpunkte Ml bis Mm mit den jeweiligen Drehachsen Dl bis Dm der Schneckenwellen SW1 bis SWm zusammenfallen, dass der Spalt S1 in Relation zum Abstand a der Drehpunkte DPI und DP2 bevorzugt von Sl/a = 0,001 bis Sl/a = 0,015 beträgt. Der Spalt S3 beträgt somit in Relation zum Achsabstand a der Drehpunkte DPI und DP2 in Abhängigkeit von S1 bevorzugt von S3/a = Sl/a + 0,0025 bis S3/a = Sl/a + 0,045 und besonders bevorzugt von S3/a = S 1/a + 0,004 bis S3/a = S 1/a + 0,035. Der Drehpunkt DP 1 ist dabei der Schnittpunkt der Drehachse Dl mit der Ebene des Schneckenprofils rechtwinklig zu dieser Drehachse Dl und der Drehpunkt DP2 ist dabei der Schnittpunkt der Drehachse D2 mit der Ebene des Schneckenprofils rechtwinklig zu dieser Drehachse D2.

Die Spalte S2 und S4 betragen somit in Relation zum Abstand a der Drehpunkte DP 1 und DP2 und in Abhängigkeit von S 1 bevorzugt im Bereich S 1/a + 0,004 kleiner oder gleich S2/a kleiner oder gleich S 1/a + 0,095 und S 1/a + 0,004 kleiner oder gleich S4/a kleiner oder gleich S 1/a + 0,095, sowie besonders bevorzugt S 1/a + 0,006 kleiner oder gleich S2/a kleiner oder gleich S 1/a + 0,055 und S 1/a + 0,006 kleiner oder gleich S4/a <= Sl/a + 0,055.

Erfindungsgemäß beträgt der Kammwinkel KW1 bevorzugt 0 Grad < KW1 < 8 Grad und besonders bevorzugt 2 Grad < KW 1 < 6 Grad.

Alternativ erfindungsgemäß bevorzugt beträgt der Kammwinkel KW1 0 Grad, wenn das Schneckenprofil am Kamm stetig differenzierbar ist, also das Schneckenprofil am Kamm keinen Knick aufweist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung eines Paares der erfmdungsgemäßen Schneckenelemente in einer mehrwelligen Schneckenmaschine. Bevorzugt wird das Paar der erfmdungsgemäßen Schneckenelemente in einer zweiwelligen Schneckenmaschine eingesetzt, also in einem Doppelschneckenextruder.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch eine mit einem Paar der erfmdungsgemäßen Schneckenelemente ausgerüstete mehrwellige Schneckenmaschine. Die mehrwellige Schneckenmaschine ist dabei mit bevorzugt mit mindestens so vielen Schneckenelementen ausgerüstet, wie die Schneckenmaschine Wellen aufweist. Die erfmdungsgemäßen Schneckenelemente sind dabei so auf den Schneckenwellen angeordnet, dass sich jedes der erfmdungsgemäßen Schneckenelemente mit mindestens einem anderen der erfmdungsgemäßen Schneckenelemente praktisch abreinigt.

Das erfindungsgemäße Paar Schneckenelemente kann in einer mehrwelligen Schneckenmaschine in Form von Knet-, Förder- oder Mischelementen vorliegen. Es ist möglich, Knet-, Förder-, und Mischelemente in einer Schneckenmaschine miteinander zu kombinieren. Das erfindungsgemäße Paar Schneckenelement kann auch mit anderen Schneckenelementen, die z.B. nach dem Stand der Technik bekannt sind, kombiniert werden.

Ein Förderelement zeichnet sich bekanntlich dadurch aus (siehe zum Beispiel [1], Seiten 136 - 142), dass ein Schneckenprofil in Achsrichtung kontinuierlich schraubenförmig verdreht und fortgesetzt wird. Dabei kann das Förderelement rechts- oder linksgängig sein. Die Steigung eines erfmdungsgemäßen Förderelements liegt bevorzugt im Bereich des 0,5-fachen bis 5-fachen des Achsabstands a und die axiale Länge eines erfmdungsgemäßen Förderelements liegt bevorzugt im Bereich des 0,25-fachen bis 2-fachen der Steigung. Die Länge des Förderelements ist dabei besonders bevorzugt gleich der Steigung; damit bildet das Förderelement eine vollständige Drehung des Schneckenprofils ab.

Ein Knetelement zeichnet sich bekanntlich dadurch aus (siehe zum Beispiel [1], Seiten 142 - 145), dass ein Schneckenprofil in Achsrichtung absatzweise achsparallel in Form von Knetscheiben fortgeführt wird. Die Anordnung der Knetscheiben kann wahlweise rechts- oder linksgängig erfolgen, wodurch sich wahlweise eine Förderwirkung oder eine Rückforderung ergibt. Bei einem Versatzwinkel von 45° zwischen zwei axial benachbarten Knetscheiben ergibt sich für viergängige Schnecken eine neutrale Anordnung ohne Förderwirkung. Die axiale Länge der Knetscheiben liegt bevorzugt im Bereich des 0,05-fachen bis 0,5-fachen des Achsabstands a. Der axiale Abstand zwischen zwei benachbarten Knetscheiben hegt bevorzugt im Bereich des 0,0005-fachen bis 0,02-fachen des Achsabstands a.

Mischelemente werden bekanntlich unter anderem dadurch gebildet (siehe zum Beispiel [1], Seiten 148 -151), dass Förderelemente mit Durchbrüchen in den Schneckenkämmen ausgeführt werden. Die Mischelemente können rechts- oder linksgängig sein. Ihre Steigung liegt bevorzugt im Bereich des 0,1- fachen bis 10-fachen des Achsabstands a und die axiale Länge der Elemente hegt bevorzugt im Bereich des 0,5 -fachen bis 5 -fachen des Achsabstands a. Die Durchbrüche haben bevorzugt die Form von u- oder v-förmigen Nuten, die bevorzugt gegenfördemd oder achsparallel angeordnet sind.

Die Reihenfolge der Schneckenelemente bestehend aus Förderelementen und / oder Knetelementen und / oder Mischelementen auf einer Schneckenwelle wird auch als Schneckenkonfiguration bezeichnet. Das erfindungsgemäße Schneckenelement kann auch als Übergangselement ausgestaltet sein, das heißt, dass das Schneckenprofil an einer Stelle der axialen Ausdehnung des Schneckenelementes ein anderes ist als an einer anderen Stelle der axialen Ausdehnung des Schneckenelements, wobei sich diese verschiedenen Schneckenprofile nicht durch Drehung ineinander überführen lassen.

Das erfindungsgemäße Schneckenelement eignet sich zur Extrusion plastischer und viskoelastischer Massen, z.B. Suspensionen, Pasten, Glas, Keramische Massen, Metalle in Form einer Schmelze, Kunststoffe, Kunststoffschmelzen, Polymerlösungen, Elastomer- und Kautschuk-Massen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch eine mit mindestens einem Paar der erfindungsgemäßen Schneckenelemente ausgerüstete mehrwellige Schneckenmaschine.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Extrusion plastischer oder viskoelastischer Massen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Paares Schneckenelemente oder unter Verwendung einer mit einem erfindungsgemäßen Paar Schneckenelemente ausgerüsteten Schneckenmaschine.

Unter einer plastischen Masse wird eine verformbare Masse verstanden. Beispiele für plastische Massen sind Polymerschmelzen, vor allem von Thermoplasten, sowie Elastomere, Mischungen von Polymerschmelzen oder Dispersionen von Polymerschmelzen mit Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

Bevorzugt werden thermoplastische Polymere, auch Thermoplaste genannt, oder Gemische von thermoplastischen Polymeren aus der folgenden Reihe eingesetzt: Polycarbonat, Polyamid, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat, sowie Polyether, thermoplastisches Polyurethan, Polyacetal, Fluorpolymer, insbesondere Polyvinylidenfluorid, sowie Polyethersulfone, Polyolefin, insbesondere Polyethylen und Polypropylen, sowie Polyimid, Polyacrylat, insbesondere Poly(methyl)methacrylat, sowie Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Styrolpolymerisate, insbesondere Polystyrol und Styrolcopolymere, insbesondere Styrolacrylnitrilcopolymer und Acrylnitrilbutadienstyrolblockcopolymere sowie Polyvinylchlorid eingesetzt. Ebenso bevorzugt eingesetzt werden so genannte Blends aus den aufgeführten Kunststoffen, worunter der Fachmann eine Kombination aus zwei oder mehreren Kunststoffen versteht.

Unter viskoelastischen Massen werden solchen Materialien und Mischungen verstanden, die eine zeit-, temperatur- und frequenzabhängige Elastizität aufweisen. Die Viskoelastizität ist durch ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Verhalten geprägt. Das Material relaxiert nach Entfernen der externen Kraft nur unvollständig, die verbleibende Energie wird in Form von Fließvorgängen (Retardation) abgebaut. Beispiele für viskoelastische Materialien sind Styrol-Butadien-Kautschuk, Naturkautschuk, Butatdien- Kautschuk, Isopren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, hydrierter Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk, Polyurethan-Kautschuk, Thermoplastisches Polyurethan, Guttapercha, Arylatkautschuk, Fluorkautschuk, Siliconkautschuk, Sulfidkautschuk, Chlorsulfonyl-Polyethylen-Kautschuk. Eine Kombination von zwei oder mehreren der aufgeführten Kautschuke, oder eine Kombination aus einem oder mehreren Kautschuk mit einem oder mehreren Kunststoffen ist natürlich auch möglich.

Die zu extrudierenden plastischen oder viskoelastischen Massen können in reiner Form oder als Mischungen mit Füll- und Verstärkungsstoffen, wie insbesondere Glasfasern, als Mischungen untereinander oder mit anderen Polymeren oder als Mischungen mit üblichen Polymeradditiven eingesetzt werden.

Additive können als Feststoffe, Flüssigkeiten oder Lösungen gemeinsam mit dem Polymer in den Extruder gegeben werden oder aber es wird wenigstens ein Teil der Additive oder alle Additive dem Extruder über einen Seitenstrom zugeführt.

Additive können einem Polymer vielfältige Eigenschaften verleihen. Dies können beispielsweise Weichmacher, Farbmittel, Pigmente, Verarbeitungshilfsmittel, Füllstoffe, Antioxidantien, Verstärkungsstoffe, UV-Absorber und Lichtstabilisatoren, Extenderöle, Metalldesaktivatoren, Peroxidfänger, basische Stabilisatoren, Keimbildner, als Stabilisatoren oder Antioxidatien wirksame Benzofurane und Indolinone, Formtrennmittel, flammhemmende Additive, antistatische Mittel, Färbemittel und Schmelzestabilisatoren sein. Beispielhaft für Füll- und Verstärkungsstoffe sind Ruß, Glasfaser, Ton, Glimmer, Graphitfaser, Titandioxid, Kohlenstofffasem, Kohlenstoffhanoröhrchen, ionische Flüssigkeiten und Naturfasern.

Das erfmdungsgemäße Paar Schneckenelemente eignen sich wie oben ausgeführt besonders zur Extrusion viskoelastischer Massen. Die Verfahrensschritte, die mit Hilfe dieses Paares Schneckenelemente durchgeführt werden können, sind beispielsweise das Einmischen oder Dispergieren von Feststoffen oder Flüssigkeiten oder Gasen. Feststoffe können beispielsweise die oben genannten festen Additive sein. Flüssigkeiten können beispielsweise die oben genannten Additive in flüssiger Form sein, aber auch beispielsweise Wasser. Gase können beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid sein.

Insbesondere auch kann ein erfindungsgemäßes Paar Schneckenelemente oder eine mit mindestens einem erfindungsgemäßen Paar Schneckenelemente ausgerüstete ein- oder mehrwellige Schneckenmaschine vorteilhaft zur Compoundierung von Thermoplasten, insbesondere von Polycarbonaten oder thermoplastischen Polyurethanen, mit Farbmitteln, Pigmenten- oder Zuschlagstoffen eingesetzt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit sowohl ein Verfahren zur Compoundierung von Thermoplasten, insbesondere von Polycarbonaten oder thermoplastischen Polyurethanen, mit Färb- und Zuschlagstoffen unter Verwendung eines erfmdungsgemäßen Paares der Schneckenelemente als auch die Verwendung eines erfmdungsgemäßen Paares Schneckenelemente zur Compoundierung von Thermoplasten, insbesondere von Polycarbonaten oder thermoplastischen Polyurethanen, mit Färb- und Zuschlagstoffen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Figur 1A zeigt ein erfindungsgemäßes, einander praktisch abschabendes Paar viergängiger Schneckenelemente für einen gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruder in der Aufsicht. Die Gehäusewand ist in Figur 1A durch vertikale Linien angedeutet.

Die Schneckenkämme sind mit Kl bis K4 beim linken Schneckenelement und mit K1‘ bis K4‘ beim rechten Schneckenelement bezeichnet. Der Schneckenkamm K 1 reinigt das Gehäuse mit dem Spalt Sl, K2 mit dem Spalt S2, usw. Das Verhältnis a/dg von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg beträgt 0,899 und ist somit kleiner als 0,924.

Figur 1B zeigt das Paar viergängiger Schneckenelemente aus Figur 1A im Querschnitt, zeigt also die Schneckenquerschnittsprofile dieser Schneckenelemente. Die Drehpunkte der Doppelschnecke sind wiederum mit DPI und DP2 bezeichnet. Figur 1B zeigt die Schneckenprofile zweier einander exakt abreinigender Schneckenelemente, d.h. es existiert kein Spiel zwischen den Schneckenelementen bei der gegenseitigen Reinigung der Schneckenelemente. Ebenso ist der Spalt Sl bzw. S1‘ zwischen dem Schneckenkamm Kl bzw. K1‘ und dem Gehäuse (hier durch eine gestrichelt dargestellte Linie wiedergegeben) gleich Null. In der Praxis wird man hier einen von Null verschiedenen Spalt S 1 bzw. S 1 ‘ einstellen, ebenso wie man bestrebt ist, zwischen den Schneckenelementen ein Spiel einzustellen. Die Vorgehensweise dazu ist, wie bereits weiter oben erwähnt, beispielsweise in [1] auf den Seiten 40 und 41 sowie 117 bis 121. dargestellt. Die Kreisbögen, aus denen sich die Schneckenprofile zusammensetzen, sind beim linken Schneckenprofil mit den Ziffern 1 bis 16 bezeichnet und beim rechten Schneckenprofil mit den Ziffern 1‘ bis 16‘. Die Spalte zwischen den Schneckenkämmen und der Gehäusewand tragen die Bezeichnungen Sl bis S4 beim linken Schneckenelement und S1‘ bis S4‘ beim rechten Schneckenelement. Der Spalt S1 ist in der Darstellung von Figur 1B nicht zu sehen, weil das linke Schneckenelement in der gezeigten Position gerade das benachbarte Schneckenelement reinigt.

Die Schneckenprofile der Schneckenelemente der Figur 1B setzen sich nur aus Kreisbögen zusammen. In der folgenden Tabelle 1B sind für die Schneckenprofile aus der Figur 1B mit den Kreisbögen 1 bis 16 und 1‘ bis 16‘ die Radien, die Zentriwinkel, die Koordinaten der Kreismittelpunkte (MP) und die Koordinaten der Startpunkte (SP) der jeweiligen Kreisbögen aufgeführt. Die Nummerierung der Kreisbögen erfolgt beim erzeugenden Schneckenprofil, hier das linke, gegen den Uhrzeigersinn, und beim erzeugten Schneckenprofil, hier das rechte Schneckenprofil, mit dem Uhrzeigersinn. Alle Längenmaße sind auf den Abstand a zwischen den Drehpunkten DPI und DP2 normiert. Der Koordinatenursprung befindet sich im Drehpunkt des jeweiligen Schneckenprofils. Die Angaben der Zentriwinkel - hier nur kurz Winkel genannt - erfolgen im Bogenmaß.

Tabelle 1B: Koordinaten der Schneckenprofile in Figur 1B

Nr. Radius Winkel SP-x Sp-y MP-x MP-y

1 0,555556 0,104720 0,555556 0,000000 0,000000 0,000000

2 1,000000 0,394862 0,552512 0,058071 -0,336916 -0,399003

3 0,477778 0,123590 0,308243 0,365045 0,000000 0,000000

4 1,000000 0,292775 0,260890 0,400260 -0,285159 -0,437493

5 0,522222 0,123590 -0,004130 0,522206 0,000000 0,000000

6 1,000000 0,369983 -0,068474 0,517714 0,433916 -0,346928

7 0,444444 0,104720 -0,347133 0,277542 0,000000 0,000000

8 1,000000 0,398155 -0,374242 0,239736 0,467803 -0,299670

9 0,533333 0,123590 -0,517514 -0,128934 0,000000 0,000000

10 1,000000 0,299258 -0,497672 -0,191747 0,295870 0,416768

11 0,488889 0,123590 -0,283006 -0,398647 0,000000 0,000000

12 1,000000 0,208894 -0,231704 .0,430494 0,242236 0,450062

13 0,511111 0,123590 -0,038793 -0,509637 0,000000 0,000000

14 1,000000 0,286428 0,024329 -0,510532 -0,315632 0,429908

15 0,466667 0,123590 0,276178 -0,376169 0,000000 0,000000

16 1,000000 0,415747 0,320444 -0,339254 -0,366222 0,387719

Nr. Radius Winkel SP-x Sp-y MP-x MP-y r 0,444444 0,104720 .0,444444 0,000000 0,000000 0,000000 2' 1,000000 0,369983 -0,442010 -0,046457 0,552512 0,058071 3' 0,522222 0,123590 -0,336916 -0,399003 0,000000 0,000000 4' 1,000000 0,292775 -0,285159 -0,437493 -0,004130 0,522206 5' 0,477778 0,123590 0,003778 -0,477763 0,000000 0,000000 6' 1,000000 0,394862 0,062646 -0,473653 -0,068474 0,517714 7’ 0,555556 0,104720 0,433916 -0,346928 0,000000 0,000000 8' 1,000000 0,415747 0,467803 -0,299670 -0,517514 -0,128934 9' 0,466667 0,123590 0,452825 0,112817 0,000000 0,000000 10' 1,000000 0,286428 0,435463 0,167779 -0,497672 -0,191747 i r 0,511111 0,123590 0,295870 0,416768 0,000000 0,000000 12’ 1,000000 0,208894 0,242236 0,450062 -0,038793 -0,509637 13’ 0,488889 0,123590 0,037106 0,487479 0,000000 0,000000 14' 1,000000 0,299258 -0,023271 0,488335 0,024329 -0,510532

15' 0,533333 0,123590 -0,315632 0,429908 0,000000 0,000000

16' 1,000000 0,398155 -0,366222 0,387719 0,555556 0,000000

Figur IC zeigt die zu den Figuren 1A und 1B zugehörigen praktisch abreinigenden Schneckenprofile, die bei der Fertigung der Schneckenelemente zugrunde gelegt werden. Diese Schneckenprofile wurden so berechnet, dass die Schneckenelemente sich räumlich mit einem äquidistanten Spiel gegenseitig abreinigen, also mit der Raumäquidistantenrechenvorschrift berechnet wurden. Alternativ können solche einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile auch mit der Längsäquidistantenrechenvorschrift berechnet werden.

Tabelle IC: kartesische Koordinaten der einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile in Figur IC abgelesen in 2°-Schritten in mathematisch positivem Richtungssinn, in Millimetern [mm], für Schneckenelemente für einen Doppelschneckenextruder mit einem Gehäuseinnendurchmesser von 100 mm und einem Achsabstand von 90 mm. Die Steigung der Schneckenelemente beträgt 100 mm, das Spiel zwischen den Schneckenelementen beträgt 1 mm, der Spalt zwischen den Schneckenelementen und dem Gehäuse beträgt 0,5 mm.

Linke Welle Rechte Welle x (mm) y (mm) x (mm) y (mm) 49,156 0,000 42,141 0,000 49,495 0,726 41,944 I,465 49,306 4,383 41,723 2,918 48,928 5,143 41,479 4,360 48,093 6,759 41,212 5,792 47,240 8,330 40,920 7,215 46,372 9,857 40,606 8,631 45,487 11,341 40,267 10,040 44,588 12,786 39,892 I I,439 43,676 14,191 39,469 12,824 42,750 15,560 38,997 14,194 41,811 16,893 38,481 15,547 40,859 18,192 37,938 16,891 39,895 19,458 37,371 18,227 38,919 20,694 36,780 19,556 37,931 21,899 36,165 20,880 36,930 23,076 35,524 22,198 35,916 24,226 34,858 23,512 34,890 25,349 34,165 24,822 33,851 26,447 33,444 26,129 32,798 27,521 32,695 27,434 31,732 28,572 31,916 28,737 30,651 29,600 31,106 30,039 29,556 30,606 30,265 31,340 28,445 31,592 29,390 32,641 27,415 32,476 28,481 33,942 26,166 33,490 27,535 35,243 24,981 34,383 26,551 36,545 23,766 35,234 25,948 37,376 22,524 36,045 24,111 38,586 20,989 36,992 22,750 39,404 19,992 37,600 21,296 40,051 18,703 38,346 19,262 40,730 17,396 39,073 18,212 40,906 16,072 39,779 16,680 41,285 14,728 40,465 15,153 41,634 13,365 41,132 13,631 41,953 11,980 41,779 12,113 42,242 10,573 42,406 10,597 42,503 9,143 43,013 9,084 42,736 7,688 43,600 7,572 42,942 6,207 44,166 6,060 43,120 4,699 44,711 4,548 43,271 3,163 45,235 3,034 43,394 1,597 45,736 1,518 43,474 0,000 46,214 0,607 43,496 -1,623 46,472 -1,518 43,474 -3,244 46,387 -3,035 43,399 -3,851 46,340 -4,551 43,296 -6,407 45,591 -6,067 43,167 -7,885 44,721 -7,434 43,036 -10,600 43,547 -9,103 42,825 -10,708 42,948 -10,624 42,612 -12,057 42,048 -12,150 42,371 -13,366 41,138 -13,679 42,101 -14,639 40,219 -15,214 41,801 -15,875 39,293 -16,755 41,471 -17,078 38,358 -18,303 41,110 -18,249 37,415 -19,859 40,716 -19,388 36,464 -21,423 40,290 -20,499 35,505 -22,996 39,830 -21,582 34,538 -24,578 39,334 -22,638 33,562 -26,171 38,801 -23,669 32,577 -TI ,775 38,230 -24,675 31,583 -29,244 37,431 -25,659 30,579 -30,532 36,387 -26,620 29,565 -31,784 35,299 -27,560 28,540 -32,598 33,756 -28,480 27,503 -33,269 32,127 -29,381 26,455 -33,894 30,518 -30,263 25,394 -34,476 28,929 -31,126 24,319 -35,018 27,359

-31,956 23,218 -35,521 25,807

-32,747 22,088 -35,987 24,273

-33,499 20,933 -36,418 22,756

-33,680 20,680 -36,816 21,255

-34,938 18,577 -37,181 19,770

-35,760 17,110 -37,516 18,298

-36,306 16,164 -37,822 16,839

-36,964 14,934 -38,099 15,393

-37,605 13,687 -38,349 13,958

-38,230 12,422 -38,573 12,533

-38,838 11,137 -38,771 11,117

-39,429 9,831 -38,944 9,710

-40,004 8,503 -39,093 8,310

-40,562 7,152 -39,218 6,915

-41,103 5,777 -39,320 5,526

-41,627 4,375 -39,399 4,141

-42,133 2,946 -39,455 2,759

-42,620 1,488 -39,489 1,379

-43,089 0,000 -39,500 0,000

-43,538 -1,520 -39,476 -1,379

-43,966 -3,074 -39,404 -2,755

-44,372 -4,664 -39,284 -4,129

-44,755 -6,290 -39,128 -5,499

-45,114 -7,955 -38,951 -6,868

-45,447 -9,660 -38,750 -8,237

-45,753 -11,407 -38,527 -9,606

-45,660 -13,093 -38,281 -10,977

-45,175 -14,678 -38,011 -12,350

-44,635 -16,246 -37,716 -13,728

-43,676 -17,646 -37,397 -15,109

-42,629 -18,980 -37,052 -16,496

-41,572 -20,276 -36,680 -17,890

-40,503 -21,536 -36,282 -19,291

-39,423 -22,761 -35,855 -20,701

-38,333 -23,953 -35,398 -22,119

-37,232 -25,113 -34,911 -23,548

-36,120 -26,242 -34,392 -24,987

-34,996 -27,342 -33,840 -26,438

-33,862 -28,413 -33,252 -27,902

-32,716 -29,457 -32,628 -29,379

-31,557 -30,475 -31,966 -30,869

-30,387 -31,466 -31,263 -32,374

-29,203 -32,433 -30,518 -33,894

-28,006 -33,376 -29,728 -35,429

-26,795 -34,296 -29,415 -36,014

-25,175 -35,477 -27,332 -37,619

-24,325 -36,063 -26,002 -38,550 -23,051 -36,890 -24,411 -39,066 -21,750 -37,672 -23,026 -39,389 -20,422 -38,408 -21,228 -39,924 -18,226 -39,517 -19,656 -40,301 -17,717 -39,794 -18,096 -40,645 -16,344 -40,452 -16,548 -40,957 -14,955 -41,088 -15,009 -41,237 -13,549 -41,701 -13,480 -41,488 -12,127 -42,291 -11,960 -41,710 -10,686 -42,859 -10,448 -41,903 -9,226 -43,404 -8,942 -42,068 -7,745 -43,927 -7,442 -42,206 -6,244 -44,426 -5,947 -42,317 -4,719 -44,903 -4,457 -42,402 -3,172 -45,355 -2,969 -42,461 -1,588 -45,472 -1,484 -42,494 -0,199 -45,500 0,000 -42,501

I,588 -45,466 I,483 -42,474 3,141 -44,915 2,965 -42,396 4,661 -44,342 4,442 -42,267 7,071 -43,611 5,915 -42,087 7,607 -43,140 7,383 -41,874 9,036 -42,511 8,850 -41,635 10,438 -41,863 10,747 -41,260

I I,813 -41,198 I I,779 -41,079

13,164 -40,515 13,244 -40,760 14,492 -39,815 14,710 -40,415 15,796 -39,098 16,178 -40,042 17,080 -38,363 17,649 -39,641 18,344 -37,610 19,124 -39,210 19,588 -36,840 20,603 -38,749 20,814 -36,051 22,087 -38,257 22,023 -35,245 23,578 -37,733 23,216 -34,419 25,075 -37,175 24,393 -33,574 26,579 -36,583 25,550 -32,702 28,092 -35,956 26,676 -31,791 29,612 -35,291 27,769 -30,841 31,142 -34,587 28,829 -29,854 32,681 -33,842 29,869 -28,844 34,229 -33,055 30,892 -27,816 35,788 -32,224 31,900 -26,768 37,356 -31,346 32,894 -25,699 38,935 -30,419 33,873 -24,610 40,046 -29,095 34,837 -23,498 41,037 -27,680 35,789 -22,363 41,496 -25,929 36,727 -21,204 41,519 -24,594 37,652 -20,020 42,045 -22,356 38,564 -18,809 42,114 -20,906

39,463 -17,570 42,436 -18,894

40,349 -16,302 42,577 -17,202

41,223 -15,004 42,683 -15,535

42,083 -13,674 42,757 -13,893

42,930 -12,310 42,800 -12,273

43,764 -10,912 42,813 -10,674

44,583 -9,476 42,796 -9,097

45,388 -8,003 42,752 -7,538

46,176 -6,490 42,681 -5,998

46,949 -4,935 42,584 -4,476

47,704 -3,336 42,461 -2,969

48,440 -1,692 42,313 -1,478

49,156 0,000 42,141 0,000

Die Figuren 2A bis 2C zeigen ein weiteres Beispiel viergängiger Schneckenelemente. Dabei zeigen die Figuren 2A bis 2C eine Ausführungsform, bei der der Kammwinkel desjenigen Schneckenkammes, der den engsten Spalt zur Gehäusewand aufweist, nämlich der Kamm Kl, am kleinsten ist; dies ist erfindungsgemäß bevorzugt. Das Verhältnis a/dg von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg beträgt auch hier 0,899 und ist somit kleiner als 0,924.

Das Paar viergängiger Schneckenelemente aus den Figuren 2A bis 2C ist außerdem durch folgende dimensionslose Kenngrößen gekennzeichnet: Steigung/Gehäuseinnendurchmesser dg = 1,232, Gehäusespalt/Gehäuseinnendurchmesser dg = 0,0123, Schneckenspalt /Gehäuseinnendurchmesser dg = 0,0185.

Figur 2A zeigt das Paar erfmdungsgemäßer viergängiger Schneckenelemente in der Aufsicht als einander praktisch abreinigendes Paar Schneckenelemente. Die Gehäusewand ist in Figur 2A durch vertikale Linien angedeutet. Die Kämme Kl bis K4 und Kl'bis K4'sowie die Spalte S1 bis S4 und Sl'bis S4'sind in der Abbildung gekennzeichnet.

Figur 2B zeigt die Schneckenprofile der zwei einander exakt abreinigender Schneckenelemente, die zur Konstruktion der praktisch abreinigenden Schneckeniemente aus Figur 2A zu Grunde gelegt wurden. Hier existiert kein Spiel zwischen den Schneckenelementen bei der gegenseitigen Reinigung der Schneckenelemente. Die Drehpunkte der beiden Schneckenelemente des Paares Schneckenelemente sind wiederum mit DPI und DP2 bezeichnet. Ebenso ist der Spalt S1 bzw. S1‘ zwischen dem Schneckenkamm Kl bzw. K1‘ und dem Gehäuse (hier durch eine gestrichelt dargestellte Linie wiedergegeben) gleich Null. Die Kreisbögen, aus denen sich die Schneckenprofile zusammensetzen, sind beim linken Schneckenprofil mit den Ziffern 1 bis 16 bezeichnet und beim rechten Schneckenprofil mit den Ziffern 1‘ bis 16‘. Die Spalte zwischen den Schneckenkämmen und der Gehäusewand tragen die Bezeichnungen S1 bis S4 beim linken Schneckenelement und S1‘ bis S4‘ beim rechten Schneckenelement. Der Spalt S1 ist in der Darstellung von Figur 2B nicht zu sehen, weil das linke Schneckenelement in der gezeigten Position gerade das benachbarte Schneckenelement abreinigt.

Die Schneckenprofile der Schneckenelemente der Figur 2B setzen sich nur aus Kreisbögen zusammen. In der folgenden Tabelle 2 sind für die Schneckenprofile aus den Figuren 2 mit den Kreisbögen 1 bis 16 und 1‘ bis 16‘ die Radien, die Winkel, die Koordinaten der Kreismittelpunkte (MP) und die Koordinaten der Startpunkte (SP) der jeweiligen Kreisbögen aufgeführt. Alle Längenmaße sind auf den Achsabstand a zwischen den Drehpunkten DPI und DP2 normiert. Der Koordinatenursprung befindet sich im Drehpunkt des jeweiligen Schneckenprofils. Die Angaben Zentriwinkel - hier nur kurz Winkel genannt - erfolgen im Bogenmaß.

Tabelle 2B: Koordinaten der Schneckenprofile in Figur 2B

Nr. Radius Winkel SP-x SP-y MP-x MP-y

1 0.552740 0.069814 0.555828 -0.019290 0.003425 0.000000

2 1.000000 0.393303 0.555828 0.019290 -0.362196 -0.377235

3 0.474658 0.110021 0.333770 0.340839 0.003425 0.000000

4 1.000000 0.311874 0.294349 0.375050 -0.318566 -0.415099

5 0.525342 0.110021 0.022331 0.525002 0.003425 0.000000

6 1.000000 0.372822 -0.035428 0.523904 0.415074 -0.368872

7 0.447260 0.069814 -0.329669 0.298480 0.003425 0.000000

8 1.000000 0.407502 -0.349679 0.274517 0.439802 -0.339258

9 0.539041 0.110021 -0.528281 -0.088627 0.003425 0.000000

10 1.000000 0.320394 -0.515335 -0.146472 0.321806 0.400516

11 0.488356 0.110021 -0.300465 -0.382286 0.003425 0.000000

12 1.000000 0.213750 -0.256653 -0.413341 0.275905 0.433052

13 0.511644 0.110021 -0.064991 -0.507049 0.003425 0.000000

14 1.000000 0.303574 -0.008904 -0.511495 -0.300883 0.444930

15 0.460959 0.110021 0.263652 -0.380480 0.003425 0.000000

16 1.000000 0.418497 0.303855 -0.349607 -0.347896 0.408827

Nr. Radius Winkel SP-x SP-y MP-x MP-y 1' 0.447260 0.069814 -0.443563 0.015609 0.003425 -0.000000 2' 1.000000 0.372822 -0.443563 -0.015609 0.555828 0.019290 3' 0.525342 0.110021 -0.362196 -0.377235 0.003425 -0.000000 4' 1.000000 0.311874 -0.318566 -0.415099 0.022331 0.525002 5' 0.474658 0.110021 -0.013657 -0.474350 0.003425 -0.000000 6' 1.000000 0.393303 0.038529 -0.473358 -0.035428 0.523904 7' 0.552740 0.069814 0.415074 -0.368872 0.003425 -0.000000 8' 1.000000 0.418498 0.439802 -0.339258 -0.528281 -0.088627 9' 0.460959 0.110021 0.458110 0.075789 0.003425 -0.000000 10' 1.000000 0.303574 0.447040 0.125255 -0.515335 -0.146472 11' 0.511644 0.110021 0.321806 0.400516 0.003425 -0.000000 12' 1.000000 0.213750 0.275905 0.433052 -0.064991 -0.507049 13' 0.488356 0.110021 0.068727 0.483970 0.003425 -0.000000 14' 1.000000 0.320394 0.015192 0.488214 -0.008904 -0.511495 15' 0.539041 0.110021 -0.300883 0.444930 0.003425 -0.000000 16' 1.000000 0.407502 -0.347896 0.408827 0.555828 -0.019290

Figur 2C zeigt die zu den Figuren 2A und 2B zugehörigen praktisch abreinigenden Schneckenprofile, die bei der Fertigung der Schneckenelemente zugrunde gelegt werden. Diese Schneckenprofile wurden so berechnet, dass die Schneckenelemente sich räumlich mit einem äquidistanten Spiel gegenseitig abreinigen, also mit der Raumäquidistantenrechenvorschrift berechnet wurden. Alternativ können solche einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile auch mit der Längsäquidistantenrechenvorschrift berechnet werden.

Tabelle 2C: kartesische Koordinaten der einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile in Figur 2C abgelesen in 2°-Schritten in mathematisch positivem Richtungssinn, in Millimetern [mm], für Schneckenelemente für einen Doppelschneckenextruder mit einem Gehäuseinnendurchmesser von 162,4 mm und einem Achsabstand von 146 mm. Die Steigung der Schneckenelemente beträgt 200 mm, das Spiel zwischen den Schneckenelementen beträgt 3 mm, der Spalt zwischen den Schneckenelementen und dem Gehäuse beträgt 2 mm.

Linke Welle Rechte Welle x (mm) y (mm) x (mm) y (mm)

78,418 0,000 66.485 0,000

79,178 1,852 66,225 2,313

79,109 3,786 65,928 4,610

78,346 5,479 65,594 6,894

77,101 8,104 65,221 9,166

75,825 10,657 64,811 11,428

74,521 13,140 64.486 13,085

73,191 15,557 63,845 15,918

71,835 17,911 62,664 20,071

70,455 20,203 62,580 20,333

69,053 22,437 61,856 22,514

67,627 24,614 61,095 24,684

66,180 26,738 60,296 26,845

64,711 28,811 59,457 28,999

63,221 30,835 58,579 31,147

61,710 32,812 57,660 33,290

60,177 34,743 56,699 35,430

58,623 36,632 55,695 37,567

57,048 38,479 54,646 39,702

55,450 40,287 53,550 41,838

53,830 42,057 52,407 43,974

52,187 43,790 51,213 46,113

50,520 45,488 49,968 48,254

48,828 47,153 48,669 50,398

47,111 48,785 47,313 52,546

45,446 50,314 45,898 54,700 43,581 51,938 44,422 56,858 41,742 53,427 42,882 59,022 39,670 54,983 42,414 59,660 37,923 56,223 37,624 62,791

35,968 57,561 36,475 63,176

33,988 58,868 34,010 63,964 31,979 60,144 31,556 64,699 29,941 61,389 29,111 65,383 27,873 62,604 26,673 66,017

25,772 63,789 24,241 66,603

23,637 64,943 21,815 67,140

21,467 66,069 19,393 67,632

19,259 67,164 16,974 68,078 17,011 68,229 14,556 68,479

14,722 69,263 12,138 68,835

12,390 70,266 9,718 69,148 10,012 71,238 7,296 69,418 7,586 72,177 6,896 69,458 5,110 73,082 2,436 69,757

2,582 73,953 -0,743 69,796 0,000 74,787 -2,436 69,767

-1,312 75,189 -4,873 69,689

-6,502 74,918 -7,312 69,568 -7,803 74,239 -9,754 69,403 -10,246 72,906 -12,201 69,193 -12,617 71,553 -14,653 68,939

-14,917 70,180 -17,114 68,639 -17,151 68,790 -19,583 68,292 -19,321 67,382 -22,062 67,899 -21,431 65,957 -24,552 67,457

-23,482 64,518 -27,055 66,965 -25,479 63,062 -29,573 66,421 -27,423 61,592 -32,105 65,825 -29,316 60,108 -34,654 65,175

-31,162 58,608 -37,220 64,468 -32,963 57,093 -39,805 63,702 -34,720 55,563 -42,410 62,875 -36,435 54,018 -45,035 61,985

-38,111 52,456 -46,911 61,312 -39,750 50,877 -50,972 57,980 -41,352 49,281 -51,389 57,074 -42,920 47,667 -52,556 54,423

-44,454 46,034 -53,645 51,805 -45,957 44,381 -54,662 49,218 -47,430 42,706 -55,609 46,662 -48,981 40,882 -56,491 44,136

-50,275 39,279 -57,310 41,638 -51,700 37,383 -58,069 39,168 -52,907 35,687 -58,772 36,725

-54,171 33,850 -59,420 34,306

-55,406 31,989 -60,016 31,911

-56,614 30,102 -60,563 29,539

-57,796 28,189 -61,062 27,186

-58,951 26,247 -61,514 24,853

-60,080 24,274 -61,922 22,538

-61,184 22,269 -62,287 20,238

-62,262 20,230 -62,611 17,953

-63,316 18,155 -62,893 15,681

-64,343 16,043 -63,136 13,420

-65,345 13,889 -63,341 11,169

-66,321 11,694 -63,507 8,925

-67,270 9,454 -63,635 6,688

-68,191 7,167 -63,727 4,456

-69,085 4,831 -63,782 2,227

-69,949 2,443 -63,800 0,000

-70,783 0,000 -63,761 -2,227

-71,584 -2,500 -63,645 -4,450

-72,352 -5,059 -63,471 -6,671

-73,085 -7,681 -63,261 -8,891

-73,779 -10,369 -63,014 -11,111

-74,433 -13,125 -62,729 -13,334

-75,043 -15,951 -62,407 -15,560

-75,276 -17,130 -62,046 -17,791

-73,940 -22,197 -61,646 -20,030

-72,920 -23,693 -61,206 -22,277

-71,316 -25,957 -60,724 -24,534

-69,691 -28,157 -60,199 -26,802

-68,046 -30,296 -59,631 -29,084

-66,382 -32,376 -59,016 -31,380

-64,698 -34,401 -58,355 -33,691

-62,996 -36,371 -57,644 -36,020

-61,276 -38,289 -56,882 -38,368

-59,537 -40,158 -56,067 -40,735

-57,779 -41,979 -55,196 -43,124

-56,002 -43,753 -54,266 -45,534

-54,205 -45,483 -53,275 -47,969

-52,388 -47,171 -52,219 -50,427

-50,551 -48,817 -51,096 -52,911

-48,692 -50,422 -49,901 -55,421

-46,812 -51,990 -49,167 -56,900

-44,908 -53,519 -45,110 -60,168

-42,981 -55,013 -43,992 -60,549

-41,499 -56,124 -41,408 -61,391

-39,032 -57,867 -38,848 -62,170

-35,100 -60,333 -36,310 -62,891

-34,900 -60,449 -33,793 -63,555 -32,781 -61,652 -31,295 -64,164 -30,638 -62,818 -28,816 -64,721 -28,471 -63,948 -26,353 -65,227 -26,279 -65,042 -23,907 -65,684 -24,059 -66,100 -21,475 -66,093 -21,810 -67,124 -19,056 -66,456 -19,531 -68,111 -16,649 -66,774 -17,220 -69,064 -14,251 -67,048 -14,875 -69,981 -11,863 -67,278 -12,495 -70,862 -9,482 -67,466 -10,078 -71,706 -7,106 -67,611 -7,621 -72,514 -4,735 -67,715 -6,291 -72,929 -2,367 -67,778 -0,575 -73,198 -0,071 -67,800 0,000 -73,012 2,366 -67,759 2,520 -72,163 4,729 -67,635 4,984 -71,281 7,358 -67,400 7,396 -70,367 9,438 -67,156 9,757 -69,422 11,786 -66,842 12,069 -68,447 14,132 -66,487 14,336 -67,444 16,478 -66,091 16,558 -66,412 18,825 -65,652 18,739 -65,352 21,175 -65,170 20,881 -64,265 23,528 -64,643 22,985 -63,151 25,887 -64,072 25,053 -62,009 28,252 -63,455 27,088 -60,840 30,625 -62,791 29,090 -59,644 33,007 -62,078 31,062 -58,419 35,400 -61,314 33,005 -57,167 37,804 -60,499 34,921 -55,886 40,220 -59,629 36,811 -54,575 42,650 -58,703 38,677 -53,234 45,095 -57,719 39,028 -52,976 47,555 -56,674

42,295 -50,406 50,031 -55,565 44,589 -48,389 52,524 -54,390 45,715 -47,339 55,034 -53,146 47,374 -45,748 57,563 -51,830 49,008 -44,127 61,888 -49,422 50,619 -42,475 63,085 -47,884 52,208 -40,789 63,506 -46,140 53,774 -39,069 64,146 -43,267 55,319 -37,313 64,717 -40,439 56,844 -35,520 65,220 -37,655 58,348 -33,687 65,660 -34,912 59,833 -31,814 66,039 -32,209 61,298 -29,897 66,360 -29,546 62,743 -27,935 66,627 -26,919 64,169 -25,926 66,841 -24,328

65,576 -23,868 67,005 -21,771

66,963 -21,757 67,121 -19,247

68,329 -19,593 67,190 -16,752

69,675 -17,372 67,214 -14,287

70,999 -15,091 67,195 -11,848

72,301 -12,749 67,133 -9,435

73,578 -10,341 67,031 -7,045

74,831 -7,865 66,888 -4,677

76,056 -5,318 66,706 -2,329

77,253 -2,698 66,485 0,000

Die Figuren 3A, 3B und 3C zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Paar viergängiger Schneckenelemente, wobei dieses Paar Schneckenelemente sich dadurch auszeichnet, dass an einem Kamm, hier Kamm 3 bzw. Kamm 3', das Schneckenprofil keine Knicke aufweist, das Schneckenprofil am Kamm 3 bzw. Kamm 3‘ also stetig differenzierbar ist, und das Schneckenelement somit an dieser Stelle keine Kanten hat. Das Verhältnis a/dg von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg beträgt hier 0,9 und ist somit kleiner als 0,924.

Figur 3A zeigt das Paar viergängiger Schneckenelemente als einander praktisch abreinigendes Paar Schneckenelemente in der Aufsicht. Die Gehäusewand ist in Figur 3A durch vertikale Linien angedeutet. Die Kämme Kl, K2 und K4 sowie Kl ', K2'und K4'sowie die Spalte S1 bis S4 und Sl 'bis S4'sind in der Abbildung gekennzeichnet. Die Kämme K3 und K3‘ sind in dieser Darstellung nicht zu erkennen, da sie keine Kanten aufweisen.

Figur 3B zeigt das Paar viergängiger Schneckenelemente im Querschnitt. Die Drehpunkte der beiden Schneckenelemente des Paares Schneckenelemente sind wiederum mit DP 1 und DP2 bezeichnet. Die Kontur des Gehäuses ist durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben. Die Kreisbögen, aus denen sich die Schneckenprofile zusammensetzen, sind beim linken Schneckenprofil mit den Ziffern 1 bis 14 bezeichnet und beim rechten Schneckenprofil mit den Ziffern 1‘ bis 14‘. Die Spalte zwischen den Schneckenkämmen und der Gehäusewand tragen die Bezeichnungen S1 bis S4 beim linken Schneckenelement und S1‘ bis S4‘ beim rechten Schneckenelement. Der Spalt S1 ist in der Darstellung von Figur 1B nicht zu sehen, weil das linke Schneckenelement in der gezeigten Position gerade das benachbarte Schneckenelement reinigt.

Die Figur 3B zeigt das Schneckenprofil zweier einander exakt abreinigender Schneckenelemente, d.h. es existiert kein Spiel zwischen den Schneckenelementen bei der gegenseitigen Reinigung der Schneckenelemente. Ebenso ist der Spalt S1 bzw. S1‘ zwischen dem Schneckenkamm Kl bzw. K1‘ und dem Gehäuse gleich Null. Figur 3C zeigt das Schneckenquerschnittsprofil aus der Abbildung 3B, jedoch mit einem Spalt bei der gegenseitigen Abreinigung der Schneckenelemente, sowie bei der Abreinigung der Gehäusewand durch die Kämme Kl und KL. Die Schneckenprofile der Schneckenelemente wurde dabei mit der Raumäquidistantenrechenvorschrift ermittelt. Alternativ können solche einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile auch mit der Längsäquidistantenrechenvorschrift berechnet werden.

Die Schneckenprofile der Schneckenelemente der Figur 3B setzen sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nur aus Kreisbögen zusammen. In der folgenden Tabelle 3 sind für die Schneckenprofile aus den Figuren 3A und 3B mit den Kreisbögen 1 bis 14 und 1‘ bis 14‘ die Radien, die Winkel, die Koordinaten der Kreismittelpunkte (MP) und die Koordinaten der Startpunkte (SP) der jeweiligen Kreisbögen aufgeführt. Alle Längenmaße sind auf den Achsabstand a zwischen den Drehpunkten DPI und DP2 normiert. Der Koordinatenursprung befindet sich im Drehpunkt des jeweiligen Schneckenprofils. Die Angaben Zentriwinkel - hier nur kurz Winkel genannt - erfolgen im Bogenmaß.

Tabelle 3B: Koordinaten der exakt abreinigenden Schneckenprofile in Figur 3B

Linke Welle Nr. Radius Winkel S-Punkt-x S-Punkt-y M-Punkt-x M-Punkt-y

1 0,555556 0,104720 0,555556 0,000000 0,000000 0,000000

2 1,000000 0,394862 0,552512 0,058071 -0,336916 -0,399003

3 0,477778 0,185385 0,308243 0,365045 0,000000 0,000000

4 1,000000 0,292775 0,235674 0,415607 -0,257597 -0,454269

5 0,522222 0,185385 -0,036371 0,520954 0,000000 0,000000

6 1,000000 0,369983 -0,131773 0,505324 0,473374 -0,290790

7 0,444444 0,104720 -0,378699 0,232632 0,000000 0,000000

8 1,000000 0,323823 -0,400941 0,191773 0,501177 -0,239716

9 0,166667 0,850839 -0,491351 -0,117702 -0,325930 -0,138037

10 1,000000 0,224926 -0,450290 -0,248998 0,295870 0,416768

11 0,488889 0,185385 -0,283006 -0,398647 0,000000 0,000000

12 1,000000 0,208894 -0,204676 -0,443982 0,213980 0,464163

13 0,511111 0,185385 -0,007246 -0,511060 0,000000 0,000000

14 0,833333 0,850839 0,087080 -0,503638 -0,234466 0,265161

Rechte Welle

Radius Winkel S-Punkt-x S-Punkt-y M-Punkt-x M-Punkt-y r 0,444444 0,104720 .0,444444 0,000000 0,000000 0,000000

2’ 1,000000 0,369983 -0,442010 -0,046457 0,552512 0,058071

3’ 0,522222 0,185385 -0,336916 -0,399003 0,000000 0,000000

4’ 1,000000 0,292775 -0,257597 -0,454269 -0,036371 0,520954

5' 0,477778 0,185385 0,033276 -0,476618 0,000000 0,000000

6' 1,000000 0,394862 0,120558 -0,462317 -0,131773 0,505324

7’ 0,555556 0,104720 0,473374 -0,290790 0,000000 0,000000

8' 0,833333 0,850839 0,501177 -0,239716 -0,325930 -0,138037

9' 0,511111 0,185385 0,295870 0,416768 0,000000 0,000000 10' 1,000000 0,208894 0,213980 0,464163 -0,007246 -0,511060 i r 0,488889 0,185385 0,006931 0,488840 0,000000 0,000000 12’ 1,000000 0,224926 -0,083294 0,481741 0,087080 -0,503638 13’ 0,166667 0,850839 -0,298775 0,418921 -0,234466 0,265161 14’ 1,000000 0,323823 -0,392470 0,318193 0,555556 0,000000

Tabelle 3C: kartesische Koordinaten der einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile in Figur 2C abgelesen in 2°-Schritten in mathematisch positivem Richtungssinn, in Millimetern [mm], für Schneckenelemente für einen Doppelschneckenextruder mit einem Gehäuseinnendurchmesser von 100 mm und einem Achsabstand von 90 mm. Die Steigung der Schneckenelemente beträgt 100 mm, das Spiel zwischen den Schneckenelementen beträgt 1 mm, der Spalt zwischen den Schneckenelementen und dem Gehäuse beträgt 0,5 mm. Die Gangsteigung beträgt 100 mm.

Linke Welle Rechte Welle x (mm) y (mm) x (mm) y (mm)

49,260 0,000 44,073 0,000

49,495 0,726 43,806 I,530

49,306 4,383 43,509 3,042

48,928 5,143 43,182 4,539

48,093 6,759 42,826 6,019

47,240 8,330 42,441 7,483

46,372 9,857 42,028 8,933

45,487 11,341 41,586 10,369

44,588 12,786 41,117 I I,790

43,676 14,191 40,619 13,198

42,750 15,560 40,094 14,593

41,811 16,893 39,541 15,976

40,859 18,192 38,960 17,346

39,895 19,458 38,351 18,705

38,919 20,694 37,713 20,052

37,931 21,899 37,046 21,389

36,930 23,076 36,351 22,714

35,916 24,226 35,625 24,030

34,890 25,349 34,870 25,335

33,851 26,447 34,085 26,630

32,798 27,521 33,268 27,915

31,732 28,572 32,419 29,190

30,651 29,600 31,538 30,456

29,556 30,606 30,624 31,712

28,445 31,592 29,676 32,958

27,415 32,476 28,692 34,194

26,166 33,490 27,673 35,420

24,981 34,383 26,617 36,635

23,766 35,234 25,948 37,376

22,522 36,042 24,111 38,586 20,973 36,965 22,750 39,404

19,956 37,532 21,361 40,174

18,649 38,236 19,452 41,132

17,327 38,918 18,420 41,373

15,991 39,578 16,853 41,712

14,638 40,217 15,294 42,020

13,268 40,836 13,743 42,297

11,881 41,433 12,199 42,544

10,474 42,009 10,662 42,762

9,047 42,564 9,129 42,951

7,599 43,099 7,602 43,111

6,129 43,611 6,078 43,244

4,635 44,102 4,556 43,349

3,117 44,571 3,037 43,427

1,572 45,016 1,518 43,478

0,000 45,438 0,607 43,496

-1,601 45,836 -1,518 43,474

-3,231 46,209 -3,034 43,394

-3,851 46,340 -4,547 43,262

-6,472 46,047 -6,054 43,077

-8,075 45,794 -7,404 42,865 -10,997 45,181 -9,047 42,565 -11,224 45,016 -10,537 42,263

-12,609 43,973 -12,025 41,935

-13,947 42,925 -13,510 41,580 -15,240 41,872 -14,994 41,196 -16,490 40,814 -16,478 40,784

-17,699 39,752 -17,962 40,344 -18,868 38,686 -19,448 39,873 -20,001 37,616 -20,935 39,373

-21,098 36,542 -22,425 38,841 -22,161 35,465 -23,918 38,277 -23,191 34,383 -25,415 37,679

-24,191 33,297 -26,916 37,047 -25,162 32,206 -28,396 36,345 -26,104 31,110 -29,770 35,478

-27,020 30,009 -31,015 34,445 -27,910 28,901 -32,117 33,258 -28,775 27,787 -33,066 31,931

-29,616 26,667 -33,854 30,482 -30,435 25,538 -34,476 28,929 -31,232 24,401 -35,018 27,359

-32,008 23,255 -35,521 25,807 -32,763 22,099 -35,987 24,273 -33,498 20,932 -36,418 22,756

-33,661 20,668 -36,816 21,255 -34,876 18,544 -37,181 19,770 -35,631 17,049 -37,516 18,298 -36,092 16,069 -37,822 16,839

-36,662 14,812 -38,099 15,393

-37,212 13,544 -38,349 13,958

-37,742 12,263 -38,573 12,533

-38,254 10,969 -38,771 11,117

-38,747 9,661 -38,944 9,710

-39,221 8,337 -39,093 8,310

-39,676 6,996 -39,218 6,915

-40,112 5,637 -39,320 5,526

-40,530 4,260 -39,399 4,141

-40,928 2,862 -39,455 2,759

-41,306 1,442 -39,489 1,379

-41,664 0,000 -39,500 0,000

-42,001 -1,467 -39,476 -1,379

-42,317 -2,959 -39,404 -2,755

-42,611 -4,479 -39,284 -4,129

-42,882 -6,027 -39,128 -5,499

-43,129 -7,605 -38,951 -6,868

-43,350 -9,214 -38,750 -8,237

-43,545 -10,857 -38,527 -9,606

-43,686 -12,527 -38,281 -10,977

-43,643 -14,181 -38,011 -12,350

-43,403 -15,797 -37,716 -13,728

-42,964 -17,359 -37,397 -15,109

-42,329 -18,846 -37,052 -16,496

-41,504 -20,243 -36,680 -17,890

-40,503 -21,536 -36,282 -19,291

-39,423 -22,761 -35,855 -20,701

-38,333 -23,953 -35,398 -22,119

-37,232 -25,113 -34,911 -23,548

-36,120 -26,242 -34,392 -24,987

-34,996 -27,342 -33,840 -26,438

-33,862 -28,413 -33,252 -27,902

-32,716 -29,457 -32,628 -29,379

-31,557 -30,475 -31,966 -30,869

-30,387 -31,466 -31,263 -32,374

-29,203 -32,433 -30,518 -33,894

-28,006 -33,376 -29,728 -35,429

-26,795 -34,296 -29,415 -36,014

-25,174 -35,476 -27,332 -37,619

-24,325 -36,063 -26,002 -38,550

-23,051 -36,890 -24,641 -39,434

-21,750 -37,672 -23,468 -40,144

-20,422 -38,408 -21,578 -40,582

-18,219 -39,501 -19,959 -40,921

-17,694 -39,741 -18,355 -41,226

-16,305 -40,355 -16,766 -41,498

-14,903 -40,946 -15,191 -41,737 -13,488 -41,513 -13,629 -41,945 -12,059 -42,056 -12,079 -42,124 -10,615 -42,575 -10,540 -42,273 -9,155 -43,071 -9,011 -42,394 -7,678 -43,543 -7,492 -42,487 -6,183 -43,992 -5,980 -42,553 -4,668 -44,417 -4,477 -42,592 -3,134 -44,817 -2,979 -42,605 -1,578 -45,192 -1,487 -42,591 -0,199 -45,500 0,000 -42,552 1,588 -45,472 I,484 -42,487 3,174 -45,389 2,965 -42,396 4,756 -45,251 4,442 -42,267 7,282 -44,913 5,915 -42,086 7,877 -44,670 7,380 -41,854 9,360 -44,036 8,836 -41,571 10,815 -43,375 10,713 -41,128 12,241 -42,690 I I,716 -40,860 13,640 -41,980 13,145 -40,455 15,013 -41,247 14,568 -40,026 16,359 -40,491 15,987 -39,570 17,681 -39,711 17,403 -39,089 18,977 -38,909 18,817 -38,580 20,250 -38,085 20,228 -38,044 21,499 -37,238 21,639 -37,480 22,726 -36,369 23,049 -36,886 23,930 -35,478 24,460 -36,263 25,113 -34,565 25,871 -35,609 26,274 -33,630 27,285 -34,923 27,415 -32,672 28,700 -34,204 28,535 -31,691 30,118 -33,450 29,635 -30,688 31,540 -32,660 30,715 -29,661 32,965 -31,834 31,775 -28,611 34,394 -30,968 32,816 -27,536 35,827 -30,062 33,838 -26,437 37,264 -29,114 34,841 -25,313 38,706 -28,122 35,824 -24,164 40,152 -27,083 36,788 -22,988 41,602 -25,996 37,733 -21,785 42,589 -25,227 38,658 -20,555 43,706 -23,239 39,564 -19,296 44,338 -22,009 40,449 -18,009 44,604 -19,859 41,314 -16,692 44,775 -18,090 42,158 -15,344 44,902 -16,343 42,980 -13,965 44,986 -14,617 43,780 -12,554 45,030 -12,912 44,557 -11,109 45,035 -11,228 45,310 -9,631 45,001 -9,565

46,038 -8,118 44,932 -7,923

46,740 -6,569 44,826 -6,300

47,414 -4,983 44,687 -4,697

48,060 -3,361 44,514 -3,113

48,676 -1,700 44,310 -1,547

49,260 0,000 44,073 0,000

Die Figuren 4A, 4B und 4C zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Paar viergängiger Schneckenelemente, das sich dadurch auszeichnet, das an allen vier Kämmen keine Knicke aufweist, das Schneckenprofil an allen Kämmen also stetig differenzierbar ist, und das somit keine Kanten aufweist. Das Verhältnis a/dg von Achsabstand a zu Gehäuseinnendurchmesser dg beträgt hier 0,9023 und ist somit kleiner als 0,924.

Figur 4A zeigt das Paar viergängiger Schneckenelemente als einander praktisch abreinigendes Paar Schneckenelemente in der Aufsicht. Die Gehäusewand ist in Figur 4A durch vertikale Linien angedeutet. Die Spalte S1 bis S4 und Sl'bis S4'sind in der Abbildung gekennzeichnet. Die Kämme sind nicht sichtbar, da das Schneckenelement keine Kanten aufweist.

Figur 4B zeigt die Schneckenprofile der exakt abschabenden Schneckenelemente, die den in Figur 4A und 4C dargestellten praktisch abreinigenden Schneckenelementen zugrunde hegen. Die Drehpunkte der beiden Schneckenelemente des Paares Schneckenelemente sind wiederum mit DP 1 und DP2 bezeichnet. Die Kontur des Gehäuses ist durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben. Die Kreisbögen, aus denen sich das Schneckenprofil zusammensetzt, sind beim linken Schneckenprofil mit den Ziffern 1 bis 9 bezeichnet und beim rechten Schneckenprofil mit den Ziffern 1‘ bis 9‘. Die Spalte zwischen den Schneckenkämmen und der Gehäusewand tragen die Bezeichnungen S1 bis S4 beim linken Schneckenelement und S1‘ bis S4‘ beim rechten Schneckenelement. Der Spalt S1 ist in der Darstellung von Figur 1B nicht zu sehen, weil das linke Schneckenelement in der gezeigten Position gerade das benachbarte Schneckenelement reinigt.

Figur 4C zeigt das Schneckenquerschnittsprofil der praktisch abreinigenden Schneckenelemente aus Figur 4A. Die Schneckenquerschnittsprofile der Schneckenelemente wurden dabei mit der Raumäquidistantenrechenvorschrift ermittelt. Alternativ können solche einander praktisch abreinigenden Schneckenprofile auch mit der Längsäquidistantenrechenvorschrift berechnet werden.

Die Schneckenprofile der Schneckenelemente der Figur 4B setzten sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nur aus Kreisbögen zusammen. In der folgenden Tabelle 4B sind für das Schneckenprofil aus Figur 4B mit den Kreisbögen 1 bis 9 und 1‘ bis 9‘ die Radien, die Winkel, die Koordinaten der Kreismittelpunkte (MP) und die Koordinaten der Startpunkte (SP) der jeweiligen Kreisbögen aufgeführt. Alle Längenmaße sind auf den Achsabstand a zwischen den Drehpunkten DP 1 und DP2 normiert. Der Koordinatenursprung befindet sich im Drehpunkt des jeweiligen Schneckenprofils. Die Angaben Zentriwinkel - hier nur kurz Winkel genannt - erfolgen im Bogenmaß.

Linke Welle

Nr. Radius Winkel S-Punkt-x S-Punkt-y M-Punkt-x M-Punkt-y

1 0,091969 0,765575 0,548137 -0,036591 0,463761 0,000000

2 0,846719 0,727147 0,549950 0,032087 -0,243563 -0,263328

3 0,153281 0,727147 0,152876 0,484850 0,081109 0,349408

4 0,908031 0,765574 0,044690 0,498299 0,260432 -0,383730

5 0,153281 0,893822 -0,506318 0,102700 -0,376886 0,020588

6 0,846719 0,755050 -0,521972 -0,028862 0,279475 0,244299

7 0,153281 0,755050 -0,116964 -0,503878 -0,045197 -0,368436

8 0,846719 0,893822 -0,004639 -0,516254 -0,228682 0,300286

Rechte Welle

Radius Winkel S-Punkt-x S-Punkt-y M-Punkt-x M-Punkt-y 1' 0,908031 0,765575 -0,369309 0,361271 0,463761 0,000000

2' 0,153281 0,727147 -0,387212 -0,316806 -0,243563 -0,263328

3' 0,846719 0,727147 -0,315330 -0,398770 0,081109 0,349408

4' 0,091969 0,765574 0,282283 -0,473065 0,260432 -0,383730

5' 0,846719 0,893822 0,338091 -0,432998 -0,376886 0,020588

6' 0,153281 0,755050 0,424560 0,293749 0,279475 0,244299

7' 0,846719 0,755050 0,351242 0,379741 -0,045197 -0,368436

8' 0,153281 0,893822 -0,269240 0,448104 -0,228682 0,300286

Die in Figur 4C dargestellte Schneckenquerschnittskontur mit raumäquidistantem Spalt wird in der folgenden Tabelle 4C in kartesischen Koordinaten für die linke und für die rechte Welle angegeben. Der Koordinatenursprung hegt für jede der beiden Wellen im Drehpunkt DPI bzw. DP2 des jeweiligen Schneckenelementes. Das Paar viergängiger Schneckenelemente hat einen Außendurchmesser von 52,9 mm und ist für den Einbau in ein Gehäuse mit einem Achsabstand von 48 mm und einem Gehäuseinnendurchmesser dg von 53,2 mm vorgesehen. Das Spiel bei der gegenseitigen Abreinigung der Schneckenelemente beträgt 0,45 mm. Die Gangsteigung beträgt 40 mm.

Linke Welle Rechte Welle x (mm) y (mm) x (mm) y (mm) 26,450 0,000 22,314 0,000 26,245 0,917 22,324 0,780 25,923 I,813 22,319 I,561 25,585 2,689 22,298 2,344 25,231 3,546 22,260 3,129 24,863 4,384 22,207 3,916 24,480 5,203 22,138 4,706 24,083 6,005 22,052 5,498 23,673 6,788 21,949 6,294 23,250 7,554 21,829 7,093 22,815 8,304 21,692 7,895 22,367 9,037 21,536 8,701 21,908 9,754 21,363 9,511 21,437 10,456 21,170 10,325 20,955 I I,142 20,958 I I,144 20,462 11,814 20,726 11,966 19,957 12,471 20,473 12,793 19,442 13,114 20,200 13,625 18,915 13,743 19,903 14,461 18,378 14,358 19,553 15,277 17,830 14,961 19,098 16,025 17,270 15,550 18,534 16,688 16,699 16,126 17,867 17,254 16,118 16,690 17,118 17,726 15,524 17,242 16,341 18,148 14,920 17,781 15,564 18,548 14,303 18,307 14,788 18,927 13,675 18,822 14,012 19,286 13,035 19,325 13,236 19,624 12,382 19,815 12,461 19,942 11,717 20,294 11,686 20,241 11,039 20,761 10,912 20,522 10,347 21,215 10,137 20,784 9,643 21,658 9,363 21,029 8,924 22,088 8,588 21,257 8,191 22,505 7,813 21,467 7,444 22,910 7,038 21,660 6,682 23,302 6,262 21,837 5,888 23,616 5,485 21,997 5,060 23,803 4,706 22,141 4,208 23,862 3,927 22,269 3,345 23,802 3,146 22,382 2,484 23,636 2,362 22,478 1,639 23,437 1,577 22,558 0,811 23,225 0,790 22,622 0,000 22,999 0,000 22,670 -0,795 22,762 -0,793 22,703 -1,574 22,512 -1,589 22,719 -2,339 22,251 -2,388 22,719 -3,089 21,978 -3,191 22,702 -3,825 21,695 -3,997 22,669 -4,549 21,402 -4,808 22,619 -5,260 21,097 -5,623 22,551 -5,959 20,783 -6,442 22,466 -6,647 20,458 -7,266 22,363 -7,324 20,123 -8,095 22,242 -7,991 19,778 -8,930 22,101 -8,648 19,423 -9,769 21,942 -9,295 19,058 -10,614 21,762 -9,934 18,682 -11,464 21,561 -10,564 18,297 -12,320 21,339 -11,185 17,900 -13,182 21,095 -11,799 17,493 -14,034 20,806 -12,405 17,075 -14,827 20,408 -13,005 16,645 -15,541 19,891 -13,597 16,204 -16,162 19,262 -14,183 15,752 -16,692 18,538 -14,762 15,287 -17,127 17,736 -15,336 14,810 -17,504 16,904 -15,903 14,320 -17,858 16,079 -16,466 13,816 -18,188 15,262 -17,022 13,299 -18,497 14,451 -17,574 12,768 -18,784 13,647 -18,120 12,222 -19,052 12,850 -18,661 11,661 -19,300 12,060 -19,197 11,083 -19,529 11,275 -19,728 10,489 -19,741 10,497 -20,254 9,878 -19,936 9,723 -20,774 9,249 -20,114 8,955 -21,290 8,602 -20,276 8,192 -21,799 7,934 -20,422 7,433 -22,303 7,247 -20,553 6,678 -22,801 6,538 -20,670 5,927 -23,293 5,808 -20,772 5,179 -23,777 5,054 -20,859 4,434 -24,254 4,277 -20,933 3,691 -24,683 3,469 -20,994 2,950 -24,994 2,627 -21,040 2,211 -25,177 1,761 -21,073 1,474 -25,216 0,881 -21,093 0,737 -25,111 0,000 -21,100 0,000 -24,880 -0,869 -21,093 -0,737 -24,599 -1,720 -21,073 -1,474 -24,303 -2,554 -21,040 -2,211 -23,993 -3,372 -20,994 -2,950 -23,668 -4,173 -20,933 -3,691 -23,330 -4,959 -20,859 -4,434 -22,979 -5,729 -20,772 -5,179 -22,615 -6,485 -20,670 -5,927 -22,238 -7,226 -20,553 -6,678 -21,850 -7,953 -20,422 -7,433 -21,449 -8,666 -20,276 -8,192 -21,036 -9,366 -20,114 -8,955 -20,612 -10,053 -19,936 -9,723 -20,176 -10,728 -19,741 -10,497 -19,728 -11,390 -19,529 -11,275 -19,268 -12,040 -19,300 -12,060 -18,797 -12,679 -19,052 -12,850 -18,315 -13,306 -18,784 -13,647 -17,820 -13,923 -18,497 -14,451 -17,314 -14,528 -18,188 -15,262 -16,796 -15,123 -17,848 -16,070 -16,265 -15,707 -17,421 -16,823 -15,723 -16,281 -16,901 -17,502 -15,167 -16,845 -16,288 -18,090 -14,599 -17,399 -15,589 -18,578 -14,018 -17,943 -14,838 -18,992 -13,424 -18,477 -14,084 -19,385 -12,816 -19,001 -13,327 -19,758 -12,194 -19,515 -12,568 -20,113 -11,558 -20,019 -11,806 -20,449 -10,907 -20,513 -11,042 -20,767 -10,241 -20,997 -10,275 -21,067 -9,559 -21,471 -9,506 -21,351

-8,862 -21,934 -8,734 -21,616 -8,148 -22,387 -7,958 -21,865 -7,418 -22,829 -7,180 -22,098 -6,670 -23,260 -6,398 -22,313 -5,904 -23,678 -5,613 -22,512

-5,119 -24,085 -4,824 -22,695 -4,311 -24,449 -4,031 -22,861 -3,470 -24,693 -3,234 -23,011 -2,607 -24,799 -2,433 -23,144 -1,732 -24,766 -1,627 -23,261

-0,859 -24,607 -0,816 -23,361 0,000 -24,384 0,000 -23,445 0,843 -24,145 0,821 -23,512 1,671 -23,891 1,648 -23,561 2,483 -23,622 2,480 -23,594 ,280 -23,339 3,318 -23,609,063 -23,042 4,162 -23,606,832 -22,732 5,013 -23,585,587 -22,409 5,870 -23,545,329 -22,073 6,734 -23,486,059 -21,725 7,605 -23,407,776 -21,364 8,483 -23,308,481 -20,991 9,369 -23,188,174 -20,606 10,261 -23,047,857 -20,209 11,161 -22,8830,528 -19,800 12,068 -22,6971,188 -19,379 12,982 -22,4861,839 -18,946 13,904 -22,2512,479 -18,500 14,789 -21,9263,109 -18,043 15,449 -21,2643,730 -17,573 15,984 -20,4594,341 -17,091 16,491 -19,6534,943 -16,596 16,971 -18,8485,536 -16,088 17,425 -18,0446,120 -15,567 17,854 -17,2426,695 -15,033 18,260 -16,4417,262 -14,485 18,642 -15,6437,820 -13,923 19,003 -14,8468,370 -13,346 19,341 -14,0528,911 -12,755 19,659 -13,2609,443 -12,149 19,956 -12,4709,966 -11,528 20,234 -11,6820,481 -10,890 20,492 -10,8960,987 -10,236 20,732 -10,1121,484 -9,565 20,954 -9,3291,972 -8,877 21,158 -8,5482,450 -8,171 21,344 -7,7692,918 -7,446 21,514 -6,9903,375 -6,703 21,667 -6,2133,822 -5,940 21,804 -5,4364,258 -5,156 21,924 -4,6604,681 -4,352 22,028 -3,8845,092 -3,527 22,117 -3,1085,490 -2,679 22,190 -2,3325,874 -1,809 22,247 -1,5566,242 -0,916 22,288 -0,7786,450 0,000 22,314 0,000